物質の状態と気体（知識）の問題

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。

冷蔵庫で冷やした飲み物をガラスのコップに入れて室内に置いておくと、コップの外側の表面に水滴がついた。これは、コップの近くの空気中の水蒸気が冷やされて液体の水になったためである。

このときに起こった状態変化の名称と、その変化で水が周囲に対して熱を吸収するか放出するかの組み合わせ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　蒸発・熱を吸収する
• イ　蒸発・熱を放出する
• ウ　凝縮・熱を吸収する
• エ　凝縮・熱を放出する
• オ　昇華・熱を吸収する

なめらかに動くピストンのついた容器の中を真空にしてから、少量の水を入れ、容器全体を $50{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保った。十分に時間がたつと、容器内では液体の水と水蒸気が気液平衡の状態になった。容器内には水と水蒸気以外の物質はないものとする。

この状態から、温度を $50{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保ったまま、ピストンをゆっくり引いて容器の体積を大きくした。体積を大きくしたあとも容器内には液体の水が残っており、再び気液平衡の状態になった。このときの容器内の圧力について述べた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　体積を大きくした割合に反比例して、もとの圧力より小さくなる。
• イ　もとの圧力より小さくなるが、体積に反比例するほどには小さくならない。
• ウ　もとの圧力と同じ値になる。
• エ　もとの圧力より大きくなる。
• オ　液体の水の量が減ったぶんだけ、もとの圧力より小さくなる。

$27{}^{\circ }\mathrm{C}$ で、発生させた水素を水上置換によってメスシリンダーに集めた。集めた気体は水面と接したまま十分に時間がたっており、温度は $27{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保たれている。また、メスシリンダーの内側と外側の水面の高さを一致させたので、メスシリンダー内の気体の全圧は大気圧に等しい。

メスシリンダー内に集めた気体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、水素は水にとけないものとする。

• ア　集めた気体は水素だけからなり、水蒸気は含まれない。
• イ　集めた気体中の水素の分圧は、大気圧から $27{}^{\circ }\mathrm{C}$ における水の飽和蒸気圧を引いた値に等しい。
• ウ　集めた気体中の水素の分圧は、大気圧に等しい。
• エ　集める水素の量を多くするほど、集めた気体中の水蒸気の分圧は大きくなる。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

同温・同圧のもとで同じ体積を占める気体には、気体の種類によらず（ a ）の分子が含まれる。この法則とボイル・シャルルの法則をまとめると、気体の状態方程式 $PV=nRT$ が得られる。この式の気体定数 $R$ の値は、気体の種類に（ b ）。

• ア　a 分子量に比例した数、b よって異なる
• イ　a 同じ数、b よって異なる
• ウ　a 分子量に比例した数、b よらず一定である
• エ　a 同じ数、b よらず一定である