化学◇蒸気圧についての燃焼反応と温度変化
- この質問は、ジメチルエーテルC2H6Oの燃焼反応とそれに伴う容器内の温度変化についての問題です。
- 燃焼終了後の容器内では、CO2とH2Oが検出され、ジメチルエーテルは完全燃焼したと考えられます。
- 問３では、燃焼終了後の温度が300(K)に戻った時の容器内に凝縮している水の質量を求める問題です。
- ベストアンサー
化学◇蒸気圧
1(L)の密閉容器に、ジメチルエーテルC2H6Oの蒸気と乾燥空気(窒素と酸素の体積比が４対１)を合わせて300(K)で1(atm)になるように入れ、燃焼させた。 容器内の温度と圧力は、燃焼直後に急激に上昇したが、燃焼終了後は次第に低下した。 燃焼後の容器内の物質を分析したところ、CO2,H2O,N2のみが検出され、ジメチルエーテルは完全燃焼したとしてよいことがわかった。 ただし、すべての気体は理想気体、気体定数R=0.082(L・atm/(K・mol))、H2O=18、計算結果は有効数字２桁とする。 [問１]この燃焼反応を化学反応式で記せ。 [問２]燃焼終了後、容器内の圧力が1.5(atm)に低下したときの温度は何(K)か。 [問３]燃焼終了後、容器内の温度が300(K)に戻った時点で、容器内に凝縮している水の質量は何(g)か。 ただし、300(K)の水の飽和蒸気圧は0.035(atm)、容器内の気体と液体は平衡状態にあり、CO2の水への溶解は無視する。 [答１]C2H6O+3O2→2CO2+3H2O [答２]4.2×10^2(K) [答３]0.11(g) 問２までは自力で解けたのですが、問３が分かりません。 解説をお願いします！！
- hebimichi
- お礼率73% (34/46)
- 化学
- 回答数1
- ありがとう数1
- みんなの回答 （1）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
- ベストアンサー
この問題のおもしろいところは、燃焼後に酸素が残っていないところです。 ですので、答え１の反応しか起きていないのです。 つまり、最初、酸素はエーテルの三倍の物質量(mol数)あったことになります。 ですのではじめの物質量(mol数)の比は、 エーテルを１とすると酸素は３、窒素は１２ということになります。 ですから、エーテルの量は1/(１＋３＋１２)=1/16 (気圧、300℃)になり、 ここからエーテルの物質量(mol数)が求まり、水の物質量(mol数)も求まります。 あとは液体の水の「体積」を無視し、気体で存在する水の物質量(mol数)を上記の水の物質量(mol数)から差し引けば凝縮している水の質量が求まります。 計算はお任せします。
関連するQ&A
- 1Lの密閉容器にジメチルエーテルC2H6Oの蒸気と乾燥空気(N2:O2
1Lの密閉容器にジメチルエーテルC2H6Oの蒸気と乾燥空気(N2:O2=4:1の混合気体)をあわせて 300Kで1atm入れ、点火し燃焼させた。容器内の圧力と温度は点火直後に急激に上昇したが、燃焼終了後は次第に低下した。燃焼後の容器内の物質を分析したところ、CO2、H2OおよびN2のみが検出され、ジメチルエーテルは完全燃焼したとしてよいことが分かった。以下の問に答えよ 。ただし気体定数R=0.082L・atm/K・mol、300Kにおける水の蒸気圧は0.035atm。 (1)この燃焼反応を化学反応式で示せ (2)燃焼終了後容器内の圧力が1.5atmに低下したときの温度はいくらか。 ---------------- 圧力の問題で、(2)では燃焼で生じる水の状態を判断しなければならないのですが、解答では以下のようになっていました。 燃焼後の気体にはO2が無いことから、用いたジメチルエーテルをn molとすれば、混合気体は16n molであり 燃焼後はCO2 2n mol,H20 3n mol N2 12mol で系17n mol。 もしH20が液化したとするならば気体の物質量は14n molとなり300Kのときの圧力は1atmより小さくなる。したがってH20は気体状態と考えられる。 ------------ この文章の意味が良く分からないのですが、このことからなぜ水が気体と判断できるのですか？？？ また別のところには「圧力１．５atmからH2Oは水蒸気の状態であることがわかる」とも書いてあります。これもよくわかりませんでした・・・どうして分かるのでしょうか？？ よろしくお願いしますm(_ _)m
- ベストアンサー
- 化学
- 蒸気圧の問題です。私の考えのどこが間違っていて、どのように直せばよいの
