一定量の水に酸素を溶かす実験を行った。この実験に関する記述について・・・

圧力を変えたときに溶ける酸素の体積は、溶かしたときの圧力のもとで測れば、
ほぼ一定である。

と書いてあったけれども、なぜそうなるのですか?教えてください。

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A 回答 (3件)

この説明の数字はわかりやすくするための数字で絶対有り得ないので注意してください。



例えば
・1気圧で水1Lに溶ける酸素は50ml
として、 ”溶ける量は気圧に比例” するとしましょう。

気体酸素の体積は、”圧力に反比例して小さく”なります。

とすれば水1Lに溶ける酸素は・・・

・1気圧 50ml
・2気圧 100ml

です。

しかし『溶かしたときの圧力のもとで測れば』

1気圧100mlの気体酸素 → 2気圧では50mlになる。

のです。
難しい原因は言葉のレトリックで、問題文の・・・

   『圧力を変えたときに溶ける酸素の体積は』
           ↓
『圧力を変えたときに溶ける "1気圧時の酸素の体積" は、
      溶かしたときの圧力のもとで測れば、ほぼ一定』

なのです。分かりました?
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rei00 です。

先の回答,少し分かり難いですね。特に後半が。以下に理想気体の状態方程式を使った説明(と言っても式の変形だけですが)を書いておきます。

 まづ,最初の圧力(P)で溶ける酸素の体積をV,モル数をnとし,加圧(圧力P’)後に溶ける酸素の体積をV’,モル数をn’とします。温度はTで一定とします。

 すると,PV=nRT,P’V’=n’RT です。ここで,P’/P=k(つまり,圧力をk倍にした)とすると,ヘンリ-の法則からn’=knとなります。この時,
 V’=n’RT/P’=(kn)RT/(kP)=nRT/P=V
 となり,溶ける酸素の体積は変化しません。

 いかがでしょうか。
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vikkyi さん,明けましておめでとうございます。



 miDumo さんの具体的な回答がありますので,お分かりかと思いますが補足致します。

 これを考えるもとは,ヘンリ-の法則とボイルの法則(理想気体の状態方程式)です。それぞれについては,参考 URL のペ-ジ(高校生化学講座)の「第二章 物質の状態、固体、液体、気体について」の該当部分(第二節:ボイルシャルルの法則と理想気体の状態方程式,第四節:溶液の性質、溶解度、浸透圧、コロイド)をご覧下さい。

 ヘンリ-の法則(一定温度で,一定量の体積に溶けうる物質量はその気体の圧力に比例する)から,圧力がk倍になると,溶ける気体の量もk倍になります。ここで,k倍になるのが「物質量」である事に注意して下さい。k倍になるのは「物質量(つまり,モル数や質量)」であって「体積」ではありません。

 一方,ボイルの法則(温度が一定の時,圧力と体積は反比例する)によると,圧力がk倍になると,体積は (1/k) になります。

 したがって,k倍の圧力下で溶ける気体の体積は k・(1/k) = 1 倍になります。つまり,ほとんど変化しないわけです。

 いかがでしょうか。理想気体の状態方程式を使っても,ほぼ同じ説明が可能です。重要なのは,圧力がk倍になった時にk倍になるのは,溶ける気体の「体積」ではなく「物質量」だという点です。

参考URL:http://www.gogp.co.jp/chemical/secondpage/kouzah …
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Q蒸気圧ってなに?

