ある気体 を容器に入れたところ、温度 、圧力 で、体積は であった。この気体の分子量を有効数字 2 桁で求めよ。ただし、気体は理想気体とみなし、気体定数は 、絶対温度は （ はセルシウス温度）とする。
物質の状態と気体
扱うテーマ: 状態変化と蒸気圧、ボイル・シャルルの法則と気体の状態方程式、混合気体と分圧、実在気体と理想気体のずれ（圧縮率因子）
難易度の目安（高校化学）
- 難易度 1 教科書の例題レベル
- 難易度 2 教科書の章末問題レベル
- 難易度 3 共通テストレベル
- 難易度 4 国公立二次の標準レベル
- 難易度 5 難関大の二次レベル
容積 の容器 A と容積 の容器 B が、コックのついた細い管でつながれている。はじめコックは閉じていて、容器 A には窒素が 、容器 B には窒素が で入っている。温度を に保ったままコックを開いて、十分に時間がたったとき、容器内の窒素の圧力は何 Pa か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、窒素は理想気体とみなし、管の容積は無視できるものとする。
容積 の密閉容器に二酸化炭素 を入れ、温度を に保ったところ、容器内の圧力は であった。この状態の二酸化炭素について、圧縮率因子 の値を有効数字 2 桁で求めよ。ただし、気体定数は 、絶対温度は （ はセルシウス温度）とする。
揮発性の液体の分子量を求めるために、次の実験を行った。
内容積 の丸底フラスコにこの液体を少量入れ、口を小さな穴をあけたアルミニウム箔でおおった。これを の湯にひたして液体をすべて蒸発させると、余分な蒸気と空気は穴から追い出され、フラスコ内は 、 の蒸気だけで満たされた。その後、フラスコを室温まで冷やして蒸気をすべて凝縮させ、その液体の質量をはかったところ であった。
この液体の物質の分子量を有効数字 2 桁で求めよ。ただし、蒸気は理想気体とみなし、気体定数は 、絶対温度は （ はセルシウス温度）とする。また、凝縮した液体の質量は、 でフラスコを満たしていた蒸気の質量に等しいものとする。
ある容器に、ヘリウム とアルゴン だけを入れたところ、混合気体の全圧は になった。気体はすべて理想気体とみなし、互いに反応しないものとする。このとき、ヘリウムの分圧は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
容積 の耐圧容器に、メタン が温度 、圧力 で入っている。この状態のメタンは理想気体とはみなせず、圧縮率因子 の値は である。容器内のメタンの物質量は何 か。気体定数を として、有効数字 2 桁で求めよ。
二酸化炭素 と窒素 を物質量の比 で混合した気体がある。この混合気体の平均分子量を、有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は 、、 とする。
容積 の密閉容器に、一酸化炭素 と酸素 を入れ、点火して一酸化炭素を完全に燃焼させた。反応は
で表される。反応後、容器の温度を にしたとき、容器内の気体の全圧は何 か。気体はすべて理想気体とみなし、気体定数を として、有効数字 2 桁で求めよ。容積 の真空の密閉容器に水 を 入れ、温度を に保った。 における水の飽和蒸気圧を 、気体定数を とする。容器内で液体として存在する水の物質量は何 か。水蒸気は理想気体とみなし、液体の水の体積は無視できるものとして、有効数字 2 桁で求めよ。
温度 、大気圧 のもとで、水素 を水上置換で捕集したところ、捕集びんの中の気体の体積は であった。このとき、捕集びんの内側の水面と外側の水面の高さは一致させてあった。 における水の飽和蒸気圧を 、気体定数を とする。捕集した水素の物質量は何 か。気体は理想気体とみなし、水素の水への溶解は無視して、有効数字 2 桁で求めよ。
なめらかに動くピストンのついた容器に、窒素 と水 が入っており、はじめは高温で水はすべて気体になっている。容器内の全圧を に保ったまま、温度を まで下げた。 における水の飽和蒸気圧を とする。 で液体になっている水の物質量は何 か。気体は理想気体とみなし、液体の水の体積と窒素の水への溶解は無視して、有効数字 2 桁で求めよ。
実在気体のずれの大きさは、圧縮率因子 （: 圧力、: 体積、: 物質量、: 気体定数、: 絶対温度）で表される。理想気体では である。
容積 の鋼鉄製ボンベに二酸化炭素が入っており、温度 で圧力は であった。この状態の二酸化炭素の圧縮率因子は である。
このボンベの弁を開き、温度を に保ったまま、ボンベ内の圧力が になるまで二酸化炭素を外に出してから弁を閉じた。出した二酸化炭素をすべて集め、、 のもとで体積を測ると何 L になるか。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、、 の二酸化炭素は理想気体とみなせる（）ものとし、ボンベの容積は圧力によって変化しないものとする。
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。メスシリンダーの内側の水面と外側の水槽の水面の高さをそろえて体積を測ったところ、捕集した気体の体積は であった。このときの温度は 、大気圧は であった。
捕集した水素の物質量は何 mol か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、 における水の飽和蒸気圧を 、気体定数を 、 を とし、気体は理想気体とみなす。また、水素の水への溶解は無視する。
実在気体の理想気体からのずれは、圧縮率因子 （: 圧力、: 体積、: 物質量、: 気体定数、: 絶対温度）で表される。理想気体では である。
内容積 の耐圧容器に二酸化炭素 を封入し、温度を に保ったところ、容器内の圧力は であった。容器内の二酸化炭素はすべて気体であった。
