できれば今日中に… 理論値と計測値の差

質問

理論値よりも実験を行った計測値の方が酸素の体積が約５０mlほど増えているのですがその起因を教えてください。

実験は水上置換法でのやり方です。だから理論値との差が有るとすれば水で冷やされてごくわずか体積が減る方向だと思ったのですが…増えてます。

回答No.3

htms42

＞では実験での値を標準状態に換算した上での50ｍｌです。

気体の温度は何℃としていますか。
水温はいくらでしたか。
これがわからなければ標準状態に換算できません。

５００ｍＬのメスシリンダーで捕集したのだろうと思います。
捕集した気体の体積はいくらでしたか。
メスシリンダーの最小目盛りはいくらでしたか。
ＫＣｌＯ３　１．５ｇはどういう風にして測りましたか。

常温、常圧の付近では理想気体の近似が当てはまるとして充分です。水で冷やされて少し温度が変わったとか圧力が変わったとかの影響を受けるというものではありません。１０気圧以上になると少しずれが出てくるでしょう。
酸素でも窒素でも水素でも、常温は充分に高温です。
常圧付近で考えた場合の高温とは気体が気体でなくなる温度に比べてと考えてもらっていいのです。これは沸点に比べてということです。

常温、常圧付近の実験で、かつ有効数字が１～２桁のレベルの実験では理想気体からのずれは一切問題になりません。

回答No.2

htms42

１．それほど精度がある実験ではありません。
　ＫＣｌＯ３　１．５ｇ　有効数字は１桁＋αです。
　実験の内容からもあまり精度は期待出来ません。

２．水温Ｔｏも、気温Ｔｏ’も示されていません。
どうして標準状態なんですか。
４１１ｍｌというのは０℃での値でしょう。
２７℃とすると１０％変わってきます。
４５０ｍｌほどになります。
「水で冷やされて体積が減る」と書かれています。元の温度はどういうものを考えておられたのですか。
水温よりも温度の高い気体が捕集されているはずだがいくらか温度が低くなっているという意味ではないのですか。とすれば気体の温度Ｔは水温Ｔｏよりも高いはずだと考えた事になりますね。（いくらなんでも０℃で計算するというのはおかしすぎます。）

３．気体の温度Ｔがかなり高いはずだと考えた根拠は何ですか。
ＫＣｌＯ３の熱分解で発生した酸素だからですね。
枝つきフラスコでやったとするとバーナーで全体を加熱しています。
フラスコの中にあった空気の温度もかなり高くなっています。
酸素と空気と一緒に出て行くはずです。
泡が出なくなると反応が終わったと判断できます。この時の圧力はほぼ１気圧です。（逆流を防ぐ意味で完全に泡が出なくなるよりも少し手前でゴム管を抜いているとおもいます。）
この時フラスコの中の温度Ｔ’は捕集された気体の温度Ｔよりもかなり高いはずです。

発生が終わったあとのフラスコの中には温度の高い空気と酸素が残ります。実験の前には温度Ｔｏの空気だけが入っていました。
フラスコの体積をＶとするとＶ(Ｔ－Ｔｏ)/Ｔｏに相当する分の空気が酸素と一緒に余分に捕集されています。

理論値を０．４１Ｌと考えて５０ｍＬ多くなったと考えておられるのですから得られた気体の体積は０．４６ｍＬですね。
まあまあの値です。

４．水蒸気の影響もあります。
２７℃での蒸気圧は０．０３気圧です。捕集した気体の圧力が１気圧であれば３％ですから０．４６Ｌに対しては０．０１Ｌぐらいの効果です。

この実験では温度が４つ出てきます。
水温Ｔｏ、室温Ｔｏ’、捕集された気体の温度Ｔ、反応終了時のフラスコの中のＴ’
水温は室温よりも少し低いでしょう。
ＴはＴｏと等しいとする場合が多いですが「熱分解」で出てきた気体ですから充分に冷やされていない可能性があります。Ｔｏ’に等しいか少し高いという事も考えられます。でも測っていないから分かりません。室温に等しい、水温に等しい、のどちらでもいいというぐらいの精度で考えるということです。

・亜鉛と硫酸で発生した水素の体積を水上置換で集めるという場合と温度条件は異なるだろうという判断はできますね。

＞冷やされると圧力は低下しますよね。そうすれば温度が高いときよりは圧力が低下して理想気体に近づきますよね。

「理想気体」の意味を誤解しているようです。
この文章と標準状態での計算をやっておられるということから
質問者様は
「理想気体」とは標準状態での取り扱いが可能な気体である
と考えておられるのではないかなと思ってしまいました。

温度が低くなる→圧力が低くなる→理想気体に近づく→標準状態として扱うことが出来る
という流れです。

そうでなければ、夏場の実験で気体の温度を０℃として計算するなんてことが起こるとは思えません。

お礼

どうもありがとう御座います。
今日、実験の報告を出しました。

補足

２．では実験での値を標準状態に換算した上での50ｍｌです。

＞温度が低くなる→圧力が低くなる→理想気体に近づく

実在気体は温度を高くし、圧力を下げれば理想気体に近づくんですよね。
温度を低くすると分子の運動が抑えられて分子間力が大きくはなりませんか?

回答No.1

noname#160321

一体何の反応を行ったのか、まるで分りません。
分るのは水上置換法で体積を測定したことだけ。
反応の量的関係の分らないのに50ｍＬが全体に占める比率も分りません。
これで言える事は、水上置換法で行った時の水の温度が高すぎて、体積が大きくなり、さらに飽和水蒸気圧が高すぎた…。
位のことだけ。
本気で原因を知りたいなら詳細な実験手法や条件値を書くべきです。
別にNatureに出す論文ではないのでしょう？

お礼

早い回答ありがとう御座います。

補足

2KClO3→2KCl+3O2 ですね　塩素酸カリウムの熱分解。
塩素酸カリウムを1.5g使用し理想気体として標準状態での酸素の体積を
計算し理論値のV＝0.4110ｌ（411.0ｍｌ）を導き出しました。

水上置換法で行った時の水の温度が高すぎて、体積が大きくなり、さらに飽和水蒸気圧が高すぎた…

と言いわれていますがこのような事を知りたかったわけです。
でも自分が実験を行ったときは水上置換で酸素が冷やされてごくわずか体積が減ったのではないかと、それと冷やされると圧力は低下しますよねそうすれば温度が高いときよりは圧力が低下して理想気体に近づきますよね。ということは体積は増えるはずですが　実際には減っていてその原因が何なのかとお尋ねいたしたく思います。