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。

物質の状態変化と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。

• ア　ドライアイスを常圧の空気中に置くと、液体にならずに直接気体の二酸化炭素になる。この状態変化を凝華という。
• イ　同じ物質 1 mol で比べると、蒸発熱は融解熱よりも小さい。これは、液体から気体になるときに切り離される粒子間の引力が、固体から液体になるときよりも小さいためである。
• ウ　一定の圧力のもとで純物質の固体を加熱すると、融解が始まってからすべてが液体になるまで温度は一定に保たれる。この間に加えた熱は、粒子間の引力に逆らって粒子の規則正しい配列をくずすために使われる。
• エ　塩化ナトリウムの融点がナフタレンの融点よりはるかに高いのは、塩化ナトリウムの結晶の粒子間にはたらくファンデルワールス力が、ナフタレンの分子間にはたらくファンデルワールス力よりも強いためである。
• オ　液体の沸点は、液体の表面にかかる外圧を低くすると高くなる。

同じ温度に保った 2 つの容器に、水素 ${\mathrm{H}}_2$（分子量 $2.0$）と窒素 ${\mathrm{N}}_2$（分子量 $28$）をそれぞれ別々に入れた。どちらの容器の中でも、気体分子は熱運動をしている。気体分子の熱運動と速さの分布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、気体はすべて理想気体とみなす。

• ア　同じ温度では、水素分子と窒素分子の平均の運動エネルギーが等しいので、平均の速さも等しい。
• イ　同じ温度では、水素分子の速さの分布は、窒素分子の速さの分布に比べて、最も多くの分子がもつ速さが大きく、速さのばらつきも大きい。
• ウ　窒素の温度を上げると、速さの大きい分子の割合は増えるが、最も多くの分子がもつ速さは変わらない。
• エ　窒素の温度を $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ まで下げると、熱運動が止まり、すべての分子の速さが 0 になる。
• オ　気体分子の平均の運動エネルギーは、温度が同じでも、分子の質量が大きいほど大きい。

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。

気体分子の熱運動と、分子の速さの分布（横軸に分子の速さ、縦軸にその速さをもつ分子の数の割合をとった分布曲線）に関する記述として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなし、容器内の気体の物質量は変わらないものとする。

• ア　同じ気体では、温度が高いほど分子の熱運動は激しくなり、分子の平均の速さは大きくなる。
• イ　同じ温度の水素とアルゴンを比べると、分子量の小さい水素のほうが、速さの大きい分子の割合が大きい。
• ウ　一定温度に保たれた気体でも、個々の分子の速さは分子どうしの衝突などによって絶えず変化しているが、気体全体としての速さの分布はほぼ一定に保たれている。
• エ　同じ気体の温度を高くすると、分布曲線の山の位置は速さの大きい側へ移り、山の高さは高くなる。
• オ　気体が自然に広がって全体に均一に混じり合う拡散は、分子の熱運動によって起こる。