この実験について
装置全体を天秤に載せたまま、重曹と所定量の酢酸を混ぜます。閉じた風船が発生した二酸化炭素を計量範囲内に保ちます。開いた容器ではその物質が外へ出るため、装置と室内を合わせた総質量は保存されるものの、計量値は変化します。
学習目標
- 天秤の値を解釈する前に、系の境界を定義します。
- 気体の生成物も質量を持つ物質として考慮します。
- 質量の変化と、室内へ移動した物質の質量を比較します。
使い方
- 1「風船付きの密閉系」を選び、天秤の初期値を記録します。
- 2反応物を混ぜ、気体の発生を観察し、質量の変化を確認します。
- 3対応する開放容器での実験を準備し、初期値と最終値を比較します。
- 4酸の量を変え、外へ出た質量を記録し、反応物が限界となることで生じる上限を説明します。
モデル
前提条件
- 重炭酸塩と酢酸は1対1で反応し、二酸化炭素を生成します。指定された反応の進行度は1 − exp(-0.06t)です。気体のモル質量は44.0095 g/molです。
- 初期質量には、50 gの容器、50 gの酸溶液、選択した粉末が含まれます。密閉系にはさらに2 gの風船も含まれます。それぞれの系での変化を比較し、異なる風袋質量同士は比較しないでください。
- 密閉系では、気体は周囲圧力のまま、計量対象の柔軟な回収容器の中にとどまります。開放系では、気体はすべて逃げます。空気の浮力、蒸発、飛散、はかりのドリフトは考慮していません。実際に膨らむ風船では、浮力によって見かけの質量が変化することがあります。
授業で試してみましょう
- Q1開放容器での計量値において、失われた質量はどこにあるのでしょうか？
- Q2なぜ密閉系の初期計量には風船を含める必要があるのでしょうか？
よくある質問
気体の質量は無から生じるのでしょうか？
いいえ。二酸化炭素には、反応開始時の反応物に由来する原子が含まれています。気体の質量は、残った反応混合物から移動したものです。
実際の風船を使った場合、はかりの表示は完全に変わらないでしょうか？
必ずしもそうとは限りません。空気の浮力の変化や器具の影響は、この理想的な質量収支モデルには含まれていません。