化学
高校生
解決済み

半透膜と水銀柱を組み合わせた問題なのですが、仕組みがよく分かりません。
U字管の右側に栓をすると液面差は小さくなりますか?栓をすることで栓と液面の間の空気が圧縮されて圧力が大きくなり、液面は押し下げられると考えています。
この考え方があっているか教えていただきたいです。よろしくお願いします🙇‍♀️

次の文章を読み,問いに答えよ。ただし,気体は理想気体としてふるまい, 水の蒸気 圧,水銀の蒸気圧, 空気の水または水溶液への溶解は無視できるものとする。また, 水の 密度は1.0g/mL, 水銀の密度は13.6 g/mL, 大気圧 po[Pa]=760 mmHg とする。 (R=8.3×10° Pa·L/(mol·K)) 物質の分子量,式量は様々な実験によって 測定することができる。分子量が比較的小さ く,水に溶ける固体の物質や電解質の場合は, 凝固点降下を利用して分子量, 式量を求める とよい。一方,分子量(平均分子量)が大きな 高分子は浸透圧を用いて分子最を求めること ができる。そこで, ある水溶性の高分子 Aの 平均分子量を求めるために, 以下のように浸 透圧を測定した。図のように, 水分子だけを 通す半透膜で中央部が仕切られたU字管を用 意し、(Pa)の大気圧下, 温度T{℃]でU 5 断面積 4.0cm 水銀圧力計 (真空) 大気圧 po (Pa) 76,0cm U字響 水銀 b 空気部分の 体積% CmL) a 半透膜 水 高分子A水溶液 200mL 200mL 字管のa側には 200 mLの水を, b側には 200 mLの高分子Aの水溶液を加え, b側の管の上部に物質の出入りが全くない栓を速や かに取り付けた。 U字管は太さが均一な管になっており, その断面積は 4.0 cm?, b側の 管上部の空気部分の体積は V。 [mL]であった。さらに, b側の管には水銀圧力計が取り付 けられており,この時の水銀柱の高さの差は76.0 cmであり, 水銀柱の上部cは真空で あった。ただし, 水銀圧力計部分の空気部分の体積は非常に小さく無視できるものとす る。 温度を一定に保ち, その後十分に時間が経過すると, U字管のa側とb側の液面の高 さの差は H[cm]となり, 水銀圧力計における水銀柱の高さの差は76.0 cm から 76.0+h (cm]へ変化した。 この時,半透膜を移動した水の体積はHを用いて ][mL] と表すことができる。 a側とb側の液面の差Hから生じる圧力を pa (Pa), b側上部の空気の圧力を (Pa] とし, U宇管の半透膜を介した圧力の釣り合いを 考えると,この高分子Aの水溶液にかかる浸透圧II [Pa]は po, Poo Paを用いて ]と表すことができる。半透膜を通じた水の増滅とb側上部の空気部 ア A O 分の内容積の変化を考慮すると, poは po Vo. Hを用いてx で表す ことができる。また, 水の移動後の b側における高分子 Aの水溶液の密度が1.03 g/mL であったとき, 水銀柱を持ちあげる大気圧 poとの比較から, Paは, po. Hを用いて と表すことができる。 以上の実験と計算により浸透圧Iや コェメ 高分子Aの平均分子量を求めることができる。 (1) 空欄にあてはまる最も適切な数式を, 文中で指定された記号を用いて記せ。 ただし, 数値部分は有効数字2桁で求めよ。 x (2) 下線のについて, H=1.00 cm, po=1.0×10 Pa, Vo=50 mLであったとする。 このとき, II (Pa]とh[cm]をそれぞれ有効数字2桁で求めよ。 x (3) 下線①について, (2) の条件, および, T=30℃のとき, 高分子Aの平均分子量を 有効数字2桁で求めよ。 ただし, 実験で用いた水溶液には6.06gの高分子Aが溶けて いるものとする。
気体 水銀柱

回答

✨ ベストアンサー ✨

質問内容が分からないので、答えにくいのですが、回答します。

>U字管の右側に栓をすると液面差は小さくなりますか?
まず、ここでの「液面差」はa,bの水、水溶液の方の液面差ですよね?水銀の方じゃないよね?ということで説明します。

U字管の栓は、U字管から溶液をあふれさせないためと、右側の水銀圧力計を押し上げるためにしている。栓は重りではなく、単なる蓋(ふた)の役目。

次に、
>栓をすることで栓と液面の間の空気が圧縮されて圧力が大きくなり、液面は押し下げられると考えています。

逆です。最初に述べたように、栓は蓋でしかないから、栓は水面を押し下げできない。その部分はa水とb溶液が関係。

bの方が濃度が高いため、aからbに水が移動し、bの液面が上がる。そのぶんだけ、水銀の液面を押す。それが+h。最初76cmで76+hと問題文にある。

栓で液面は下がらないからね🙇

寧々

回答ありがとうございます。分かりにくい質問してすみません…🙇‍♀️問題文を読み込めていない状態で質問してしまって申し訳ないです。
栓の役割から分かりやすく教えてくださってありがとうございました。間違いに気づくことができました!

🍇こつぶ🐡

理解されたようでよかったです。
4月は分かりにくい質問内容が多く、特に、このアプリ使い始めの方に多いです。寧々さんの質問は多分こういう質問かなと判断出来たし、フォローして下さっているみたいですし、早朝から頑張って学習されているようでしたから、できるかぎり分かりやすく回答したつもり。普段、私は回答数が多いですが、何でも回答するわけではありません。毎日Q&Aチェックさしますが、回答する問題と相手を選んで回答させて頂いています。では、陰ながら……勉強頑張っているようですが、その努力は報われますから、継続されて下さいね🙇

寧々

いつも回答してくださって助かっています。
嬉しいお言葉もありがとうございます😊

🍇こつぶ🐡

継続は力なりです。時間だけかけてもダメです。不明点をしっかり理解しながら(どうしてもダメな場合は丸暗記ですが、見たこと無い物質や反応などはなるべく語呂合わせ)、前に進んで下さい。時間があればたまに(2週間後くらい)復習されて下さい。エビングハウスの忘却曲線というのがあり、知識は覚えても忘れていくから。そのための復習であり、思い出すためのパターンや語呂合わせが高得点のカギです。では👌

この回答にコメントする
疑問は解決しましたか?

この質問を見ている人は
こちらの質問も見ています😉