圧力と温度変化による空気の変化

質問

【実験】
丸底フラスコに半分ほどの水を入れ、下からバーナーで十分に加熱。(室温２５℃、大気圧1.00×10の５乗)
丸底フラスコにコックの閉じたゴム栓をし、火から遠ざけ上下を逆にし、三脚で固定。
直ちにフラスコに上から２５℃の水をかけ気体部分を冷やす。
このとき、※はじめ小さな泡が水のあちこからあらわれ、やがて大きな泡が立ちあがり、しばらくそれが続いたあと静かな状態になった。

【問】
水をかける前、フラスコ内の気相に存在する物質は物質量から見て主に何か？
【答】水蒸気

この実験で確かに答えが水蒸気になることは、私が実際行った実験でわかったのですが、「物質量からみて」というところにどういった意味があるのかわかりません。教えてください。

それからこの実験に関してもうひとつ。
【問】
上記の実験で、※以下の現象を、水温７０℃のとき加熱せずに再び観察するにはどのような操作をすればいいか。

【答】コックを開けてすぐ閉じる

私はこれは、「２５℃の水を気体部分にかける」べきだと思い、実際、実験でも行ってみて、※以下の現象が見られました。
逆にコックを開けてすぐに閉じても何の変化も見られませんでした。

理論的にどう考えればこの答えが得られるのでしょうか？？

回答No.3

ichiro-hot

＃２です。補足。＝この問題の欠点＝
（１）　水が「純水」であることが断ってない。せめて「蒸留水」とかの表現がほしい。　ごみとかが有るとうまくいかない。
（２）　次の段階で７０度に加熱するのをどのような条件下で行ったかがわからない。せめて「ゆっくり静かに温め」ぐらいの表現がないと、途中で蒸発が十分に行われなかったという事がわからない。途中でフラスコを動かしたり、ゆすったりしたらそこで平衡状態になって、うまくいかないだろう。
（３）コックの調節は良くできる表現がないと困る。先入観かもしれないが、コック＝外れやすく不安定というイメージ！ぼこぼこ・・・としか空気が入らない感じ。
　時間を掛けてゆっくりと加熱して、静置してあって、コックから糸を引くぐらいの小さな泡が入れられるぐらいでないと、実験はうまくいかないだろう。

●次の２つの例で沸騰石の「小さな気泡」の働きを考えてください。

　一度使った沸騰石は、一度冷やして、続けて加熱したら沸騰石として働かない。一度取り出して、乾燥させたものなら使うことができる。（沸騰石は素焼きのかけらの小さな穴の空気が命。冷やしたときにこの気泡がつぶれてしまう。乾燥すればまた空気で満たされる。）

　逆に、沸騰石を入れずに水を８５℃ぐらいまで加熱してしまうと、そこに沸騰石を入れたら沸点に達してないのに突沸が起こってしまう。（ボコボコッという感じで噴き出して危ないくらい。ただしすぐに止る。）・・・いつだったかそんな失敗をしたのを思い出した。

回答No.2

ichiro-hot

＃１に同感。科学的思考力とはこんなもなのだろうか？
>>　※はじめ小さな泡が水のあちこからあらわれ、やがて大きな泡が立ちあがり、しばらくそれが続いたあと静かな状態になった。
>>水をかける前、フラスコ内の気相に存在する物質は物質量から見て主に何か？

●１　はじめ小さな泡が水のあちこからあらわれ、
●２　やがて大きな泡が立ちあがり
●３　しばらくそれが続いたあと静かな状態になった

おそらく、１の気体と２の気体は違うといいたいのだろう。
自分の解釈では、１は水にわずかに残っていた空気、
２は水蒸気、
泡の大きさ(気体の量に比例）と時間からほとんどは２）の水蒸気。

>>【問】上記の実験で、※以下の現象を、水温７０℃のとき加熱せずに再び観察するにはどのような操作をすればいいか。【答】コックを開けてすぐ閉じる

　はじめの実験で、溶存していた空気はなくなっている。ちょうど過飽和状態の溶液に結晶核（埃とかでもよい）を加えると一気に結晶の析出が始まるのと同じように、ちょっと加えた空気の気泡を「種気泡（ある意味、沸騰石；こんな言葉はないよ；説明のための造語だからね・・・）」にして、一気に泡を出させようというのだろう。液体－固体の溶液系での過飽和状態からの結晶成長（結晶核の働き）を気体－液体系に置き換えた出題と考えます。
　だから１）のプロセスも空気の気泡が種の気泡（沸騰石でもよい）のようなの働きをしてそのため続いて水の沸騰が起こったと見なければならないようです。

　実際にやったらコックを開けすぎたとか失敗しそうな実験だし、装置によってはできないかも知れない。そういうところから思いつきそうにない。曖昧さと飛躍しすぎと思うけど・・・解けなくはない。

回答No.1

noname#160321

あのね、
>大気圧1.00×10の５乗
これって単位が無いよ。書き忘れたなら良いけど。
それから、
>下からバーナーで十分に加熱
「十分に」って何？「沸騰するまで」とか書いてない？
>この実験で確かに答えが水蒸気になることは、私が実際行った実験でわかった
そんな事分かるはず無い。あなたの実験室には質量分析器があるのでしょうか？
>「物質量からみて」
悪問だと思う。
次の【問】も悪問だと思う。
出題者は室温の水をかけることまで含めて※以下だと考えているらしい。