高校化学「気体の性質」水上置換で捕集した気体の物質量

高校化学「気体の性質」水上置換で捕集した気体の物質量

◆問題

水素を水上置換で捕集し、容器内の水位と水槽の水位を一致させて体積を測定したところ、３５０ｍＬだった。温度は２７℃、大気圧は１０２２ｈＰａ、２７℃での水蒸気圧を３６ｈＰａとして、捕集した水素の物質量は何ｍｏｌか求めよ。


解答はこのページ下に掲載します。


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◆解答解説

水素を捕集する容器内と水槽の水位が同じ。ということは、容器内の圧力が大気圧と同じですね。
例えば、容器内の圧力が低ければ、容器内の水が押し上げられて、水位が高くなります。

水位が同じということは、圧力も同じ。
大気圧は１０２２ｈＰａなので、容器内の圧力も１０２２ｈＰａです。

そして、水蒸気圧は３６ｈＰａなので、容器内の圧力１０２２ｈＰａのうち３６ｈＰａは水蒸気の分です。
だから、水素の圧力は、

１０２２−３６＝９８６ｈＰａ

です。
今回の問題では、水素の物質量を聞いているので、気体の状態方程式に与えられた情報と、水素の圧力を代入してみましょう！

ＰＶ＝ｎＲＴ

Ｐ＝９８６ｈＰａ＝９８６００Ｐａ，Ｖ＝０．３５Ｌ，Ｒ＝８．３×１０³，Ｔ＝２７℃＝３００Ｋを代入すると、

９８６００×０．３５＝ｎ×８．３×１０³×３００

ｎについて解いて、

ｎ＝９８６００×０．３５／(８．３×１０³×３００)
　＝９８６×３５／(２４９０×１０³)
　＝０．０１３８・・・

よって、ｎ＝１．４×１０^-2[ｍｏｌ]


◆関連項目
単原子分子からなる気体を容器に入れ、密封した。この気体の温度が２００[Ｋ]，体積は…


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