気液平衡と蒸気圧

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。

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。

純粋な液体の蒸気圧と沸騰に関する記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなし、液体には気体が溶けないものとする。

• ア　密閉容器内で、ある温度で液体とその蒸気が気液平衡にあるとき、液体の蒸気圧は、容器内に残っている液体の量が多いほど大きい。
• イ　密閉容器内で液体とその蒸気が気液平衡にある。温度を一定に保ったまま容器の体積を大きくし、液体が残った状態で十分に時間がたって再び気液平衡になったとき、液体の蒸気圧は体積を大きくする前より小さい。
• ウ　液体は、その蒸気圧が外圧と等しくなる温度で沸騰するので、外圧（大気圧）の低い高山では水の沸点は低くなる。
• エ　同じ温度で比べると、分子間力の大きい液体ほど蒸気圧は大きい。
• オ　密閉容器内で液体とその蒸気が気液平衡にある。温度を一定に保ったまま、容器の体積を変えずに窒素を加えて全圧を高くし、液体が残った状態で十分に時間がたって再び気液平衡になったとき、容器内の蒸気の分圧（液体の蒸気圧）は窒素を加える前より大きい。

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〜エから 1 つ選べ。

> 真空にした密閉容器に液体を入れて一定温度に保つと、はじめは液体の蒸発が進むが、やがて単位時間あたりに蒸発する分子の数と凝縮する分子の数が等しくなり、見かけ上、蒸発も凝縮も止まったような状態になる。この状態を（ a ）といい、このときの蒸気の圧力をその液体の蒸気圧（飽和蒸気圧）という。液体の温度を高くすると、蒸気圧は（ b ）なる。液体の蒸気圧が外圧と等しくなると、液体の表面だけでなく内部からも蒸発が起こるようになり、沸騰が始まる。

液体の蒸気圧と沸騰に関係する身近な現象や操作について述べた次の記述のうち、最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、液体はすべて純物質とする。

• ア　圧力鍋の中では、鍋内の圧力が高くなることで水の蒸気圧が小さくなるため、水の沸点は $100{}^{\circ }\text{C}$ より高くなる。
• イ　高い山の上で水を沸騰させているとき、加熱を強めるほど、沸騰している水の温度は上がり続ける。
• ウ　同じ温度で比べると、ジエチルエーテルの蒸気圧は水の蒸気圧より小さいので、ジエチルエーテルの沸点は水の沸点より低い。
• エ　ピストン付きの密閉容器内で、水とその水蒸気が気液平衡にあるとき、温度を一定に保ったまま容器の体積を大きくすると、水が残っている限り水蒸気の圧力は小さくなる。
• オ　高い山の上では大気圧が低いので、水の蒸気圧が大気圧と等しくなる温度が低くなり、水は $100{}^{\circ }\text{C}$ より低い温度で沸騰する。