物質の状態と気体（知識）の問題

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。

純物質の状態図（温度を横軸、圧力を縦軸にとり、固体・液体・気体のどの状態が安定かを示した図）では、液体と気体の境界を表す蒸気圧曲線は、高温・高圧側のある点で途切れている。この点の温度・圧力より高い温度・圧力では、液体と気体の区別がつかなくなる。

蒸気圧曲線の高温・高圧側の端にあたるこの点を何というか。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。

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。

気体分子は熱運動をしており、一定の温度のもとでも分子の速さはそろっていない。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て表したグラフを、分子の速さの分布曲線とよぶ。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〜エから 1 つ選べ。ただし、気体は理想気体とみなし、気体の物質量は一定とする。

• ア　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。
• イ　温度を一定に保つと、個々の分子の速さは衝突によって変わるが、分布曲線の形は時間がたつにつれて速さの大きい側へ広がっていく。
• ウ　温度を高くすると、速さの大きい分子の割合が増えるので、分布曲線と横軸で囲まれた部分の面積は大きくなる。
• エ　同じ温度の水素と酸素では、水素のほうが分布曲線の山の位置が速さの大きい側にある。