ひたすら受験問題を解説していくブログ
大阪大学2013年化学第2問
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電解と気体の変化を混ぜただけの問題で、やってることはいつもの問題ですが、水の蒸気圧を考慮し忘れたり、計算が下手ではまってしまう人が結構いたのではないかとも思います。設問で言うと問3のウと問5が少し難しめということです。

問1 陽極:4OH-→4H2O+O2↑+4e- 陰極:2H2O+2e-→H2↑+2OH-
基本的に存在する陰イオンが陽極に、陽イオンが陰極に移動して電子のやりとりをします。
なので、陰極ではHとNaが移動します。電子のやりとりはイオン化傾向にしたがって行なわれるため、Hが電子を受け取って水素になります。
しかし、塩基性の場合はHが少なく、水の平衡によって水から供給されるため、反応式ではHではなく、水を水素の発生源としてかきます。

ちなみにこれってNaが還元されるとしても同じ式が得られたりします。
つまり、できたNa金属が即座に水と反応してNaOHになるので、結局水から水素が発生している式になります。

問2 1.9×10-2t+72
まず、はじめに72ml入っています。増加分は、問1の式より、陽極では電子のmol数の1/4の酸素が、陰極では1/2の水素が発生するので、電子1molあたり、3/4molということになります。
1秒間に流れる電子は0.1/(9.65×104)なので、増加分は状態方程式より、
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問3 ア:88 イ:98 ウ:92

問2に代入します。1.93×10-2×14×60+72≒88.2


PV=nRTよりPとnが一定ならば、体積はTに比例します。よって、88.2×333/300≒97.9


電気分解の酸素が全部あるということは、水素も全部反応するということなので、結局は電気分解によって生じた気体が水に戻るだけです。
元々入っていた気体は72mLなので、 27℃において電解生成気体は88.2-72=16.2mLです。水に戻すと、体積は2/3になるので、10.8mLが水相当分です。
さて、この水はどれだけ気体になっているのでしょうか?というのがこの問題の論点です。60℃の時の水の蒸気圧は大気圧の1/5なので、10.8/(72+10.8)より大きく、水はすべて気体であることがわかります。

よって反応後の水がすべて気体と仮定した27℃の体積、(72+10.8)=82.8を60℃に直すだけなので、82.8×333/300≒91.9mLとなります

問4 1.3×105Pa
仮に水が液化しないとすると、体積を3/4にした場合は状態方程式より、圧力は4/3です。
10.8/82.8が水のモル分率なので、4/3かけても36/207×105Paとなり、水の飽和水蒸気圧を超えません。よってすべてが気体で、圧力は4/3×1.0×105≒1.33×105Paです。

問5 3.7×105Pa
同様に液化しないと仮定すると(問4が液化しない時点で液化するとわかりますけど)、10.8/82.8×4×105Pa=108/207×105Paが水蒸気の分圧となるので、飽和水蒸気圧を超えています。なので液化しています。
一方元々あった気体の方は単純に体積が1/4になっているので、圧力が4倍になります。
もともとのモル分率は72/82.8なので、圧縮後の分圧は1.0×105Paと4をかけて約3.47×105Paです。

水の分圧と足してやると3.67×105Paとなります。
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テーマ:大学受験 - ジャンル:学校・教育

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