気体のモル体積とアボガドロの法則
気体は条件によらず、1 mol あたりの体積がほぼ同じになります。これは気体特有の便利な性質です。
基本知識
気体の体積は気体の種類によらず、同温・同圧で同じ物質量なら同じ体積になります(アボガドロの法則)。
標準状態 (0 ℃ = 273 K、1.013×105 Pa) では、気体 1 mol の体積はおよそ 22.4 L です。これをモル体積といいます。
・体積 (L) = 物質量 (mol) × 22.4 (L/mol)
・物質量 (mol) = 体積 (L) ÷ 22.4 (L/mol)
例: O2 11.2 L (標準状態) は 11.2 ÷ 22.4 = 0.50 mol。
📘 重要用語
アボガドロの法則（同温同圧で同体積の気体は、種類によらず同数の分子を含む）
標準状態（0 ℃, 1.013×105 Pa。略称 STP）
モル体積（気体 1 mol の体積。標準状態で 22.4 L/mol）
気体の密度（モル質量 ÷ モル体積 = g/L）
気体の平均分子量（混合気体の見かけの分子量。空気はおよそ 28.8）
アボガドロの法則（同温同圧で同体積の気体は、種類によらず同数の分子を含む）
標準状態（0 ℃, 1.013×105 Pa。略称 STP）
モル体積（気体 1 mol の体積。標準状態で 22.4 L/mol）
気体の密度（モル質量 ÷ モル体積 = g/L）
気体の平均分子量（混合気体の見かけの分子量。空気はおよそ 28.8）
深掘り (背景・意義)
気体は分子間距離が大きいため、分子の大きさや種類の違いがほとんど影響しません。そのため、種類が違っても 1 mol の体積はほぼ同じ 22.4 L になります。これは固体・液体では成り立たない、気体特有の便利な性質です。
気体の密度は 密度 (g/L) = モル質量 (g/mol) ÷ 22.4 (L/mol) で求められます。逆に密度がわかればモル質量(=分子量)も推定できます。空気より重い気体・軽い気体の判定は、空気の平均分子量 28.8 と分子量を比較すればすぐにわかります(例: CO2=44 は重い、H2=2 は軽い)。
💡 ポイント
- 標準状態 (0 ℃, 1.013×105 Pa) で気体 1 mol = 22.4 L
- アボガドロの法則: 同温同圧・同体積・同分子数
- 体積 (L) = 物質量 (mol) × 22.4
- 物質量 (mol) = 体積 (L) ÷ 22.4
- 気体の密度 = モル質量 ÷ 22.4 (g/L)
- 気体の種類によらずモル体積はほぼ同じ
- 空気の平均分子量 ≒ 28.8 → 比較で軽重判定
注意点 (混同しやすい)
① 22.4 L/mol は標準状態のみ。温度・圧力が違えば値は変わる。② 固体・液体は 22.4 L/mol を使えない。気体限定。③ 0 ℃ = 273 K (絶対温度に注意)。④ 同温同圧でないとアボガドロの法則は使えない。
練習
- 標準状態で 5.6 L の窒素 N2 は何 mol か。
- 標準状態で CO2 0.25 mol の体積は何 L か。
- 標準状態における O2 の密度を求めなさい。(O=16, 22.4 L/mol を用いる)