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水上置換法

炭酸水素ナトリウム0.30gと塩酸4mlを反応させて、気体を水上置換法で集めました。二又試験管からゴム栓・ゴム管・ガラス管を通してメスシリンダーに集めました。 あくまで理論値を出すので、標準状態とし、まずは、二酸化炭素が全く水に溶けないと仮定します。その際、発生した二酸化炭素は、試験管内の空気とゴム管内の空気を押し出してからメスシリンダーに集まることになると思います。そこで質問したいのですが、集まる気体が二酸化炭素ではなく、空気になったとしても発生する二酸化炭素と同じ体積分の空気+二酸化炭素が集まるのでしょうか。圧力や気圧の関係でどう変化するのかがよくわからないので、宜しくお願いします。

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まず、発生する二酸化炭素のうちの一部は二又試験管・ゴム管・ガラス管に残ります。 そしてメスシリンダー内には、 少量の空気 二酸化炭素    の他に、 水蒸気(気体の水) が含まれています。 圧力の関係で、 圧力が高いほど体積は小さくなります。 そして気体が水に溶ける量も多くなります。 ですが、 「集まる気体が二酸化炭素ではなく、空気になった」 ことでは圧力は変化しません。よって体積も変化しません。 ただし、温度を一定にする、メスシリンダーを水につける深さを変えない(中の気体にかかる水圧が変化します)など条件を同じにしておかなければなりません。 以上の回答は二酸化炭素や空気が全く水に溶けないと仮定して、の話です。実際は空気のほうが水に溶けにくいので、空気が混ざると体積は少し増えると思います。

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この実験では水上置換で集まる気体の成分は関係ありません。 装置(内部の)全体での気体の増加量がわかれば良いわけです。 気体の体積は、圧と温度に関係しますが、この実験の場合、圧は大気圧、温度は室温にそれぞれ等しいと考えます。 また、この実験では、炭酸水素ナトリュウムと塩酸の反応の際の発熱は無視しています。二酸化炭素の水への溶解も無視しています。 気体の体積と圧、温度との関係は、 pV=nRT で近似できます。 p:圧、V:体積、n:モル数、T:絶対温度。 R=8.31J・K^-1・mol^-1(気体の種類によらない普遍定数) 因みに、1molの気体の体積は標準状態(10^5Pa、298.15度[25℃])で約22.4Lです。

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