この型はpV = nRT だけで解けます。難しいのは式ではなく、単位と、状態が2つ以上あるときの整理です。そこを手順化すれば、学識で最も確実な得点源になります。
- 10回中5回で出題。学識の入口にあたる型
- 取り出し問題は式を2本立てて引くだけ(10回中1回)
- 平均モル質量 M̄ = Σ(yᵢMᵢ) はモル分率で。密度は ρ = pM̄/(RT)
型別の全体像は学識の計算は「10の型」しか出ないへ。
10回中5回。出る形は4つ、使う式は5つ
| 年度・ルート・問 | テーマ | 形 |
|---|---|---|
| R3 国試 問1 | 容器からの取り出しと圧力変化 | 取り出し |
| R2 国試 問2 | 混合気体のモル質量・密度・充填量 | 平均モル質量 |
| R6 国試 問1 | 混合気体の密度から平均モル質量 | 平均モル質量 |
| R5 国試 問1 | 液化ガス過充填・体膨張係数と圧縮率 | 液の膨張 |
| R5 検定 問1 | ヘリウム-酸素混合気の定容モル熱容量 | 混合の加重平均 |
平均モル質量が2回、取り出しが1回。 検定側では単独の大問になりにくく、国試に偏っています。
| 式 | 内容 |
|---|---|
| ① 理想気体の状態方程式 | pV = nRT R = 8.314 J/(mol·K) |
| ② 質量とモルの変換 | n = m / M(m:質量 g、M:モル質量 g/mol) |
| ③ 密度 | ρ = m/V = pM / (RT) |
| ④ 混合気体の平均モル質量 | M̄ = Σ(yᵢ Mᵢ)(yᵢ:モル分率) |
| ⑤ ドルトンの分圧の法則 | pᵢ = p_total × yᵢ/p_total = Σpᵢ |
最初に単位を固定する ── 失点の9割は単位

| 量 | 使う単位 | よくある間違い |
|---|---|---|
| 圧力 p | Pa | MPa・kPa のまま代入する |
| 体積 V | m³ | L のまま代入する(1 L = 10⁻³ m³) |
| 物質量 n | mol | kmol のまま |
| 温度 T | K | 摂氏のまま(+273.15) |
| モル質量 M | g/mol | kg/mol と混ぜる |
R = 8.314 のとき成り立つのは Pa × m³ = mol × 8.314 × K だけです。R の単位が J/(mol·K) = Pa·m³/(mol·K) だからで、ここを軸にすれば迷いません。
- 1 MPa = 10⁶ Pa / 1 kPa = 10³ Pa
- 1 L = 10⁻³ m³ / 1 mL = 10⁻⁶ m³
- 1 kg = 10³ g / 1 kmol = 10³ mol
- 0℃ = 273.15 K(問題文に指定があればそれに従う)
問題を読んだらすぐ、数値をこの単位に直して書き出します。 あとで直そうとすると必ず抜けます。
取り出し問題 ── 式を2本立てて引く(R3国試問1)

取り出す前と後で状態方程式を2本立て、①−②で物質量 n を消すと容積 V が求まります。未知数が2つあっても、引き算で1つ消えます。
設問(要約):分子量44の理想気体が密閉容器に入っていて、27℃・1.5 MPa の状態にある。温度を一定に保ちながら 1.0 kg 取り出すと、圧力は 0.5 MPa になった。(1) 容器の内容積 V は? (2) はじめに充填されていた気体の質量は?
(1) 内容積
- 状態①(取り出す前):1.5×10⁶ × V = n × R × 300 … ①
- 状態②(取り出した後):取り出した物質量 = 1,000 g ÷ 44 g/mol なので 0.5×10⁶ × V = (n − 1000/44) × R × 300 … ②
- ①−②:(1.5 − 0.5)×10⁶ × V = (1000/44) × R × 300 より
- 1.0×10⁶ × V = 22.73 × 8.314 × 300
- V = 56,690 / 1.0×10⁶ = 0.057 m³
(2) 初期の質量
- ①に V を戻す:n = 1.5×10⁶ × 0.05669 / (8.314 × 300) = 85,035 / 2,494 = 34.09 mol
- 質量に直す:m = 34.09 × 44 = 1,500 g = 1.5 kg
検算:温度一定なら圧力と物質量は比例します。圧力 1.5→0.5 MPa は3分の1、質量も1.5→0.5 kg で3分の1。この検算は必ずやってください。
温度も変わる場合
- ① p₁V = n₁RT₁
- ② p₂V = n₂RT₂
- → 取り出し量 Δn = n₁ − n₂ = (V/R)(p₁/T₁ − p₂/T₂)
V が既知なら1本で済みます。
混合気体 ── 物性はモル分率で加重平均

