水に対する酸素の溶解度は温度によって大きく変化します。特に水温が変化することで、酸素が水に溶ける量も変わり、その計算方法を理解することが大切です。本記事では、高校化学の問題に基づき、温度の変化による酸素の溶解度の違いとその計算方法について詳しく解説します。
酸素の溶解度と温度の関係
水に溶ける酸素の量は温度が低いほど多く、温度が高くなると溶解度が低くなる傾向があります。これは温度が上昇すると、分子の運動が活発になり、溶解した酸素が気体に戻りやすくなるためです。例えば、問題にある0℃では1mLの水に0.048mLの酸素が溶け、60℃ではその値が0.02mLに減少します。このように温度の上昇に伴い、酸素の溶解度が減少することがわかります。
問題の理解と計算方法
問題の設定では、最初に4.0Lの水が0℃で2.0×10*5Paの酸素と接している状態からスタートします。この時の酸素の溶解量は、0℃の溶解度に基づいて計算されます。その後、60℃に温めたときの酸素の溶解量を求める問題ですが、重要なのは「標準状態での体積」を使って酸素の質量を求める点です。
標準状態では、酸素のモル体積は22.4L/molです。この値を基に、溶ける酸素の体積を求め、最終的には酸素の質量を求めることができます。ただし、60℃では「標準状態でない」という疑問が生じますが、問題文にあるように60℃での酸素量は「標準状態で換算した体積」で与えられているため、この値をそのまま使って計算を進めることが可能です。
酸素の溶解量の計算
まず、0℃で溶ける酸素の体積は、0.048mL/mLの水です。水の体積が4.0Lであるため、0℃の時点で溶ける酸素の体積は、4.0L × 0.048mL/mL = 0.192mLとなります。
次に、60℃の時点での酸素の溶解度を使います。60℃では0.02mL/mLの水に溶けるので、同様に計算すると、4.0L × 0.02mL/mL = 0.08mLとなります。
酸素の質量への換算
酸素の質量を求めるために、酸素のモル質量（約32g/mol）を使って計算します。0.192mLの酸素を標準状態でのモル体積22.4L/molに換算し、その後質量を求めることができます。計算式は次の通りです：
酸素の体積（mL）× 22.4L/mol ÷ 1000（mL/L）× 酸素のモル質量（32g/mol）。
まとめと注意点
この問題では、温度変化に伴う酸素の溶解度の違いを理解し、標準状態で換算された体積を使用して酸素の質量を求める方法を学びました。60℃のときでも22.4L/molを使用して問題を解くことができるのは、標準状態で換算された体積が与えられているためです。温度が変化しても、標準状態での換算値を使うことで計算が簡単になります。
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