状態変化と融解熱・蒸発熱

$1.0\times 10^5\mathrm{Pa}$（1 気圧）のもとで、容器に入れた $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ の水を冷凍庫の中に置いた。やがて水が凍り始め、しばらくするとすべて氷になった。容器の中の水と氷はつねに全体が同じ温度になっているものとする。水が凍り始めてから、すべてが氷になるまでの間について述べた文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　水と氷は、まわりから熱を吸収し、その温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定に保たれる。
• イ　水と氷は、まわりに熱を放出し、その温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ のまま一定に保たれる。
• ウ　水と氷は、まわりに熱を放出し、その温度は下がり続ける。
• エ　水と氷は、まわりから熱を吸収し、その温度は上がり続ける。

熱容量・比熱と状態変化について述べた文として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　比熱は、物質 $1\mathrm{g}$ の温度を $1\mathrm{K}$ 上げるのに必要な熱量で、物質の種類によって決まる。
• イ　液体が蒸発して気体になるときには周囲から熱を吸収し、気体が凝縮して液体になるときにも周囲から熱を吸収する。
• ウ　同じ物質でできた 2 つの物体では、質量が大きい物体のほうが熱容量が大きい。
• エ　1 気圧のもとで氷を加熱し続けると、氷と水が共存している間は、加えた熱が状態変化に使われるので温度は一定に保たれる。

熱運動と温度、絶対温度、熱平衡について述べた文として正しいものを、次のア〜カのうちからすべて選べ。

• ア　物体の温度は、物体を構成する原子や分子の熱運動の激しさを表す量であり、温度が高いほど熱運動は激しい。
• イ　絶対温度 $T[\mathrm{K}]$ とセルシウス温度 $t[{}^{\circ }\mathrm{C}]$ の間には $T=t+273$ の関係があるので、温度が $1\mathrm{K}$ 上がることと $1{}^{\circ }\mathrm{C}$ 上がることは、同じ大きさの温度変化である。
• ウ　物体をどこまでも冷却すると、絶対零度よりさらに低い温度になり、そこでは粒子の熱運動のエネルギーが負になる。
• エ　外部との熱のやりとりがない状態で、温度の異なる 2 つの物体を接触させておくと、高温の物体から低温の物体へ熱が移り、やがて両者の温度が等しくなって熱の移動が見かけ上止まる。
• オ　2 つの物体が熱平衡の状態にあるとき、それぞれの物体を構成する粒子の熱運動は完全に止まっている。
• カ　物体が外部から熱を得ると、その物体の温度は必ず上昇する。

$1.0\times 10^5\mathrm{Pa}$（1 気圧）のもとで、$-20{}^{\circ }\mathrm{C}$ の氷を容器に入れ、ヒーターで毎秒一定の熱量を与え続けて、氷がとけて水になり、さらに水がすべて水蒸気になるまで加熱した。ヒーターが出した熱はすべて氷・水・水蒸気に与えられ、加熱はゆっくり行われるので、容器内の温度はつねに一様とみなせるものとする。このときのようすについて述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　氷が融解している間は温度が変化しないので、容器内の氷と水の内部エネルギーの和も変化しない。
• イ　水が沸騰している間は、水の温度は $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保たれ、与えた熱は水の温度上昇には使われず、液体の水を水蒸気に変えることに使われる。
• ウ　氷が融解している途中で、ヒーターが毎秒与える熱量を 2 倍にすると、融解している間の氷と水の温度は $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ より高くなる。
• エ　同じ質量の物質の温度を同じだけ上げるとき、比熱が大きい物質ほど、必要な熱量は小さい。
• オ　加熱後に容器内の水蒸気を冷やして水に戻すと、水蒸気が凝縮するときには、まわりから熱を吸収する。

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。