気体の状態方程式を用いた分子量の測定を行いました。

気体の状態方程式を用いた分子量の測定を行いました。(シクロヘキサン[C6H12]の分子量を求めました)

実験方法
(1)シリコーンゴム栓に温度計を差し込み、丸底フラスコに取り付けて全質量をはかる
(2)丸底フラスコにシクロヘキサンを駒込ピペットを用いて入れ、再度シリコーンゴム栓を取り付ける
(3)ゴム栓下端に印をつける
(4)90度の熱水の入ったウォーターバスにフラスコを入れ、スタンドで固定
(5)シクロヘキサンが完全に蒸発した事を確認したあと、フラスコ内の温度がほぼ一定になったらその温度をよむ
(6)フラスコをスタンドよりはずし、外側についている水を乾いた布で拭きとり、放冷しめ再び質量をはかる
(7)ゴム栓を外して、シクロヘキサンを回収したのち、フラスコをへ水を満たし、再びゴム栓をして余分な水を溢れさせる。この時ゴム栓は印のつけた位置までいれる
(8)メスシリンダーにフラスコの水を入れ、体積をはかる
(9)気圧計より大気圧を読む
10 気体の状態方程式からモル質量を求める

その考察でわからないところがあるので教えてください。
(1)(丸底フラスコにシクロヘキサンを駒込ピペットを用いていれる時に)シクロヘキサンの質量を測定しなくてよい理由
(2)フラスコの質量を測定する前に放冷し、シクロヘキサンの蒸気を凝縮させることが必要な理由(蒸気のまま測定する事がダメな理由)
(3)誤差の原因
(実験値は89だったので誤差は約6%でした)

以上3つを教えてください。お願いします。

No.2 ベストアンサー 回答者： ankotare 回答日時： 2013/06/13 09:21

（１）丸底フラスコにシクロヘキサンを駒込ピペットを用いていれた後、フラスコ内が飽和蒸気になるまで余剰のヘキサンを大気に放出するので、最初に入れる質量を測定しても意味がありません。

（２）フラスコが熱いままであれば、フラスコの外壁に接した外気が暖められ、上昇流れが生じ、重量計測に誤差が出やすいためでしょう。
（３）これは大変難しい質問です。
実験方法の記述でまず感じたのは、ウオータバスの温度90度が適切かどうかということがあります。シクロヘキサンの沸点は80.74℃であるので、少し高いように感じます。また、温度計の精度は吟味済みでしょうか。一番誤差が出やすいのは、フラスコ内の飽和蒸気の重量計測です。確実に飽和になっているか、目視では分かりにくい液膜が壁に残っていないか、どの要因が誤差を大きくするのか検討して下さい。大気圧が何時でも1013ヘクトパスカルとは限りませんので、沸点も僅かでしょうが変化します。

この回答へのお礼

(1),(2)の回答とても参考になりました。ありがとうございました。
(3)に関しては私もそう思っています。シクロヘキサンの沸点に対してウォーターバスの温度が高いのではないかと。しかし、先生が温度を勝手にいじってはいけないと仰っていたので変更できませんでした…
言われてみれば液膜が残っていた気がします…
温度計も用意されていたものを使用したので吟味などできていません…
大気圧も98200Paでした。
回答ありがとうございました。

お礼日時：2013/06/13 20:05

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2013/06/13 12:19

（１）（２）

なぜ温度計付のゴム栓をするのでしょうか。？？？
こういう文章を見るのは初めてです。
・外部に蒸気を逃がす必要があります。栓をしてしまえば出ていくことができなくなります。
外部に蒸気が出ていくことで初めにあった空気を追い出してしまって、シクロヘキサンの蒸気だけを充満させるということができるようになります。液体を少し余分に入れて空気の追い出しが十分に行われるようにします。余分な蒸気が全部出て行ったあと内部の蒸気の圧力が大気圧と平衡状態になるように工夫されているはずです（教科書によっては「針で小さな穴をあけたアルミホイールのふたをする」と書いてあるものがあります）。この状態での温度、圧力、体積が必要です。質量もこの状態のものが必要です。
・蒸気の温度はフラスコを入れた湯浴の温度で代用します。
　熱容量の小さい蒸気の温度を熱容量の大きなガラス製の温度計で測るのはむつかしいです。フラスコはガラス製ですので熱容量が大きいですが湯浴の温度と同じになっているという設定にはあまり無理はありません。そのフラスコの温度と蒸気の温度が等しいとするのです。フラスコは首まで湯の中につけるほうがいいでしょう。温度計がゴム栓でフラスコから熱的に絶縁されていれば温度計を蒸気で温める必要が出てきます。
質量測定という面からも温度計は使いたくないです。気体の質量は測定がむつかしいです。常に容器の質量と一緒にはかる必要があるからです。フラスコだけでもかなりの質量です。それにゴム栓付の温度計をつければどんと質量が大きくなります。そこで空気の一部がシクロヘキサンに置き換わった時の質量変化を求めようというのですからむつかしくなるというのがわかりますね。

質量の測定
温度を下げると蒸気として存在していたシクロヘキサンが液体に戻ります。それに伴って外部から空気が入ってきます（ゴム栓があればこの変化は起こらなくなります）。初めに質量を測ったときはフラスコの中に空気が入っていたのですからシクロヘキサンの質量を測るときも空気の入っている状態でやる必要があります。
もし密閉状態でやるという実験であれば圧力測定を別にやる必要があります。

体積の測定
フラスコも熱膨張します。圧力の測定された状態と同じ温度で体積も測る必要があります。水を満たして体積を調べるというのではずれが出ますね。

誤差　高校でやる実験は１割の誤差の範囲に収まればいい方です。
でも、こういうところに誤差の生じる理由があるのではないかということを考えるのは原理の理解の補強として意味があります。どれだけのことが考えられるかやってみてください。影響が大きいか、小さいかの吟味も試みてください。

誤差のことよりもここに書かれている実験手順でいいのだろうかという疑問のほうが大きいです。測定の原理にかかわることです。

この回答へのお礼

大変詳しい回答ありがとうございます。ゴム栓には少し隙間があった気がします。温度計を使用するのが好ましくない事もわかりました。
誤差の原因は回答していただいたものを読んで考えてみましたが凄く難しいです…
実験の事は先生曰くどのクラスも(予備実験も含め)あまり上手くいかなかったそうです。
色々と参考になりました。回答ありがとうございました。

お礼日時：2013/06/13 20:15

No.1 回答者： nananotanu 回答日時： 2013/06/13 07:54

(6)で測った質量から最初の質量引いたら、その間に増えた質量じゃないの？

蒸気のまま測定したら、何が不都合と思うの？　たとえば、熱くて測りにくい、とか何でもいいから自分の考えをまずは書かなきゃ

実験が下手

この回答へのお礼

そうですよね…
すいません。

実験は指示された通りにやっているので何とも言えませんが私的にも納得いかない点が幾つかあります…

お礼日時：2013/06/13 20:00