Chemistry Labs

問題 1

1894年、Rayleigh卿は化学的に調製した窒素(一定容器での平均質量2.2990 g)が OX2\ce{O2} を除いた「大気窒素」(2.3102 g)より軽いことを15.0 \°C、1.013×1051.013 \times 10^{5} Paで発見した。差は後にアルゴンの存在によるとされた。(a) 容器の体積と大気窒素中のArのモル分率を求めよ。(b) Ramsayはクレーベ石からヘリウムを単離し、587.7 nm の D3_3 線を放つ。光子エネルギーを計算し、He軌道図で対応する遷移(答:許容遷移のうち最大エネルギーの 3d \→ 2p)と、ウラン鉱物中のHe(α\alpha崩壊)および岩石中のAr(X40X2240K\ce{^{40}K} の電子捕獲/陽電子崩壊)を生じる核過程を特定せよ。(c) 15.0 \°C、大気圧で密度 0.850±0.005 kg m−30.850 \pm 0.005\ \text{kg m}^{-3} の未知気体中の音は f=3520f = 3520 Hz で λ=0.116\lambda = 0.116 m であり、vs=fλ=γRT/Mv_s = f\lambda = \sqrt{\gamma RT/M}。MM と γ\gamma を求め、HCl, HF, Ne, Ar のうちどれかを特定せよ。
ステップ 2/4: アルゴンのモル分率
28.02(1−x)+39.95 x28.02=2.31022.2990⇒x=28.0239.95−28.02 2.3102−2.29902.2990=1.14×10−2\dfrac{28.02(1-x) + 39.95\,x}{28.02} = \dfrac{2.3102}{2.2990} \Rightarrow x = \dfrac{28.02}{39.95-28.02}\,\dfrac{2.3102-2.2990}{2.2990} = 1.14 \times 10^{-2}
分析

同じ容器には同じmol数が入るので、質量比は平均モル質量の比に等しい。NX2\ce{N2}–Ar混合気のAr分率を解くと x=1.14×10−2x = 1.14 \times 10^{-2}(1.14 %)。

よくある誤り. VV, pp, TT が等しいならmol数も等しい — 密度ではなく平均モル質量を比較する。