化学頻出重要問題集I・IIの気体の問題です

質問

p61の146の気体の分子量の測定実験の問題で分からない箇所がありますのでどなたかご説明おねがいします。
この実験でなぜ質量が増加するのでしょうか？空気の質量は変化しないということは分かったのですが、試料の増加のしくみがいまいちわかりません。あと、(1)の問題でなぜ試料が十分量になれば測定値が一定値になるのでしょうか？

回答No.4

noname#62864 · ベストアンサー

補足します。
中の試料が完全に揮発しても、フラスコ内はその気体で満たされているとは限りません。試料を1.20mL以上入れた時に始めて気体で満たされることになります。それ以下では、空気が共存することになります。
はじめのからの状態では、フラスコ内にあるのは空気だけですが、試料の気体で満たした後に冷却したものでは、液体に戻った試料と空気が入っています。液体の試料の体積は気体のときに比べてはるかに小さいですから、事実上無視できます。したがって、はじめと同じ量の空気が入っているとみなせます。
したがって、実験の前後の重さの違いは、気体の状態でフラスコを満たしていた試料の重さに等しくなります。
その時の試料の物質量は気体の状態方程式から計算できますよね。きっと、その物質量と、試料の重さから分子量を計算しなさいという問題が後にあるんでしょうね。

お礼

すみません。かなり勘違いしていたようです。ようやく理解できました。色々とありがとうございました。

補足

すみません、質問の仕方が少々悪かったようです。もう一度順を追って質問させてください。
(1)空気が含まれているフラスコの重さをxグラム
(2)この中に不揮発性の空気より重い物質を入れる。
(3)加熱するとフラスコ内に気体が充満し、物質が十分量以下だと空気は押し出せない。十分量以上だと押し出される。
(4)冷却すると物質は液体になり、この液体の体積は無視できるので空気が再び戻ってくる。
（質問）
　(2)で入れ終わったときの重さと(4)で液化し終わったときの重さは同じではないのでしょうか？(4)では空気は同じ量だけ戻ってくるし、試料も初めと同じ量だけ液化するから同じと思うのですが。試料が十分量以上だとフラスコから出るが、冷却するとその押し出された気体の試料も再び液化すると教えてもらったのですが…。
それに試料が十分量だと測定値が一定になるということもいまいちまだわかりません。この実験後に増える質量というのは試料の液体の質量なのでしょうか？それとも気体になる質量なのでしょうか？僕の考え方だと、加熱冷却した後も試料の質量は(2)のときの重さと同じになってしまいます。
気体になりフラスコに入りきらなくなって外に出た余分な試料が、液化したときにフラスコ内に戻ってこないと考えればなんとなくつじつまがあうような気がするのですが、どうなのでしょうか？
何度も申し訳ありません。よろしくお願いします。

回答No.3

noname#62864

気化した試料がフラスコを満たした状態では、空気が追い出されています。
したがって、温かい状態で重さを計れば、空気の分だけ軽くなります。つまり、空気による浮力が働くということです。
冷却した状態では試料は液体になるために、その体積は無視出来るレベルになり、外から空気入ってきますので、空気の浮力を考えなくても良くなります。
したがって、冷却した状態で重さを量るべきだということです。

ちなみに、中の試料は水ではありません。なぜかといえばこの試料の分子量は空気の平均分子量よりも大きいはずです。そうでなければ容器内の空気を追い出すことはできません。分子量が大きければ、気体の密度も大きいですので、容器内に下からたまっていくことになります。水だと空気よりも分子量が小さいので、下からたまることはありません。

補足

温かい状態で重さを計るのはいけないということはよくわかりました。ならば、加熱する前に質量を計るのはどうなのでしょうか？この状態だと、空気は初めと同量含まれていますし加熱冷却した後の状態と変わらない気がするのですが…。よろしくお願いします。

回答No.2

angrox

質量が増加→試料の質量が加わるからだと思います。
試料が十分量…→ある体積を占められる物質の量には限度があるから。
例えば小さな穴が開いているふたをした容器に水を入れて蒸発させると、気体の水の体積が容器の体積以下なら気体の水はペットボトル中に残ります。
もし気体の水の体積が容器の体積より多ければ外に気体の水が漏れていきます。しかし液体から気体になる水の量と外に漏れる気体の水の量は等しいので容器中に含まれる気体の水の量は一定です。
これが試料が十分量ならの意味です。

補足

ご回答ありごとうございます。もう一つおねがいします。質量の増加が試料の質量によるものなら、なぜ冷却する必要があるのでしょうか？試料を入れた後にその重さをはかったときとは何が違うのでしょうか？よろしくお願いします。

回答No.1

noname#69788

問題文を書いてください。

補足

すみません、以下が問題です。
大気圧は101kpa、室温は20.0℃、水の沸点は100℃、フラスコの体積は100℃で350ml、フラスコとアルミニウム箔の質量は127.15g
フラスコの中に液体である試料を適当量入れ、アルミニウム箔に小さな穴を開け、ふたをする。水が入ったビーカーを加熱沸騰させ、フラスコ内の液体が完全に蒸発したことを確認したらフラスコを取り出し、室温まで冷却する。フラスコ内に液体が凝縮していることを確認し、フラスコの周囲の水滴を十分ぬぐい、アルミニウム箔とともに液体の残ったフラスコの質量を精密天秤で測定（a)する。
試料の導入量0.40ml→aでの測定量127.70g
0.80ml→　　　　　 128.29g
1.20ml→　　　　　 128.62g
1.60ml→　　　　 128.62g
(1)分子量を求めるために最低限必要な試料の導入量を求めよ

解説文；導入量が少ないうちは(a)での測定値が変化するが、十分な量になれば、測定値は一定値を示すはずである。よって、1.20ml

よろしくお願いします。