チオ硫酸ナトリウムと硫酸の反応で発生するガスの濃度

質問

よろしくお願いします。或る法例に定められた試験項目で、亜硫酸ガス中の耐環境試験があるのですが、そのガス濃度を予想したいと考えています。

～5Lの試験器の中に濃度40g/Lのチオ硫酸ナトリウム水溶液を500mL入れ、硫酸を体積比で硫酸1対蒸留水35の割合に溶かした溶液156mLを1000mLの水に溶かした溶液を10mL加えて発生させる亜硫酸ガス中に、～
（L=リットル）

この文面に混乱しております。一体、当該試験器の中は如何ほどの濃度の亜硫酸ガスになるのでしょう？

回答No.3

HIMADESU

今日、辞典（化学大辞典）を見たところ、下記のような記述がありました。
　チオ硫酸ナトリウム：酸の作用で亜硫酸ガスと硫黄に分解する。
　反応式は書いていなかったのですが、この記述によれば、TTakさんが書かれた反応式は、正しいようです。ただ酸の作用が、触媒的なのか、量論的なのかは判りません。たぶん前者ではないかと思います。

お礼

HIMADESUさん、度々ありがとうございました。
> チオ硫酸ナトリウム：酸の作用で亜硫酸ガスと硫黄に分解する。
これは重要な収穫でした。
あとは、下記の投稿を元に、あとはなんとか（近似的）にでもやっていけそうです。ありがとうございました。

回答No.2

HIMADESU

与えられた反応式で見ると、硫酸が過剰でないと、チオ硫酸ナトリウムは分解しきらないことになります。与えられた数字から計算すると、チオ硫酸ナトリウムは、硫酸の１８０倍モル位あるため、どうも反応式は違うようです。多分、硫酸は触媒的に作用するものと思われます。会社に辞典をおいてあるので、明日調べておきます。
　さて硫酸が触媒とし、チオ硫酸ナトリウム（分子量＝１５８）が全量分解したとすると、生成ガス量は
　　40g/L*0.5L/158=126.6mol
　　126.6*22.4L/mol=2.84L
　となります。濃度は？との事ですが、試験器の構造がわからないので、ちょっと戸惑っています。閉鎖系であるとすれば、その分圧力が上がるので、
　2.84L/｛(5L-0.51L)+2.84｝*100=38.4%
　になります。大分濃いですね。チオ硫酸ナトリウムは、20mg/Lの間違いではありませんか？この濃度の亜硫酸ガスは、相当危険です。
　あと気になったのは、チオ硫酸ナトリウムが５水和物になっていることです。濃度40g/Lの中には、結晶水は入っていませんよね？通常、40g/Lと言えば、無水和物ベースです。

お礼

HIMADESUさんありがとうございます。
申し訳ありません、個々の化学式を拾って、数合わせで反応式を書いていました。一応、化学系の新入社員に見てもらったのですが、やはり反応式違っていましたか・・・。試験は試験器内温度45℃で行われるということが判りました。
> 硫酸は触媒的に作用するものと思われます。
なるほど、そう言う働きもあるのですね。
> あと気になったのは、チオ硫酸ナトリウムが５水和物になっていることです。
すみません、これも化学式を調べて拾ってきたものをそのまま載せていました。
> 閉鎖系であるとすれば、その分圧力が上がるので、
試験器は閉鎖系でなく小さな排気口があります。よって圧は上がらず、ガスの発生が止まるまで自然に容器内に拡散すると思われます。
> この濃度の亜硫酸ガスは、相当危険です。
この法例はかなり過酷な耐環境試験を課しているので、高い数値結果になることはあるかもしれません。
> 会社に辞典をおいてあるので、明日調べておきます。
恐縮です。ここまで丁寧にご教授頂けるとは思いませんでした。当方でも引き続き調査すると共に、お言葉に甘させて頂きます。

回答No.1

HIMADESU

チオ硫酸ナトリウムと硫酸の反応式が判らないので、ガス量は計算できませんが、文面は以下のことを意味しています。多分、混乱している原因は、硫酸の方でしょう。この文面の硫酸の量は、
(1)硫酸1と蒸留水35を混ぜて、希硫酸を作る。
　（蒸留水の中に硫酸を入れる。逆は突沸するので駄目）
(2)この希硫酸156ｍLを更に水に溶かして、1Lとする。
(3)1Lにした希硫酸をチオ硫酸ナトリウムに10mL加える。
　ということです。よろしいでしょうか？

補足

HIMADESUさんありがとうございます。

> (1)硫酸1と蒸留水35を混ぜて、希硫酸を作る。
> 蒸留水の中に硫酸を入れる。逆は突沸するので駄目
については、参考になりました。
また、当該反応式は以下のようになると思われます。
#間違っている場合はご指摘ください。

Na2S2O3・(5H2O) + H2SO4 → Na2SO4 + SO2↑ + S + 6H2O

引き続きよろしくお願いします。