蒸気圧の問題です。私の考えのどこが間違っていて、どのように直せばよいのかお教え下さい。 ◆問題文です。 １lの密閉容器に、ジメチルエーテルC?H6Oの蒸気と乾燥空気（窒素と酸素が４対１の体積比で混合した気体とする）を合わせて300Kで１atm入れ、点火し燃焼させた。容器内の温度と圧力は、点火直後に急激に上昇したが、燃焼終了後は次第に低下した。 燃焼後の容器内の物質を分析したところ、CO2 , H2O, およびN2 のみが検出され、ジメチルエーテルは完全燃焼したとしてよいことがわかった。 以下の設問に答えよ。ただし、すべての気体は理想気体としてふるまい、気体定数はR=0.082l・atm / (K・mol )とする。 計算結果は有効数字２桁で記せ。 解答には途中の式や考え方も簡潔に記して、また、必要があれば、原子量として次の数値を用いよ。H：1.0 , C：12.0 , O：16.0 ◆設問 . 燃焼終了後、容器内の温度が300Kに戻った時点で、容器内に凝縮している水の質量は何ｇか。ただし、300Kにおける水の蒸気圧は0.035atmである。 また、容器内の気体と液体とは平衡状態にあり、CO2の水への溶解は無視できるものとする。 ◆この問題の解答です。※ すべての P の上に ～ が付きます。 C2H6Oの物質量をn(mol) とすると、O2は３n(mol) , N2は12n(mol)はじめにあったことになる。 よって気体の総物質量は16n(mol) であり、理想気体の状態方程式より次式が成立する。 1(atm) ×1(l)=16n(mol)×0.082×300(K) ・・・(1) 300(K)でH2Oがすべて気体として存在しているならば、理想気体の状態方程式よりH2Oの分圧をP H2O とすると次式が成り立つ。 P H2O = nRT / V = 3n (mol ) × 0.082 × 300 (K) / 1 (l) ・・・(2) (1), (2)より P H2O =3/16atmとなり、これは300(K)の水蒸気圧0.035(atm)より大きいので、H2Oは凝縮する。 気相に存在するH2O分子をx(mol)とすると、気相部分の水蒸気圧が0.035(atm)であることと状態方程式より x = PV / RT = 0.035(atm) × 1(l) / 0.082 × 300(K) ・・・(3) となる。 凝縮したH2Oの物質量は３n－x(mol)となるので、(1),(3) を代入すると ［ 3×1×1 / 0.082×300 ×16 － 0.035×1 / 0.082 × 300 ］× 18 = 0.111(ｇ) 0.11(g) の質量のH2Oが凝縮したことが分かる。 答 0.11(g) ◆以下、私の答0.20(g) です。 燃焼前後の物質量の変化を 燃焼前 エタノール x mol 窒素 12x mol 酸素 3x mol 燃焼後 二酸化炭素 2x mol 水蒸気 3x mol 窒素 12x mol とおく。 温度が再び、300Kに戻った時の全圧をP ( pa )として、圧力が1.5atmの時、温度が423Kであるから、ボイルの法則より 1.5 / 423 = P/300 ∴ P = 1.06 atm 圧力が1.50atmのとき、水蒸気と窒素の物質比は 水蒸気：窒素 = 1 : 4 = 125 : 300 圧力が1.06atmのとき 水蒸気の分圧が0.035atmであり、窒素の分圧は1.5atmのとき、1.5 ×12 /17 atm であるから 容器内が300Kに戻った時の圧力は、1.5 ×12 / 17 ×300/423 = 0.75atm であるから水蒸気と窒素の物質量比は 水蒸気：窒素 = 0.035：0.75 =14：300 以上より凝縮している水と窒素の物質量比は、 水：窒素 = (125－14)：300 = 111：300 窒素の物質量をn mol として、初めの状態での気体の状態方程式より n=1×1.0 / 0.082×300×12/16 mol よって、 凝縮した水の質量は 1×1.0 /0.082×300×12/16×111 / 300 ×18 ≒ 0.203 ≒ 0.20(g) 答 0.20(g)
- ベストアンサー
- 化学
- 水の蒸気圧に関する問題を教えてください
