物質の状態と気体(知識)の問題
実在気体と理想気体の違いについて述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。
実在気体では、温度が [ a ] ほど分子の熱運動が穏やかになり、分子間力の影響を受けやすくなるため、理想気体からのずれが大きくなる。また、圧力が高いほど分子どうしが接近し、気体の体積に占める [ b ] の割合が大きくなるため、やはり理想気体からのずれが大きくなる。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 高い | 分子自身の体積 |
| イ | 高い | 分子どうしのすき間 |
| ウ | 低い | 分子自身の体積 |
| エ | 低い | 分子どうしのすき間 |
この問題で使うもの
- 実在気体と理想気体のずれ(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(16 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
理想気体が「分子自身の体積」と「分子間力」の 2 つを無視した気体であることをもとに考える。
ヒント 2
温度は分子の熱運動の激しさを決め、熱運動が穏やかになると分子間力の影響が大きくなる。圧力が高いと分子どうしが接近して気体全体の体積が小さくなる。
ヒント 3
実在気体が理想気体に近づくのは「高温・低圧」のときである。このことから a に入る語句が決まり、ア・イかウ・エのどちらかに絞れる。残りは、圧縮して気体全体の体積が小さくなったときに割合が大きくなるものを考える。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
理想気体は、分子自身の体積が 0 で、分子間力がはたらかないと仮定した気体である。実在気体では分子自身に体積があり、分子間力もはたらくので、この 2 つの影響が無視できなくなる条件で理想気体からのずれが大きくなる。
空欄 a
温度が低いほど分子の熱運動が穏やかになり、分子間力によって分子どうしが引き合う影響が相対的に大きくなる。このため、低温ほど理想気体からのずれが大きい。逆に温度が高いと熱運動が激しく、分子間力の影響は小さくなるので、a に「高い」は入らない。よって a は「低い」。
空欄 b
圧力が高いと分子どうしが接近し、気体全体の体積が小さくなる。分子自身の体積は変わらないので、気体の体積に占める分子自身の体積の割合が大きくなり、その影響を無視できなくなる。一方、分子どうしのすき間の割合は、圧力が高いほど小さくなるので、b に「分子どうしのすき間」は入らない。よって b は「分子自身の体積」。
各選択肢
- ア: a が誤り(高温では分子間力の影響は小さい)。
- イ: a・b ともに誤り。
- ウ: a・b ともに正しい。
- エ: b が誤り(高圧ではすき間の割合は小さくなる)。
したがって、実在気体は高温・低圧ほど理想気体に近づき、低温・高圧ほどずれが大きくなる。
別解
空欄a: 温度が低いほど分子の熱運動が穏やかになり、分子間力の影響が相対的に大きくなるので、理想気体からのずれは大きくなる。よって a は「低い」。
空欄b: 圧力が高いほど分子どうしが接近し、気体全体の体積に占める分子自身の体積の割合が無視できなくなるので、ずれが大きくなる。よって b は「分子自身の体積」。
各選択肢: ア(高い・分子自身の体積)は a が誤り。イ(高い・すき間)は a, b とも誤り。ウ(低い・分子自身の体積)は正しい。エ(低い・すき間)は b が誤り(すき間の割合は圧力が高いと小さくなる)。
よって正解はウ。