塩酸とマグネシウムの反応

（高校で）塩酸とマグネシウムを反応させて
水素を捕集するという実験をしました。

マグネシウムリボン⇒約10cm・20cm・30cm・40cm・50cm
塩酸⇒3mol/l

手順
コンテナに水をたくさん入れる。
メスシリンダーを水の中に入れる。
二股試験管の片方にマグネシウムリボンをいれ
もう片方には塩酸を10ml入れる。
二股試験管を傾けてマグネシウムリボンの方に
塩酸を加える。
メスシリンダーで水素を集める。
（水上置換で水素を集めました）

先生に、「水素の量を測るとき水面とメスシリンダーの水面を合わせた状態で測るように！」と言われました
これは何故ですか？出来れば詳しく教えてください。

結果
Mg：10.7cm⇒水素 150ml
Mg：20.4cm⇒水素 273ml
Mg：30.8cm⇒水素 301ml
Mg：38.8cm⇒水素 312ml
Mg：46.1cm⇒水素 303ml
気圧:1006hPa　水温:8.0℃　

※急いでいたので結果がおかしいかもしれません

今回の実験では計算上、生じる水素の物質量は最大
どれほどになるんでしょうか？
出来れば詳しく教えてください
　

No.2 ベストアンサー 回答者： w-palace 回答日時： 2007/01/29 20:27

＞先生に、・・これは何故ですか？

No.1のご回答にあるように、メスシリンダー内外の気圧差を避けるためです。気体は、圧力の違いによって体積が大きく変化しますので、気圧差があると測定体積に誤差が生じるからです。

＞今回の実験では計算上、生じる水素の物質量は最大どれほどになるんでしょうか？
反応式を書けばわかるように、Mgの物質量と同じ量の水素が発生します。
体積は、水素の物質量と気圧と温度を気体の状態方程式にあてはめて計算すれば求めることができます。
ただし、メスシリンダー内部は水蒸気で満たされていますので、その水温における飽和水蒸気圧の分を差し引いて考える必要があります。8.0℃での飽和水蒸気圧は約11 hPaなので、水素の圧力は、995 hPa ということになります。

No.3 回答者： 134 回答日時： 2007/01/29 22:17

メスシリンダーについては、解答がでていますので、触れません。

私の書き込みは、蛇足と思ってください。

マグネシウムリボン
長さはありますが、幅や厚さも不明ですので、計算上どれくらいの水素が発生するのかは、計算不能です。いや、幅や厚さがあればいいのではなく、「マグネシウムの重量」が必要…ということです。
また、塩酸も濃度はありますが、容量がどのくらいなのか、分かりません。
　もしかしたら、マグネシウムが溶け残ってしまっているかもしれません。

　ただ…

　厚さや幅は一定と仮定しますと、長さが２倍になると２倍の水素がでそうです。
　実際、１０．７cmのときと２０．４cmのときは、ほぼ２倍です。
しかし、３倍、４倍と増やして、その通りになっていますでしょうか？

　そうでないとするなら、何が原因だと思いますか？
　そのあたりを考察してみると、興味深いレポートになるかもしれません。

No.1 回答者： storm50 回答日時： 2007/01/29 15:36

そうしないとメスシリンダー内外の気圧が異なってしまい正確に測れないからからです。