気体の溶解度が分かりません

質問

窒素は1.0×10^5paのとき、0℃の水1Lに23mL溶ける
2.0×10^5paのとき、0℃の水10Lに溶ける窒素は何グラムですか？

この問題は気体の状態方程式で解けますか？

回答No.10

NiPdPt

#9に関してですが、化学において、平衡でない状態に関する議論というのは極めて難しいです。なので、平衡状態を想定してお茶を濁している面もあります。

もしも、何らかの方法で気相と水相の温度が異なった状態を維持することができるとすればどうなるかと言うことに関してはわかりません。あなたのお考えも一理あると思いますが、水面付近での温度勾配（気相ならびに水相）がどのようなものであるかにもよって違いが出ると思いますよ。水や窒素ガスの流れがあればその影響もあるでしょうしね。

ちなみに、全く温度勾配がなく、気温20℃、水温0℃という仮想的な状態を想定して議論することは可能かもしれませんけど、おそらく、窒素分子の運動速度なども考慮する必要があるでしょうから、分子運動論なども絡んだ難しい議論になりそうなので私の手には負えません。

回答No.9

lazytutor

＞文章はの０℃とは直接的には水温を表しています。
しかしながら、２３ｍＬというのは温度と圧力が併記されていなければ意味の無い数字で、
気相の温度も０℃とみるしかできないのではないでしょうか？

Saturn5さん、おっしゃっていることがようやく呑み込めた。NiPdPtさんに対しても申し訳なかった。私は、こんなもの、ヘンリーの法則以外にありえないと決めつけており、頭が固かった。本当に申し訳ない。

お二人は、私より高い見識をお持ちだと思うので、ちょっとお聞きしたい。水温が0℃で、例えば気温が20℃の場合、水と気体の境界面付近では気体が水温と同程度まで冷やされ(比熱が水＞＞気体のため)、溶ける体積は0℃付近換算の体積になるのだろうか?このようにみなすのは、さすがに安易すぎるのだろうか?

回答No.8

NiPdPt

これは質問者が悪いと思いますね。
結局、レポートか宿題か知りませんけど、丸写しして提出できるような回答を求めているだけですよね？これまでのあなたの質問もそうでしょ？
これまでの問答でもわかると思うけど、この問題の本質はヘンリーの法則であり、気体の状態方程式ではありません。
気体の状態方程式で解くというのは、担当教員の指示でしょ？つまり、０℃、１気圧における気体１モルの体積が22.4Lであると言うことではなく、習ったばかりの気体の状態方程式を使って解きなさいという指示を受けただけですよね？ろくに勉強していないもんだから、それがサッパリわからなくて丸投げしただけでしょ？それでも自分で理解しようという気があるならまだしも、馬鹿みたいに「気体の状態方程式」を繰り返すだけですよね。
結局、ヘンリーの法則をわかっていなし、分かろうという気もない。気体の状態方程式にしても同じでしょ？回答者を愚弄していますね。

回答No.7

Saturn5

＞ならば、No.3の提示した解法は正しく、同じコタエが出るということだな?
同じ答えになるでしょう。
ＮｉＰｄＰｔさんは化学のプロで、間違った回答をされることはほとんどありません。

lazytutorがおっしゃることもわかります。
文章はの０℃とは直接的には水温を表しています。
しかしながら、２３ｍＬというのは温度と圧力が併記されていなければ意味の無い数字で、
気相の温度も０℃とみるしかできないのではないでしょうか？

そもそも、気体の溶解とは瞬時におこる現象ではなく、長時間の平衡現象です。
ですから、気相と液相の温度を変えることの方が難しいのではないかと思います。

この問題では与えるチッ素の量が、〔ｇ〕または〔ｍｏｌ〕であった方が良かったかも
知れません。その方が純粋なヘンリの法則の問題となるからです。
へたに体積で与えているので、条件が足りないように見え、さらには質問者様のように
状態方程式に固執してしまう事態となっています。

回答No.6

lazytutor

No.5へ。

＞気体のオンのと溶媒の温度は同じと考えていいと思います。

ならば、No.3の提示した解法は正しく、同じコタエが出るということだな?

回答No.5

Saturn5

気体のオンのと溶媒の温度は同じと考えていいと思います。
なざなら、体積は圧力と温度が共に明示されているときにのみ有効な値で、
この問題文では２３ｍＬの計測が、１．０×１０ー５Ｐａ、０℃としか読めないからです。

さて、この問題に必要な物は気体の状態方程式ではありません。
ヘンリーの法則の方が重要です。

水の体積が１０倍、圧力が２倍になっているので、標準状態では２３ｍＬの２０倍、
すなわち４６０ｍＬのＮ２が溶けることになります。
１ｍｏｌの体積は２２．４Ｌなので、物質量は０．４６／２２．４〔ｍｏｌ〕となり、
質量は２８×０．４６／２２．４〔ｇ〕となります。

回答No.4

lazytutor

「0℃の窒素」じゃなくて、「0℃の水」に溶ける窒素だぞ。状態方程式のTは気体の温度であって、溶媒じゃないだろ?No.3も基本からやり直すべきだな。

回答No.3

NiPdPt

気体の状態方程式をつかって、0℃、2.0×10^5Paにおいて230 mLの窒素の物質量を計算して、それに窒素の分子量をかければいいんじゃないですか。

質問をするにしても、自分がある程度理解した上でなければ意味の分かる質問になりません。基本がわからないなら、教科書などで勉強するのが先です。

回答No.2

lazytutor

この条件で、状態方程式で解けるワケないだろ?ナゼかというと、

PV=nRT=(w/M)RT

として、Tを代入しようにもできないからだ。

回答No.1

NiPdPt

ヘンリーの法則によれば、圧力が増加しても溶ける気体の体積は不変ですので、10Lであれば230mL溶けることになります。
なので、2.0×10^5Paにおいて230 mLの窒素の質量を計算するだけです。当然、気体の状態方程式を使えば解けます。
ちなみにPaのPは大文字であるべきです。

補足

気体の状態方程式でやるとどのような立式になりますか？