三態の変化と粒子間の力

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

物質の状態変化と粒子間にはたらく力に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　ドライアイスを常圧の空気中に置くと、液体にならずに直接気体の二酸化炭素になる。この状態変化を凝華という。
• イ　同じ物質 1 mol で比べると、蒸発熱は融解熱よりも小さい。これは、液体から気体になるときに切り離される粒子間の引力が、固体から液体になるときよりも小さいためである。
• ウ　一定の圧力のもとで純物質の固体を加熱すると、融解が始まってからすべてが液体になるまで温度は一定に保たれる。この間に加えた熱は、粒子間の引力に逆らって粒子の規則正しい配列をくずすために使われる。
• エ　塩化ナトリウムの融点がナフタレンの融点よりはるかに高いのは、塩化ナトリウムの結晶の粒子間にはたらくファンデルワールス力が、ナフタレンの分子間にはたらくファンデルワールス力よりも強いためである。
• オ　液体の沸点は、液体の表面にかかる外圧を低くすると高くなる。

圧力を $1.013\times 10^5\text{Pa}$ に保ったまま、$-20{}^{\circ }\text{C}$ の氷に単位時間あたり一定の熱量を加え続けると、氷はやがて融解して水になり、さらに加熱を続けると水は沸騰して、すべて水蒸気になった。この加熱の過程と、水の状態変化に関する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　氷が融解している間は、加えた熱が分子の熱運動を激しくすることに使われるので、温度は上昇し続ける。
• イ　水が沸騰している間に加えた熱は、分子間にはたらく引力に逆らって分子どうしを引き離すことに使われるので、温度は $100{}^{\circ }\text{C}$ のまま変わらない。
• ウ　同じ物質量の水について比べると、液体の水をすべて気体にするのに必要な熱量（蒸発熱）は、氷をすべて液体にするのに必要な熱量（融解熱）より小さい。
• エ　加熱をやめたあと、$100{}^{\circ }\text{C}$ の水蒸気が凝縮して $100{}^{\circ }\text{C}$ の水になるときには、周囲から熱を吸収する。
• オ　液体の水では、分子は互いの位置を変えることなく、決まった位置で振動しているだけである。

$1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ のもとで、$-20{}^{\circ }\mathrm{C}$ の氷に、単位時間あたり一定の熱量を加え続けたところ、温度は次のように変化した。

• 温度が上がり、$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ になると、しばらくの間 $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定になった。氷がすべて液体の水になると、再び温度が上がり始めた。
• $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ になると、しばらくの間 $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定になった。水がすべて水蒸気になると、再び温度が上がり始めた。$100{}^{\circ }\mathrm{C}$ で一定だった時間は、$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ で一定だった時間よりも長かった。

この変化と、状態変化・粒子間にはたらく力に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、加えた熱はすべて水（氷・水・水蒸気）に与えられ、外部に逃げないものとする。

• ア　$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ で温度が一定の間、加えた熱は粒子の熱運動を激しくすることだけに使われ、粒子どうしの結びつきの状態は変わらない。
• イ　$100{}^{\circ }\mathrm{C}$ で一定だった時間のほうが長いのは、同じ物質量で比べると、水の蒸発熱が融解熱よりも大きいためである。
• ウ　$100{}^{\circ }\mathrm{C}$ で温度が一定の間、液体から気体への変化は液体の表面だけで起こり、液体の内部からは気泡が生じない。
• エ　$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ で温度が一定の間、容器の中には固体の氷だけが存在し、液体の水は存在しない。
• オ　水の沸点が、同じ 16 族元素の水素化合物である硫化水素の沸点より高いのは、水分子の間にはファンデルワールス力がはたらかないためである。