苦手な分野で理解が浅いので質問させてください。 ＣＨ4 ０.０１０molが入った１.００Ｌの容器がある。この容器にＯ2を入れ、容器の温度を３００Ｋに保って、容器内の圧力を測定したところ、圧力は６.９８×１０の４乗 Ｐａであった。 ＣＨ4を燃焼させたところ、ＣＨ4の一部は不完全燃焼し、ＣＯが発生した。ただし、気体は理想気体として扱えるものとし、水への溶解は無視できるものとする。また燃焼によってＣＨ4とＯ2は完全に消費されたものとする。 問３ ３７３Ｋにおける水の分圧を有効数字２桁で求めなさい。ただし３７３Ｋにおける水の蒸気圧は１.０１×１０の５乗 Ｐａとする。 問４ 燃焼後、容器を冷却すると温度Ｔで液滴が現れた。Ｔの範囲として次の(ア)～(ウ)のいずれかに当てはまるか答えなさい。またその理由を４０字以内で答えなさい。 という問で問３はわかったのですが、(６.２×１０の４乗 Ｐａ)次の問で解答に 「燃焼後の水蒸気の分圧が３７３Ｋの飽和蒸気圧より小さいため、液滴はより低温で現れる」とあったのですがどういうことなのかわかりません…。 水の蒸気圧とか飽和蒸気圧というあたりが苦手で、教科書に 「密閉容器内に適当な量の水を入れて放置するとその上部の空間に蒸発した水蒸気の圧力は、一定温度では一定の値を示すようになる。このとき上部の空間は水蒸気が飽和した状態になっており、その圧力を水の飽和蒸気圧という」とあったのですが、"水蒸気の圧力"というのは水蒸気がまわりの空気を押す力ですか？それともまわりが水蒸気を押す力なんでしょうか…？ 色々理解が浅いもので間違ったこととかも書いてあると思いますが教えていただけると嬉しいです。 どうかお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 蒸気圧
大学入試の問題ですが、どなたかご教授お願いします。 温度57℃において、分圧600 mmHgのアルゴンと分圧130 mmHgの水蒸気からなる 混合気体が入っている円柱状の容器がある。容器に対して以下に示す操作を行 うものとして問に答えよ。なお、57℃での水の蒸気圧を130 mmHg、－3℃での 氷の蒸気圧(昇華圧)を4 mmHgとする。また、アルゴンはすべての容器中で常 に気体として存在する。 気体はすべて理想気体であるとし、混合気体の全圧と各成分気体の圧力の間 にはドルトンの分圧の法則が成立するものとする。水および氷の体積は無視 する。また、気体アルゴンの水あるいは氷への溶解も無視する。 容器に対する操作 容器の体積一定のまま、容器の上半分を57℃に、容器の下半分を－3℃に保つ。 問a 容器の上半分と下半分に存在するアルゴンの原子数の比を求めよ。整数比で答えよ。 問b 容器内の全圧(mmHg)を求めよ。整数で答えよ。 aはアルゴンの圧力をPとして、モル比を出せば9：11と簡単に出るが、ｂが？ 一応、自分で考えたのは、P＝540mmHgと計算。水は下部の蒸気圧にしか圧力 が行かないから、4mmHg で、計544mmHg。 でも、手元の解答によると 上半分：600×1/2＋130＝430、 下半分：490.9×1/2 ＋4＝249.45 ∴答：679 mmＨg 490.9はアルゴンの－3℃での圧力です。 ？？？ 誰か教えてくださいませ。
- ベストアンサー
- 化学
- 飽和蒸気圧について
私の参考書の問題で気になった点があったので質問します。 以下、問題記載 内容積５Lの容器が１５℃で標準大気圧の大気に開放されている。これにエタノール（液体）0.05molを入れて素早く密閉した後、温度をt1まで加熱した。 ただし、容器の中に入れたエタノール(液体)の体積は無視する。また、気体は理想気体として計算せよ。 次の問に答えよ なお、エタノールの温度と飽和蒸気圧の関係は次の表のとおりである 温度 ℃ 0 25 50 飽和蒸気圧 kPa 1.50 7.87 29.5 問１．密閉した容器中の空気は何モルか？ 問２．t1=50℃のとき、容器に入れたエタノールがすべて気化したとすると、容器内のエタノールの分圧はいくらか。 問１は当然ながら理想気体の方程式より求めれます 問２の答えを参照すると理想気体の方程式より求めています。 私の認識では、液体は温度における飽和蒸気圧力に等しくなるまで蒸発を続けるという事より、５０℃の時の飽和蒸気圧力なので29.5KPAになるものと解釈していました。 しかし、理想気体の方程式より算出する形となっており、答えは26.8KPAでした。 理想気体の方程式より求める方法であれば、例えばエタノールが100molあったとして、同じ条件であれば5.3MPAになるものと推測されます。 これらをふまえて質問します。 全て気化したと仮定しているため、気体の状態方程式より算出しているのでしょうか？ つまり、液体が存在する場合、今回の条件の場合50℃における飽和蒸気圧力（29.5KPA）と解答すれば良いのでしょうか？ 質問したいこともよくわからなくなるのですが・・・ざっくり言うと「問2の答えは温度における飽和蒸気圧力、つまり29.5KPAになるのではないのか？」が質問です。 基礎的な質問で質問内容が伝わり難いと思いますが これを明確に説明できる方がいましたら、ご教授願います。
