高校化学の問題でよく登場する気体の法則を使った問題です。特に、気体の体積一定で温度を変えたときや、温度と圧力を変化させたときの計算問題に挑戦します。今回は、2つの問題を通して、気体の法則をどのように適用するかを学びます。
問題①：体積一定で温度を変えるときの圧力の変化
問題文：27°C,1.5✕10⁵Paで3.0Lの気体を体積一定で127°Cにすると、何Paになるか。
この問題では、ボイル・シャルルの法則を使います。体積が一定のため、シャルルの法則（V1/T1 = V2/T2）を用いて、圧力と温度の関係を計算します。ただし、温度は絶対温度（ケルビン温度）で計算する必要があります。
絶対温度に変換します：
27°C = 27 + 273 = 300K
127°C = 127 + 273 = 400K
次に、シャルルの法則を使って圧力を計算します。P1/T1 = P2/T2 として、P2 = (P1 * T2) / T1 に変換できます。
計算式：
P2 = (1.5✕10⁵ * 400) / 300 = 2.0✕10⁵Pa
答え：圧力は2.0✕10⁵Pa です。
問題②：圧力と温度を変えたときの気体の体積の変化
問題文：27°C, 2.0✕10⁵Paで6.0Lの気体を0°C, 9.1✕10⁴Paにすると何Lになるか。
この問題では、ボイル・シャルルの法則を使って気体の体積の変化を計算します。温度と圧力の両方が変わるので、ガスの状態方程式を用いて計算を行います。こちらも温度はケルビン温度に変換します。
絶対温度に変換します：
27°C = 27 + 273 = 300K
0°C = 0 + 273 = 273K
状態方程式を使用して、V1 * P1 / T1 = V2 * P2 / T2 に変換できます。これを V2 = (V1 * P1 * T2) / (P2 * T1) として計算します。
計算式：
V2 = (6.0 * 2.0✕10⁵ * 273) / (9.1✕10⁴ * 300) = 12L
答え：新しい体積は12L です。
気体の法則の復習
この2つの問題では、シャルルの法則とボイル・シャルルの法則を使いました。シャルルの法則は、体積が一定のときに温度と圧力がどのように関係しているかを示し、ボイル・シャルルの法則は、温度と圧力が変化したときに気体の体積がどのように変わるかを示します。
問題を解くときは、まず温度を絶対温度に変換することを忘れずに、次に適切な法則を選んで計算を進めましょう。
まとめ
この問題では、気体の法則を使って、温度と圧力が変わるときの気体の挙動を理解しました。ボイル・シャルルの法則や状態方程式を活用することで、気体の圧力や体積の変化を計算することができます。試験で同じような問題が出たときに、しっかりと計算できるようになりましょう。
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