物質の状態と気体（知識）の問題

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。

純物質の状態図は、温度を横軸、圧力を縦軸にとり、その温度・圧力で固体・液体・気体のどの状態が安定かを示したものである。状態図には、固体と液体の境界を表す融解曲線、液体と気体の境界を表す蒸気圧曲線、固体と気体の境界を表す昇華圧曲線の 3 本の曲線があり、これら 3 本の曲線は 1 つの点で交わる。

この交点の温度・圧力では、固体・液体・気体の 3 つの状態が同時に共存し、平衡状態にある。たとえば水では、この点の圧力は約 $6\times 10^2\text{Pa}$ であり、これより低い圧力のもとで氷を加熱すると、氷は液体の水にならずに直接水蒸気に変化する。

状態図における、この 3 本の曲線の交点を何というか。漢字で答えよ。

$27{}^{\circ }\mathrm{C}$ 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。

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

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。