窒素の体積について

容積600mlの真空容器に100mlの水をいれ、0℃に保ちながら気体部分の圧力が3.03*10^(5)Paに
なるように窒素をゆっくり入れた。これについて以下の問いに答えよ。なお、0℃において
1.01*10^(5)Paの窒素は水1.0mlに対して、2.3*10^(-2)ml　（0℃、1.01*10^(5)Paでの体積）溶け
ヘンリーの法則が成り立つものとする。窒素は理想気体とし、気体定数 R=8.3*10^(3) [Pa*l/K*mol]とする。
また、水の蒸発や体積変化は無視できるものとする。数値は有効数字2桁で答えよ。

問い1、水に溶解している窒素の体積は、この圧力（3.03*10^(5)Pa）の下で何mlか。

圧力が3倍だけど体積が1/3なので、答えは2.3mlという考え方であってるでしょうか？

問い２、水に溶解している窒素の体積は、1.01*10^(5)Paの下で何mlか。

圧力が1.01*10^(5)Paに固定されていて、容器内の圧力は3.03*10^(5)Paだから
答えは6.9ml、という考え方であってるでしょうか？

問い3、水に溶解している窒素の物質量は何molか？

これがよく分からないです。
式をあやふやな考えのまま、6.9/{22.4*10^(3)}として、答えは0.308...*10^(-3)となり、有効数字2桁なので
3.1*10^(-4)molとしたんですが、なにか間違っているようなきがします。
でもそれが何か分からずに悩んでます。

教えてもらえないでしょうか？
おねがいします。

No.1 ベストアンサー 回答者： ht1914 回答日時： 2007/07/21 10:47

７／１９に貴方がされた「ヘンリーの法則」という質問の続きですね。

解答の＃２は読まれましたか。

私もそこに書かれている意見に賛成なんです。
ヘンリーの法則、気体の溶解度をわかりにくくしている一番の理由は溶解度を物質量で表していないことです。

一番最初の溶解度の数値のところから物質量に直してやってみて下さい。一番最後の物質量で引っかかるというのは何か理解が逆転しているように思います。それが今の教科書での表現が引き起こしている混乱でもあるでしょう。

問１物質量で表した溶解度の数字を使って圧力が３倍になったときの物質量を求めます。ここでヘンリーの法則を使います。これは問３です。
この数字を使って問１後半、問２の体積を求めます。物質量も温度も変えないのですから計算は簡単ですね。

これで貴方がやられたことの検算が出来ます。

溶解度が大きいとはどういう事でしょうか。
たくさんの分子が水の中に溶け込んで行くということですね。この場合の「たくさん」を表す量はなんでしょう。一番素朴には数ではないでしょうか。だから気体の種類が違っても溶け込んでいる数が同じであれば溶解度は同じと考えるのが素直ですね。
ヘンリーの法則は「圧力を２倍にすると溶け込む分子の数が２倍になる」ということを言っています。
数に結びついている量は物質量です。だから溶解度はｍｏｌで表すのが一番素直なんです。
気体の体積は温度、圧力を変えると変化します。体積が２倍になったからといって分子の数が２倍になったとは言えません。溶解度を考えるのに体積は不適当な量です。実際に溶解させた条件ではどれくらい溶けたかを比較することが出来ません。いつも０℃、１気圧という共通の条件に持っていって比較するということになります。「５０℃、０．１気圧でで溶けた気体の量を０℃、１気圧で考えると・・・」という高校生を悩ませる表現が出てくることになります。

なぜ体積を使って溶解度を表しているのでしょうか。簡単に測定できる気体の量は体積しかないからです。質量の測定がどれだけ面倒か考えてみて下さい。
でも測定しやすい量と現象の性質を説明するための量とが同じである必要はありません。溶解度は物質量で定義して測定は体積でやるということでいいはずです。体積と温度と圧力で物質量は求められます。
年表を見るとヘンリーの法則は１８０３年だそうです。アボガドロよりも前です。ヘンリーには当然ｍｏｌの考え方はありません。でも現在、２００年前そのままの考え方を使う必要はないはずです。

ところがモルなんて訳のわからないものを使うよりもハッキリと実感できる体積の方がいいという立場があります。現場の技術者に多いです。
測定が体積であるのなら定義も体積でと考えます。いつまでもこの表現が生き残ります。

高校化学の内容、表現には色んな立場のものがまぎれ込んでいます。