【革命】シャルルの法則とは?なぜ公式を覚えてはいけないのか?

シャルルの法則

どうも、受験化学コーチわたなべです。

今日はシャルルの法則を解説していきます。

でも、最初に言っておきたいことがあります。

シャルルの法則とか使わないから!

 

シャルルの法則は、公式を覚えてはいけません。もちろん、シャルルの法則でならうようなくだらない計算問題なら解けます。

 

しかし、入試問題の99%は混合気体なんですよ。さらに、混合気体に飽和蒸気圧の問題が混ざり、さらに燃焼し始めたり、地獄の融合問題です。

 

その時、ボイルの法則、シャルルの法則、ボイルシャルルの法則の公式を当てはめようとしているような人は絶対に解けないようにできています。

 

なので、今回は理系で混合気体まで見据えた上での解法をバッチリ解説しています。

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シャルルの法則とは?イメージをアニメーションにして見た


シャルルの法則(低温バージョン)GIF

高温のシャルルの法則

これがシャルルの法則のイメージです。

温度が上がると気体の運動が大きくなって、体積も大きくなります。温度に体積が比例していますよね

 

ここで、こういう疑問は持たなかったか?

・気体の運動が

 

外気とピストンがつり合いの関係の時は、

シャルルの法則の公式は覚えても役に立ちません

シャルルの法則がV/T=kなのは、当然僕も知ってますよ。

でもね、シャルルの法則をどう当てはめようかな〜? って考えて問題を解いたことなんて一度もありません。

 

全ての気体の法則は、その場で図を書いて作り出すのです。

しょうご
ボイル、シャルル、ボイルシャルル、どれを当てはめよう?

ではなく、

受験化学コーチわたなべ
お、この問題は〇〇と△△が一定だから、□□の法則を使うか!

と考えているのです。

では、実際にシャルルの法則を使うような問題には、どのように対応しているのでしょうか? 一緒に考えて見てください。

【革命】史上最強の気体の図を使った解法

例題

0℃,1×105Paで2Lの気体は、273℃,1×105Paでは何Lを占めるか。

もちろん、こんな簡単な問題はシャルルの法則を当てはめることはわけないです。ですが、入試では、気体の種類が増えて混合気体が出題されます。

 

さらに、その気体が燃焼したり、蒸発したり、水になったり、蒸気圧が絡んできたりするのです。それに対応するためには、気体の法則を覚えてはいけないのです。

 

なので図でとく方法をマスターしてください。

ステップ1:問題文を図に表す

P,n一定シャルルの法則が適用できますね。
重要ポイント

四角の中のつぶつぶは気体粒子を表す。つぶつぶの数自体は別に何個でもいいが、粒々の数が一定であることが重要。

このように図を表すと、2枚の図が書けます。

ステップ2:変化の前と変化の後で一定のものを探す。

変化の前と後では、圧力とモルが変化していません。てことは、p,n一定なんです。

ステップ3:状態方程式で一定をRとまとめてkとおく

PV=nRTでP,n一定

このように、状態方程式でP,nが一定で、 Rがもともと定数ですよね。てことは、定数たちをまとめてkとおきます。

するとV=kTとなります。

てことは、

シャルルの法則

このようになりますね。この関係式を使えばいいのです。こうすると、シャルルの法則が浮かび上がってきます。

何度もいいですが、この問題でシャルルの法則を使うことがわかるなんて当たり前なんです。じゃあ、気体の種類が増えたら? 混合気体になって燃焼が起きる気体の問題だったら? どんどんわからなくなるんですよ

ていうことで、代入してみると

シャルルの法則の演習問題

このようになりますね。

シャルルの法則の計算問題の解法

まとめ

まとめ
  • シャルルの法則は温度をあげれば体積が大きくなることを表している
  • シャルルの法則は、使おうとして使うもんじゃない
  • 図を書くとシャルルの法則は自然と浮かび上がってくる

結局入試では混合気体が出るわけです。実際、混合気体はどのように扱うのかを解説した動画を撮影しました。

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ABOUTこの記事をかいた人

受験化学コーチわたなべ

浪人の夏休みまで死ぬほど勉強したにも関わらず偏差値50を割ることも。そんな状態から効率よく化学を学び化学の偏差値を68まで爆発的に伸ばした。その経験を塾講師としてリアル塾で発揮するも、携われる生徒の数に限界を感じ化学受験テクニック塾を開講。 自己紹介の続きを読む。