令和5年度 問32 化学プロセス
一般に、希薄成分 A が気相と液相の間に存在して平衡状態になっているとき、ヘンリーの法則が成り立つ。
$$p_A = H\,x_A$$ここで、\(p_A\)：A 成分の気相の分圧 \([\mathrm{Pa}]\)、\(x_A\)：A 成分の液相のモル分率 \([-]\)、\(H\)：ヘンリー定数 \([\mathrm{Pa}]\) である。
20 ℃、1 気圧（\(1.01\times 10^{5}\ \mathrm{Pa}\)）の空気（20.1 vol% の酸素を含む）の中において平衡状態になっている水に溶けている酸素のモル分率 \([-]\) として、最も適切な値はどれか。
| 温度 | 0 ℃ | 10 ℃ | 20 ℃ | 30 ℃ |
| \(H\) | \(2.6\times 10^{9}\) | \(3.3\times 10^{9}\) | \(4.1\times 10^{9}\) | \(4.8\times 10^{9}\) |
①
\(5\times 10^{14}\)
②
\(2\times 10^{10}\)
③
\(2\times 10^{5}\)
④
\(5\times 10^{-6}\)
⑤
\(5\times 10^{-11}\)
正答
④ \(5\times 10^{-6}\)
温度が 20 ℃ のため、表からヘンリー定数は \(H = 4.1\times 10^{9}\ \mathrm{Pa}\) です。
空気には 20.1 vol% の酸素を含むと記載があるため、1 気圧（\(1.01\times 10^{5}\ \mathrm{Pa}\)）では \(1.01\times 10^{5}\times 0.201 = 0.203\times 10^{5}\ \mathrm{Pa}\) の酸素が含まれています。
酸素のモル分率を \(x_A\) とし、ヘンリーの法則を用いると \(0.203\times 10^{5} = 4.1\times 10^{9}\times x_A\) が成り立ちます。\(x_A = 5\times 10^{-6}\) です。