化学実験（高校内容）での質問です。

質問

化学実験（高校内容）での質問です。
答えられる質問だけ教えてください。
ポリビーカーに入れた2mol/Lの塩酸30mLに炭酸カルシウム2.00gを入れた場合、二酸化炭素がどれくらい発生するかを実験しました。発生する二酸化炭素の理論値は0.88gです。
ところが、私は大失敗して1.18gとなってしまいました（誤差率+３４％）。この原因について質問があります。
(1)炭酸カルシウムを少しずつ入れた場合と一気にいれた場合とで発生する二酸化炭素の量は少なくなりま　すか？
(2)ポリビーカーの目盛はかなり不正確であるといわれます。ポリビーカーの目盛30mLは実際より多いです　か、少ないですか？

(3)他に実験失敗の理由は考えられますか？
ご回答宜しくお願い致します。

回答No.4

htms42 · ベストアンサー

＃２です。
補足を見ました。
「二酸化炭素の質量を測定しているのではない」ということが分かるはずです。
ビーカーの内容物の質量の減少を量っているのです。
だから大きな仮定があります。
「質量の減少が二酸化炭素が出て行ったことだけによるとしたら」
・・・その減少分は二酸化炭素の質量になる
というものです。質量の減少が別の理由でも起こるとしたらどうでしょう？

（１）で少しずつ入れた時と一度に入れた時で・・・
という質問をされていますが
「少しずつ入れなさい」という指示があったのに、一度に入れるということをやったのではないかと推測できますね。
やった人なら分かるはずです。
ビーカーから猛烈なしぶきが飛ぶはずです。
飛んだしぶきは当然ビーカーの外に落ちます。
しぶきは炭酸カルシウムの粉の混ざった液体ですから気体の二酸化炭素の量がどうのというレベルを超えています。この実験で誤差が出る一番大きな原因はこのしぶきによる質量の減少です。
当然これに対する対策が実験の注意事項として示されたいるはずです。
「少しずつ入れる」というのはそのための指示です。
それでもしぶきは飛びます。泡がはじける時は必ずしぶきが飛びます。
（希硫酸に亜鉛を入れると水素が出ます。この時、臭いがします。「硫酸は不揮発性のはずだ、臭いはしない」という人がいますがそうではありません。泡がはじける時にしぶきが飛ぶからです。そのしぶきが口や鼻に入ってくるので変な臭いを感じるのです。）
私は薬包紙でふたをしています。最後にはその薬包紙をビーカーの中に入れてしまいます。
炭酸カルシウムを入れていた薬包紙にも白く粉が残っているはずです。それも一緒にビーカーの中に入れてしまいます。
初めにビーカーの質量を量る時に薬包紙２枚分を合わせて量ります。
その１枚をふたとして使い、もう１枚を炭酸カルシウムの秤量に使うのです。

そういう注意をしても炭酸カルシウムをこぼしてしまう生徒がいます。
実験が終わった後、机に白い粉が残っているという班が必ずあります。
薬さじを使って入れたとすると薬さじの先が白くなっているはずです。
多分薬さじは使っていないでしょう。薬包紙から少しずつ入れるというのがむつかしかったので一度に入れてしまったというのではないでしょうか。
プラスティックスを切って長方形のさじを作ってもいいです。１ｃｍ×３ｃｍ程度です。
コレも一緒に質量を量り、最後にはビーカーに入れてしまいす。

とにかく、質量の減少の原因になる可能性のあるものには対策が必要なのです。
しぶきに比べれば水の蒸発は無視できます。液体と気体の違いです。　

塩酸は炭酸ナトリウムを全部溶かしてしまうのに必要な量として十分であればいいはずです。３０ｍＬという量には精度は必要ありません。質量を量る所からが精度が必要になります。（２）は関係ありません。

＃３に０．２mol/Lでやったらと書いてありますが「？？？」ですね。
塩酸の量が10倍必要になります。
５０ｍＬのビーカーだから１ｇ以下の質量の変化を求めることができたのです。３００ｍＬの塩酸の入った大きなビーカーでそういうわずかな差を求めることは難しくなります。

高等学校の実験で１％の精度を期待することはできません。
でも注意してやれば１０％程度以下にすることはできると思います。
２０％、３０％というずれが起こった時ははっきりとわかる原因があると思います。

回答No.5

htms42

＃２です。
補足を見ました。
「二酸化炭素の質量を測定しているのではない」ということが分かるはずです。
ビーカーの内容物の質量の減少を量っているのです。
だから大きな仮定があります。
「質量の減少が二酸化炭素が出て行ったことだけによるとしたら」
・・・その減少分は二酸化炭素の質量になる
というものです。質量の減少が別の理由でも起こるとしたらどうでしょう？

