熱と気体（知識）の問題

ボイルの法則・シャルルの法則・ボイル・シャルルの法則と理想気体について述べた文として正しいものを、次のア〜カのうちからすべて選べ。ただし、ア〜カの「温度」はとくに断りのない限り絶対温度を表すものとする。

• ア　一定量の理想気体の圧力を一定に保つと、気体の体積はセルシウス温度 $t[{}^{\circ }\mathrm{C}]$ に比例する。
• イ　一定量の理想気体の圧力を一定に保ったまま加熱し、体積を 2 倍にすると、気体の絶対温度は 2 倍になる。
• ウ　一定量の理想気体の温度を一定に保ったまま体積 $V$ を変化させるとき、横軸に $V$、縦軸に圧力 $p$ をとってグラフをかくと、原点を通る直線になる。
• エ　実在の気体は、高温・低圧の状態ほど、理想気体に近いふるまいをする。
• オ　$\frac{pV}{T}$ が一定であるというボイル・シャルルの法則は、容器から気体が漏れて気体の物質量が変化する場合にも、そのまま成り立つ。
• カ　一定量の理想気体の体積を一定に保ったまま絶対温度を上げると、圧力は絶対温度に比例して大きくなる。

なめらかに動くピストンのついたシリンダーに一定量の理想気体を閉じこめ、さまざまな条件で状態をゆっくり変化させる。このときの熱・仕事・内部エネルギーについて述べた文として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　圧力を一定に保って気体を加熱し膨張させると、気体が吸収した熱量は、気体の内部エネルギーの増加量と、気体が外部にした仕事の和に等しい。
• イ　温度を一定に保って気体を膨張させると、気体の内部エネルギーは変化せず、気体が吸収した熱量は、気体が外部にした仕事に等しい。
• ウ　ピストンを固定して体積を一定に保ったまま気体を冷却すると、気体は外部に仕事をしないので、放出した熱量の分だけ内部エネルギーが減少し、気体の温度は上がる。
• エ　外部との熱のやりとりがないようにして気体を膨張させると、気体が外部にした仕事の分だけ内部エネルギーが減少し、気体の温度は下がる。

なめらかに動くピストンのついたシリンダーに一定量の理想気体を閉じこめ、気体の圧力を一定に保ったまま、気体を加熱して温度を上げていく。このときの気体の体積と温度の関係を述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　気体の体積は、絶対温度に反比例する。
• イ　気体の体積は、温度によらず一定である。
• ウ　気体の体積は、セルシウス温度に比例する。
• エ　気体の体積は、絶対温度に比例する。

容積が一定の容器に、ヘリウム He とアルゴン Ar をまぜた気体が入っており、全体が同じ温度で熱平衡の状態にある。どちらの気体も単原子分子の理想気体とみなせるものとし、Ar の原子は He の原子より質量が大きい。この気体について、気体分子運動論の考え方から述べた文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　He の原子は Ar の原子より軽いので、He の原子 1 個あたりの運動エネルギーの平均値は、Ar の原子 1 個あたりの運動エネルギーの平均値より大きい。
• イ　He の原子の速さの 2 乗の平均値の平方根（2 乗平均速度）は、Ar の原子の 2 乗平均速度より大きい。
• ウ　温度を一定に保ったまま容器の容積を半分にすると圧力が 2 倍になるのは、原子 1 個 1 個の速さが大きくなり、1 回の衝突で壁に与える力積が大きくなるからである。
• エ　容積を一定に保ったまま気体の絶対温度を 2 倍にすると、それぞれの原子の 2 乗平均速度は 2 倍になる。
• オ　温度を一定に保ったまま容器の容積を半分にすると、この気体の内部エネルギーは大きくなる。

$1.0\times 10^5\mathrm{Pa}$（1 気圧）のもとで、容器に入れた $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ の水を冷凍庫の中に置いた。やがて水が凍り始め、しばらくするとすべて氷になった。容器の中の水と氷はつねに全体が同じ温度になっているものとする。水が凍り始めてから、すべてが氷になるまでの間について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　水と氷は、まわりから熱を吸収し、その温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定に保たれる。
• イ　水と氷は、まわりに熱を放出し、その温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定に保たれる。
• ウ　水と氷は、まわりに熱を放出し、その温度は下がり続ける。
• エ　水と氷は、まわりから熱を吸収し、その温度は上がり続ける。