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高校化学の溶解平衡についての問題
- 高校化学の溶解平衡の問題について岐阜大学の問題です。
- 問題文から平衡圧がどちらを指しているのか読み取れず、平衡圧とは何かわからない。
- 質問者はどなたかに教えてほしいと思っています。
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質問者が選んだベストアンサー
＞自分で解いた時は ヘンリーの法則より圧力と体積に比例するのだから 0.032 *2(圧力）*２（体積)＝0.128Lとやってしまいました。 そう、この間違いをするので、ヘンリーの法則の記述は改めたほうが良いと言ったのです。。。 「平衡圧」というのは、問題にしている気体の、水と溶解平衡に達した時の圧力のことです。ヘンリーの法則は平衡状態になったときのことについての記述なので、溶解平衡になっていることが前提です。 たとえば、本問題では、2.00気圧の気体Xを水2.00Lに接触させたとき、水に溶けている気体Xの量を問うています。 この場合、「平衡圧」とは2.00気圧のことです。 気体Xが水と接触して、溶けるだけのXが水に溶け込んで、気体部分と水の間に気体分子の溶解平衡が成立します。このときの圧力が、平衡状態になった時の圧力、すなわち平衡圧です。 質問者さんの間違いはすでにお分かりと思いますが、いちおう。 ヘンリーの法則の一般的な説明は、水に溶けている気体の体積を平衡圧で測ると一定になる、という感じでしょう。 結局、なんでそうなるのかは状態方程式を見れば分かるので、そちらに帰って説明した方が良いです。大した手間でもないのに、なぜこのような教え方をしないのか理解に苦しみます。 1気圧の条件でV（L)溶けるとします。この時の平衡圧は1気圧ですね。 1 x V = n x R x T, n = V/RT さて2気圧ではどうなるでしょう。 ”本当の”ヘンリーの法則は、溶ける気体の物質量はかかっている圧力に比例する、です。直感的にそうなりそうですし、実際そうなります。 2気圧なので2 x n モル溶けます。ですので体積V’は 2 x V' = 2 x n x R x T, V' = n x R x T = (V/RT) x R x T = V で同じになります。 状態方程式でちょろっと計算すればすぐ分かることです。教科書の記述はこの部分をすっとばして、最初と最後しか書かないので勘違いをまねきやすいのです。
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- phosphole
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質問者さんの疑問点に答えやすくするためにも、解答をできるだけ詳しく示していただけますか？ なお、解答の流れは以下の様なものではないかと思いますが、いかがでしょうか。 ０度・１気圧で水1Lに溶ける気体Xの体積が0.032Lである →状態方程式から、０度・１気圧の条件で水１Lに溶ける気体Xのモル数は計算できる。これをn molとしておく。 （＊なお、ここで状態方程式の条件を０度・１気圧としました。ヘンリーの法則の記述はこういうことになっております。ここが、解答に書かれていたとある、標準状態について云々、ということでしょうか？） ０度・２気圧で水２Lに溶ける気体Xの、０度・２気圧での体積は？ →モル数が分かれば状態方程式から体積は計算できる。 モル数はどうやって求めるか？ →比例計算すれば良い。ヘンリーの法則から、溶解量は圧力に比例する。また、水の体積にも当然比例する。 したがって・・・ １気圧・１Lでnモル溶けるのなら、２気圧・２Lなら2x2xn = 4nモル溶けているはず。 →あとは状態方程式に、０度・２気圧・4nモルの条件を入れればよい！ なお、私はヘンリーの法則を気体の体積で書くやり方は混乱を招きやすいので、やめた方が良いと思ってます。私が考えたことではなくて、学生時代に使った参考書に書かれていたポイントです。常にモル数で考えれば良いと思うんですが。。。溶けている気体の物質量は、圧力に比例する。極めて分かりやすいと思うのです。
お礼
ありがとうございました。
補足
返事が遅くなってすいません。 回答はこれだけが書かれています。 「平衡圧下での体積で表した値は圧力によらず一定。 ただし２Lなので 0.032 * 2 = 0.046L (答）」 自分で解いた時は ヘンリーの法則より圧力と体積に比例するのだから 0.032 *2(圧力）*２（体積)＝0.128Lとやってしまいました。 状態方程式に入れるのが一番確実だとは思いましたが、 一応「平衡圧下（？）」というのも理解しておきたいと思っています。 よろしくおねがいします。
お礼
ありがとうございました。