問19 図はクロロホルムとアセトンの混合系の気相-液相の状態図である。 圧力（1気圧）一定で、横軸は組成（クロロホルムのモル分率）、縦軸は温度である。 この混合系に関する記述のうち、正しいものの組合せはどれか。  a 曲線 ABC 及び曲線 CDE は沸騰曲線である。 b 相の数をP、相律の系の自由度をFとすると、F = 3-P である。 c クロロホルムのモル分率が0.35 の混合物は、分留によって共沸混合物とクロロホルムに分けられる。 d クロロホルムとアセトンを混合すると発熱する。 1(a、b) 2(a、c) 3(a、d) 4(b、c) 5(b、d) 6(c、d) 相図の読み方については 物理化学まとめました ３－１ ３） を 参考にして下さい。 記述 a は、その通りの記述です。 この線を超えると、沸騰が始まります。 記述 b ですが、ギブスの相律という公式によれば F＝C－P＋２ です。 （C：成分の数、P：相の数） 参考） 相平衡と相律について （物理化学まとめました ３－１ ２） へとびます） 成分数は、クロロホルムと、アセトンの２つなので F＝４－P です。 よって、記述 b は誤りです。 記述 c ですが 下図を参考にしつつ、考えていきます。  クロロホルムのモル分率が 0.35 の混合物を まず、温度を上げていくと、１ の矢印のように 相図上での点が移動していく、と表現できます。 この点において、蒸気を集めると その蒸気の組成は、２の矢印の先の点 で表現されます。 そして、この蒸気を冷やすと、３の矢印の先の点 として 表現される組成の液体を、入手できます。 この結果、元々 クロロホルムのモル分率が 0.35 の混合物から クロロホルムのモル分率が 0.20 の よりクロロホルム分の少ないものが 手に入りました。 この操作を繰り返すことで手に入るのは クロロホルム分が、限りなく０であるような アセトンです。 つまり、分留によって、共沸混合物とクロロホルムに分けられるわけではなく 共沸混合物とアセトンに分けられます。 ちなみに、共沸混合物とは 点Cで表現される組成の混合物のことです。 以上より、記述 c は誤りです。 記述 d はその通りの記述です。 アセトンとクロロホルムの混合物の 組成をうまくやることで、点Cでのように 「それぞれの沸点 （点A 及び 点Eの温度）よりも、高い沸点」 にすることができることが、状態図から読み取れます。 沸点が高い＝より安定している複合体である と考えられます。 クロロホルムに、アセトンを加えると 一部が、より安定している複合体を形成するはずであり この時の、差分のエネルギーは、熱として放出されると 考えられるため、発熱するとわかります。 以上より、正しいものの組み合わせは （a , d）です。 正解は 3 です。 問題へ戻る |
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