実在気体と理想気体のずれ

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正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

実際に存在する気体（実在気体）は、気体の状態方程式に完全には従わず、理想気体からずれた性質を示す。

同じ温度・圧力で、ヘリウムとアンモニアを比べると、アンモニアのほうが理想気体からのずれが大きい。これは、アンモニア分子が極性分子であり、（　a　）が強いためである。

また、同じ気体でも、圧力を非常に高くして気体を圧縮すると、気体全体の体積に対して（　b　）が占める割合が大きくなり、これを無視できなくなるため、理想気体からのずれが大きくなる。

実在気体と理想気体の違いについて述べた次の文中の空欄 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。

実在気体では、温度が [ a ] ほど分子の熱運動が穏やかになり、分子間力の影響を受けやすくなるため、理想気体からのずれが大きくなる。また、圧力が高いほど分子どうしが接近し、気体の体積に占める [ b ] の割合が大きくなるため、やはり理想気体からのずれが大きくなる。

実際に存在する気体（実在気体）では、圧力 $P$、体積 $V$、物質量 $n$、絶対温度 $T$、気体定数 $R$ を用いた $\frac{PV}{nRT}$ の値は、厳密には 1 にならない。この値は、低温・高圧になるほど 1 から大きくずれ、高温・低圧になるほど 1 に近づく。

これに対し、分子自身の体積が 0 で、分子間力もまったくはたらかないと仮定した仮想的な気体は、どのような温度・圧力のもとでも気体の状態方程式 $PV=nRT$ に厳密に従い、$\frac{PV}{nRT}$ の値は常に 1 になる。このような仮想的な気体を何というか。漢字で答えよ。

アンモニア、二酸化炭素、ヘリウム、水蒸気の 4 種類の気体を、それぞれ別の容器に入れ、どれも温度 $400\text{K}$、圧力 $1.0\times 10^5\text{Pa}$ に保った。この条件では、4 種類とも液体を生じずに気体として存在している。この 4 種類のうちで理想気体に最も近いふるまいをする気体と、その理由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。

• ア　アンモニア：分子量が小さく、分子間に水素結合がはたらくから。
• イ　二酸化炭素：無極性分子なので、分子間に分子間力がまったくはたらかないから。
• ウ　ヘリウム：粒子自身の大きさが小さく、粒子間にはたらく分子間力もきわめて弱いから。
• エ　水蒸気：分子量が 4 種類の中で 2 番目に小さく、分子が軽いから。