技術士の過去問 平成29年度（2017年） 基礎科目「材料・化学・バイオに関するもの」 問20

水溶液のモル沸点上昇についての問題です。

溶媒に溶質を加えた際、沸点が上昇することを沸点上昇といいます。
溶液の沸点上昇は質量モル濃度に比例しており、比例定数Kbをモル沸点上昇といいます。
Kbは溶質によらず、溶媒の種類により、水では1mol/kgあたり0.52℃上昇します。

本問題では、すべて純水に0.1mol/kg溶解しているため、
沸点はすべて同じ値となるはずです。
ただし、NaClやCaCl2のような電解質の物質は、
純水中でNa+やCl-のようなイオンとして存在しており、イオンの全物質量で考える必要があります。

よって、 NaCl → Na+ + Cl- (0.1×2mol)
　　　 CaCl2 →Ca+ + 2 Cl- (0.1×3mol)

つまり、CaCl2の沸点上昇が最も大きくなることから、5が正解となります。

水溶液のモル沸点上昇についての問題です。

溶媒（溶かす液体）に溶質（溶かす物質）を加えた際、

溶液（溶媒に溶質が解けてできた液体）の沸点が

上昇することを沸点上昇といいます。

沸点上昇は、溶質の種類にかかわらず、溶質の質量モル濃度に比例します。

沸点上昇度をΔT、溶質の質量モル濃度をｍとした場合、

ΔT = K_b m

が成立し、K_bをモル沸点上昇定数といいます。

これによると本問では、それぞれ純水に0.1mol/kg溶解しているため、

沸点はすべて同じ値となるとも思えます。

ただし、この式は、溶質が解離及び会合していないという仮定の下で成立するため、

溶質がイオンに解離する場合には、解離により生じる全粒子数を考慮することとされています。

したがって、本問のNaCl（塩化ナトリウム）やCaCl₂（塩化カルシウム）のような電解質の物質は、

純水中でNa⁺やCl^-のようなイオンとして存在しているため、イオンの全物質量で考える必要があります。

よって、

C₆H₁₂O₆ →(解離しない) ⇒　0.1×1mol

NaCl → Na⁺ + Cl^- ⇒ 0.1×2mol

CaCl₂ →Ca⁺ + 2 Cl^- ⇒ 0.1×3mol

となり、CaCl₂の質量モル濃度が一番大きくなることから、沸点上昇も最も大きくなります。

よって、5が正解となります。

化学物質の物性に関する基本問題です。「モル沸点上昇」という言葉を覚えておけば、それほど難しくはないかと思います。溶質の種類によらず、溶媒の種類によって決まりますが、水では、1mol/kgあたり0.52℃上昇することになっています。

今回のケースでは、物質は全て同じ濃度で溶けていますので、沸点上昇も同じになると考えられます。しかしここで、NaClやCaCl₂のような、水溶液中で電離する物質に関しては、それぞれのイオンの物質量を合わせた値で考える必要があります。

NaCl→Na⁺ + Cl^- で、0.1+0.1=0.2mol

CaCl2→Ca²⁺ + 2Cl^- で、0.1+0.2=0.3mol

の物質が溶けていることになるため、CaCl2の沸点上昇がもっとも大きくなります。

したがって、正解選択肢は5.となります。