高校化学IIの気体の分野で『蒸気圧』というのが出てきました。教科書を何度も読んだのですが漠然とした書き方でよく理解できませんでした。蒸気圧とはどんな圧力なのですか?具体的に教えてください。

Aベストアンサー

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

Q結合エネルギーの問題

H20(気)1mol中のO-H結合を、全て切断するのに必要な
エネルギーは何kJか。
ただし、H-Hおよび、O=Oの結合エネルギーはそれぞれ、436kJ/mol、498kJ/molである。
また、H2O(気)の生成熱[kJ/mol]は次の熱化学方程式で表されるものとする。
H2 + 1/2 O2 = H20(気) + 242kJ ・・・(1)

H2=2H-436kJ  ・・・(2)
O2=2O-498kJ  ・・・(3)

H2O=2H+O-2xkJ ・・・(4)   

(1)に(2)(3)(4)を代入してx=463.5kJ/mol

H20(気)1mol中にO-Hは2molあるから、(←疑問点)
463.5×2=927kJ/mol  ・・・(答)

H2OはO-H結合が2molあるから(4)は
H2O=2H+O-2xkJとおいた。
ここまではなんとかわかるんですが、

最後にもう一度2倍してるところが納得
できません。

(4)で結合を2xkJとおいてるのに、なぜまた最後に
2倍しなくてはならないのでしょうか。


※補足です
化学式がわかりづらいかもしれません。
O2は酸素が分子の状態
1/2 O2 はO原子が1個
H20は水(気体)という意味です。

よろしくお願いします。

H20(気)1mol中のO-H結合を、全て切断するのに必要な
エネルギーは何kJか。
ただし、H-Hおよび、O=Oの結合エネルギーはそれぞれ、436kJ/mol、498kJ/molである。
また、H2O(気)の生成熱[kJ/mol]は次の熱化学方程式で表されるものとする。
H2 + 1/2 O2 = H20(気) + 242kJ ・・・(1)

H2=2H-436kJ  ・・・(2)
O2=2O-498kJ  ・・・(3)

H2O=2H+O-2xkJ ・・・(4)   

(1)に(2)(3)(4)を代入してx=463.5kJ/mol

H20(気)1mol中にO-Hは2molあるから、(←疑問点)
463.5×2=927kJ/mol  ・・・(答)

...続きを読む

Aベストアンサー

最後にもう1回だけ補足させてください。

H2O=2H+O-2xkJが求める式ですよね?その中でも、求めるのは2xkJ=H2O(H-O-H)1モルのO-H結合(2mol分)を、全て切断するのに必要なエネルギーです。
このkはxと置きましたが、O-H結合1モルの切断エネルギーです。水にはO-H結合が2モルあるわけですから、2倍したわけです。
さてこうして求めた結果、
 2x=685+242=927
 x=927/2=463.5(kJ/mol)
何回も言いますが、
 2xではO-H結合2モル分で、
 xではO-H結合1モル分です。
ここで、引っかかってるとおもわれるのが

>方程式の中に入れて計算したのに最後にさらに2倍するというのが納得できないんです・・・
2倍する前に、O-H結合2つ分はすでに求められてる
のではと思うんです。

というところですが、数学的な問題になると思います。繰り返しますが、求めたいのは
H2O=2H+O +( )kj/molです。
残念ながら、2倍しないとO-H結合2つ分のエネルギーは求められていません。O-H結合1モル分がxで、O-H結合2モル分が2xなんですから…。2xの2をとったらxでO-H結合1モル分になっちゃいます。おそらく、2xと置いているのにXを求めて、さらに2倍するというところに抵抗があるのでしょう?

1モル分求めるわけではないんだから、H2O=2H+O +( )kj/molの( )を直接xと置けばいいんです。
そうしたら
>2倍する前に、O-H結合2つ分はすでに求められてる
はずです。
 
まあ、世の中まず、受け入れることも大切ですよ。もちろん疑問を持つということも大切ですが。。。

最後にもう1回だけ補足させてください。

H2O=2H+O-2xkJが求める式ですよね?その中でも、求めるのは2xkJ=H2O(H-O-H)1モルのO-H結合(2mol分)を、全て切断するのに必要なエネルギーです。
このkはxと置きましたが、O-H結合1モルの切断エネルギーです。水にはO-H結合が2モルあるわけですから、2倍したわけです。
さてこうして求めた結果、
 2x=685+242=927
 x=927/2=463.5(kJ/mol)
何回も言いますが、
 2xではO-H結合2モル分で、
 xではO-H結合1モル分です。
ここで、引っか...続きを読む

