【高校化学】ボイル・シャルルの法則のポイント

【高校化学】気体の性質「ボイル・シャルルの法則」についてまとめています。気体の体積と圧力、温度との関係を表した法則になります。

• レベル：★★★☆基礎
• 重要度：★★★★☆
• 対応：定期テスト・実力テスト・センター試験

気体の性質

気体を考える場合、気体の物質量、体積、圧力、温度が非常に重要になります。気体の物質量（mol）が変化すると、体積や質量が変化します。また、圧力や温度が変化しても、体積などが大きく変化します。

気体の物質量、体積、温度、圧力が変化した場合、気体がどのように変化するのかを学習していきます。まずは、気体の体積、圧力、温度との関係を見ていきましょう。

ボイルの法則

ボイルの法則とは、「温度一定のとき、一定量の気体の体積Ｖは、圧力Ｐに反比例する」という法則です。1662年にイギリスのボイルによって発見されました。

密閉容器に気体を入れて、圧力を2倍にすると体積は1/2倍になり、圧力を3倍にすると体積は1/3倍になります。これは、体積が圧縮されて1/2倍になると、単位時間内に分子が容器の壁に衝突する回数が2倍になるから、圧力が2倍になるためです。

ボイルの法則の公式

ボイルの法則では、次の内容と公式、グラフを覚えましょう。

法則

一定温度で、一定物質量の気体の体積は圧力に反比例する。

公式

グラフ

ボイルの法則　練習問題

［問題］25℃で1.013×10⁵Paの気体10Lを、同温度で2.026×10⁵Paにすると、気体の体積は何Lになるか。

［解答］5.0L

［解説］一定温度で、一定物質量の気体の圧力を変化させている問題ですので、ボイルの法則が成り立ちます。PV=一定より、
1.013×10⁵Pa×10L＝2.026×10⁵Pa×V
V＝5.0L

シャルルの法則

シャルルの法則とは、「圧力一定のとき、一定物質量の気体の体積Ｖは、絶対温度に比例する」という法則です。1787年にフランスのシャルルによって発見されました。

密閉容器に気体を入れ、圧力一定で気体の温度を上昇させると、体積が増加します。このとき、気体の体積と温度との間には次の関係が成り立ちます。

圧力一定のとき、一定物質量の気体の体積Ｖは、温度が1Ｋ上下するごとに、0℃における体積Ｖ₀の1/273倍ずつ増減します。この関係は気体の種類によりません。

シャルルの法則の公式

シャルルの法則では、次の内容と公式、グラフを覚えましょう。

法則

一定圧力で、一定物質量の気体の体積は絶対温度に比例する。

公式

グラフ

シャルルの法則　練習問題

［問題］27℃で12Lの気体を、同圧で－73℃に冷却すると、気体の体積は何Lになるか。

［解答］8.0L

［解説］一定圧力で一定物質量の温度が変化しているので、シャルルの法則をもちいます。
T/V＝一定より、
12L/(27+273)K=V/(－73+273)
V=8.0L

ボイル・シャルルの法則

ボイル・シャルルの法則とは、「一定物質量の気体の体積Ｖは、圧力Ｐに反比例し、絶対温度Ｔに比例する」という法則です。単にボイルの法則とシャルルの法則を合体させただけのことです。

ボイル・シャルルの法則の公式

ボイル・シャルルの法則のでは、次の内容と公式を覚えましょう。

法則

一定物質量の気体の体積Ｖは、圧力Ｐに反比例し、絶対温度Ｔに比例する。

公式

ボイル・シャルルの法則　練習問題

［問題］0℃、1.01×10⁵Paで500mLの気体を、27℃、8.08×10⁴Paにすると、気体の体積は何mLになるか。

［解答］687mL

［解説］一定物質量で、圧力と温度が変化してるので、ボイル・シャルルの法則を用いて解きます。PV/T＝一定より、
(1.01×10⁵×500)/(273＋0)＝(8.08×10⁴×V)/(273+27)
V=686.8