物質の状態と気体（知識）の問題

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。

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

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

$27{}^{\circ }\mathrm{C}$ 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。

互いに反応しない気体どうしを、一定の温度・体積の容器に入れた混合気体について、次の文を読んだ。

「混合気体の全圧は、各成分気体の分圧の [ a ] に等しい。また、各成分気体の分圧の比は、各成分気体の [ b ] の比に等しい。」

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、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなす。