分子間力と沸点

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。

水 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ と硫化水素 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ は、どちらも 16 族元素の水素化合物で、分子量は ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ のほうが大きい。しかし、${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ の分子どうしの間には、電気陰性度の大きい酸素原子と、別の分子の水素原子との間に（ a ）がはたらく。そのため、沸点は ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ のほうが ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ よりも（ b ）。

14 族元素の水素化合物 $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4,\mathrm{Si}{\mathrm{H}}_4,\mathrm{Ge}{\mathrm{H}}_4,\mathrm{Sn}{\mathrm{H}}_4$ では、分子量が大きいものほど沸点が高い。これに対して、15〜17 族の水素化合物では、第 2 周期の元素の水素化合物 $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3,{\mathrm{H}}_2\mathrm{O},\mathrm{HF}$ の沸点が、同じ族のほかの水素化合物と比べて、分子量から予想されるよりも著しく高い。

これは、$\mathrm{N}$・$\mathrm{O}$・$\mathrm{F}$ のように電気陰性度が大きい原子と結合して正の電荷を帯びた水素原子が、となりの分子の電気陰性度が大きい原子の非共有電子対と静電気的に引き合い、分子どうしが強く結びつくためである。このような、水素原子をなかだちとした分子間の結びつきを何というか。漢字で答えよ。

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、下の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。

「水 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ 分子は（ a ）形の分子であり、2 つの $\mathrm{O}-\mathrm{H}$ 結合の極性が打ち消し合わないため、分子全体として極性分子である。また、同じ 16 族元素の水素化合物である硫化水素 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ は ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ より分子量が大きいが、沸点は ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ のほうがはるかに高い。これは、${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ 分子の間には、電気陰性度の大きい酸素原子と、別の分子の水素原子との間で（ b ）がはたらくためである。」

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。

分子の形と極性、分子間力と沸点について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　二酸化炭素 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ 分子は、炭素原子と酸素原子の間の結合に極性があるので、分子全体としても極性分子である。
• イ　アンモニア $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ 分子は三角錐形であり、分子全体としては無極性分子である。
• ウ　14 族元素の水素化合物 $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$、$\mathrm{Si}{\mathrm{H}}_4$、$\mathrm{Ge}{\mathrm{H}}_4$、$\mathrm{Sn}{\mathrm{H}}_4$ では、分子量が大きいものほど沸点が高い。
• エ　フッ化水素 $\mathrm{HF}$ の沸点は、ハロゲン化水素 $\mathrm{HF}$、$\mathrm{HCl}$、$\mathrm{HBr}$、$\mathrm{HI}$ の中で最も低い。
• オ　水素結合は、ファンデルワールス力よりも弱い分子間の結びつきである。

$1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ 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。

次の文中の空欄 $\boxed{a}$・$\boxed{b}$ に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下の表のア〜エから 1 つ選べ。

三フッ化ホウ素 $\mathrm{B}{\mathrm{F}}_3$ 分子では、中心のホウ素原子に 3 個のフッ素原子が共有結合で結びついており、ホウ素原子のまわりには非共有電子対がない。この分子の形は $\boxed{a}$ であり、$\mathrm{B}-\mathrm{F}$ 結合には極性があるものの、分子全体としては無極性分子である。

また、分子量がほぼ等しいフッ素 ${\mathrm{F}}_2$（分子量 $38$）と塩化水素 $\mathrm{HCl}$（分子量 $36.5$）の沸点を比べると、沸点が高いのは $\boxed{b}$ である。