기체법칙과 분압: 수소 기체의 수상치환

기체법칙과 분압: 수소 기체의 수상치환

 

 

실험실에서 소량의 수소 기체는 금속 아연과 염산 수용액을 반응시켜 얻을 수 있다.

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

 

수소 기체는 수상 치환하여 포집하는데, 이때 수소와 함께 수증기도 존재한다. 30℃에서 수소 기체 340 mL를 포집했는데, 이때 전체 압력이 1.032 atm이었다. 시료에서 수소 기체의 분압은 얼마인가? 이만큼의 수소 기체를 얻는데 몇 그램의 아연이 필요한가? (30℃에서 수증기압은 32 torr이다.)

 

 

Small quantities of hydrogen gas can be prepared in the laboratory by the addition of aqueous hydrochloric acid to metallic zinc.

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

 

Typically, the hydrogen gas is bubbled through water for collection and becomes saturated with water vapor. Suppose 340 mL of hydrogen gas is collected at 30℃ and has a total pressure of 1.032 atm by this process. What is the partial pressure of the hydrogen gas in the sample? How many grams of zinc must have reacted to produce this quantity of hydrogen? (The vapor pressure of water is 32 torr at 30℃.)

 

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전체 압력에서 수증기압을 빼면, 수소 기체의 분압이 됩니다.

P = 1.032 atm - (32/760 atm) = 0.9899 atm H2 (수소 기체의 분압)

 

 

이상기체방정식으로 포집된 수소 기체의 mol수를 계산하면,

PV = nRT

n = PV / RT

= [(0.9899 atm) (0.340 L)] / [(0.0821 atm•L/mol•K) (273.15+30 K)]

= 0.01352 mol H2

 

 

Zn : H2 = 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

반응한 Zn의 mol수 = 0.01352 mol Zn

 

 

Zn의 몰질량(65.38 g/mol)을 사용해서 mol수를 질량으로 환산하면,

(0.01352 mol) × (65.38 g/mol) = 0.8839 g Zn (필요한 아연)

 

 

 

[키워드] 30℃ 340 mL H2 gas 1.032 atm 32 torr