Qヘンリーの法則がわかりません。

ヘンリーの法則のうち「一定量の液体に溶ける気体の体積は、、、同圧に換算すると→圧力に比例する。その圧力とすると→圧力に関係なき一定。」というものがまったく理解できません。

同圧に換算、その圧力とする、などの言葉の意味(日本語的な意味ではありません)がわかりません。圧縮されているなどの説明もありましたが理解できません。圧力に比例する(同圧に換算した場合だそうですが)のは感覚的にわかります。一定というのは感覚的にもわかりません。結果的に一定などという説明も受けましたが能力のない自分にはよく理解できません。

どなたか、低脳の僕にもわかるように教えてください。本当によろしくお願いします。

Aベストアンサー

ヘンリーの法則自体は
「同温度では溶解度の小さい気体の溶解度は圧力に比例する」ということです。
定量の溶媒に1atmで0.5molとけたとすれば、2atmで1.0atm,3atmで1.5molとけるということです。要するに「比例」しているんです。
しかし、溶解度を体積で表すと、厄介なことになります。なぜなら気体は測定する圧力によって変わるからです。ボイルの法則PV=一定であるように、厳密には圧力に反比例するのです。

これからどうなるかというと,上記の気体の溶解度は1atmで1リットルとけるとすると、2atmで2リットル、3atmで3リットルというのが「ヘンリーの法則」の言うとおりです。ですが、この1リットルとかは1atmで測られたものなのです。ですが、3atmで溶ける気体のリットル量を言うときにわざわざ1atmでの気体のリットル量で言うというのはおかしいですよね。そこで、「ボイルの法則」により気体の体積は圧力に対して反比例することをかんがえると、3atmで溶ける気体3リットル(1atmでの体積)は、"3atm"では「1リットル」でなければなりません。こう考えると、つまりP1(atm)で解けているP1下で測定した気体L1(リットル)は、P2(atm)で解けているP2下で測定した気体L2(リットル)と等しい。つまりL1=L2となるのです。ここでL1とL2の測定が行われた圧力条件がそれぞれP1,P2とことなることに注意してください。

以上のように気体の溶解度を体積で表現する場合ややこしいのでこの上なく分かりづらいです。これをモルなどの測定圧力によらないものに換算して計算すれば後は単なる比例(ヘンリーの法則)で処理できます。
一般的に気体の溶解度が溶媒リットルあたりL(リットル)(標準状態において)と与えられた場合,溶媒(気体の体積ではないことに注意)=L3(リットル)、圧力=P3(atm)において解ける気体の量n(mol)は
n=L/22.4(標準状態での体積)xL3xP3
で求められます。
あとは、聞かれた条件下で状態方程式にnを代入して解ける体積なりで答えればよいのです。

最後に、簡単にまとめておくと、
1.「ヘンリーの法則は溶解度は圧力に比例する」といっている。(ただし、同じ圧力で測定した場合)
2.溶解度が体積で与えられた場合、測定する圧力により体積が異なる点が話をややこしくする。
3.1.2をうまく処理する為には測定する圧力にかかわらず一定である物質量(モル)などで処理した後聞かれている条件下に戻すほうが間違えにくい。(状態方程式が絡む以上、計算はややめんどくさくなるが。)

ということです。

ヘンリーの法則自体は
「同温度では溶解度の小さい気体の溶解度は圧力に比例する」ということです。
定量の溶媒に1atmで0.5molとけたとすれば、2atmで1.0atm,3atmで1.5molとけるということです。要するに「比例」しているんです。
しかし、溶解度を体積で表すと、厄介なことになります。なぜなら気体は測定する圧力によって変わるからです。ボイルの法則PV=一定であるように、厳密には圧力に反比例するのです。

これからどうなるかというと,上記の気体の溶解度は1atmで1リットルとけるとすると、2atmで2リッ...続きを読む


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