分子量の測定(デュマ法?) についてご回答ください(修正)

1.　乾いたフラスコ・アルミ箔・輪ゴムの質量合計<W1>を秤量する。2.　1リットルビーカーの中の水を沸騰させる。3.　四塩化炭素(約3ml)をフラスコに入れ、アルミ箔でフラスコの口を覆って輪ゴムで留め、アルミ箔の中央に針で穴を開ける。4.　フラスコを沸騰した湯の中に入れ、フラスコ内の四塩化炭素が完全に気化してから3分そのまま加熱し続けてから取り出して放冷する。フラスコ外部の水滴を取った後、アルミ箔と輪ゴムをつけたまま質量<W2>を秤量する。5.　フラスコから輪ゴム・アルミ箔・四塩化炭素を取り除き、フラスコに水を満たして、その水の体積を測定して、フラスコ内の体積<V>を測定する。　これから状態方程式M=(W2-W1)×R×(273+t)÷(P×V)を使って四塩化炭素の分子量を測定するという実験内容で、以下の四つの内容について調べてくるよう言われたのですがわからないのでご回答ください。 a) この実験ではじめに入れた四塩化炭素約3mlの質量を秤量しなくていいのは何故ですか?　b) フラスコ内の四塩化炭素が気化した後、三分加熱を続けたのは何故ですか? c) この方法によって分子量を求めるためには、液体の沸点や気体密度についてどんな制限がありますか? d) 四塩化炭素の分子量(154)が既知であるとして、実験で求めた分子量Mを以下の式に代入して、その数値が何を意味すると考えられますか? (154-M)÷154×100(%) e) 絶対温度は、室温の温度を代入すべきですか、それとも四塩化炭素が気化したときの湯の温度を代入すべきですか?

No.1 ベストアンサー 回答者： KanjistX 回答日時： 2003/06/23 04:12

状態方程式はその名のとおり、あるひとつの状態についての方程式です。

つまり、どの時点での状態（温度・体積・圧力）かを統一しなければなりません。
この実験では、4.で四塩化炭素が完全に気化して十分に安定な状態になった状態に注目しています。
安定な状態とは、アルミ箔の穴からの気体の出入りが見かけ上なくなった状態です。
なぜこの状態を用いるかといえば、気体状態の四塩化炭素の体積と圧力が一目瞭然で、面倒な測定の必要がなくなるからです。
つまり、体積はフラスコの体積そのものであり、圧力は実験室内の気圧に一致しているからです。
もちろん温度は沸騰水の100℃に一致しているはずです。

以上のことを踏まえればわかりますね。
a)3mlを正確に測ったところで4.の状態では気化して一部フラスコ外に出ていっていますからフラスコ内に四塩化炭素がどれだけあるかわかりませんね。
b)気化してすぐではフラスコ内の圧力が高くなっていて、室内の気圧を利用できませんね。
c)測定する物質の沸点が100℃以上だったら沸騰水を利用して「完全に気化」はできませんね。
W1は実は（乾いたフラスコ＋アルミ箔＋輪ゴム＋『フラスコ内の空気』）の質量です。
そしてW2を測定したのは放冷した後ですから、温度が下がった分だけフラスコ内の気圧が下がり、フラスコ外の空気がフラスコ内に入ってきます。
だから、W2は（乾いたフラスコ＋アルミ箔＋輪ゴム＋『再び液化した四塩化炭素』＋『まだ気体状態の四塩化炭素』＋『入ってきた空気』）の質量です。
だから本来（W2-W1）は実際の四塩化炭素の重さよりも、「気体状態の四塩化炭素」の体積に相当する空気の質量の分だけ軽くなっています。（ここを理解するのが難しいかもしれない）
だから一般的には放冷後の室温における四塩化炭素の蒸気圧と空気の密度を用いて質量を補正します。
しかし、気体密度が四塩化炭素と空気とでそれほど変わらないのであれば、上のことは無視できます。
d)その式であらわされたものを相対誤差と呼びます。参考URL参照。
e)すでに述べたとおりです。

以上をまとめればよろしいかと思います。

参考URL：http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=401254