• ベストアンサー
  • すぐに回答を!

混合気体20Lを25Lの容器に封入しても、圧力が変わらないのはなぜ?

数研出版の「化学I・II重要問題集」のなかに、わけの分からない問題があったので、質問させていただきます。 「0℃、1.0×10^5Paにの一酸化炭素10リットルと酸素10リットルとを容積25リットルの容器にとり、一酸化炭素を完全燃焼させた。燃焼後の混合気体の温度を0℃として、容器内の混合気体の全圧を求めよ。また、燃焼後の混合気体中には何molの酸素が残っているか」 という問題ですが、容積25リットルの容器に一酸化炭素10リットルと酸素10リットルを取った段階で、もうすでに気体の圧力は1.0×10^5Paではないはずですよね?でも、解答には『反応後の気体の体積は15リットルであり、これが25リットルの容器中に存在するので、ボイルの法則より、1.0×10^5×15=P‘×25 よってP’=6.0×10^4(Pa)とあります。つまり、合計20リットルの混合気体を25リットルの容器に封入したときも混合気体の圧力は1.0×10^5Paであり、反応した直後も、1.0×10^5Paである、というのは、よく分かりません。どうしてなのでしょう。こういうことってありうるのでしょうか?

共感・応援の気持ちを伝えよう!

  • 化学
  • 回答数3
  • 閲覧数545
  • ありがとう数2

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • 回答No.2

質問者さんのいう通り、混合気体を容積の異なる容器に移しかえた時、 そして反応後は、それぞれ圧力は変わっています。 しかし、圧力&体積変化をと化学反応を一緒に考えようとすると 複雑なので、まず圧力一定のまま反応させたとしましょう。 そして反応後の気体を容積25リットルの容器に移し替えてみたら? というのが解説の考え方なのです。 圧力一定のままの反応は化学式を書けば一目瞭然ですが、 一酸化炭素10リットルと酸素5リットルが反応して 二酸化炭素10リットルが出来、残った酸素が5リットル、 合計15リットルです。つまり「反応後の気体の体積は 15リットル」これは、気圧1.0×10^5Paにおける体積です。 解答を補足するなら、『反応後の気体の体積は (気圧1.0×10^5Paの中では)15リットル」 ということです。 で、これを25リットルの容器に移しかえますと、 ボイルの法則(pv=一定)により、6.0×10^4Paです。 もちろん、移しかえた際の圧力変化をボイルの法則で計算し、 これを反応させ、反応後の二酸化炭素と未反応の酸素の 混合気体の圧力を求めても同じ答えになります。 ボイルの法則と質量保存の法則をあわせて考えれば、 どちらの考え方をとってもたどり着く答えは同じなのです。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

その他の回答 (2)

  • 回答No.3
  • desert
  • ベストアンサー率51% (16/31)

1.0×10^5Paの一酸化炭素10リットルと酸素10リットルを25リットルの容器に入れると、ボイルの法則より、8.0×10^4Paの一酸化炭素12.5リットルと酸素12.5リットルになります。 この状態で一酸化炭素12.5リットルを完全燃焼させるのに、酸素が6.25リットル消費されて、8.0×10^4Paの二酸化炭素12.5リットルができ、酸素の残りと合わせて18.75リットル。 ただし、容器が25リットルなので酸素が消費された空間6.25リットルは、他の部分にある気体18.75リットルが広がって埋めます。 ボイルの法則より、 8.0×10^4×18.75=P'×25 よってP'=6.0×10^4(Pa) というような流れで考えてみてはどうでしょうか? わざわざ分かりにくい解き方を理解する必要はありませんが、どうしてもというのであれば、 25リットルの袋を想像してください。 中に一酸化炭素10リットルと酸素10リットルを入れると、 20リットルになります。 ここで下の二つの場合を考えてください。 場合(1)、この状態のままで一酸化炭素を完全燃焼させ、この袋を回りから何人かで引っ張って中の体積を25リットルにする。 場合(2)、この袋を回りから何人かで引っ張って中の体積を25リットルにしてから、一酸化炭素を完全燃焼させる。 この(1)、(2)において、結局、一酸化炭素は同じモル数だけ酸素と反応して、同じモル数の二酸化炭素を生じます。反応に使われずに残った酸素も(1)、(2)で同じモル数です。それが25リットルの中にあるのです。 ということで、計算上は途中の状態を考慮する必要がありませんので、テキストの模範解答ではそのような計算になっているんです。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

質問者からのお礼

なるほど。よく分かりました。解答してくださった皆さん、ありがとうございました。

  • 回答No.1
  • at9_am
  • ベストアンサー率40% (1540/3760)

ちょっとした盲点に落ちているのでしょう。 簡単にいえば、この問題は 0℃、1.0×10^5Paの一酸化炭素10リットルと酸素10リットルを完全燃焼させ、0℃にし、容積25リットルの容器に封入した。容器内の混合気体の全圧を求めよ。 という問題です。容器中で燃焼させようと容器外で燃焼させようと同じ事です。あとは、燃焼に伴った mol 数の減少に気をつけて、mol 数(体積)、気圧、温度の関係から答えを導けば良いのです。

共感・感謝の気持ちを伝えよう!