この状態の二酸化炭素の圧縮率因子 を、有効数字 2 桁で求めよ。ただし、気体定数は 、 は とし、容器の内容積は変化しないものとする。
内容積 の容器 A と内容積 の容器 B が、コックの付いた細い管でつながれている。コックを閉じた状態で、A には酸素を 、B には窒素を で入れた。温度を一定に保ったままコックを開き、十分に時間をおいて気体を均一に混合させた。
このとき、混合気体中の酸素の分圧は何 Pa か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、気体はすべて理想気体とみなし、互いに反応しないものとする。容器の内容積は変化せず、細い管の内容積は無視できるものとする。
実在気体の理想気体からのずれは、圧縮率因子 （: 圧力、: 体積、: 物質量、: 気体定数、: 絶対温度）で表される。理想気体では である。
メタン を、温度 、圧力 の状態にした。この状態のメタンの圧縮率因子は である。このときメタンが占める体積は何 L か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、気体定数は 、 は とし、メタンはすべて気体として存在するものとする。
内容積 の容器を真空にし、エタノール （液体） を入れて密閉し、温度を に保った。十分に時間がたったあと、容器内に液体として残っているエタノールの質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、 におけるエタノールの飽和蒸気圧は 、原子量は 、、、気体定数は とし、 は とする。エタノールの蒸気は理想気体とみなし、液体のエタノールの体積は無視する。
内容積 の容器を真空にし、ある気体 X を詰めたところ、温度 、圧力 で、容器内の気体 X の質量は であった。気体 X のモル質量は何 g/mol か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、気体 X は理想気体とみなし、気体定数は 、 は とする。
容積 の密閉容器を真空にし、窒素 と水 を入れて、温度を に保った。十分に時間がたったあとの容器内の全圧は何 Pa か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、 における水の飽和蒸気圧は 、原子量は 、、気体定数は とし、絶対温度は とする。気体はすべて理想気体とみなし、液体の水の体積と、窒素の水への溶解は無視できるものとする。
窒素 と二酸化炭素 だけからなる混合気体がある。この混合気体の密度を、温度 、圧力 のもとで測定したところ、 であった。
この混合気体中の二酸化炭素の分圧は何 Pa か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は , , 、気体定数は 、 は とし、気体はすべて理想気体とみなす。
常温で液体の、ある揮発性の純物質 X の分子量を、次の実験で求めた。
内容積 のフラスコに X の液体を少量入れ、口を小さな穴のあいたアルミニウム箔でおおった。このフラスコを の湯に浸して X を完全に蒸発させ、余分な X の蒸気を穴から追い出したところ、フラスコ内は 、大気圧 の X の蒸気だけで満たされた。その後、フラスコを室温まで冷やして X をすべて液体にし、質量をはかったところ、フラスコ内の X の質量は であった。
X の分子量を有効数字 2 桁で求めよ。ただし、気体定数は 、 は とし、X の蒸気は理想気体とみなす。フラスコの内容積は温度によって変化せず、冷やしたあとにフラスコ内に残る X の蒸気の質量は無視できるものとする。
内容積 の密閉容器に、プロパン と酸素 だけを入れた。この混合気体に点火してプロパンを完全燃焼させたのち、容器内の温度を に保った。
このとき、容器内の気体の全圧は何 Pa か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、プロパンは完全燃焼して二酸化炭素と水だけを生じ、生じた水は においてすべて気体として存在するものとする。気体定数は 、 は とし、気体はすべて理想気体とみなす。容器の内容積は変化しないものとする。
内容積 の密閉容器の内部を真空にし、エタノール の液体 を入れて、温度を に保った。十分に時間がたったとき、容器内に液体として残っているエタノールの質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、 におけるエタノールの飽和蒸気圧は 、原子量は , , 、気体定数は 、 は とする。エタノールの蒸気は理想気体とみなし、液体のエタノールの体積は無視できるものとする。
内容積 の密閉容器の内部を真空にし、水 を入れて温度を に保ったところ、水はすべて蒸発した。その後、容器を冷却して温度を に保ち、十分に時間をおいた。
このとき、容器内で凝縮して液体になっている水の質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、水の飽和蒸気圧は で 、 で とし、原子量は , 、気体定数は 、 は とする。水蒸気は理想気体とみなし、液体の水の体積は無視できるものとする。
伸び縮みが自由なゴム風船にヘリウムを封入した。地上では、気温 、大気圧 のもとで、風船の体積は であった。この風船が上空へ上昇し、気温 、大気圧 の高さに達したとき、風船の体積は何 L になるか。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、風船の中のヘリウムの圧力はつねに外部の大気圧に等しく、温度はつねに外部の気温に等しいものとする。ヘリウムは理想気体とみなし、風船からのヘリウムの出入りはないものとする。 は とする。
