化学
高校生
解決済み

この問題の(2)で、なぜヘキサンの分圧が出てるのにわざわざ窒素の分圧を求めて状態方程式を立てる必要があるのですか?ちなみに3枚目のようにヘキサンについての状態方程式を解いても答えは合いませんでした。

準 56. <混合気体と蒸気圧〉 体積を自由に変えることができる容器内 にヘキサンと窒素をそれぞれ0.20mol ず つ入れ,圧力を1.0×10'Pa.温度を60℃ に保ったところ, ヘキサンはすべて気体と なった。 ヘキサンの蒸気圧曲線は図の通り である。 次の問いに有効数字2桁で答えよ。 0.4 R=8.3×103Pa・L/(mol・K) (1) 混合気体の圧力を1.0×105Pa に保 ったまま, 温度を徐々に下げていったと き,何℃でヘキサンが凝縮し始めるか。 (2) 混合気体の圧力を 1.0×10 Pa に保っ たまま,さらに温度を下げて 17℃ にした。 このときの混合気体の体積は何Lか。 (3) 17℃のもとで, 凝縮したヘキサンをすべて気体にするためには、混合気体の体積を 何L以上に膨張させなければならないか。 [07 上智大] 'pixn ヘキサンの蒸気圧(×10°Pa) 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1 0 2010 20 30 40 50 60 70 温度(℃)
56 (1) 40°C (2) 6.0L (3) 24L 【解説 (1) ヘキサンと窒素はそれぞれ 0.20mol ずつなので, ヘキサン の分圧は,分圧=全圧×モル分率より, 1.0×105x- 0.20 0.20 +0.20 -=5.0×10^(Pa) ヘキサンの飽和蒸気圧が,この分圧よりも小さくなる温度では, 一 部が液体となる。 よって, 蒸気圧曲線より, 40℃。 (2) 17℃のとき, ヘキサンは気体と液体が共存するので,その分圧は 飽和蒸気圧に等しく, 蒸気圧曲線より 2.0×10Pa である。 このとき,窒素の分圧 DN2 は, (tom) PN2=1.0×105-2.0×10=8.0×104 (Pa) CHS +00 混合気体の体積を V1 [L] とすると, 窒素だけについての状態方程 式PN2V1=nN2RT より, *61 8.0×10*×V=0.20×8.3×103×(17+273) V1 ≒ 6.0(L) (3) 体積を膨張させてヘキサンがすべて気体になったとき, ヘキサン の分圧は17℃での飽和蒸気圧 2.0×10Pa に等しい。 全体の体積 を V2〔L〕とすると, ヘキサンだけについての状態方程式 Phex V2 = nhex RT より. 2.0×10^ × V2=0.20×8.3×10 × ( 17+273) V2≒24(L) 1*3 モル分率= SA 気液平衡のときのヘキサンは, 体積に関係なく飽和蒸気圧を 示す。 ※⑤ ヘキサンと窒素の分圧の変化 を示すと, (×105Pa)↑ 1.0 0.8 圧力 20.5 その物質の物質量 ①0 全物質量 20.2 0' 17 N₂ ヘキサン 40 60 温度 50(°C) ここでの体積 V1 は,窒素分 子の動ける範囲であると同時 に、混合気体の動ける範囲で もある。つまり,V」が求め る体積である。
2.0.x (0¹ XV 0.2x8.3 x10³x290 V = 2.0x8.3x29xx" 20x10x * 24.07 =

回答

✨ ベストアンサー ✨

この問題の質問は、以前回答したことあるのですが、理解しづらいかも。頑張って理解されて下さい。

まず、ヘキサンは17℃で気液平衡。解答欄外④に体積に関係なく飽和蒸気圧になるよね。ここで、ヘキサンは気体と液体を行ったり来たりであり、分圧は蒸気圧だけど、体積は気体では無いから、状態方程式では求められない。だって、気体だけじゃないから。だから、状態方程式は使えない。ヘキサン気体はいくらあるかは分からないとなる。そこで窒素の登場。窒素は気体だけだから、状態方程式が使える。ただ、ヘキサン蒸気圧(分圧)を全圧から引いたのが窒素分圧だから、その値を用いる。

繰り返しになるが、ヘキサン蒸気圧があるからヘキサン気体があると考えてもいいけど、その分は全圧から引いているから大丈夫。ヘキサンは気体になっても液体に戻り、蒸気圧は体積に関係なく同じ値だから、極端だけどヘキサン体積0で考えていい訳。体積で変わらないんだから。仮に液体から戻ったヘキサン蒸気があっても、窒素分圧は変わらないから、窒素分圧で体積計算する。

窒素とヘキサンは同じ容器入っているが、17℃でのヘキサン蒸気は気液平衡だから気体体積0と考え無視する感じ。でも蒸気圧は無視できないから引く。だから、窒素で計算している。窒素分圧の体積はヘキサンには関係ないから、ハッキリ気体と分かる窒素を使う。実際、ヘキサン体積は状態方程式は使えないし、いくらあるかは分からないから無視せざるを得ない。

以上、簡単に説明したつもりだけど分かりにくいかも🙇

いわ

なるほど!
この場合ヘキサンは気体だけでなく液体でも存在しているから状態方程式は使えないため、同じ体積で存在している窒素で状態方程式が適用できるということで合っていますか??

🍇こつぶ🐡

そそ、そんな感じ🙇

いわ

理解出来ました!ありがとうございます!

🍇こつぶ🐡

いえいえ🙇

この回答にコメントする
疑問は解決しましたか?