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固体と液体の反応速度の求め方
化学部で、硝酸と脱脂綿を反応させてニトロセルロースを作る実験をしていて、その反応速度を調べています。 ちなみに、この化学反応式は [C6H7O2(OH)3]n ＋ mnHNO3 → [C6H7O2(OH)3-m(ONO2)m]n ＋ mnH2O です。 反応速度は反応物の濃度のべき関数であらわすそうですが、固体（脱脂綿）の濃度はどのように扱えばよいのでしょうか？ 一度、固体の濃度を一定と考えて、硝酸の濃度の関数として計算してみたのですが、どうしても、 v = k [HNO3]^n という形にはならず、 v = k [HNO3] + q という形になってしまい、うまくいきませんでした。（y切片が０にならない） どなたか反応速度に詳しい方がいらっしゃれば、固体と液体の反応速度の求め方を教えてください。お願いします。
- hokuyoudai
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- chem_navi
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こんにちは．私の研究室では溶液反応で微粒子を作っており，反応速度を扱うことがあるので，分かる範囲でお話させていただきます． 実験方法をご説明致します．各試料，ビーカーをふたつ，かくはんしをふたつ，マグネチックスターラー，ドライヤー，秤量天秤をそれぞれ用意します．一方のビーカーにかくはんしを入れ，硝酸を注ぎます．もう一方のビーカーにかくはんしを入れ，水道水を注ぎます．それぞれのビーカーをマグネチックスターラーでかくはんしておきます． あらかじめ十分乾燥させた脱脂綿の重量を秤量天秤ではかり，初期重量を記録しておきます．脱脂綿をピンセットでつまみ，つまんだまま硝酸入りビーカーの方につけこみます．このとき，ストップウォッチでつけこむ時間（反応時間）を計ります．つけこむ時間については，いろいろ変えてみて下さい．最低でも５点以上変えましょう（例：５分，１０分，１５分，２０分，２５分・・・）． たとえば今，５分つけこむとします．このとき，５分たった時点で硝酸入りビーカーから脱脂綿を取り出し，反応を途中で強制的に止めるため，すぐに水道水入りビーカーにつけこみます．十分時間がたったら，脱脂綿を水道水入りビーカーから取り出し，ドライヤーで十分に乾燥させます．乾燥後の脱脂綿の重量を秤量天秤ではかり，重量を記録しておきます． 新しい脱脂綿（最初に用いた脱脂綿と同じ重量のもの），水道水，硝酸を準備して，次はたとえば反応時間１０分で同様にして重量を記録します．今度は，脱脂綿の初期重量を５点変化させて，同様の実験をします． 解析方法についてご説明致します．縦軸に反応後に乾燥させた脱脂綿の重量，横軸に反応時間をプロットして，グラフを脱脂綿の初期重量ごとに分けて作ります．これより，Ｗ＝ａｔ（Ｗは重量，ｔは時間，ａは定数）の１次関数による直線近似式を作成します． うまくいかない場合は，反応初期のプロットのみを用いて整理してみましょう．得られた近似式をｔで微分（Ｗ÷ｔでも良い）して反応速度（Ｖ）を求めます．脱脂綿の初期重量を５点変えて実験をしていますから，同様にして反応速度は５点求められます． 最後に，縦軸に反応速度，横軸に変化させた脱脂綿の初期重量をプロットし，グラフを作成します．これを累乗近似することにより，Ｖ＝ｋＷ＾ｎの反応速度式を得ます．ただし，ＶとＷはモル基準ではなく，重量基準であることに注意して下さい． 以上，ご参考までにお話させていただきましたが，もっと簡単な方法もあるかもしれません．他の方のご意見もご参考されてみてはいかがでしょうか．とにかく実験はうまくいかないのが当たり前です．遊び心で気楽に楽しみましょう．
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