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分圧・全圧とは

体積が一定の容器に、2種類の気体を入れたとしよう。

この時、容器内の気体Aが示す圧力を気体Aの「分圧(PA)」、気体Bが示す圧力を気体Bの分圧(PB)という。

また、分圧PAと分圧PBを合わせた圧力を「全圧」ということも覚えておこう。

分圧と全圧の関係

今述べたように、容器内に存在するすべての気体の分圧を合計したものが全圧なので、分圧と全圧には以下の関係式が成り立つ。

全圧はP、気体A・気体Bの分圧はそれぞれPA・PBで表した。


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モル分率とは

モル分率とは「混合気体のmol数に対する特定の気体のmol数の割合」のことだ。

全圧にこれをかけることで、その気体の分圧を求めることができる。

これが成り立つ理由については以下に記載しておく。
ただし、入試を解く上ではあまり必要ないので興味のある人だけ見てみてほしい。

プラスの知識

体積(V)と温度(T)が一定の時、

となるので、Pが2倍になればnも2倍に、Pが半分になればnも半分になる。
つまり、「圧力比=モル比」が成り立つわけだね。

この時、混合気体と気体A、混合気体と気体Bの圧力とモル数の関係は…

このようになる。

よって、

が成り立つわけだ。


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演習問題

問題

(1)体積が一定の容器に、一定温度で0.3molの水素(H2)と0.6molの酸素(O2)を入れたところ、容器内の気体の圧力は6.0×105Paとなった。このときのH2とO2の分圧をそれぞれ求めなさい。
(2)体積8.3Lの容器に0.2molの水素(H2)と0.3molの窒素(N2)を入れて27℃にした。このときの混合気体の全圧、またH2とN2の分圧をそれぞれ求めなさい。

解答

(1)PH2:2.0×105 PO2:4.0×105
(2)P:1.5×105 PH2:6.0×104 PN2:9.0×104

解説

(1)

先ほどの公式を使おう。

全圧にH2とO2それぞれのモル分率をかけると、分圧を求めることができる。

(2)

まずは、気体の状態方程式を使って全圧を求める。

次に、全圧にH2とN2それぞれのモル分率をかけることで分圧を求める。


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