분압법칙과 수상포집, collection of gas over water

분압법칙과 수상포집, collection of gas over water

 

 

25.0℃에서 수소 기체가 수상치환으로 포집되었다.

포집된 기체의 부피가 600 mL, 전체 압력이 740 torr일 때,

건조한 수소 기체의 부피는 STP에서 얼마이겠는가?

(단, 25.0℃에서 물의 증기압은 23.8 torr이다.)

 

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▶ 참고: 돌턴의 분압법칙

[ https://ywpop.tistory.com/48 ]

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문제의 조건은 STP가 아니다.

STP가 아닌 조건에서 기체의 몰수를 구해,

기체의 몰부피를 이용하여 답을 구한다.

 

 

 

기체가 포집된 비커 내부의 전체 압력은

[기체의 압력 + 물의 증기압]이므로,

기체의 압력 = 740 – 23.8 = 716.2 torr

 

 

 

PV = nRT

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3097 )

 

n = PV / RT

= [(716.2/760 atm) (0.600 L)] / [(0.08206 atm•L/mol•K) (273.15+25.0 K)]

= [(716.2/760) (0.600)] / [(0.08206) (273.15+25.0)] = 0.0231103

= 0.0231 mol

---> 포집된 H2 기체의 몰수

 

 

 

STP에서 기체 1몰의 부피는 22.414 L이므로,

( 참고 https://ywpop.tistory.com/8321 )

 

0.0231 mol × (22.414 L/mol) = 0.518 L = 518 mL

 

 

 

답: 518 mL

 

 

 

 

[ 실험 동영상 https://ywpop.tistory.com/2561 ]

 

 

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[그림] 수상포집.

 

위 그림과 같이 이제 막 기체 포집을 종료한 상태에서는

포집용기(비커) 내부의 압력은 모른다.

( 포집용기 내부의 수위와 수조의 수위가 다르다. )

 

그래서 포집용기를 조작(조절)하여

포집용기 내부의 수위와 수조의 수위를 같도록 만든다.

이때 비로소 “(기체의 압력 + 수증기의 압력) = 대기압” 이 된다.

( 수위가 같다. = 물 표면에 가해지는 압력이 같다. )

 

 

 

① 눈금실린더 내부의 압력을 알아야 하는데,

알아낼 방법이 없다.

 

② 근데 외부압력, 즉 대기압은 측정할 수 있다.

 

③ 눈금실린더 내부의 수면과 수조의 수면을 같게 만든다.

---> 눈금실린더 내부의 압력 = 대기압

---> 눈금실린더 내부의 압력을 알 수 있다.

 

 

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▶ 다른 풀이 방법

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/7280 ]

 

 

P1•V1 / T1 = P2•V2 / T2

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7091 )

 

 

P1 = 740 torr – 23.8 torr = 716.2 torr

V1 = 0.600 L

T1 = 25.0℃ + 273.15 = 298.15 K

 

 

P2 = 760 torr

V2 = ? L

T2 = 0℃ + 273.15 = 273.15 K

 

 

V2 = P1•V1•T2 / T1•P2

= [(716.2 torr) (0.600 L) (273.15 K)] / [(298.15 K) (760 torr)]

= 0.518 L

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/23933 ] 54.0 mL O2 water 23℃ 770.0 torr volume dry gas STP

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5014 ] 물의 증기압(vapour pressure of water), 수증기압 도표

 

 

 

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