| 物性 | 混合の求め方 |
|---|---|
| モル質量 M̄ | Σ(yᵢ Mᵢ) |
| モル熱容量 Cv、Cp | Σ(yᵢ Cᵢ)(R5検定問1:ヘリウム-酸素の定容モル熱容量) |
| 仮臨界定数(Kayの方法) | Σ(yᵢ Tc,ᵢ)、Σ(yᵢ pc,ᵢ) |
| 密度 | ρ = pM̄/(RT)。M̄ を先に出してから使う |
| 比熱比 γ | 加重平均できない。Cp と Cv をそれぞれ平均してから割る |
yᵢ はモル分率で、質量分率ではありません。 理想気体では同じ温度・圧力なら1 mol の体積が種類によらず同じ(アボガドロの法則)なので、vol% = mol% としてそのまま使えます。
質量%(wt%)で与えられたら、各成分を仮に100 gとして割り振り、それぞれ ÷ Mᵢ でモル数にし、合計で割ってモル分率に直します。
ミニ例題:メタン(M=16)60 vol%、エタン(M=30)40 vol% の混合気体の平均モル質量は?
〔解答〕 M̄ = 0.60×16 + 0.40×30 = 9.6 + 12.0 = 21.6 g/mol
密度から逆に求める(R6国試問1)
M̄ = ρRT / p(ρ = pM̄/(RT) を M̄ について解く)
例:25℃・101.3 kPa で密度 1.20 kg/m³ なら、M̄ = 1.20 × 8.314 × 298.15 / 101.3×10³ = 2,974 / 101,300 = 0.02936 kg/mol = 29.4 g/mol
- ρ を kg/m³ で入れると M̄ が kg/mol で出る。 最後に1000倍して g/mol に直す
- 空気の平均モル質量は約29(N₂ 79% + O₂ 21% で 0.79×28 + 0.21×32 = 28.8)。答えの妥当性をその場で判断できる
- 組成を求める逆問題は、2成分なら yA + yB = 1 かつ M̄ = yA MA + yB MB から yA = (M̄ − MB) / (MA − MB)
比熱比 γ の混合
- Cv,mix = Σ(yᵢ Cv,ᵢ)
- Cp,mix = Σ(yᵢ Cp,ᵢ) (または Cv,mix + R)
- γ_mix = Cp,mix / Cv,mix
→ ドルトンの分圧の法則/理想気体の状態方程式と気体定数/型2|実在気体(Kayの方法)/比熱・マイヤーの関係/型4|熱力学の状態変化
液化ガスの過充填 ── 満液なら1℃で約0.7 MPa上がる(R5国試問1)

満液の容器では、液が膨張したい量(βΔT)を圧力で押し縮めて(κΔp)釣り合います。気相部を残しておけば、膨張した液はそこへ逃げられるので、満液にしません。
| 量 | 意味 | 式 |
|---|---|---|
| 体膨張係数 β | 温度が1 K上がると体積が何倍になるか | ΔV/V = βΔT |
| 圧縮率 κ | 圧力が1 Pa上がると体積が何倍縮むか | ΔV/V = −κΔp |
容器の体積は変わらないので、液が膨張したい量 = 圧縮された量で釣り合います:βΔT = κΔp → Δp = (β/κ) ΔT
例:液化プロパン(20℃)、β = 2.93×10⁻³ /K、κ = 4.16×10⁻⁹ /Pa。満液の容器の温度が1 K 上がると圧力はいくら上がるか。
〔解答〕 Δp = 2.93×10⁻³ / 4.16×10⁻⁹ = 7.0×10⁵ Pa = 0.70 MPa/K
たった1℃で0.70 MPa、10℃上がれば約7 MPaで、容器はもちません。これが液化ガスの過充填が危険な理由であり、容器に G = V/C という充填制限がある根拠です(→ 容器保安規則)。貯槽の90%制限も同じ理由です(→ 製造の技術上の基準)。
体膨張係数の定義と蒸気圧式は型3|蒸気圧と気液平衡でも扱っています(R4検定問1)。実際の事故形態はBLEVE、圧力逃がしは安全弁へ。
本番前の確認 ── よくある失点
| 失点 | 正しくは |
|---|---|
| MPa をそのまま代入 | R = 8.314 なら圧力は Pa |
| L をそのまま代入 | 1 L = 10⁻³ m³ |
| 摂氏のまま計算 | +273.15 |
| 平均モル質量を質量分率で計算 | モル分率(=vol%) |
| ρ の単位で1000倍ずれる | kg/m³ を入れたら M̄ は kg/mol |
| γ をそのまま加重平均 | Cp と Cv を先に平均してから割る |
練習は、単位を Pa・m³・mol・K に直すのを5つの数値で(1分)、取り出し問題を1題、平均モル質量 ⇄ 密度の往復を2回。単位の練習だけで失点の9割が消えます。
次は型2(実在気体)です。→ 型2|実在気体
型の全体像は計算10の型、学識全体の攻略は学識の出題マップへ。
出典:高圧ガス保安協会『甲種化学・機械 試験問題集 令和7年度版』。令和2〜6年度の国家試験5回・技術検定5回、計60大問を筆者が型に分けて集計しました。問題文は転載せず、要約して解説しています。
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