関連するQ&A

  • 分子量と混合気体

    27度,1.0x10^5Paの一酸化炭素10lと酸素10lとを容積25lの容器にとり、一酸化炭素を完全燃焼させた。燃焼後の混合気体の温度を0度として、容器内の混合気体の全圧を求めよ。また、燃焼後の混合気体中には何モルの酸素が残っているか。 私は気体がとても苦手です。この問題もとても悩んで解いたのですがやはりわかりませんでした。 2CO+O2=2CO2と化学反応式ではなるのでCOは全て反応してO2は半分反応し、最終的に残るのはO2が5l、COが10lまではわかったんです。 答えを見ると1.0x10^5x15=Px25となっていますが、これはCO,O2それぞれの分圧にO2,CO2の体積をかけているんですよね?それが容積25lの容器の圧力と混合気体の全圧とをかけたものと等しくなる。もう意味がわかりません。一酸化炭素10lと酸素10lと容積25lのどの体積を使うのかもわかりません。気体はどのように考えて問題を解けばできるようになりますか?公式を暗記しただけでは解けないので・・質問が多くてすいません。わかる方教えてください!

  • 化学IIの問題です

    分からない問題です。 途中式も詳しくお願いします。 問、温度一定で3.0×10^5Paの一酸化炭素3,0lと2,0×10^5Paの酸素3,0lを、体積が5,0lの容器に入れた。 (1),混合した気体中の一酸化炭素と酸素の分圧および混合気体の全圧を求めよ。 (2),この混合気体中に点火して燃焼させた後、もとの温度に戻した。燃焼後の混合気体の全圧、および存在している各気体の分圧を求めよ。

  • 燃焼後の気体の圧力

    ある温度の100kPaの一酸化炭素2.0リットルと、 同じ温度の100kPaの酸素3.0リットルを 容積5.0リットルの容器に入れて点火し、燃焼させた。 燃焼後の気体の圧力は、もとの温度で何kPaになるか。 解き方を誰か教えてください。お願いします。

  • 解き方をおしえてください。

    標準状態の一酸化炭素10Lと酸素10Lとを容積25Lの容器にとり、一酸化炭素を完全燃焼させた。燃焼後の混合気体の温度を0℃として、容器内の混合気体の全圧を求めよ。又、燃焼後の混合気体中には何molの酸素が残ってるか? という問いに     2CO +CO2 →2CO2 反応前 10L 10L  0L 反応後  0L  5L 10L ここまで考えたんですが、これからどう気体の状態方程式を使って求めるのか わかりません。これから、どう解くのですか??

  • 化学でわからないところがあります

    0℃、1.01×10^5Paで一酸化炭素30Lと酸素30Lとが混合されている これを適当な方法で燃焼させ、一酸化炭素が完全に二酸化炭素に変わったとして問いに答えよ 2CO+O2→2CO2 60Lの容器内で燃焼させた後容器内の圧力は0℃で何Paとなるか 答えは 反応後1.01×10^5Paで酸素が15L、二酸化炭素が30Lのあわせて45L残っている それが60Lの容器に存在しているのでボイルの法則より 1.01×10^5Pa×45=p×60で p=7.58×10^4Paでした 私は反応後に体積が変わっているのになぜ1.01×10^5Paの圧力でよいのかわかりません どうか教えてください

  • 混合気体について

    混合気体について 高校化学の混合気体について わからないことがあるので質問します。 右のようなピストンつきシリンダーがあり、外気圧はつねに 4.0×10の5乗paである。 この中に一酸化炭素と酸素を封入し、温度を27℃にした しばらく放置すると、ピストンは静止し、内容積は3.0lになった。 これに触媒を加えて点火すると完全燃焼が起こり coはなくなり、反応後の体積は27℃で2.5lになった。 触媒の体積は無視できる。はじめの混合気体中の一酸化炭素と酸素の体積比を求めよ。 o2とcoの体積は合計で3.0lなので 片方の体積を求めて、その差分でもう片方の体積がでる。 答えはco:o2=1:2 なんです。 ここからなんですが はじめの体積はo2もcoも3.0lなんじゃないかな と思ちゃうんですよね。 でこの参考書にも、上のように思ってしまう人は 150pの図をよく見ましょう、と書いてあるんですが、わかりません これは、 問題を解くとき限定の考え方ですか? わかりません 教えてください。お願いします。

