中学理科で分からない問題があります。 添付画像の問1が分かりません。 模範解答には、 ア と書いてあ

中学理科で分からない問題があります。
添付画像の問1が分かりません。

模範解答には、
ア
と書いてありましたが、何故アになるのかがよくわかりません。

解説には、
フラスコの枝部から出て行く気体の温度を調べるため。
と書いてありましたが、この問題では、調べている温度が気体の温度とはどこにも書いてありません。

図2のグラフについて何も書かれていない為、調べているのは、混合液の沸点の可能性もありますよね？

そう考えると、ア、ウのどちらが答えか判断できません。


何故、この問題では、気体の温度を調べていると判断できるのでしょうか。

分かる方いらっしゃいましたら回答よろしくお願いします。

No.3 ベストアンサー 回答者： unos1201 回答日時： 2019/10/31 20:21

＞何故、この問題では、気体の温度を調べている

生じる気体を冷やして液体を集める実験だからです。

共沸を学ぶと理解が深まると思います。
http://genetics.fc2web.com/jisshu/jouryu.html
＞常圧蒸留

＞右の装置を用いて蒸留を行う。

＞液体の混合物には組成に応じた沸点と凝縮点の差がある。ある組成の混合液体はその組成に対応する沸点で沸騰するが、その際の気相の組成はRaoultの法則により各成分の蒸気圧が反映されるので液相の組成と異なる。これを利用したのが分別蒸留であり気化-液化という操作を繰り返すことにより、純粋な液体に分離精製することが可能である。

この実験そのものの中学生バージョン、集める気体の温度を調べるには、枝別れ部分付近でないと意味がないことになります。それより上でも下でも集める気体の温度を測定していることにならない、フラスコの内部でどこが一番実験で知りたいのかが大事です。

ちなみに、イとかアの上部ですと温度が低く測定されることが予想されます。また、液体の内部の温度は蒸発しているものとは違う温度、対流によって位置が変われば測定しているものが変わりますし、水位が変わっても影響があります。この問題文には（生じる気体を冷やして液体を集める実験）と書かれているので、それを調べないと題名と違う目的となることを理解しましょう。

No.4 回答者： masterkoto 回答日時： 2019/11/01 14:54

蒸留（水とアルコールの分離）が目的ですよね

ということは、試験管に（別々に）集めたいのは純粋なアルコールと、純粋な水です（実際にはどうしてもアルコールと水が混じってしまうので、純粋なアルコール、水をわけて集めることはできませんが・・・）
ならば、試験管に到達する直前の気体（ア部分）についての情報が必要です。

ア部分を測る温度計の指示を見て、その指示が100度に到達していなければ水は沸騰はしていないため（蒸発はしている）
ア部分を通る気体に混じるものの比率はアルコールが水より圧倒的に多い
→このとき、ア部分の気体が試験管に移動して集まるのだから、試験管の中身もアルコールの比率が非常に高いという事ができます（中学レベルなら、「試験管の中身はアルコール１００％」というような捉え方をしているかも）

アをはかる温度計が１００度を示していれば、アを通る気体はほぼ水→試験管に集まるものもほぼ水
ということで、アを測る温度計が１００度を示した瞬間、試験管を交換すれば
（だいたい）アルコールと水を別々に集めることが出来る　と言うことになります

これをやるとき、ウ部分の温度の情報からではア部分の正確な情報は分かりません。
と言うのも、ウから発生した気体が押し出されてアに至りさらに押し出されて試験管に至るからです
従って、ウの温度の状況とアの温度の状況にはタイムラグがあります。（ウの温度の状況が、少し遅れてアに伝わる）
従って、ウが１００度に到達した瞬間、アはまだ１００℃未満と言う可能性が非常に高いです
このような仕組みなので、ウを測って水とアルコールの分離をしようとすると、不正確になっていまいます。

No.2 回答者： oo14 回答日時： 2019/10/31 20:15

最後で書き間違えました。

ウは100度にしかならないし、イも同様ですので、
「アの温度がわかっていないと目的は達成されません。」
に訂正します。

No.1 回答者： oo14 回答日時： 2019/10/31 20:12

アが100度を超えていたら、なんとなく作業に意味がないと思いませんか？

イも同様です。ウは100度にはなりませんよね。（いずれも気圧は
何も書いていないので、1気圧が常識で前提でしょう）
温度は場所が少しでも変われば異なりとても微妙です。
温度計ですから、確実に目的の85度（80度で蒸発して、100度になったら困る温度）ぐらいを狙える
場所といえば3か所しか選べないのならアしかないでしょう。
＞気体の温度とはどこにも書いてありません
絵に書いてあるでしょう。これでウではないことがわかります。
別に、アイウの温度分布が分かっていれば混合液の沸点でもいいんですけどね。
ウの温度がわかっていないと目的は達成されません。