Question

ATB

(4)について

操作2で水に溶けているCO₂の体積は、0⁰C基準だったものを20⁰C基準にしたので(圧力は大気圧のまま)、操作3で圧力を加えたときに成り立つ全体の式は、0.933Lに(大気圧/加えたあとの圧力)をかけないといけないと思ったのですが、この考え方のどこが間違っているか教えてください。

ちなみに1.013×10⁵Pa,20⁰CのもとでのCO₂の体積を標準状態に直したものは0.87Lと設定してあります。

次に,二酸化炭素 CO2 と水を使って, 以下の操作1~3を順次行った。
操作1 ピストンのついた容器に CO2 を 20℃, 1.013 × 10° Paにおいて,4.80L封入した(図
操作2 さらに,容器内に水を1.00L入れて 20℃, 1.013 × 10°Paで放置すると,平衡状
態となり,気相部分の体積は
操作3 最後に,温度を20℃に保ったまま圧力を
A
Lとなった(図3)。
B
x 10° Paにすると, 平衡時の気
相部分の体積が 1.00Lになった(図 4)。
293
Lotmf. V 1え
20 ℃, 1.013 × 10° Pa
293
20 ℃、1.013 × 10° Pa
圧力を
A
L
CO2
CO2
B
×10Pa
水を1.00L
にする
20 ℃,
4.80 L<
入れる
B
×10° Pa
1.00 L<
CO2
1.00 LCO:の飽和水溶液
1.00 L<
CO。の飽和水溶液
図 2
図 3
図 4
(2) 図3において, 水に溶解している CO2を取り出して気体に戻したときの体積(L]
は,以下の(i).(i)の条件下では, それぞれいくらか。有効数字2桁で答えよ。
0.47-
(i) 0℃, 1.013 × 10° Pa(標準状態)に換算して表したとき
か47×108
273、
Xx-
(i) 20 ℃, 1.013 × 10° Pa(平衡状態)に換算して表したとき
24
293
Yo.47
273
(3) 図3について, 空欄
に当てはまる数値を, 有効数字2桁で答えよ。
A
107
(4) 図4について, 空欄
に当てはまる数値を, 有効数字2桁で答えよ。
d、より
B
293
293
4
D

20 ℃.
1.013 × 10* Pa
ビストン
20 ℃, 1.013 × 10° Pa
1x [L]
0℃. 1.013 × 10° Pa
0.87 L
A
L
CO。
1.00 LイCO。の飽和水溶後
図 ウ
(重要
圧
体の
この CO。を20℃, 1.013 × 1O Pa の条件下においたときの体積をX[L]とすると,
シャルルの法則(ーk(一定))より
1.013 × 10° Paに換算して0.87 L 溶ける(図ウ)。
る。
0.87
273
X
293 →X= 0.933-… 号 0.93L
命内に入れた全CO, の 20℃-1013 × 105 Pa における体積は 4.80 L である。
に溶解している CO, の 20℃. 1.013 × 10° Paにおける体積は(2)の(i)より
0.933 L である。したがって気相部分の体積を「AJLとすると, 次の式が成り立つ。
全体
気相
A
水中
+ 0.933 L
= 3.867 号 3.9L
4.80 =
A
B
に当てはまる数値をPとする。
同じ条件下
20 ℃,
P× 105 [Pa]
ピストン
1.00 L{
CO2
ヘンリーの法則より
20 ℃, P× 105 [Pa];
1.00 L{CO。の飽和水溶液
0.93 L
図 エ
ンリーの法より,『溶解している気体の溶解量は、平衡状態での温度と分圧に
おける体積に換算して表すと, 分圧によらず一定となる」ので, 20 ℃, P× 10° Pa」
のとき、水に溶解している CO2 の体積は、20℃. Px10° [Pa] のもとで(2)の(i)と同
じ 0.93 L である。
また,気相部分の体積は図エょり 1.00Lである。さらに,全CO2 の 20 ℃,
1.013 × 10° Paにおける体積は 4.80Lなので20 ℃. P×10° [Pa]における体積は
ボイルの法則(PV=k(一定)) より,
4.80 × 1.013
P
[L]となる。したがって, 20 ℃,
P×10° [Pa]の CO2 の体積について, 次の式が成り立つ。
全体
4.80 × 1.013
気相
水中
= 1.00 L +0.933L
1o3x(o°
0.933×
Bx1or
P
P= 2.51… = 2.5
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