Monday, February 26, 2024

水が水蒸気になると体積はどのぐらい増えますか?

 学研キッズネット  **すいじょうき【水蒸気】

https://kids.gakken.co.jp/jiten/dictionary03300055/

**すいじょうき【水蒸気】

気体の状態にある水。水は表面から蒸発して水蒸気になり,高温ではついに内部からも水蒸気なって沸騰する。

 

水が水蒸気になると,水の体積の約1700倍になる。大気中には水蒸気がふくまれており,その多少は湿度や水蒸気量で表す。



水が水蒸気になる時、体積はおよそ何倍になりますか?
という質問ですが、お願いします!

大気圧下で沸騰させた場合、100℃の水は100℃の水蒸気になります。
100℃の水は0℃のときと比べて、わずかに体積が大きくなっていますが、ここで考えないことにします。

PV=nRT より

V=nRT/P
=1×8314×(273+100)/101325
=30.6[L]

0.018:30.6=1:1700

よって、100℃、1atmのとき、体積は1700倍となります。


とまあ、水が水蒸気になったら1700倍ぐらいの体積になります。気圧や気温で少し変化します。宇宙、月面や金星表面上だったらどうなるんでしょうね。まあ、それはさておいて、地球表面上だと、だいたい1700倍に水から蒸気になったときに体積がふえます。

では、ここで、危険物の問題をやってみましょう。甲種でも出題されるボーナス問題です。水蒸気爆発は危ないですからね。たとえ簡単にわかるとしても、何度でも問うておきたい。忘れることがないようにしたいという意図からか、頻出問題となっています。乙4でも出てきます。


危険物取扱者試験 乙4の過去問 | 予想問題 乙4 問135

https://kakomonn.com/otsu4/questions/23726

問  水が水蒸気になると体積は元の水の何倍になるか。次のうち最も値が近いものはどれか。ただし、水の密度は1.0g/cm3とし、水蒸気は標準状態(0℃、1気圧(1.013×105Pa))とする。

   1 .1.124倍   2 .224倍   3 .1,244倍   4 .1,700倍   5 .2,240倍

実際に、問題をしっかり読んで、マウスなりスライドなりして答え選択してから解答を見る。そうすると覚えますからね。問題をしっかり読んで答えを選択してみてください。

どうでしょうか。





答えは 3の1,244倍ですね。問題をちゃんと読みましたか? ボーナス問題でしたね。

問題をよく読むと PV=nRT の出番がないことがわかりますね。

1700倍に体積がなるというのは、水を熱して100℃にして沸騰させた場合の話ですね。

問題では、水を熱するなどとは一言も書いていません。水蒸気は標準状態とあります。つまり、水はなんらかの不思議なパゥワーで、いきなり水蒸気になっているわけです。


先にも出てきた解説へのリンクですが

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q10132424285

水分子H₂Oの分子量は18なので、H₂Oは1molで18gになります。


液体の水18gは18mL(=0.018L)

水蒸気1molは22.4L


0.018:22.4=1:1244


よって、0℃、1atmのとき、体積は1244倍となります。

これが、危険物の問題で水が水蒸気になった場合に1,244倍になるりくつです。


https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q12146852467

解説がなされています。

 じぶんも「こんなん1700倍やろ。ノータイムでピンポーン!」と解答して答えを見て愕然としました。なんでそうなるのか、一時間ぐらい調べてました。危険物の問題の文章の解釈ではそうなるんだとおぼえていくしかない。ぜんぜん進みません。