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。

$27{}^{\circ }\mathrm{C}$ 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。

純粋な液体の蒸気圧と沸騰に関する記述として正しいものを、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、液体には気体が溶けないものとする。

• ア　密閉容器内で、ある温度で液体とその蒸気が気液平衡にあるとき、液体の蒸気圧は、容器内に残っている液体の量が多いほど大きい。
• イ　密閉容器内で液体とその蒸気が気液平衡にある。温度を一定に保ったまま容器の体積を大きくし、液体が残った状態で十分に時間がたって再び気液平衡になったとき、液体の蒸気圧は体積を大きくする前より小さい。
• ウ　液体は、その蒸気圧が外圧と等しくなる温度で沸騰するので、外圧（大気圧）の低い高山では水の沸点は低くなる。
• エ　同じ温度で比べると、分子間力の大きい液体ほど蒸気圧は大きい。
• オ　密閉容器内で液体とその蒸気が気液平衡にある。温度を一定に保ったまま、容器の体積を変えずに窒素を加えて全圧を高くし、液体が残った状態で十分に時間がたって再び気液平衡になったとき、容器内の蒸気の分圧（液体の蒸気圧）は窒素を加える前より大きい。

液体の蒸気圧と沸騰に関係する身近な現象や操作について述べた次の記述のうち、最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、液体はすべて純物質とする。

• ア　圧力鍋の中では、鍋内の圧力が高くなることで水の蒸気圧が小さくなるため、水の沸点は $100{}^{\circ }\text{C}$ より高くなる。
• イ　高い山の上で水を沸騰させているとき、加熱を強めるほど、沸騰している水の温度は上がり続ける。
• ウ　同じ温度で比べると、ジエチルエーテルの蒸気圧は水の蒸気圧より小さいので、ジエチルエーテルの沸点は水の沸点より低い。
• エ　ピストン付きの密閉容器内で、水とその水蒸気が気液平衡にあるとき、温度を一定に保ったまま容器の体積を大きくすると、水が残っている限り水蒸気の圧力は小さくなる。
• オ　高い山の上では大気圧が低いので、水の蒸気圧が大気圧と等しくなる温度が低くなり、水は $100{}^{\circ }\text{C}$ より低い温度で沸騰する。

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。