混合気体と分圧

根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「化学」の内容 (1) ア (ｱ) ㋑「気体の性質」。
内容の取扱いは「混合気体、分圧の法則」を扱うことを求めており、解説は混合気体についても
気体の状態方程式が成り立つこと、例として空気を取り上げることを挙げている。

0. どういう論点か

混合気体でも、状態方程式はそのまま成り立ちます。 気体分子はお互いを気にしないので、
「他の気体がいない場合と同じように」振る舞うからです。

ここでの分かれ目は、何を全体で考え、何を成分ごとに考えるかの 1 点です。

引っかけの分かれ目は次の 3 つ。

• 分圧の比＝物質量の比（体積比でもある。質量比ではない）
• 成分の状態方程式では、体積に容器の体積をそのまま入れる（成分ごとに分けない）
• 水上置換で集めた気体には、水蒸気の分圧が混ざっている

1. 分圧と全圧

根拠: 学習指導要領 化学-(1)-ア-(ア)-㋑

混合気体で、各成分が単独でその容器を占めたときに示す圧力を何という？

分圧

その成分だけが入っているとして計算した圧力にあたる。

分圧の法則（ドルトンの法則）とは？

全圧は、各成分の分圧の和に等しい（P = p₁ + p₂ + …）

気体分子どうしが影響し合わないことから成り立つ。

成分 A の分圧を状態方程式で書くと？

p_A V = n_A RT

V には容器の体積をそのまま入れる（A のぶんだけに分けたりしない）。

分圧の比は、何の比に等しい？

物質量（モル）の比

同じ V・T なので、p ∝ n になる。

モル分率を使って分圧を表すと？

p_A = P × (n_A / n全体)

全圧に、その成分のモル分率を掛けたもの。

分圧の比は質量の比に等しいか？

等しくない

分子 1 個の重さが違うので、質量比とモル比は一致しない。

2. 混合気体の見かけの分子量

根拠: 学習指導要領 化学-(1)-ア-(ア)-㋑

空気のような混合気体も、1 種類の気体のように扱えると便利です。
そのときに使うのが平均分子量（見かけの分子量）で、モル分率で重みを付けた平均です。

混合気体の平均分子量（見かけの分子量）の求め方は？

各成分の分子量に、そのモル分率を掛けて足す

M = M₁ × x₁ + M₂ × x₂ + …

空気を N₂ 80 %・O₂ 20 %（物質量比）とすると、平均分子量は？

28 × 0.8 + 32 × 0.2 = 28.8

これより分子量が小さい気体は空気中で浮く（He・H₂ など）。

平均分子量を出すとき、体積の割合をそのまま使ってよい？

よい

同温・同圧なら体積比＝物質量比なので、モル分率として使える。

3. 水上置換と水蒸気圧

根拠: 学習指導要領 化学-(1)-ア-(ア)-㋑

実験で気体を水上置換で集めると、必ず水蒸気が混ざります。
集めた気体の圧力から水蒸気の分圧を引くのは、この理由です。

水上置換で集めた気体の全圧は、何と何の和になっている？

目的の気体の分圧と、水蒸気の分圧（飽和水蒸気圧）の和

容器の中は水と接しているので、水蒸気は必ず飽和している。

水上置換で集めた気体の物質量を求めるとき、使う圧力は？

全圧から、その温度の飽和水蒸気圧を引いた値

引き忘れると、水蒸気のぶんだけ多く見積もることになる。

水上置換で集めるとき、水面の内外の高さを揃えるのはなぜ？

容器内の全圧を大気圧と等しくするため

高さがずれていると、その分の水柱の圧力を補正しなければならない。

温度を上げると、水上置換で集めた気体に含まれる水蒸気の割合はどうなる？

大きくなる

飽和水蒸気圧は温度とともに大きくなるため。