センター化学Ｉの物質量計算を教えて下さい。

質問

センター化学Ｉで、物質量計算をして答えを導き出す問題の問５と６がわかりません。

問5は、標準状態で10mlのメタン～と言う問題です。

問6は、燃料電池の問題になっています。

まだ高1なので、チャレンジをしたのですが全く分からなくて、、、。

計算過程を教えて頂きたいです。宜しくお願い致します。

回答No.1

gohtraw · ベストアンサー

メタン（ＣＨ４）の燃焼は
ＣＨ４＋２Ｏ２　⇒　ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
と表されます。これは、１モルのメタンと２モルの酸素がちょうど過不足なく反応し、１モルの二酸化炭素と２モルの水を生じることを示します。温度、圧力が一定であれば気体のモル数と体積は比例するので、この反応式は、メタンはその２倍の体積の酸素と過不足なく反応し、メタンと同じ体積の二酸化炭素と２倍の体積の水蒸気を生じるということを示しています。
　問題では１０ｍｌのメタンを用いるので、過不足なく反応する酸素は２０ｍｌで、生成するのは１０ｍｌの二酸化炭素と２０ｍｌの水蒸気です。従って反応前と後を比べると
前
メタン１０ｍｌ
酸素４０ｍｌ

後
メタン　なし
二酸化炭素　１０ｍｌ
水蒸気　　　２０ｍｌ
酸素　２０ｍｌ
となります。ここからは解答が分かれるところなのですが、水蒸気が気体のままで存在すると考えると体積は変わらず、液化すると考えると２０ｍｌ減少します。（標準状態）で水蒸気は気体中に０．６体積％程度しか存在できないので水蒸気のほとんどは液化してしまうと考えるのが妥当で、水蒸気が液化すると体積は１／１０００くらいに減少するので、約２０ｍｌの減少となります。

問題文より、負極では
Ｈ２⇒２Ｈ＋　＋　２ｅ
という反応が起き、この電子が電気分解装置の電極Ｂで
Ｃｕ２＋　＋　２ｅ　⇒　Ｃｕ
という反応を起こします。そして電極Ａでは
Ｃｕ　⇒　Ｃｕ２＋　＋　２ｅ
という反応が起きて電極が消費されます。各々の式の電子（ｅ）の数が等しいことに注意して下さい。
つまり１モル（標準状態で２２．４Ｌ）の水素が消費されると、電極Ａの質量は銅１モル分（６４ｇ）減少します。これを満たすグラフは６番ですね。