気体の溶解

質問

高校化学についてです。

ある圧力の二酸化炭素と
ある体積の水を
密閉容器に入れて
一定温度に保ち
平衡状態にしたとき

二酸化炭素が
水に溶解して
気体の物質量が減少するにも
かかわらず
気体の圧力が減少しないのは
なぜですか？

説明が足りないかも
しれませんが
よろしくお願いします。

回答No.5

htms42 · ベストアンサー

＃４です。
補足を見ました。

＞圧力2.0×10~5Ｐaの二酸化炭素と20℃において平衡状態にした後密閉した

水１Ｌの入った容器を容器Ａとします。この容器は外部と繋がっていて途中にある弁で閉じることができるようになっているのでしょう。容器の内容積は１．２Ｌです。弁を閉じた時の気体部分の体積が０．２Ｌであったということから分かります。

平衡が実現してから弁を閉じています。
ということは二酸化炭素は外部の大きな容器に入ったものを使っているという事です。
ボンベに入ったものをいきなり使っているかもしれません。その場合は圧力計と調整弁が必要です。

どちらの場合にしろ平衡が実現するまでは外部と繋がっていて圧力が一定になるように調整されているのです。
平衡が実現してから弁を閉じても圧力はもう変化しませんので密閉容器の中の圧力は２．０×１０^5Ｐａです。閉じてから溶けるのではありませんので圧力は変化しません。

お礼

平衡状態にした後に
密閉したということが
重要だったということ
ですね!

とても
分かりやすかったです。
ありがとうございました。

回答No.4

htms42

密閉容器は体積一定の容器と同じ意味ではありません。
気体が外部に漏れないような容器という意味です。
密閉であって定圧、密閉であって定積
どちらの場合も可能です。
ピストンの付いた容器であれば密閉で定圧が実現できます。

＞気体の圧力が減少しないのはなぜですか？

どういう場面で出てきたのかが分からないと答えようがないのですが

定圧容器であれば圧力は一定です。
定積容器であれば圧力は減少します。
二酸化炭素の溶解度は大きいですから定積容器の場合、圧力の減少は大きいです。

混合気体の場合であればもう少し情報が必要です。

補足

ご回答ありがとうございます
情報が足りなくて
すいません。

問題文を全部書きます。

分圧 1,0×10~5Ｐa
水1Ｌにおいて
二酸化炭素が
20℃で 3.9×10~2mol
溶解する

温度,圧力,体積を
変えられる容器を
用意し次の操作で
ヘンリーの法則が
成り立つとし
水の体積変化および
蒸気圧は無視できる

操作
この容器に水1Ｌを入れ
圧力2.0×10~5Ｐaの
二酸化炭素と
20℃において平衡状態にした後
密閉した
このとき
容器中の気体の二酸化炭素
の体積は0.20Ｌであった

答えでは
液相中の
二酸化炭素の物資量を
求めるとき
二酸化炭素の圧力を
2.0×10~5Ｐaとして
計算してあります

また
気相中の
二酸化炭素の物資量を
求めるとき
気体の状態方程式において
Ｐ=2.0×10~5Ｐa
Ｖ=0.20Ｌで計算してあります

液相中の物資量は
気相中の物資量の
約5倍なので
ほとんど溶けていないとして
近似しているとは
考えにくいです。

よろしくお願いします

回答No.3

ankotare

回答１および２の通りですが、厳密解を言うなら、このような状態が成り立つためには、入れた水に炭酸ガスが溶解しており、その溶解度と平衡な炭酸ガスの分圧が、或圧力に等しいときだけです。とすると質問文の記述「二酸化炭素が水に溶解して気体の物質量が減少するにもかかわらず」と言う文面を削除しないと問題として成り立ちません。
また、質問文「密閉容器に入れて」は「容器に入れて密閉し」とすべきでしょう。

回答No.2

nananotanu

多分・・・・という想像ですが

質問者様が解かれている問題は、普遍的な状態ではなく、問題を解くのが簡単になるように、#1様が言っているような近似条件が成り立つ条件下での出題になっているのでしょう。

即ち、水の体積が少ないか二酸化炭素の体積がべらぼうに多いか、要は解けた二酸化炭素が全体に対し無視できるほど少ない、という条件下での問題と思われます。違いますか？

因みに、もしそうなら、問題文に有るであろう「気体の圧力は減少しないものとしてよい」などといった記述は、当然、いつもは成り立たない(常に成り立つわけではない)話です。

回答No.1

Saturn5

＞気体の圧力が減少しないのはなぜですか？
気体のＣＯ２の一部が溶解して、気体部分の体積は変化しないのですから、
圧力は減少します。

溶解度があまり高くない気体であり、気体の体積がかなり大きい場合は
圧力変化が無視できるでしょう。