- 締切済み
- 化学
- 化学 蒸気圧について
密閉容器内に水が入っているとします。（容器いっぱいではない） 水を入れた瞬間は、水は蒸発していないから、水蒸気の分圧は0ですよね？ これをゆっくり加熱していくと、水蒸気の分圧は、飽和蒸気圧曲線にしたがって上昇していくというのはあっていますか？ また、言葉の定義について 水が蒸発していくと、水蒸気の分圧は大きくなっていきますよね？ つまり、容器内の空間（液体の部分を除く）の全圧が大きくなっていきますよね？ この圧力は、まぎれもなく「蒸気の圧力」によるものだと思いますが これを「蒸気圧」とは言いませんよね？ あくまでも「空間の気体による圧力」ということですよね？ ここまでで間違っていることがあればご指摘お願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 化学・燃焼反応・標準燃焼エンタルピー
教えてもらいたいです。 ジメチルエーテルの燃焼反応は、次式で表される。ジメチルエーテルの標準燃焼エンタルピー はいくらか？ ただし、ジメチルエーテル、二酸化炭素および、水（液体）の標準生成エンタルピーは、それぞれ －１８４ｋＪ／ｍｏｌ、－３９４ｋＪ／ｍｏｌおよび－２８６ｋＪ／ｍｏｌとする。 ＣＨ３ＯＣＨ３+３Ｏ２→２ＣＯ２+３Ｈ２Ｏ（１） 解答：題意の式は、１ｍｏｌのジメチルエーテルＣＨ３ＯＣＨ３の燃焼反応であり、標準状態 （２５℃、標準大気圧）下でのこの燃焼反応式のエンタルピー変化△Ｈｃ°が ジメチルエーテルの標準燃焼エンタルピー△Ｈｃ°である。 △Ｈｃ°=〔生成系の標準生成エンタルピーの総和〕－〔原系の標準生成エンタルピーの総和〕 △Ｈｃ°=〔２ｍｏｌ×（－３９４ｋＪ／ｍｏｌ）+３ｍｏｌ×（－２８６ｋＪ／ｍｏｌ）〕－ 〔１ｍｏｌ×（－１８４ｋＪ／ｍｏｌ）+３ｍｏｌ×（０ｋＪ／ｍｏｌ〕 =－１４６２ｋＪ 得られた値は１ｍｏｌのジメチルエーテルについての値であるから、答えは、 －１４６２ｋＪとなる。 問題を解く事は出来ますが、良く分からない事があります。 ＣＨ３ＯＣＨ３+３Ｏ２→２ＣＯ２+３Ｈ２Ｏ（１） 上の式の最後にある（１）とは、１ｍｏｌという意味でしょうか？ あと、初歩的と言うか、小学生並みの事で申し訳ありませんが、 （－１６４６）－（－１８４）＝－１４６２とは、どうやって計算するんでしょうか？ －１８３０と間違えそうです。 何か、アドバイスや考え方や覚え方など、ありましたらよろしくお願します。 毎回、毎回申し訳ありません。 過去に質問した内容はすべて理解してすごく身になっています。 よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 混合気体の全圧
10.0lの容器内に1.00molの酸素と0.20molのメタンCH4を入れ、この混合気体に点火して、メタンを完全に燃焼させ、燃焼後の温度を127℃に保った場合の容器内の混合気体の全圧を求める問題についてです。ただし、127℃における水の飽和蒸気圧を245kPaとします。 気体定数R=8.31l・kPa/(K・mol) 原子量Al=27 メタンの燃焼 CH4+2O2->CO2+2H2O 0.20molのCH4の燃焼による反応物の各物質の物質量 O2;1.00-0.20*2=0.60[mol] CO2;0.20[mol] H2O;0.20*2=0.40[mol] 0.40molのH2Oがすべて気体として存在する場合の圧力pH2Oは、 pH2O=0.40*8.31*400/10.0≒133[kPa]＞127℃における水の飽和蒸気圧245kPa →生成した水はこの温度ですべて気体として存在 ここで、求める圧力pを求める式が、 p=0.60*0.20*0.40/0.40*133≒399[kPa]となるみたいなのですが、この式の意味がよくわからないんです。 物質量の値が使われているように思いますが、どのようにしたら出てくるのでしょうか。
- ベストアンサー
- 化学
お礼
それぞれの物質量の関係がごちゃごちゃしてました。 分圧比でやろうと試みたのですが、直接物質量を求めて差をとる方が分かりやすいですね。 ありがとうございました！！！