こんにちは。
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。
この記事は、3分ほどで読み終わることができます。
目次
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
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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
知恵袋見てると、
「ボイルシャルルの法則の問題について質問です!」
って言ってる人がいるんだけど、この時点で気体苦手なんだろうな〜って思う。
使う関係式はその場で作り出すものです。
— 受験化学コーチなかむら (@kagakucenter) 2018年10月15日
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。

ではなく、

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
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

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

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、

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。
ていうことで、代入してみると

このようになりますね。

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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