丸付きフラスコに水を入れ密封し、それを加熱した後に

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質問者：tetsuyan636
質問日時：2010/12/19 15:40
回答数：4件

丸付きフラスコに水を入れ密封し、それを加熱した後に丸付きフラスコの上にに水をかけると中の水が沸騰したのですがこれはどういう原理ですか？

またチューブ付きのゴム栓が圧縮されたのですが、これは気圧が関係しているのですか？

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回答 (4件)

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No.4

回答者： htms42
回答日時：2010/12/21 09:06

・「丸付きフラスコ」は「枝付きフラスコ」のことでしょう。

・「密封」と「加熱」の順番が逆です。
　先に「密封」していれば少しの過熱しかできません。
ここでの加熱はぼこぼことしつこく沸騰させて水蒸気と一緒に中の空気を追い出すことが目的です。
＃３では「危険だ」という指摘だけしかされていません。でも何のために加熱しているのかを指摘しなければ実験の内容を分からせることはできません。（「危険だ」と指摘していながら、「熱湯の入った熱いフラスコをさかさまにセットし直して水をかける」という操作をするように書いています。そんな危ないことはしないはずです。）
・この質問文から判断すると質問者様は実験の内容も、操作の意味も分かっていないように思えます。ただ最後の沸騰したことだけを「どうして？」と質問しています。多分「どうして沸騰がおこったか考えてきなさい」という宿題が出たのでしょう。（でも先生が正しい解説をすることができるのかどうかは疑問です。）

「水をかけて温度が下がったので圧力が下がり沸騰した」ということだけでは不十分だと思います。
この実験で沸騰がおこったのは水をかけることによって気体部分と液体部分に大きな温度差が生じたということがポイントです。全体を水の中につけて一様に温度を下げても再沸騰は起こりません。でも圧力は下がっています。

圧力差は温度差の結果生じたものです。でもこの圧力差は外部気圧との差ではありません。
気体部分の温度と液体部分の温度の２つの温度に相当する飽和水蒸気圧の差です。
（加熱操作でほとんどの空気を追い出していますから、起こった事の大筋を飽和水蒸気圧だけで考えることができるようになっています。）
仮に気体部分の温度が７０℃、液体部分の温度が９０℃だったとします。
化学便覧で蒸気圧を調べると
７０℃　２３４ｍｍＨｇ＝０．３１ａｔｍ
９０℃　５２７ｍｍＨｇ＝０．６９ａｔｍ
もし残っている空気の圧力が０．４ａｔｍ以上あれば沸騰は起こりません。
ぼこぼこと、十分に沸騰させて空気を追い出しておく必要があります。
再沸騰が起これば圧力差は小さくなっていきます。初めに十分な圧力差を作っておかなければ沸騰が持続しません。フラスコの中の空間が小さいですから平衡がわりあい速く実現します。これはポンプで引いて減圧した時に起こる沸騰と違うところです。

※水をかけずにただポンプで引いて減圧することでも再沸騰は起こります。
その時は気体部分と液体部分の温度はほとんど同じです。液面にかかる気体の圧力を外部から指定していることになります。外部に通じていますから平衡は実現しません。ポンプで引いている間、沸騰が続きます。
この実験の場合は、ポンプの場合と少し事情が異なります。
圧力ではなくて温度を外部から指定しています。気体部分と液体部分に温度差を生じさせています。閉鎖系です。

※＃２
＞０．７気圧だと７０℃くらいで沸騰します

これは誤りです。
３０００ｍの山の上でも沸点は９０℃ぐらいです。

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No.3

回答者： vsl2000
回答日時：2010/12/19 16:59

　丸付きフラスコではなく丸底フラスコでしょう。

　実験手順の説明が間違っていませんか？
　密閉してから加熱したのでは温度が上がるとゴム栓が吹き飛ぶ危険性がありますよ。
　チューブ付きのゴム栓をしたフラスコを加熱した後にそのチューブをピンチコックなどではさんで密閉し、フラスコを逆さまにしてから水をかけたのではありませんか？
　その結果中の水が沸騰したのは＃１のお答えのとおりです。
　フラスコの中の気圧が下がってもガラス製のフラスコは圧縮されませんが、軟らかいチューブは大気圧に押されてつぶれたのです。