化学問題 II
気体はすべて理想気体とみなし, 気体定数は R [Pa・L/(K・mol)〕 とする。 水のイオ
次の文章を読み, 問1~ 問6に答えよ。 解答はそれぞれ所定の解答欄に記入せよ。
ン積は1.00 × 10-14 (mol/L)2, [X] は mol/L を単位とした物質 X の濃度とする。 必
=
要があれば, log10 2 = 0.30, log10 3 = 0.48, log10 5 0.70 の値を用いよ。
気体Aを不純物として微量に含んだ気体混合物を, 吸収液と接触させることでA
を除去するガス吸収操作について考える。 以下では, A のみが吸収される液を用い
気体の圧力および液体中の濃度は常に一様と見なせるものとする。Aの濃度が希薄な
条件下では,気体と液体を接触させ十分に時間が経過した後, A の分圧 PA [Pa〕 と液
体に溶解した A の濃度 [A]max [mol/L] の間には次のヘンリーの法則が成り立つ。
(1)
PA = H[A]max
くの場合
ア
大きくなる・小さくなる・変化しない}
ここで,H 〔Pa・L/mol] はヘンリー定数とよばれる比例定数で温度に依存する。温度
が高くなると,溶解している分子の
が激しくなるため, ヘンリー定数は多
°
Aが吸収される速さについて考えると,吸収液の単位表面積および単位時間あたり
に吸収されるAの物質量 vA 〔mol/ (ms)〕 は, kを正の定数として次式で与えられ
る。
v=k([A]max-[A])
式(2)からわかるようには,ある時点のPAに対してAが溶解できる最大の濃度
[A] max
とその時点での A の濃度 [A] との差に比例する。 A の吸収にともなってFA
は変化するので,それに対応する [A]max も時間とともに変化する。
ガス吸収の操作として, 温度が T [K] で一定の条件下で,以下の操作1~3をそ
れぞれ行った。 なお, 使用前の吸収液にAは含まれず, 蒸発や気体の吸収による吸
収液の体積変化は考慮しない。
操作 1 A をno [mol] 含む気体混合物の入った密閉容器内において, A と化学反応
しない吸収液をスプレーで均一な直径をもつ球形の微細な液滴にして霧状に散布し
た。 スプレーと吸収液を除く空間の体積はV[L] で, 十分に時間が経過した後、
