chatGPTに高校化学を解かしてみた

2023年度共通テスト(化学基礎)第1問の問6を解かしてみた！

前回、化学平衡の問題で見当違いな解答をしたchatGPTに少しだけ難易度を下げて化学基礎の計算問題から出してみようと思う。

問題は以下の通りである。さすがに簡単になりすぎるので今回も選択肢を消して出題してある。

ヘリウムHeと窒素N2からなる混合気体1.00 molの質量が10.0 gであった。この混合気体に含まれるヘリウムの物質量の割合は何%か。

chatGPTから返ってきた解答は以下の通りである。

ヘリウムの物質量の割合を求めるためには、まずヘリウムの物質量と混合気体の総物質量を求める必要があります。

ヘリウムHeの原子量は約4.0026 g/mol、窒素N2の分子量は約28.0134 g/molです。

混合気体の総物質量は与えられているので、モル数を求めるためには総物質量を分子量で割ります。

ヘリウムHeのモル数 = ヘリウムHeの質量 / ヘリウムHeの分子量

= 10.0 g / 4.0026 g/mol

窒素N2のモル数 = 窒素N2の質量 / 窒素N2の分子量

= (総物質量 - ヘリウムHeの質量) / 窒素N2の分子量

= (10.0 g - ヘリウムHeの質量) / 28.0134 g/mol

ヘリウムHeの物質量の割合は、ヘリウムHeのモル数を総モル数で割り、100%で表します。

ヘリウムHeの物質量の割合 = (ヘリウムHeのモル数 / (ヘリウムHeのモル数 + 窒素N2のモル数)) × 100%

これらの式を使って計算を行います。

ヘリウムHeのモル数 ≈ 10.0 g / 4.0026 g/mol ≈ 2.498 mol

窒素N2のモル数 ≈ (10.0 g - ヘリウムHeの質量) / 28.0134 g/mol ≈ (10.0 g - 2.498 mol × 4.0026 g/mol) / 28.0134 g/mol ≈ 0.178 mol

ヘリウムHeの物質量の割合 ≈ (2.498 mol / (2.498 mol + 0.178 mol)) × 100% ≈ (2.498 mol / 2.676 mol) × 100% ≈ 93.3%

したがって、この混合気体中のヘリウムHeの物質量の割合は約93.3%です。

結論から言うとこの解答は正解ではない。原子量を指定しなかったために小数点以下の桁が多くなってしまっている。何故だか、質量10.0 gをヘリウムの質量かつ混合気体の質量と捉えているようで計算式中に10.0 gが二度登場することになっている。解き方の方向性は間違っていないのでchatGPTの解答に倣って模範解答を作成しておく。

ヘリウムの物質量の割合を求めるためにはヘリウムの物質量と混合気体の

総物質量を求める必要がある。

ヘリウムの原子量は約4.0026 g/mol,窒素の原子量は約28.0134 g/molである。

ここでヘリウムの物質量をx molとすると窒素の物質量は(1.00-x) molと表すことができる。

混合気体の質量が10.0 gなので

4.0026×x+28.0134×(1.00-x)=10.0

24.0108x=18.0134

x=0.75022

よって求めるヘリウムの割合は

(ヘリウムの物質量)/(混合気体の総物質量)=0.75022/1.00=75.022(%)

したがって求める混合気体中のヘリウムの物質量の割合は約75%である。