質問

「分子量の測定」を窒素で実験したところ、理論値28とずれてしまいました。実験では、最初に電子てんびんで窒素の入ったガスボンベ全体の質量を測定。その後、水上置換法でメスシリンダーに450mlの窒素を出して、またガスボンベの質量をはかった。また、気圧計で大気圧を読みとる。それと、窒素の温度を測るため水上置換法の水の温度を測り、その温度に対応する飽和水蒸気圧を表より読みとり、大気圧より差し引き窒素分圧を求める。以上の実験で得られた数値を気体の状態方程式に代入して分子量を求めた。しかし、その求められた分子量が理論値(28)とずれてしまった。その原因はどこ・・・。
実験の際に求められた数値は以下の通りです。
はじめのガスボンベの質量→121.955g 後のガスボンベの質量→121.325g よって流出したガスの質量→0.630g メスシリンダーに捕集したガスの体積→450ml=0.45リットル ガスの温度(水温)→14℃=287K 大気圧→757.9mmHg 水蒸気分圧→11.988mmHg よってガス分圧→745.912mmHg=0.981atm 以上の結果より状態方程式(pV=nRT)に代入。0.981atm×0.45リットル=0.630/Mmol×0.082atm・l/(mol・K)×287K。ここでM=分子量。M=約34。

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回答 (4件)

 気体が逃げてますね。ガスの補集が不完全です。
このデータで考えられるのは

 理想気体の状態方程式による分子量の測定実験
ですね。
 pv=nRT と n=w/M より
 分子量 M=(w1-w2)RT/pv
ですね。
 まず、水上置換のとき、ボンベは水に入れました
か。入れていたら、ボンベの重量測定時、水の付着
が誤差となります。えっー、入れていない。ガラス
管かシリコンチューブでガスを導入したの?ガス漏
れするよ。
 まとめますと、測定誤差は人為的なものが大半で
す。
1)重量測定誤差
 付着物(ガス放出後のボンベの温度低下による結
露も考えられる。)によるもの。当然 w2が大とな
りますから、M<28 となります。
2)体積測定誤差
 ガス漏れがなかったですか。(まさか、450mlは、
水面と合わして無いなんて言わないでくださいよ。)
 ガス漏れがあれば、 v が小となりますから、
M>28 となります。
 以上、人為的誤差を検証しましたが、理論値28
より、大きくなったの、小さくなったの、あと、ボ
ンベは水に入れたかどうかが聞きたいです。

MiJun さんに補足します。

ボンベから捕集器までのリークが考えられます。特にボンベの接続部からのリーク、また、水中でボンベから放出したのなら、気体を全て捕集できたかどうかなどが重要かと思います。

また、水中でボンベから放出した場合は、後での質量測定で十分乾燥させたかどうかも重要でしょう。

もう一つ、水上置換だからといって水蒸気が飽和しているという根拠は?
十分な水中の移動距離距離を通過していないか、捕集後十分に水蒸気飽和する時間をおかなければ、飽和になってないことも考えられますね。ボンベの中は湿度0%のはずですから。

もう一つおまけに、なぜ窒素の温度を測らず、水温で代用したのでしょう?
加圧したボンベが室温で温度飽和してる時に、室圧に開放したときには、温度が下がることはご存知でしょうか?(断熱膨張という現象です)

水と温度飽和するだけの十分な移動距離がないと、水温で代用できない可能性がありますね。

以上、実験誤差の要因というのは、それだけで一つの研究分野をなしてしまうくらい複雑にいろんな現象がからみあってます。

ですから、実験には目的だけではなく広い視野で、起こった些細なことも見逃さない目を養う必要があります。

いくつかの原因らしきもの(?)をあげます(抜けがあると思いますが・・・?)。
1.使用した窒素の純度は?
2.測定温度の精度は?
3.メスシリンダーメモリの精度(ほぼ問題はないでしょ  うが)?

具体的に計算値はいくつでしたか?
再度補足お願いします。

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