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化学基礎の問題です

どなたか解答と解説してもらえませんか?? 標準状態で20mlのエタンと500mlの空気を混合し、エタンを完全燃焼させた。燃焼後の気体の体積は標準状態に換算すると何mlか。ただし、空気は窒素80%、酸素20%の混合気体である。

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  • 化学
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  • 回答No.2

★標準状態にSATPを採用するのかSTPを採用するかで生成する水の体積が変わるため答えは変わります。  またその温度での飽和水蒸気圧の数値が必要です。  SAP: 今は使われないが、   0℃1気圧 22.7リットル0℃100000pa   1997年より前は0℃1気圧 = 101325Paで、22.4リットル(とても古い教科書では使われている)  SATP現在は、SATPなので   25℃ 100000pa で 24.8L   1) まず化学反応式を完成させる。   エタノール(C₂H₅)が完全燃焼なので   C₂H₆  + O₂ → CO₂ + H₂O 係数1とすると   Cの数より--------->2   Hの数より---------------->3  (1)C₂H₆ + O₂ → (2)CO₂ + (3)H₂O          右辺の酸素は合計7個なので        7個 酸素分子は2個の酸素原子をもつので  (1)C₂H₆ + (7/2)O₂ → (2)CO₂ + (3)H₂O ★1個のC₂H₆ に対して (7/2)個の酸素分子必要 2) アボガドロの法則から  「標準状態で20mlのエタンと500mlの空気」     エタン20mLなら、20×7/2 = 約70mLの酸素が必要     空気中に20%の酸素があるので空気の量は、70/0.2 = 350mL必要。     350mL<500mLなので、エタンの量に依存する。エタンはすべて完全燃焼する。 3) (1)C₂H₆ + (7/2)O₂  →  (2)CO₂ + (3)H₂O   20mL  +  70 mL   →  40mL  + 60mL(気体なら) 4) 空気500mL中で反応に関与するのは、20×7/3 ≒ 約93mLの酸素のみなので、エタンの20mLと合わせて、(40mL+60mL) - (20mL + 70mL) = 100-90(mL) = 10mL  燃焼後、体積は10mL増える。 5) 水の水蒸気圧は標準状態を25℃とすると23.0%の体積まで水蒸気を含みうるので、60ml/510mL ≒ 11.7mLなので水蒸気として存在しうる。  もし標準状態にSAPを採用するなら、4.8%(500mLに対して24mL)しか水を含み得ないので、余剰な水蒸気は結露してしまうので、これよりは体積がずっと減る。概算で460mL程度になるようですね。 ★このように、この問題の前半は兎も角、後半は標準状態に何を使うかの指定がないと解くことができません。古い教科書では未だに22.4Lが使われていることが多いので、絶対に必要な条件です。  ⇒標準状態 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%99%E6%BA%96%E7%8A%B6%E6%85%8B#.E4.BD.93.E7.A9.8D )  また、その温度での飽和水蒸気圧の値が必要になります。  高校生に出題するには適しているとは思えません。指導教官に詳しく説明してください。

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  • 回答No.1
  • Saturn5
  • ベストアンサー率45% (2270/4952)

空気500mLということは酸素は1/5で100mL、窒素は400mLです。    2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O 反応前 20    100     0     0 反応量 20     70    40    60  反応後  0     30    40    (60) H2Oの体積は考えないとすると、 反応前 20 + 100 + 400 = 520〔mL〕 反応後 30 + 40 + 400 = 470〔mL〕  

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