ヘンリーの法則を利用した問題では、気体の溶解度が圧力に比例することが基本となります。この法則を使って、異なる圧力下での気体の溶解度を計算することができます。この記事では、ヘンリーの法則の問題における計算方法をわかりやすく解説し、標準状態に換算してから比較する理由について説明します。
ヘンリーの法則の基本
ヘンリーの法則によると、ある気体の溶解度はその気体の圧力に比例します。式で表すと、気体の溶解度Cは、気体の圧力Pに比例する形になります。つまり、C = kPという関係です。ここで、kは比例定数です。この法則を基に、異なる圧力での気体の溶解量を計算することができます。
この法則は、特に気体の溶解度が圧力によってどう変化するかを調べる際に重要な役割を果たします。問題において、圧力が変わった場合、溶解度もその圧力に比例して変化します。
問題の解法：標準状態に換算する理由
質問者が疑問に思っているポイントは、なぜ「標準状態に換算してから比較するのか」という点です。実は、標準状態（0℃、1.0×10^5 Pa）に換算する理由は、溶解度を計算する際に気体の体積を一定条件下で比較できるようにするためです。
標準状態に換算することで、異なる圧力の条件を比較可能にし、溶解度を計算する際に使用する基準となる値を統一することができます。これは、気体の体積が圧力によって変わるため、標準状態（0℃、1.0×10^5 Pa）における体積を基準にして計算することで、圧力の変化による影響を明確にし、計算を容易にするためです。
問題の計算手順
問題の解法を見ていきましょう。まず、0℃、1.0×10^5 Paで溶ける水素の体積は22 mLです。この時の物質量を計算するために、標準状態での1 molの気体の体積（22.4 L/mol）を使用します。したがって、まず22 mLを22.4 L/molで割ることで、物質量を求めます。
22 mL = 2.2 × 10^-2 L なので、物質量は次のように計算できます。
2.2 × 10^-2 L ÷ 22.4 L/mol = 9.82 × 10^-4 mol
圧力の変化に応じた計算
次に、0℃、5.0×10^5 Paの圧力での溶解度を計算します。ヘンリーの法則によると、溶解度は圧力に比例するため、圧力が5倍になった場合、溶解度も5倍になります。したがって、次のように計算できます。
9.82 × 10^-4 mol × 5 = 4.91 × 10^-3 mol
これにより、0℃、5.0×10^5 Paで溶ける水素の物質量は4.91 × 10^-3 molであることがわかります。
まとめ：ヘンリーの法則を利用した計算の重要性
ヘンリーの法則を利用することで、異なる圧力下での気体の溶解度を簡単に計算することができます。圧力と溶解度の関係は比例しているため、圧力が変わった場合でも、溶解度を計算するのは比較的簡単です。標準状態に換算してから比較する理由は、気体の体積や溶解度を統一した基準で計算し、正確な結果を得るためです。
このような基本的な計算方法を理解しておくことで、今後のヘンリーの法則に関する問題をスムーズに解くことができるようになります。
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