物質の状態と気体（知識）の問題

$1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ のもとで、$-20{}^{\circ }\mathrm{C}$ の氷に、単位時間あたり一定の熱量を加え続けたところ、温度は次のように変化した。

• 温度が上がり、$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ になると、しばらくの間 $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定になった。氷がすべて液体の水になると、再び温度が上がり始めた。
• $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ になると、しばらくの間 $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定になった。水がすべて水蒸気になると、再び温度が上がり始めた。$100{}^{\circ }\mathrm{C}$ で一定だった時間は、$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ で一定だった時間よりも長かった。

この変化と、状態変化・粒子間にはたらく力に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、加えた熱はすべて水（氷・水・水蒸気）に与えられ、外部に逃げないものとする。

• ア　$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ で温度が一定の間、加えた熱は粒子の熱運動を激しくすることだけに使われ、粒子どうしの結びつきの状態は変わらない。
• イ　$100{}^{\circ }\mathrm{C}$ で一定だった時間のほうが長いのは、同じ物質量で比べると、水の蒸発熱が融解熱よりも大きいためである。
• ウ　$100{}^{\circ }\mathrm{C}$ で温度が一定の間、液体から気体への変化は液体の表面だけで起こり、液体の内部からは気泡が生じない。
• エ　$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ で温度が一定の間、容器の中には固体の氷だけが存在し、液体の水は存在しない。
• オ　水の沸点が、同じ 16 族元素の水素化合物である硫化水素の沸点より高いのは、水分子の間にはファンデルワールス力がはたらかないためである。

圧力を $1.013\times 10^5\text{Pa}$ に保ったまま、$-20{}^{\circ }\text{C}$ の氷に単位時間あたり一定の熱量を加え続けると、氷はやがて融解して水になり、さらに加熱を続けると水は沸騰して、すべて水蒸気になった。この加熱の過程と、水の状態変化に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　氷が融解している間は、加えた熱が分子の熱運動を激しくすることに使われるので、温度は上昇し続ける。
• イ　水が沸騰している間に加えた熱は、分子間にはたらく引力に逆らって分子どうしを引き離すことに使われるので、温度は $100{}^{\circ }\text{C}$ のまま変わらない。
• ウ　同じ物質量の水について比べると、液体の水をすべて気体にするのに必要な熱量（蒸発熱）は、氷をすべて液体にするのに必要な熱量（融解熱）より小さい。
• エ　加熱をやめたあと、$100{}^{\circ }\text{C}$ の水蒸気が凝縮して $100{}^{\circ }\text{C}$ の水になるときには、周囲から熱を吸収する。
• オ　液体の水では、分子は互いの位置を変えることなく、決まった位置で振動しているだけである。

互いに反応しない 2 種類以上の気体を 1 つの容器に入れた混合気体について考える。気体はすべて理想気体とみなし、容器内の気体はすべて気体のまま存在するものとする。この混合気体に関する記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　混合気体の全圧は、各成分気体の分圧の和に等しい。
• イ　各成分気体の分圧は、その気体の分子量に比例する。
• ウ　各成分気体の分圧の比は、各成分気体の物質量の比に等しい。
• エ　ある成分気体の分圧は、その気体だけを、混合気体と同じ温度のもとで混合気体と同じ体積の容器に入れたときに示す圧力に等しい。
• オ　温度を一定に保ったまま容器の体積を半分にすると、各成分気体の分圧はそれぞれ 2 倍になり、各成分気体のモル分率も変化する。

窒素と酸素のように、互いに反応しない気体どうしを密閉容器に入れてつくった混合気体について考える。混合気体と分圧に関する記述として誤っているものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなし、容器内で液体は生じないものとする。

• ア　混合気体の全圧は、各成分気体の分圧の和に等しい。
• イ　ある成分気体の分圧は、その成分気体だけが、混合気体と同じ温度で混合気体の全体積を占めたときに示す圧力に等しい。
• ウ　同じ容器内の成分気体どうしでは、分圧の比は物質量の比に等しい。
• エ　温度と容器の体積を一定に保ったまま、反応しない別の気体を容器に加えると、もとから入っていた気体の分圧は小さくなる。
• オ　混合気体の平均分子量は、各成分気体の分子量にそれぞれのモル分率をかけて足し合わせた値になる。

気体の法則と気体の状態方程式 $PV=nRT$（$P$: 圧力、$V$: 体積、$n$: 物質量、$R$: 気体定数、$T$: 絶対温度）に関する記述として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなす。

• ア　物質量と温度が一定のとき、気体の体積を 2 倍にすると、圧力も 2 倍になる。
• イ　物質量と圧力が一定のとき、気体の体積はセルシウス温度 $t$ に比例する。
• ウ　同温・同圧で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。
• エ　物質量と体積が一定のとき、気体の圧力は絶対温度に比例する。
• オ　温度と圧力が一定のとき、気体の密度は、その気体のモル質量に比例する。
• カ　気体定数 $R$ の値は、気体の種類によって異なる。