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過酸化水素水の分解
27℃、1atmである濃度の過酸化水素水Aと触媒の水溶液Bをそれぞれ50mlずつ混合したときに発生する酸素の体積を時間を追って測定した。混合してからt分後には14ml、さらに時間が経過し、完全に分解したときには60mlの酸素量が観察された。なお、発生した酸素の水への溶解は無視できるとする。 (1) 混合する前の溶液Aの過酸化水素の濃度はいくらか？mol/lで示せ。答えは有効数字2ケタで求めよ。 とありました。 反応式は 2H_2O_2 → 2H_2O + O_2 より、酸素に対して2倍のモル量が用いらるという関係から (60 / 1000)×2÷22.4に1000/50をかけた値としたら不正解で、 答えは (60 / 1000)×2×(1/22.4)×(273/300)=4.8×10^-3mol 4.8×10^-3÷ 50×10^-3 =9.75×10^2mol/l となっていました。 この273K/300Kの項がかけられているのがなぜかわかりません。 初めから終わりまで同じコンディションで実験していたことやそれこそ0℃と比べると高温なのにどうして分母に27℃での条件式が入っているのかも理解に苦しんでいます。 ご指導お願い申し上げます。
- ligase
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- kuchem
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1 molの気体の体積が22.4 Lという数字は、「温度が0℃のとき」を前提にしています。 今回の実験では27℃なので、補正する必要があるためです。
- Ichitsubo
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解説に書かれていた数式は、間違ってはいないけれど私の嫌いなタイプの式の書き方ですね。 その式を見ても意味が通りにくい。 数式の中の計算のストーリーがごっちゃごちゃになってるんですよね……。 気体1molの体積が22.4Lを示すのは1atm＝1.0×10^5Pa、0℃＝273Kのときだけです。 今回は圧力は1atmですが温度が27℃＝300Kです。 元の水溶液Aに含まれていた過酸化水素の物質量は、発生した酸素の物質量の2倍。 そこで、発生した酸素の物質量を求めます。 <方法1>27℃で60mLの酸素を0℃で何mLか、シャルルの法則 v1/T1＝v2/T2 より換算する。 発生した酸素が同じ圧力で0℃のとき体積がv2であるとすると 60mL/300K＝v2/273K v2＝60mL×(273/300) 0℃のとき60×(273/300)mLとなることが分かりましたので、この酸素の物質量は ((60/1000)×(273/300))÷22.4 mol であるから、Aに含まれていた過酸化水素は 2×((60/1000)×(273/300))÷22.4 mol これで、くだんの「(60 / 1000)×2×(1/22.4)×(273/300)=4.8×10^-3mol」の左辺になりました。 <方法2>気体の状態方程式 pv＝nRT を利用する。 発生した酸素の物質量nは状態方程式より 1.0×10^5Pa×0.060L＝n×8.3×10^3(PaL/Kmol)×300K n＝0.0024 mol＝2.4×10^-3 mol よってAに含まれていた過酸化水素は 4.8×10^-3 mol
- maiko0333
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３００－２７度＝２７３ 温度が１度上がるたびに分子の活動は１／２７３ずつ上がる。 絶対零度－２７３度より３００度高かったことが関連かな。
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