Question

おにぎり

(3)（４）がどうして回答のように計算していくのかよく分かりません

化学 問題Ⅱ
1 次の文章を読んで、設問(1)~(4)に答えよ。
--2
実験室では、
COCO
る。
酸素は空気中に体積比で約21% 存在し、工業的には液体空気の分留で得られる。
塩素酸カリウムと酸化マンガン (NV)の混合物を加熱することで発生さ
Okay +30=
水上置換で集める。このとき、酸化マンガン(Ⅳ)はあ
としてはたらいてい
酸素 O は水にわずかに溶け、次のような溶解平衡が成り立つ。
O2(気)O2aq
KHclc
0007
気相中のOのモル濃度をG [mol/L] 水に溶けているQ』のモル濃度をC[mol/L]
とすると,平衡状態においては次式が成り立つ。 なお、 比例定数 Kは温度が一定なら、
一定の値をとる。
C
D
RT
CEP
RT
容積可変の密閉容器を用い, 温度を常に33℃に保って, 次の実験1.2を行った。
ただし、 気体は理想気体の状態方程式に従うものとし, 33℃における水の飽和蒸気圧
は 5.0 × 10° Pa とする。 また, どの平衡状態でも液体の水が存在し, その体積変化は
無視できるものとする。
【実験1】 0.100molのO2 をこの密閉容器に入れた。 容器内の圧力を1.00 × 10 Pa
にしたところ, 容器内の気体の体積はV[L] になった。 この0の入った容
器に十分な量の水を入れ, 容器内の圧力を1.00 × 10 Pa に保った。 平衡状
態に達したとき, 容器内の気体の体積は0.80V [L]になった。
【実験2】 実験1に続けて, 容器内の圧力が2.00 × 10 Pa になるように圧縮すると.
新たな平衡状態に達した。
設問(1) 下線 ①の反応を化学反応式で記せ。 また, 空欄
適切な語句を記せ。
→あ
にあてはまる最も
よくいい
K=
G
また,気相中の0』の分圧をP [Pa]. 気体定数を R [Pa・L/(K・mol)〕, 絶対温度を
T〔K〕とすると,C は次のように表される。P=GR・T
設問(2) 空欄 い に入る適切な式を K, P, R, Tを用いて記せ。 また, 下線 ②
で示される法則の名称を記せ。
設問 (3) 実験1で, 水に溶けている酸素の物質量は何molか。 有効数字2桁で記せ。
G=
6:上
RT
C=
RT
設問(4) 実験2で 水に溶けている酸素の物質量は何molか。 有効数字2桁で記せ。
また、このときの気体の体積をV'[L] とすると, の値を有効数字2桁で
V'
V
これは温度一定のもとで,一定量の水に溶ける気体の物質量と, 気相中のその気
ヘンリーの法則
体の分圧の関係を示している。
記せ。

(黄) ケイ素の基板上に絶縁層をつくるときは酸素や水
と同じ15族のヒ素Asである。
本という。 価電子数が5
蒸気を用いてケイ素を酸化する。 ケイ素の安定な酸
化物は二酸化ケイ素SiO2 なので、化合物 ZはSiO2
である。
(二酸化ケイ素 SiO2 を溶解させることができるの
はフッ化水素酸である。このときの反応式は.
よって、水に溶けている酸素の物質量は、
0.100 mol-0.076 mol = 0.024 mol
(4)容器内の圧力を200 × 10° PaにしたときのO
の分圧は,
2.00 x 10 Pa-5.0×10 Pa=1.95×10 Pa
水に溶けているO」の物質量はヘンリーの法則よ
り。
SiO2 + 6HF → H2SiF +2H2O
となる。
問題Ⅱ
問1 気体の溶解度
(1) 塩素酸カリウムと酸化マンガン(IV)の混合物を加
熱すると、次に示す熱分解反応によって酸素O2が
発生する。
2 KCIO3 → 2KCI + 302
0.024 mol x
1.95 x 10 Pa
9.50 × 10* Pa
= 0.0492mol = 4.9×10mol
気体で存在するO の物質量は,
0.100mol-0.0492mol=0.0508mol
であり、実験2における気体の体積を V' [L] とする
と、
1.95 x 10° Pax V' [L]
=0.0508mol XR [Pa・L/(K・mol) 〕 x 306K
このとき酸化マンガン(IV)は 触媒としてはたら
く。
①③より
V' 0.0508 mol
1.00 x 10° Pa
=
×
V
(2) 気相中のO2の物質量をn [mol] 体積をV [L],
モル濃度をG [mol/L] とすると, 理想気体の状態方
程式より
P =
=1RT = GRT
P
G =
RT
K = より
G
C = KG =
K
RT
-P
0.100 mol 1.95 x 10° Pa
= 0.260 0.26
問2 気相平衡
(1) 窒素 N2 と水素 H2 を原料に、 四酸化三鉄 Fe3O4 を
主成分とする触媒に用いて高温、高圧下でアンモニ
ア NH3 を合成する方法をハーバー・ボッシュ法と
いう。
(2)反応したN2 を x [mol] とすると,
№2 + 3H2
← 2NH3
反応前
1.0
3.0
0
変化量
-x
-3x
+2x
平衡時 1.0-x
3.0-3x
2x [mol]
この式は、 「温度が一定のもとで,一定量の水に溶
解する気体の物質量は,その気体の圧力 (分圧)に比
例する」というヘンリーの法則を表している。
(3) 実験前のO2 についての理想気体の状態方程式は,
1.00 x 105 Pa x V (L)
=
0.100mol×R 〔Pa・L/(K・mol)〕 ×306K
…①
実験におけるO2 の分圧は,水の飽和蒸気圧を
考慮すると,
1.00 x 10° Pa -5.0 × 10°Pa = 9.5 x 10‘Pa
気体で存在する O2の物質量をn [mol] とすると,
9.5 x 104 Pa x 0.80V [L]
ここで,平衡状態1 における N2 と NH3 の物質量
のより
(1.0-x) : 2x=1:2
x = 0.50mol
したがって, 平衡状態1 における NH3 の物質量は,
2×0.50mol = 1.0mol
(3) 平衡状態1における各気体の分圧は、全圧P よ
り,
Pw=1/2P1, Pro=2P1. PNH =
P=P
=/p
6
6
=n [mol] ×R 〔Pa・L/(K・mol)〕×306K ... ②
①,②より、
Kp =
n = 0.100molx
9.5 x 10' Pa
1.00 x 105 Pa
0.80 V (L)
×
V (L)
= 0.076 mol
2-6
16
-P1-2