空気中の二酸化炭素量を測定する方法と数直線の使い方

空気中の二酸化炭素の量を測定する実験では、物質量や体積の計算を行うことが求められます。この問題を解くためには、化学の基本的な計算方法や数直線の使い方を理解する必要があります。この記事では、具体的な計算過程と数直線の使い方について詳しく解説します。

二酸化炭素の物質量を求める

まずは、問題文にある水酸化バリウム水溶液の情報を使って、二酸化炭素の物質量を求める方法を見ていきましょう。水酸化バリウム水溶液が二酸化炭素を吸収し、反応式に従って二酸化炭素がどれだけ反応したかを計算します。

反応式は以下の通りです。
C_O₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O

水酸化バリウム水溶液のモル濃度が5.0×10^-3 mol/L、容量が100 mL（0.1 L）であることから、この水溶液に含まれる水酸化バリウムの物質量は次のように計算できます。
物質量 = モル濃度 × 容量 = 5.0×10^-3 mol/L × 0.1 L = 5.0×10^-4 mol

次に、二酸化炭素の物質量Xを求めます。反応式から、1 molの水酸化バリウムは1 molの二酸化炭素と反応するため、水酸化バリウムの物質量と同じだけの二酸化炭素が反応します。よって、二酸化炭素の物質量Xは5.0×10^-4 molとなります。

この計算過程を数直線を使って示す方法について説明します。数直線を用いることで、反応に関わる物質量を視覚的に理解することができます。

数直線を描く際は、まず水酸化バリウムと二酸化炭素が1:1の割合で反応することを意識しましょう。数直線上で水酸化バリウムの物質量（5.0×10^-4 mol）を基準にして、その反応量を示す点を配置します。二酸化炭素も同じ物質量の5.0×10^-4 molなので、同じ場所にマークをします。

数直線を使うことで、どの物質がどれだけ反応したかを一目で確認することができます。

次に、空気10Lに含まれる二酸化炭素の体積を求めます。標準状態での1 molの気体の体積は22.4 Lです。したがって、二酸化炭素の物質量5.0×10^-4 molに対応する体積は次のように計算できます。

体積 = 物質量 × 22.4 L/mol = 5.0×10^-4 mol × 22.4 L/mol = 0.0112 L = 11.2 mL

この問題では、数直線を使って物質量を視覚的に理解し、二酸化炭素の物質量を求め、さらにその体積を計算する方法を学びました。数直線は、化学反応の理解を助ける強力なツールです。また、気体の体積計算においては、標準状態でのモル体積を活用することが重要です。