危険物乙四 基礎的な物理学及び基礎的な化学 問31：物質の三態・状態変化

正しいのはエ（7.2L）です。気体の体積は絶対温度に比例します（シャルルの法則）。

まず温度を絶対温度〔K〕に直します。

• 27℃ → 27＋273＝300K
• 87℃ → 87＋273＝360K

体積は温度に比例するので、

• V2 ＝ 6.0 ×（360/300）＝ 6.0 × 1.2 ＝ 7.2L → 正答エ。

ポイントは、℃のまま計算しないこと。必ず273を足して〔K〕にしてから比をとります。温度が上がれば気体は膨張する（体積が増える）ので、答えは6.0Lより大きくなります。

シャルルの法則（気体の体積と温度）:

一定圧力のもとで、気体の体積Vは絶対温度T〔K〕に比例します。

V1 / T1 ＝ V2 / T2

本問の計算:

• T1 ＝ 27 ＋ 273 ＝ 300K
• T2 ＝ 87 ＋ 273 ＝ 360K
• V2 ＝ V1 ×（T2/T1）＝ 6.0 ×（360/300）＝ 6.0 × 1.2 ＝ 7.2L（エ＝正）

• ア（4.0L）・イ（5.0L）: 体積が減る方向の誤り（加熱では膨張するので増える）。
• ウ（6.0L）: 温度変化を無視した誤り。
• エ（7.2L・正）: 正しい比例計算。
• オ（9.0L）: ℃のまま比（87/27）で計算した過大値（誤った典型）。

引っかけパターン:

• 温度を℃のまま計算する（最頻出の誤り）。必ず＋273で〔K〕に。
• 加熱なのに体積が減るとする（加熱＝膨張で増える）。

「気体の体積は絶対温度に比例・温度は必ずK」を固定します。

【理論的背景】

気体は液体・固体と違い、温度や圧力でその体積が大きく変化します。一定圧力で気体を加熱すると、分子の運動が激しくなって体積が膨張します。この「一定圧力では気体の体積は絶対温度に比例する」という関係がシャルルの法則です。重要なのは、比例するのは絶対温度（K）であってセルシウス温度（℃）ではない点です。絶対温度は分子の運動エネルギーがゼロになる−273℃を0Kとする温度目盛りで、〔K〕＝〔℃〕＋273で換算します。

【関係式の整理】

• シャルルの法則（圧力一定）: V1/T1＝V2/T2
• ボイルの法則（温度一定）: P1V1＝P2V2
• ボイル・シャルルの法則（両方変化）: P1V1/T1＝P2V2/T2

本問は圧力一定なのでシャルルの法則を使い、温度を必ず〔K〕に直してから比をとります。

• T1＝300K、T2＝360K、比＝360/300＝1.2
• V2＝6.0×1.2＝7.2L

もし℃のまま 87/27≒3.2 として計算すると 6.0×3.2≒19.2L のような大きく誤った値になります（本問のオ9.0Lはこの種の誤りの代表）。

【危険物との接続】

気体（蒸気）の体積が温度で変化することは、危険物の取扱いで実害につながります。

• 容器・タンクの内圧上昇: 液体危険物を満タンで密閉して加熱すると、液の膨張と蒸気の膨張で内圧が上がり、容器の破損・噴出の危険がある。そのため容器には空間容積を残し、タンクには通気管・安全装置を設ける。
• 温度管理: 夏季の直射日光下では蒸気が膨張・噴出しやすいので冷暗所貯蔵が基本。

【試験での計算ポイント】

1. 圧力一定＝シャルルの法則 V1/T1＝V2/T2。

2. 温度は必ず絶対温度〔K〕（＋273）。℃のまま比をとらない。

3. 加熱→膨張（体積増）、冷却→収縮（体積減）の方向を確認して検算。

本問は T2/T1＝360/300＝1.2 倍を掛けるだけで 7.2L が出ます。乙四の計算は単純比例が中心なので、絶対温度への換算さえ正確にできれば確実に得点できます。

【各選択肢の発展補足】

• ア（4.0L・誤）: 体積が減る方向（加熱では増える）。
• イ（5.0L・誤）: 同上。
• ウ（6.0L・誤）: 温度変化を無視。
• エ（7.2L・正）: 6.0×(360/300)＝7.2。
• オ（9.0L・誤）: ℃のままの比など誤った計算による過大値。

【根拠】シャルルの法則（一定圧力で体積は絶対温度に比例・確立した物理学）。

【補足】V1/T1＝V2/T2。温度は必ず〔K〕＝〔℃〕＋273。本問は6.0×(360/300)＝7.2L。加熱で膨張。容器は空間容積・通気管で内圧対策。