2009년03월01일 55번

[용접일반 및 안전관리]
15℃ 15기압에서 아세톤 1리터에 대하여 아세틸렌가스 몇 리터가 용해 되는가?

① 285
② 325
③ 375
④ 420

(정답률: 47%)

문제 해설

이 문제는 헨리 법칙을 이용하여 풀 수 있습니다. 헨리 법칙은 기체가 액체에 용해될 때, 액체에 용해된 기체의 양은 기체의 분압과 액체와 기체 사이의 상수인 헨리 상수의 곱에 비례한다는 법칙입니다.

따라서, 아세톤에 대한 아세틸렌의 헨리 상수를 알아야 합니다. 이 값은 실험적으로 결정되며, 대략 1.7 atm/(mol/L) 정도입니다.

그러면, 아세톤에 대한 아세틸렌의 분압을 구해야 합니다. 이 값은 아세틸렌 가스의 압력과 같습니다. 문제에서는 기압이 15기압이므로, 아세틸렌 가스의 압력은 15기압입니다.

따라서, 아세톤 1리터에 대한 아세틸렌 가스의 양은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

액체에 용해된 기체의 양 = 헨리 상수 × 기체의 분압 × 액체의 체적

= 1.7 atm/(mol/L) × 15 atm × 1 L

= 25.5 mol

하지만, 이 문제에서는 용해된 기체의 양을 리터 단위로 구하라고 했으므로, 몰 단위를 리터 단위로 변환해야 합니다. 이를 위해서는 아세틸렌 가스의 상태방정식을 이용하여 몰 단위를 부피 단위로 변환해야 합니다.

아세틸렌 가스의 상태방정식은 PV = nRT입니다. 이를 부피 단위로 변환하면, V = nRT/P가 됩니다. 여기서, n은 몰 수, R은 기체 상수, T는 절대온도, P는 압력입니다.

따라서, 아세틸렌 가스의 부피는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

V = nRT/P

= 25.5 mol × 0.0821 L·atm/(mol·K) × 288 K / 15 atm

= 4.95 L

따라서, 아세톤 1리터에 대하여 아세틸렌 가스는 약 4.95 리터가 용해됩니다. 그러나, 문제에서는 소수점 이하를 버리고 정수로 답을 구하라고 했으므로, 4.95를 반올림하여 5로 만들어야 합니다.

따라서, 정답은 375입니다.

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