物質の状態と気体(知識)の問題
次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。
実際に存在する気体(実在気体)は、気体の状態方程式に完全には従わず、理想気体からずれた性質を示す。
同じ温度・圧力で、ヘリウムとアンモニアを比べると、アンモニアのほうが理想気体からのずれが大きい。これは、アンモニア分子が極性分子であり、( a )が強いためである。
また、同じ気体でも、圧力を非常に高くして気体を圧縮すると、気体全体の体積に対して( b )が占める割合が大きくなり、これを無視できなくなるため、理想気体からのずれが大きくなる。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 共有結合 | 分子自身の体積 |
| イ | 分子間力 | 分子の質量 |
| ウ | 分子間力 | 分子自身の体積 |
| エ | 共有結合 | 分子の質量 |
この問題で使うもの
- 実在気体と理想気体のずれ(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(16 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
理想気体がどのような 2 つの仮定にもとづく気体かを思い出そう。実在気体のずれは、その仮定が成り立たないことで生じる。
ヒント 2
極性分子どうしは互いに引き合う。また、気体を強く圧縮すると、分子と分子のすき間が小さくなる。
ヒント 3
共有結合は分子の中の原子どうしの結合なので、分子どうしを引き合わせる力ではない。このことから a が決まり、選択肢は 2 つに絞れる。あとは高圧で無視できなくなるものを考えよう。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
理想気体は「分子間力がはたらかない」「分子自身の体積が である」と仮定した気体である。実在気体ではこの 2 つの仮定が成り立たないため、理想気体からずれる。
空欄 a:アンモニア分子は極性分子で、分子間に水素結合を含む強い分子間力がはたらく。一方、ヘリウムは単原子分子で無極性であり、分子間力はきわめて弱い。分子間力が強いほど、分子どうしが引き合って気体の体積が理想気体より小さくなるので、理想気体からのずれが大きくなる。共有結合は分子の中で原子どうしを結びつける結合であり、分子どうしを引き合わせる力ではないので、理想気体からのずれの原因にはならない。
空欄 b:圧力を非常に高くすると気体の体積が小さくなり、気体全体の体積に対して分子自身の体積が占める割合が大きくなる。そのため、分子自身の体積を とみなす仮定が成り立たなくなり、理想気体からのずれが大きくなる。分子の質量は圧力によって変わらず、理想気体の仮定とも関係しない。
よって、a は分子間力、b は分子自身の体積であり、正しい組み合わせはウである。
別解
実在気体が理想気体からずれる原因は、(1) 分子間力がはたらくこと、(2) 分子自身に体積があること、の 2 つである。
空欄 a: アンモニアは極性分子で、分子間に水素結合を含む強い分子間力がはたらく。一方ヘリウムは単原子分子で分子間力がきわめて弱い。よってアンモニアのずれが大きい理由は「分子間力」が強いためである。共有結合は分子内の原子どうしの結合であり、気体分子どうしの相互作用ではないので不適。
空欄 b: 高圧で気体を圧縮すると、気体全体の体積が小さくなり、分子自身の体積が占める割合が無視できなくなる。分子の質量は圧縮しても割合が変わる量ではなく、理想気体からのずれの原因でもない。よって「分子自身の体積」。
各選択肢: ア(a 誤)、イ(b 誤)、ウ(ともに正)、エ(ともに誤)。
答え: ウ