化学の圧力の問題です

ガラス管内の水素を完全燃焼させると、酸素が完全に消費され、燃焼により生じた水の30.0％が凝縮した。このときの飽和水蒸気圧を32.0ｈPaとすると、水銀柱の高さ[mm]はいくらか。ただし、凝縮した水の質量と体積は無視でき、水素と酸素の物質量比3：1で存在するとする。

ちなみに、これよりも前の問題にて全圧は80ｈPa、水素は60ｈPaと出ているとします。

２H₂　+　O₂　→２H₂O　の係数比より、燃焼後の水素の物質量は元の1/3、なので60ｈPaの1/3かと考えたのですが、こうはできないみたいでした。
理由としては、気体の体積は変化してしまうので、気体の分圧と物質量は比例しない。というものでした。

この気体の体積というのは燃焼した水素のことなのでしょうか？それとも凝縮した水蒸気のことですか？
この理由の言っている意味がいまいち理解できていないので、この理由に使われている言葉でも、他の言葉でも構いませんので、砕いて理由を説明してくださると助かります。

No.1 回答者： 戻紫苑 回答日時： 2018/12/06 01:27

両方とも同じことです。

水素が燃焼した結果水になるので。
水になったぶん気体の物質量が減っています。しかし管の容積は一定なのでPV=nRTの関係に従って全圧が減ります。
反応前後で気体の密度が違うので反応前の圧力から反応後の圧力は計算できません。
残った水素と水蒸気が今管内にありますがその物質量の比は1：2×0.7です。その内水蒸気の蒸気圧は分かっているのでこの比から水素の分圧が分かります。

No.2 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/12/06 11:12

申しわけありませんが、あなたの説明は難解で要点が分りません。

最初から全てを写真にして貼って下さい。

No.3 ベストアンサー 回答者： NiPdPt 回答日時： 2018/12/06 11:29

＞この気体の体積というのは燃焼した水素のことなのでしょうか？それとも凝縮した水蒸気のことですか？

未反応で残っている水素と水蒸気で満たされているんでしょ？なので直接関係するのはそれらのことですし、そもそも、それは一般論として語っていることなので、そう言った限定をすること自体がナンセンスです。
なんで物事を順序立てて考えないのか不思議です。

＞これよりも前の問題にて全圧は80ｈPa、水素は60ｈPaと出ているとします。
であれば、酸素は20hPaであり、それを反応する水素は40hPaに相当します。だとすれば未反応の水素は20hPaに相当します。
反応で生じる水が全て気体であるとするなら、その反応式から、燃焼した酸素の２倍の40hPa分であることは明らかであり、その30%が凝縮したのであれば、気体になっているのは70%、すなわち、28hPa分であることになります。
しかし、水蒸気圧が32.0hPaになっているというのであれば、温度上昇でも起こっておりと考えなければ辻褄があいません。あるいは容器の体積が変化している可能性もありますが、「ガラス管内の」ということであれば、その可能性は除外すべきでしょう。
で、温度上昇があるなら、水素の分圧も変化するはずで、20hPaがその32/28倍になるはずです。

で、ここまで考えれば、問題の趣旨として、温度変化を羽いさせて考えることができるかどうかが試されていることになります。だとすれば、そもそも、「気体の体積は変化してしまうので」という言葉の前に、「温度が変化すれば」という趣旨の言葉が入っているものと考えられますし、問題の趣旨として、問題文のどこぞに書いてありそうなことで、実際にそれが書いてるなら、それはあなたが質問の際に書いておくべきことだと思いますよ。

結局、質問をするにも、基本的な事項の理解が必須であり、それができていないままに、問題文の一部を省略すると、問題を解くために必要な情報や、重要な情報を書き落とすことにつながります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
温度が変化する、等の文章は記載されていませんし、問題文も省いてはおりません。
ただその前に設問がありましたので、そちらの答えがこの問題を解くうえで必要となると思いましたので、別に全圧などを記載させていただきました。分かりにくくなってしまい、大変申し訳ありません。

NiPdPt様の解説を読ませていただき、大変納得致しました。
なぜ、前の設問にて出した水素の圧力を使ってはならないのかというのが疑問でしたので、水蒸気圧が本来28ｈPaであるにもかかわらず、32ｈPaになっているため温度変化など何かしらがあったはず、というご指摘を自分が考えられていないことに気づかせていただけてありがとうございます。
またご機会がありましたらよろしくお願いします。

お礼日時：2018/12/06 12:48