物質の状態と気体（知識）の問題

亜鉛に希硫酸を加えて発生させた水素を、水上置換でメスシリンダーに捕集した。十分に時間がたってから、メスシリンダー内の水面と外の水面の高さを一致させた。このとき、メスシリンダー内の気体は水素と水蒸気の混合気体であり、水蒸気は水と気液平衡にある（飽和している）ものとする。メスシリンダー内の気体について述べた記述として正しいものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなし、水素の水への溶解は無視する。

• ア　水素の分圧は、大気圧と等しい。
• イ　水蒸気の分圧は、そのときの温度における水の飽和蒸気圧に等しく、捕集した水素の量によらない。
• ウ　水温を上げても、水蒸気の分圧は変わらない。
• エ　水素と水蒸気の物質量の比は、それぞれの分子量の比に等しい。
• オ　気体中の水素のモル分率は、水素の分圧を水の飽和蒸気圧で割った値に等しい。

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。

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。

液体の沸騰と外圧（液面にかかる大気などの圧力）に関する記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　高い山の山頂のように外圧が $1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ より低い所では、水の沸点は $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ より高くなる。
• イ　圧力鍋の中のように外圧が $1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ より高い所では、水の沸点は $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ より低くなる。
• ウ　液体を加熱していくと、液体の蒸気圧が外圧と等しくなる温度で沸騰が起こる。
• エ　同じ外圧のもとでは、同じ温度での蒸気圧が大きい液体ほど、沸点は高い。

実在気体は、分子間力がはたらくことと、分子自身が体積をもつことのために、理想気体の状態方程式 $pV=nRT$ に完全には従わない。

一定量のある実在気体について、温度と圧力の条件を変えたとき、そのふるまいが理想気体に最も近くなる条件として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、どの条件でも気体は凝縮せず、気体のままであるとする。

• ア　低温・高圧
• イ　高温・低圧
• ウ　低温・低圧
• エ　高温・高圧