物質の状態と気体（知識）の問題
互いに反応しない 2 種類以上の気体を 1 つの容器に入れた混合気体について考える。混合気体と分圧に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなし、容器内で液体は生じないものとする。
- ア 同じ容器に同じ物質量ずつ入れた成分気体では、分子量の大きい気体ほど分圧が大きい。
- イ 温度と容器の体積を一定に保ったまま、どの成分とも反応しない別の気体を加えると、もとからあった成分気体の分圧は小さくなる。
- ウ 温度と容器の体積が一定のとき、各成分気体の分圧の比は、それぞれの物質量の比に等しい。
- エ 温度を一定に保ったまま容器の体積を 2 倍にすると、各成分気体の分圧は小さくなり、各成分気体のモル分率も小さくなる。
- オ 同温・同圧で測った各成分気体の体積の割合（体積百分率）は、各成分気体のモル分率とは異なる値になる。
この問題で使うもの
- 分圧の法則とモル分率（説明と入口の問題）
- アボガドロの法則と気体の状態方程式（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（9 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
ドルトンの分圧の法則と、理想気体の状態方程式を各成分気体にあてはめる考え方を使う。
ヒント 2
成分気体の分圧は で表され、気体の種類にはよらない。モル分率は物質量だけで決まる。
ヒント 3
分圧の式から、分子量が関係するかどうか、別の気体を加えたときに ・・ が変わるかどうかを考えるとアとイを判断できる。体積を変えたときモル分率の分母・分子が変わるかを考えるとエも判断でき、残りはアボガドロの法則で比べる。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
正解の理由（ウ）
成分気体の分圧は、その気体だけが混合気体と同じ温度で容器の体積全体を占めたときの圧力である。理想気体の状態方程式から、成分気体 A の分圧は となる。温度 と体積 は全成分で共通なので
となり、分圧の比は物質量の比に等しい。よってウは正しい。
ほかの選択肢の誤り
- ア: 分圧は で決まり、気体の種類（分子量）によらない。同じ物質量なら分圧は等しい。「分子量の大きい気体ほど分圧が大きい」が誤り。
- イ: もとからあった成分気体の物質量・温度・体積は変わらないので、その分圧 は変わらない。別の気体を加えると全圧は大きくなるが、もとの成分の分圧は小さくならない。
- エ: 体積を 2 倍にすると、各分圧は 倍に小さくなるのは正しい。しかし各成分の物質量は変わらないので、モル分率 は変わらない。「モル分率も小さくなる」が誤り。
- オ: アボガドロの法則より、同温・同圧の気体の体積は物質量に比例するので、体積百分率はモル分率（を百分率で表したもの）に等しい。「異なる値になる」が誤り。
別解
ア: 分圧 であり、同温・同体積・同物質量なら分圧は等しく、分子量には依存しない。誤り。
イ: 別の気体を加えても、もとの成分気体の物質量・温度・体積は変わらないので分圧は変わらない（全圧が増える）。誤り。
ウ: より、 が一定なら分圧の比は物質量の比に等しい。正しい。
エ: 体積を2倍にすると各分圧は になるが、モル分率は物質量の比で決まるので変わらない。誤り。
オ: 同温・同圧では体積比は物質量比に等しいので、体積百分率はモル分率（×100）と一致する。誤り。
よって正解はウ。