  • 混合気体の問題…でしょうか

    高専の化学問題集 p.16 問題番号 2.83の問題です。 「プロパン、一酸化炭素および二酸化炭素からなる混合気体がある。これを標準状態で2.24lとり、酸素7.04gとともに2.00lの容器に入れ点火した。反応後温度が27℃に下がったとき、容器内の圧力は2.46atmであった。次にこの燃焼後の気体を水酸化カリウム水溶液中に通し、二酸化炭素を完全に吸収させてから0.500lの容器に入れたところ27℃で1.97atmを示した。この混合気体の体積組成を求めよ。ただし、可燃性ガスは完全に燃焼したものとし、生成した水の体積および蒸気圧は無視して良い。」 という問題があります。 私は高専生ながら化学は非常に苦手で、なかなか解けないのですが、とりあえず2.24lの混合気体ですから0.1mol分だけ取り出し、酸素7.04gですから酸素の分子量32を使って0.22mol分取り出したのではないかと考えました。 では、全体では0.1+0.22=0.32molと考えて状態方程式を作り、V(体積)について解いてみましたがいまいち体積を出したところで何をして良いのかわからずじまいです。 で、ヒントには 「C3H8+5O2->3CO2+4H2O,CO+1/2O2->CO2」(表記がわかりにくくてすみません)と書かれていましたがいまいちこれの使い方がわからず、結局状態方程式止まりの有様です。 このような問題はどのように解けばよいのでしょうか? ちなみに、答えは「C3H8=30%,CO=60%,CO2=10%」でした。 よろしくお願いします。

  • 化学の問題です

    混合気体の燃焼の問題です。 温度一定で3.0×10^5 Paの一酸化炭素3,0Lと2.0×10^5 Paの酸素3.0Lを、体積が5.0Lの容器に入れた。この混合気体点火して燃焼したあともとに温度に戻した。燃焼後の混合気体の全圧、および存在している各気体の分圧を求めよ という問題で混合前の各分圧を求めて、反応式を立て"2co+O2→2cO2"となり比較すると反応後の一酸化炭素の分圧が0となる様ですがこれは問題には完全燃焼と書いて無いですが完全燃焼ということなんでしょうか?

  • 混合気体の圧力について

    コックで連結された三つの容器に気体A,B,Cが満たされている。 Aは1atm,3L Bは4atm,1L Cは2atm,2Lである。 コックを開いて、均一な混合気体とした。通常は反応しないが、 何らかの方法で反応を起こさせると、A 1molとB 3molが反応して、 2molの気体が生じる。コック部分の容積は無視するものとする。 1、混合気体が反応しない時、気体Cの分圧は? 2、AとBの間で、少なくとも一方が完全になくなるまで反応が起こり、   気体Dが発生する時、反応後の混合気体の全圧は? 3、2の時のDの分圧は?未反応のAまたはBの分圧は? こんな問題なんですが、 1は、P1V1=P2V2より、 2・2=X・6 X=0.667と出たんですが、これであってるでしょうか? その後の問題は手つかずなので、答えまでの導き方を教えてください。

  • 混合気体の圧力  温めているのに温まらないの?

    問題 コックCによって連結された耐圧容器A,Bがある。A,Bは独立に温度を設定でき、A,Bの内容積はそれぞれ1.0L,2.0Lである。コックCが閉じた状態でAにエタン1.2g、Bに酸素8.0gが入っており、ともに27℃に保たれている。このときA内の圧力は1.0×10^5Paである。A,Bを27℃に保ったままコックCを開け、気体を混合した。やがてA,B内の混合気体は同一の組成となり、圧力も等しくなった。このときエタンの分圧は3.3×10^4Paである。また、Cを開け、Aを、27℃に保ったままの状態で、Bのみを227℃に上げた。充分時間が経過した後のB内の圧力を求めよ。気体定数を8.3×10^3とする。H=1.0、C=12.0、O=16.0 解答 BからAへの気体分子の移動が起こり、A内とB内との圧力は等しくなる。このときの圧力をPとし、A内とB内とに存在する混合気体の物質量をそれぞれa、bとすると、 P×1.0=a×R×(273+27)…(1) P×2.0=b×R×(273+227)…(2) a+b=1.2/30.0+8.0/32.0…(3) (1)(2)(3)より、P=3.3×10^5 尋ねたいこと コックCは開いているので、B内で温められた混合気体がAに移動し、そしてA内の冷たい混合気体はBに移動し、そこで温められて、その結果、A内の混合気体も227℃に、ならないのですか?ご教示ください。高校生向けの説明をお願いします。