物質の状態と気体（知識）の問題

純物質の状態図（横軸に温度、縦軸に圧力をとり、各温度・圧力でどの状態が安定かを示した図）には、固体と液体の境界を表す融解曲線、液体と気体の境界を表す蒸気圧曲線、固体と気体の境界を表す昇華圧曲線の 3 本の曲線がある。この 3 本の曲線は 1 つの点で交わっており、その点の温度・圧力では、固体・液体・気体の 3 つの状態が同時に共存して平衡状態にある。

このように 3 本の曲線が交わり、固体・液体・気体が共存する点を何というか。漢字で答えよ。

純物質の状態図は、温度を横軸、圧力を縦軸にとり、その温度・圧力で固体・液体・気体のどの状態が安定かを示したものである。状態図には、固体と液体の境界を表す融解曲線、液体と気体の境界を表す蒸気圧曲線、固体と気体の境界を表す昇華圧曲線の 3 本の曲線があり、これら 3 本の曲線は 1 つの点で交わる。

この交点の温度・圧力では、固体・液体・気体の 3 つの状態が同時に共存し、平衡状態にある。たとえば水では、この点の圧力は約 $6\times 10^2\text{Pa}$ であり、これより低い圧力のもとで氷を加熱すると、氷は液体の水にならずに直接水蒸気に変化する。

状態図における、この 3 本の曲線の交点を何というか。漢字で答えよ。

実際に存在する気体（実在気体）では、圧力 $P$、体積 $V$、物質量 $n$、絶対温度 $T$、気体定数 $R$ を用いた $\frac{PV}{nRT}$ の値は、厳密には 1 にならない。この値は、低温・高圧になるほど 1 から大きくずれ、高温・低圧になるほど 1 に近づく。

これに対し、分子自身の体積が 0 で、分子間力もまったくはたらかないと仮定した仮想的な気体は、どのような温度・圧力のもとでも気体の状態方程式 $PV=nRT$ に厳密に従い、$\frac{PV}{nRT}$ の値は常に 1 になる。このような仮想的な気体を何というか。漢字で答えよ。

横軸に温度、縦軸に圧力をとり、物質が固体・液体・気体のどの状態にあるかを表した図を状態図という。状態図は、融解曲線・蒸気圧曲線・昇華圧曲線の 3 本の曲線によって、固体・液体・気体の領域に分けられている。

状態図についての記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、$1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ を大気圧とする。

• ア　蒸気圧曲線上の温度・圧力では、固体と気体が共存できる。
• イ　水の融解曲線は右下がりであり、圧力を高くすると氷の融点は高くなる。
• ウ　三重点の温度・圧力では、固体・液体・気体の三つの状態が共存できる。
• エ　二酸化炭素の三重点の圧力は大気圧より高いので、大気圧のもとでドライアイスを加熱すると、液体を経て気体になる。

同じ温度・同じ圧力のもとで、水素と塩素を反応させて塩化水素をつくると、反応する水素・塩素と生成する塩化水素の体積の比は $1:1:2$ という簡単な整数比になる。このような体積の関係は、「同温・同圧のもとでは、同じ体積の気体には、気体の種類によらず同じ数の分子が含まれる」と考え、さらに水素や塩素が 2 個の原子が結びついた分子からなるとすることで説明できる。

また、この考え方から、同温・同圧で一定物質量の気体が占める体積は気体の種類によらないことが導かれ、気体の状態方程式 $PV=nRT$ の気体定数 $R$ が気体の種類によらない定数になることの根拠にもなっている。

本文中の「 」内の内容を表す法則を何というか。