気体反応の法則（例・発見者・演習問題など）

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『気体反応の法則（例・発見者・演習問題など）』について解説しています。

気体反応の法則

• 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。この法則を気体反応の法則という。
• 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H₂と窒素N₂を反応させるとアンモニアNH₃が生成する。

\[ \mathrm{3H_{2}+N_{2}→2NH_{3}} \]

• このとき、H₂、N₂、NH₃の3つの気体間には、次のようなmol比が成り立つ。

\[ \underbrace{ \mathrm{3H_{2}} }
_{ \text{ 3(mol) }}
+
\underbrace{ \mathrm{N_{2}} }
_{ \text{ 1(mol) }}
→
\underbrace{ \mathrm{2NH_{3} }}
_{ \text{ 2(mol) }} \]

※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、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（３：１：２）。

\[ \underbrace{ \mathrm{3H_{2}} }
_{ \text{ 3(mol)×22.4(L/mol)=67.2(L) }}
+
\underbrace{ \mathrm{N_{2}} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
→
\underbrace{ \mathrm{2NH_{3}} }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }} \]

参考：アボガドロの法則（定義・発見者・mol計算、気体計算との関係）

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COと酸素O₂が反応すると二酸化炭素CO₂が生成する。

\[ \mathrm{2CO+O_{2}→2CO_{2}} \]

• このとき、CO、O₂、CO₂の3つの気体の間には次のようなmol比が成り立つ。

\[ \underbrace{ \mathrm{2CO} }
_{ \text{ 2(mol) }}
+
\underbrace{ \mathrm{O_{2}} }
_{ \text{ 1(mol) }}
→
\underbrace{ \mathrm{2CO_{2}} }
_{ \text{ 2(mol) }} \]

• 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、次のようになる。

\[ \underbrace{ \mathrm{2CO} }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }}
+
\underbrace{ \mathrm{O_{2}} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
→
\underbrace{ \mathrm{2CO_{2}} }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }} \]

• 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

• 水素H₂と塩素Cl₂を反応させると塩化水素HClが生成する。

\[ \mathrm{H_{2}+Cl_{2}→2HCl} \]

• このとき、H₂、Cl₂、HClの3つの気体の間には次のようなmol比が成り立つ。

\[ \underbrace{ \mathrm{H_{2}} }
_{ \text{ 1(mol) }}
+
\underbrace{ \mathrm{Cl_{2}} }
_{ \text{ 1(mol) }}
→
\underbrace{ \mathrm{2HCl} }
_{ \text{ 2(mol) }} \]

• 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、次のようになる。

\[ \underbrace{ \mathrm{H_{2}} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
+
\underbrace{ \mathrm{Cl_{2}} }
_{ \text{ 1(mol)×22.4(L/mol)=22.4(L) }}
→
\underbrace{ \mathrm{2HCl} }
_{ \text{ 2(mol)×22.4(L/mol)=44.8(L) }} \]

• 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。