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容器1
電流
塩橋
気体1
電源
電流
バルブ
チューブ
容器2
以下の文章を読み, 問1~間7に答えよ。
2
図2に示すような絶対温度 T[K]に維持された実験系があり,電解槽I, IIには0.1mol/L 塩化ナトリ
ウム水溶液が, 電解槽Ⅲには 0.1mol/L 硫酸銅(II) 水
溶液が満たされている。 電解槽I, II の塩化ナトリウ
ム水溶液は,塩橋で接続されている。電解槽I,Iの
塩化ナトリウム水溶液中には, それぞれ白金板1, 鉄
板が,電解槽Ⅲの硫酸銅(II) 水溶液中には銅板, 白金
板2が浸されている。 白金板1, 2は電源に接続され,
鉄板と銅板は導線で接続されている。 また, 白金板1, 塩化ナトリウム
2の上には,底が開き, 上部が密閉された容器 1,2
が置かれている。 容器1,2は,内部の体積が無視で
きる柔軟なチューブで接続され, 上下方向に自由に動
かすことができる。 また, チューブには閉じたバルブ
がつながれている。
水溶液
白金板1
鉄板
鋼板
白金板2
電解槽 I
電解槽 II
電解槽ⅢI
図2 実験系
気体2
硫酸銅(II)
水溶液
この実験系で以下の操作1~4を順次行った。
【操作1】 容器1および2を, それぞれの電解槽中の溶液で満たした。白金板 1, 2間に図に示す向きで一
定の電流ż〔A〕を時間 ta〔s] だけ流したところ, 白金板 1, 2からそれぞれ気体1,2が発生した。 この際,
流れた電気量を QA [C] とする。 発生した気体1,2を水上置換法によりそれぞれ容器1 2中に集め,容
器の内部と外部の水面の高さが同じになるように容器の上下方向の位置を調節した。
【操作2】 容器1, 2が上下方向に動かないように固定した状態でバルブを開き, 容器 1, 2内の気体を完
全に混合した。
【操作3】 バルブを再び閉め, 操作1と同様に一定の電流 iB〔A〕を時間 t〔s〕だけ流したところ, 白金板1,
2からそれぞれ気体 1, 2が発生した。 この際,流れた電気量を QB [C] とする。 その後, 内部の水面の高
さが容器外部の水面の高さと同じになるように容器2の上下方向の位置を調節した。
【操作4】 銅板を装置から取り外し, 水で洗ってから乾燥させ, 質量を測定した。
ただし,操作1~3の後においても,電解槽 I ~II内の電解質濃度には,大きな変化はないものとする。
また,気体1,2は理想気体であるとし, これらおよび空気の溶液中への溶解は無視できるものとする。
ファラデー定数をF[C/mol], 気体定数を R [Pa・L/(K・mol)〕, 大気圧を po〔Pa〕, 絶対温度 T[K] での飽
和水蒸気圧を PHzo 〔Pa] として, 以下の問に答えよ。
問1 Qをを含む式で表せ。
問2 操作 1,3, 白金板1, 2で起こる反応をそれぞれ電子 e-を含む反応式で表せ。
問3 操作1で発生した気体1,2の物質量 n, n [mol] をそれぞれQ』 を含む式で表せ。
問4 操作1の結果, 容器 1,2に集められた気体の体積 V1, V2〔L]を,それぞれQAを含む式で表せ。
問5 操作2の後の接続された容器1, 2における気体1,2の分圧, p2 〔Pa] をそれぞれpo を含む式で表
せ。
問6 操作3の後の容器2内の気体1,2の物質量を ni', n' [mol]とする。 以下の間に答えよ。
(i)' を Q を含む式で表せ。
(ii) n2' を Q, QB を含む式で表せ。