（１）で少しずつ入れた時と一度に入れた時で・・・
という質問をされていますが
「少しずつ入れなさい」という指示があったのに、一度に入れるということをやったのではないかと推測できますね。
やった人なら分かるはずです。
ビーカーから猛烈なしぶきが飛ぶはずです。
飛んだしぶきは当然ビーカーの外に落ちます。
しぶきは炭酸カルシウムの粉の混ざった液体ですから気体の二酸化炭素の量がどうのというレベルを超えています。この実験で誤差が出る一番大きな原因はこのしぶきによる質量の減少です。
当然これに対する対策が実験の注意事項として示されたいるはずです。
「少しずつ入れる」というのはそのための指示です。
それでもしぶきは飛びます。泡がはじける時は必ずしぶきが飛びます。
（希硫酸に亜鉛を入れると水素が出ます。この時、臭いがします。「硫酸は不揮発性のはずだ、臭いはしない」という人がいますがそうではありません。泡がはじける時にしぶきが飛ぶからです。そのしぶきが口や鼻に入ってくるので変な臭いを感じるのです。）
私は薬包紙でふたをしています。最後にはその薬包紙をビーカーの中に入れてしまいます。
炭酸カルシウムを入れていた薬包紙にも白く粉が残っているはずです。それも一緒にビーカーの中に入れてしまいます。
初めにビーカーの質量を量る時に薬包紙２枚分を合わせて量ります。
その１枚をふたとして使い、もう１枚を炭酸カルシウムの秤量に使うのです。

そういう注意をしても炭酸カルシウムをこぼしてしまう生徒がいます。
実験が終わった後、机に白い粉が残っているという班が必ずあります。
薬さじを使って入れたとすると薬さじの先が白くなっているはずです。
多分薬さじは使っていないでしょう。薬包紙から少しずつ入れるというのがむつかしかったので一度に入れてしまったというのではないでしょうか。
プラスティックスを切って長方形のさじを作ってもいいです。１ｃｍ×３ｃｍ程度です。
コレも一緒に質量を量り、最後にはビーカーに入れてしまいす。

とにかく、質量の減少の原因になる可能性のあるものには対策が必要なのです。
しぶきに比べれば水の蒸発は無視できます。液体と気体の違いです。　

塩酸は炭酸ナトリウムを全部溶かしてしまうのに必要な量として十分であればいいはずです。３０ｍＬという量には精度は必要ありません。質量を量る所からが精度が必要になります。（２）は関係ありません。

＃３に０．２mol/Lでやったらと書いてありますが「？？？」ですね。
塩酸の量が10倍必要になります。
５０ｍＬのビーカーだから１ｇ以下の質量の変化を求めることができたのです。３００ｍＬの塩酸の入った大きなビーカーでそういうわずかな差を求めることは難しくなります。

高等学校の実験で１％の精度を期待することはできません。
でも注意してやれば１０％程度以下にすることはできると思います。
２０％、３０％というずれが起こった時ははっきりとわかる原因があると思います。

回答No.3

Saturn5

他の方の解答にもありますが、塩酸の量が足りないのならば、ＣＯ２の
発生は理論値よりも少なくなります。過剰であっても理論値を超える
ことはありません。これが過不足の原理です。
また、ビーカーは計測器具ではありません。目盛りはあくまでも目安で
あり、正確な値よりも大きいものも小さいものもあります。

さて、ＣＯ２の測定方法について書いておられません。
（反応前のビーカー全体の質量＋炭酸カルシウムの質量）から
反応後のビーカーの質量を引いたものではないか、と推測します。

この場合は、ビーカーから出るものを考えてください。
ＣＯ２の他に泡沫となって出る水滴や、揮発するＨＣｌなどが
考えられます。今回の実験では使っている塩酸が２．０ｍｏｌ／Ｌ
なので、反応が激しく、泡沫が多いことが予想されます。
特に、炭酸カルシウムを一気に入れた場合は激しく反応して、泡沫が
多く出ると思われます。
０．２ｍｏｌ／Ｌくらいのうすい濃度で再実験してみてはどうでしょうか？

それから、中学生、高校生がよくやす間違いは電子天秤の使い方にあります。
電子天秤は秤量差はかなり正確に計測できますが、絶対的な質量そのものは
あまり正確ではありません。たとえば、１ヶ月くらい時刻あわせをしていない
時計のような感じです。１分間は正確に計れますが、時刻は正確ではない
のです。従って、複数台の電子天秤があるときは必ず同じものを使って計測
してください。

回答No.2

htms42

二酸化炭素の質量をどのようにして量られたのかが書いてありません。
補足に書いて下さい。

気体の量の測定というのは難しいです。
値がずれた原因として（１）（２）を考えておられるようですが方向違いでしょう。

質量測定の原理を理解しておられないような気がします。

補足

（反応前のビーカー全体の質量＋炭酸カルシウムの質量-反応後のビーカーの質量）
を計算し、求めました。私の実験では、
(61.3+2.0-61.85=1.18)となりました。

質量測定の原理を簡単に教えて頂けないでしょうか？
宜しくお願い致します。

回答No.1

NiPdPt

そもそも未反応の塩酸が残るのか残らないのかわかっていますか？
化学量から薬品の過不足を考えるのを最初にすべきであり、それをすれば、(2)のような愚問は出てこないはずです。

(1)同じ。

(3)「実験結果が理論値からずれたこと」イコール「失敗」と考えているのでしょうか？だとすればそう考えてしまったことが最大の失敗です。そもそも二酸化炭素の量をどのようにして量ったのでしょうか？それと水蒸気はどのように処理したのでしょうか？普通に考えればその辺りに誤差の原因があるはずです。しかしそれはあくまで誤差の問題であり、失敗とは限りません。