蒸発平衡の問題解説!蒸気圧の問題での状態図の使い方!

和蒸気圧の問題に関する、

問題です。

 

普通の参考書で勉強している人は、

まあ出来ないと思いますが、

おそらくこのブログで勉強している

あなたは出来る事でしょう。

 

この蒸気圧に関する説明は↓で

『飽和蒸気圧とは、状態図と蒸気圧の関係と入試問題の解法集』

 

このブログで提唱しているのは、

とにかく

『気体になれるかは状態図に聞け!』

ということです。

 

この状態図の使い方をこの問題を

通してきっちり定着させて行きましょう!

 

水素100mL(45.8℃、1.00×105Pa)と酸素xmL(45.8℃、1.00×105)を混合してたえず一定圧力(1.00×105Pa)を混合して絶えず一定圧力(1.00×105Pa)を混合してたえず一定圧力(1.00×105Paを保ったピストン付きシリンダー内で反応させた。反応は水の生成する方向に完全に進行した物として、反応完結後45.8℃、1.00×105Paで気体の体積をVxmLとする。飽和蒸気圧は45.8℃で0.10×105Paである。xの値を3,50,80とした時の反応完結後の気体の体積V3、V50、V80を求めよ。なお水素や酸素の水への溶解は無視できるほど少なく、また気体は全て理想気体として扱える物とする。(有効数字3桁)

(1983年 金沢大)

この問題の方針

蒸気圧の問題は、もちろんですが、

気体の問題の一種』なので、

余裕で図を書きます。

 

そして、水素、酸素、水蒸気など

混合気体と言えます。

 

なので、『仮想分離』します。

仮想分離するときは、

分圧を使うか

分体積を使うか

という選択があります。

 

このときの決め方が、この問題の変化を

図にして状態方程式PV=nRTで一定な物

を殺して決めるのでした!

 

図は後ほど書きますが、

今回の問題はP,T一定

(45.8℃・100kPa)でH2

燃焼させる問題である。

  

これより使える式はV=knなので、

モルに比例するのは、分体積

 

だから、今回の問題で使うのは、

分体積です!

量計算もモルを使うと非常に厄介なので、

必ず分体積を使いましょう!

  

またこの問題文に下線を引いたところが

ありますが、

これは、Paではなく、kPaを使いましょう!

 

1.0×105Pa=100kPaを使いますし、

気体定数Rは、

8.3×103Pa・L/(mol・K)=8.3kPa・L/(mol・K)

と言うように、可能な限り10n

減らしましょう!

①V3(V(O2)=3mL)

以前混合気体についての解説コンテンツで、

お伝えしましたが、分圧⇔分体積の変換が

必要な問題が難関大で出ますと

言いました。

  

今回もそのパターンを用います。

今回もちろん、分体積で計算しますが、

  

厄介な事に、

分圧』を知らないと蒸気圧曲線との

比較が出来ませんよね!


 

だから分体積から分圧に変換

しなければならないことがあります。

  

混合気体 分圧、分体積変換
このような図は覚えていますね。

このように、

P,T一定、V,T一定で混合気体を分けて、

水同士を気体の法則で繋げます。

  

PV=nRTのうちn,Tがいっていなので

Rとまとめて、

PV=k(ボイルの法則)をつかいます

  

これより、

100kPa×6mL=x×100mL

これより、

x=6kPa

これを状態図に判定してもらいます。

飽和蒸気圧は10kPaなので、

x=6kPaは余裕で全て気体になれます。

 

だから、6mLは全て気体になっていますので、V3=100mLと言えます。

解法を動画でまとめました

②V50(VO2=50mL)

③V80(VO2=80mL)

仮想的に気体にしたとしたときの

分圧が蒸気圧を超えて、

そして、気体になれる空間があるとき、

蒸気圧の分だけ気体になれる』のです。



 

どうでしたか、

おそらく苦手だった人ももう簡単だと

思えるのではないでしょうか?

  

この問題はメチャクチャ重要な

良問だったので、何度も解き直して下さい!

それではありがとうございました。