le 22 aout, 2021

駿台　化学　単元別　共通テスト　第5問 (2)

「飽和蒸気圧」に関する問題

<解説の解説> 　ポイントは(1)と同じです　　

※　気液平衡のポイント
　　　　液体が共存するとき，気体は飽和蒸気圧を示す。　　　　　　　　　　*
　　　　液体の量に無関係。一滴でもあれば飽和蒸気圧となる。
　　　　気体は飽和蒸気圧以上の圧力はとれない。
　　　　　つまり，飽和蒸気圧を超えた部分が凝縮して液体になる。

※　分圧の法則のポイント　
　　　　混合気体の全圧は分圧の和。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　分圧比は物質量の比。　分圧はモル分率×全圧。

問2　容積可変の容器に，ベンゼンとアルゴンを入れ，　
　　　　「等温条件」で体積を変化させ，全圧を求める問題。

(1)　はじめ，体積 2.0 Lで 全圧が4.0×10⁴ Paであった。　　　　　　　　　　*

　※　このとき，すでに「ベンゼンの液体が存在していた。」とあるから，

　　＝　「ベンゼンは気液平衡が成立していた。」
　　＝　「ベンゼンの分圧は飽和蒸気圧を示していた。」はず。

　　　 P_Ben ＝ P_Ben^SAT ＝ 2.4×10⁴ Pa
　　　

　※　ドルトンの「分圧の法則」より，アルゴンの分圧は，

　　　 P_Ar ＝ P　－ P_Ben ＝ 4..0×10⁴ －2.4×10⁴ ＝ 1.6×10⁴ Pa
　　　

(2) 体積を2分の1に圧縮した瞬間を考えると，(過渡的に)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*　　　　
　※　ボイルの法則より　それぞれ圧力は2倍になるから，

　　　　P'_Ben ＝ 4.8×10⁴ Pa　　　　

　　　　P'_Ar ＝ 3.2×10⁴ Pa
　　　　　　　　　　
　　　　　P'　＝ 8.0×10⁴ Pa

　※　アルゴンは気体のみだから，このままの圧力となる。

　※　ベンゼンは飽和蒸気圧を超えるので，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　超えた分が凝縮し，飽和蒸気圧になる。
　　　　　　　　　　
　　　P'_Ben ＞　P_Ben^SAT　　⇒　　P"_Ben ＝ P_Ben^SAT ＝ 2.4×10⁴ Pa


(3) 　「ル シャトリエの原理」　を思い出してください。
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　「平衡状態にある系の圧力を高くすると，気体分子数が減少して，
　　　圧力を下げようとする方向に平衡が移動する。」
　　
　　( 気体分子数減少の反応速度が，増加の反応速度を上回り，
　　やがて速度は再び等しくなり，新たな平衡状態に達する。 )　
　　　　
　　　と考えるとわかるかな。

　　ベンゼンは(1)で「気液平衡」の状態にあり，
　　　　　　　　　(2)で瞬間的に圧力を高くしたので
　　　　　　　　　　　気体分子が減り，液体が増える方向に平衡が移動し，
　　　　　　　　　(3)新たな「気液平衡」に達する。
　
　　　　　　　　P"_Ben ＝ 　P_Ben^SAT ＝ 2.4×10⁴ Pa　　　　

　　　　　　　　P"_Ar ＝ P'_Ar ＝ 3.2×10⁴ Pa
　　　　　　
　　　　　　　　　　P"　＝ P"_Ar ＋ P"_Ben ＝ 5.6×10⁴ Pa

※　簡単に言えば，液体共存の状態で加圧すると，
　　　液体が増加するだけで，飽和蒸気圧が保たれる。のです。

※　要点を図にしてみると