内容積 の密閉容器に、ヘリウム とアルゴン だけからなる混合気体が入っている。温度は 、全圧は で、混合気体の質量の合計は であった。
この混合気体中のアルゴンの分圧は何 Pa か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は , 、気体定数は 、 は とし、気体はすべて理想気体とみなす。
実在気体の理想気体からのずれは、圧縮率因子 （: 圧力、: 体積、: 物質量、: 気体定数、: 絶対温度）で表される。理想気体では である。
温度 、圧力 の窒素 の密度を測定したところ、 であった。この状態の窒素の圧縮率因子 を、有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は 、気体定数は 、 は とし、窒素はすべて気体として存在するものとする。
実在気体が理想気体からどれだけずれているかは、圧縮率因子
（: 圧力、: 体積、: 物質量、: 気体定数、: 絶対温度）で表される。理想気体では常に である。内容積 の高圧ボンベにメタン を詰めたところ、温度 で圧力が になった。この温度・圧力でのメタンの圧縮率因子は である。ボンベに詰めたメタンの質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、気体定数は とし、 は とする。ボンベの内容積は変化しないものとする。
実在気体の理想気体からのずれは、圧縮率因子 （: 圧力、: 体積、: 物質量、: 気体定数、: 絶対温度）で表される。
内容積 の鋼鉄製ボンベに、メタン だけが入っており、温度は 、圧力は であった。ボンベの弁を開いてメタンの一部を取り出したのち弁を閉じ、温度を に戻したところ、圧力は になった。 のメタンの圧縮率因子 は、圧力 のとき 、圧力 のとき とする。
取り出したメタンの質量は何 kg か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は , 、気体定数は 、 は とし、ボンベの内容積は温度・圧力によって変化しないものとする。
内容積 の容器 A と内容積 の容器 B が、コックの付いた細い管でつながれている。はじめコックを開いた状態で、A と B には窒素が入っており、全体の温度は 、圧力は であった。
コックを開いたまま、B の温度を に保ちながら A だけを加熱して に保ったところ、窒素の一部が A から B へ移動し、やがて全体の圧力が一様になって変化しなくなった。このとき、A から B へ移動した窒素の物質量は何 mol か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、気体定数は 、 は とし、窒素は理想気体とみなす。容器の内容積は温度によって変化せず、細い管の内容積は無視できるものとする。
なめらかに動くピストンの付いたシリンダーに、窒素 と水 を入れた。シリンダー内の圧力（全圧）が常に に保たれるようにピストンを動かしながら、温度を に保ち、十分に時間がたって状態が変化しなくなるまで待った。
このとき、シリンダー内に液体として存在する水の質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、 における水の飽和蒸気圧は 、原子量は , とする。気体は理想気体とみなし、液体の水の体積と、窒素の水への溶解は無視する。
実在気体の理想気体からのずれは、圧縮率因子 （: 圧力、: 体積、: 物質量、: 気体定数、: 絶対温度）で表される。
内容積 の容器 A と、内容積 の容器 B が、コックの付いた細い管でつながれている。はじめコックを閉じた状態で、A にはある気体 X が圧力 で入っており、B は真空であった。コックを開いて十分に時間がたったところ、全体の圧力は になった。コックを開く前もあとも、温度は に保たれていた。
コックを開いたあとの状態では X は理想気体とみなせる（）とするとき、コックを開く前の A の中の X の圧縮率因子 を、有効数字 2 桁で求めよ。ただし、容器の内容積は変化せず、細い管の内容積は無視できるものとする。また、X はコックを開く前もあとも、すべて気体として存在していたとする。
内容積 の容器 A と、内容積 の容器 B が、コックの付いた細い管でつながれている。A には外気に通じる口があり、栓で閉じることができる。はじめ、コックを閉じて B の内部を真空にし、A の栓を外して、A を温度 、圧力 の空気で満たした。
次の操作を順に行った。
操作 1: A の栓を外したまま、A を加熱して に保ち、A の中の空気の一部を外へ逃がした。このとき外気の圧力は のままであった。
操作 2: A が のまま A に栓をした。
操作 3: コックを開き、A と B の全体を に保って、十分に時間をおいた。
操作 3 のあとの容器内の空気の圧力は何 Pa か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、空気は理想気体とみなし、 は とする。容器の内容積は温度によって変化せず、細い管の内容積は無視できるものとする。
容積 の密閉容器に一酸化炭素 と酸素 の混合気体を入れたところ、 で全圧が であった。この混合気体に点火して、一酸化炭素をすべて燃焼させ、二酸化炭素 にした。その後、容器を に戻したところ、全圧は になった。
反応前の混合気体に含まれていた一酸化炭素の物質量は何 mol か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、気体はすべて理想気体とみなし、起こる反応は が になる燃焼だけとする。容器の容積は変化しないものとし、気体定数は 、 は とする。
条件に合う問題はありません。