【プロ講師解説】このページでは『気体反応の法則』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。
気体反応の法則
気体反応の法則とは「気体同士が反応したり、反応によって気体が生成するとき、それらの気体の体積間には簡単な整数比が成り立つ」という法則である。
例として、①水素と窒素によるアンモニアの生成反応、②一酸化炭素と酸素による二酸化炭素の生成反応、③水素と塩素による塩化水素の生成反応を見ていこう。
①水素と窒素によるアンモニアの生成反応
水素と窒素を反応させるとアンモニアが生成する。
3H_{2}+N_{2}→2NH_{3}
\]
このとき、水素、窒素、アンモニアの3つの気体間には、次のようなmol比が成り立つ。
\underbrace{ 3H_{2} }
_{ \text{ 3(mol) }}
+
\underbrace{ N_{2} }
_{ \text{ 1(mol) }}
→
\underbrace{ 2NH_{3} }
_{ \text{ 2(mol) }}
\]
※化学反応式(係数・作り方・書き方・計算問題の解き方など)にあるように、mol比は化学反応式の係数比と一緒になる。
ここで、標準状態における気体1molあたりの体積が22.4(L/mol)であることを考えると…(アボガドロの法則(定義・発見者・mol計算、気体計算との関係)を参照)
\underbrace{ 3H_{2} }
_{ \text{ 3(mol)×22.4(L/mol)=67.2(L) }}
+
\underbrace{ N_{2} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
→
\underbrace{ 2NH_{3} }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }}
\]
各気体の体積(L)が簡単な整数比になっているのがわかるね。(3:1:2)
②一酸化炭素と酸素による二酸化炭素の生成反応
一酸化炭素と酸素が反応すると二酸化炭素が生成する。
2CO+O_{2}→2CO_{2}
\]
このとき、一酸化炭素、酸素、二酸化炭素の3つの気体の間には次のようなmol比が成り立つ。
\underbrace{ 2CO }
_{ \text{ 2(mol) }}
+
\underbrace{ O_{2} }
_{ \text{ 1(mol) }}
→
\underbrace{ 2CO_{2} }
_{ \text{ 2(mol) }}
\]
先ほどと同じように、標準状態では気体1molあたりの体積が22.4(L/mol)であることを考慮すると…
\underbrace{ 2CO }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }}
+
\underbrace{ O_{2} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
→
\underbrace{ 2CO_{2} }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }}
\]
このようになり、各気体の体積(L)が簡単な整数比(2:1:2)になっていることが理解できる。
③水素と塩素による塩化水素の生成反応
しつこいかもしれないが、もう1つ反応例を確認しておこう。
水素と塩素を反応させると塩化水素が生成する。
H_{2}+Cl_{2}→2HCl
\]
このとき、水素、塩素、塩化水素の3つの気体の間には次のようなmol比が成り立つ。
\underbrace{ H_{2} }
_{ \text{ 1(mol) }}
+
\underbrace{ Cl_{2} }
_{ \text{ 1(mol) }}
→
\underbrace{ 2HCl }
_{ \text{ 2(mol) }}
\]
さっきからやっているように、標準状態では気体1molあたりの体積が22.4(L/mol)であることを考慮すると…
\underbrace{ H_{2} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
+
\underbrace{ Cl_{2} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
→
\underbrace{ 2HCl }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }}
\]
このようになり、各気体の体積(L)が簡単な整数比(1:1:2)になっていることが理解できる。
気体反応の法則の発見者・発見年
気体反応の法則の発見者はゲーリュサック、発見した年は1808年である。
これらは入試に頻出なのでしっかり覚えておこう!(覚えておくだけで点になるよ!)
演習問題
問1
問2
問3
このとき出てきた気体の名称は何か。また、20.16Lの水素と6.72Lの窒素を反応させたときに出てくる気体は何Lか。
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・化学のグルメ運営代表
・高校化学講師
・薬剤師
・デザイナー/イラストレーター
数百名の個別指導経験あり(過去生徒合格実績:東京大・京都大・東工大・東北大・筑波大・千葉大・早稲田大・慶應義塾大・東京理科大・上智大・明治大など)
2014年よりwebメディア『化学のグルメ』を運営
公式オンラインストアで販売中の理論化学ドリルシリーズ・有機化学ドリル等を執筆
著者紹介詳細