物質の状態と気体（知識）

赤褐色の臭素の気体を入れた集気びんの上に、空気を入れた集気びんを口を合わせて重ね、間の仕切りの板を抜いて静かに置いておいた。しばらくすると、かき混ぜていないのに、2 つの集気びん全体が均一な薄い赤褐色になった。

このように、気体などの粒子が熱運動によって自然に散らばり、全体に広がっていく現象を何というか。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最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

同温・同圧のもとで同じ体積を占める気体には、気体の種類によらず（ a ）の分子が含まれる。この法則とボイル・シャルルの法則をまとめると、気体の状態方程式 $PV=nRT$ が得られる。この式の気体定数 $R$ の値は、気体の種類に（ b ）。

• ア　a 分子量に比例した数、b よって異なる
• イ　a 同じ数、b よって異なる
• ウ　a 分子量に比例した数、b よらず一定である
• エ　a 同じ数、b よらず一定である

互いに反応しない気体どうしを、一定の温度・体積の容器に入れた混合気体について、次の文を読んだ。

「混合気体の全圧は、各成分気体の分圧の [ a ] に等しい。また、各成分気体の分圧の比は、各成分気体の [ b ] の比に等しい。」

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、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなす。

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

液体の沸騰と外圧（液面にかかる大気などの圧力）に関する記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　高い山の山頂のように外圧が $1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ より低い所では、水の沸点は $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ より高くなる。
• イ　圧力鍋の中のように外圧が $1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ より高い所では、水の沸点は $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ より低くなる。
• ウ　液体を加熱していくと、液体の蒸気圧が外圧と等しくなる温度で沸騰が起こる。
• エ　同じ外圧のもとでは、同じ温度での蒸気圧が大きい液体ほど、沸点は高い。

$27{}^{\circ }\mathrm{C}$ で、発生させた水素を水上置換によってメスシリンダーに集めた。集めた気体は水面と接したまま十分に時間がたっており、温度は $27{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保たれている。また、メスシリンダーの内側と外側の水面の高さを一致させたので、メスシリンダー内の気体の全圧は大気圧に等しい。

メスシリンダー内に集めた気体についての記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、水素は水にとけないものとする。

• ア　集めた気体は水素だけからなり、水蒸気は含まれない。
• イ　集めた気体中の水素の分圧は、大気圧から $27{}^{\circ }\mathrm{C}$ における水の飽和蒸気圧を引いた値に等しい。
• ウ　集めた気体中の水素の分圧は、大気圧に等しい。
• エ　集める水素の量を多くするほど、集めた気体中の水蒸気の分圧は大きくなる。

横軸に温度、縦軸に圧力をとり、物質が固体・液体・気体のどの状態にあるかを表した図を状態図という。状態図は、融解曲線・蒸気圧曲線・昇華圧曲線の 3 本の曲線によって、固体・液体・気体の領域に分けられている。

状態図についての記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、$1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ を大気圧とする。

• ア　蒸気圧曲線上の温度・圧力では、固体と気体が共存できる。
• イ　水の融解曲線は右下がりであり、圧力を高くすると氷の融点は高くなる。
• ウ　三重点の温度・圧力では、固体・液体・気体の三つの状態が共存できる。
• エ　二酸化炭素の三重点の圧力は大気圧より高いので、大気圧のもとでドライアイスを加熱すると、液体を経て気体になる。

冷蔵庫で冷やした飲み物をガラスのコップに入れて室内に置いておくと、コップの外側の表面に水滴がついた。これは、コップの近くの空気中の水蒸気が冷やされて液体の水になったためである。

このときに起こった状態変化の名称と、その変化で水が周囲に対して熱を吸収するか放出するかの組み合わせ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　蒸発・熱を吸収する
• イ　蒸発・熱を放出する
• ウ　凝縮・熱を吸収する
• エ　凝縮・熱を放出する
• オ　昇華・熱を吸収する

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。

気体の法則に関する次の記述のうち、誤っているものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなす。

• ア　温度が一定のとき、一定物質量の気体の体積は、圧力に反比例する。
• イ　圧力が一定のとき、一定物質量の気体の体積は、セルシウス温度に比例する。
• ウ　同温・同圧のもとで同じ体積の気体には、気体の種類に関係なく、同じ数の分子が含まれる。
• エ　気体の状態方程式 $PV=nRT$ の気体定数 $R$ は、気体の種類によらず同じ値である。

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。

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。

純物質の状態図は、温度を横軸、圧力を縦軸にとり、その温度・圧力で固体・液体・気体のどの状態が安定かを示したものである。状態図には、固体と液体の境界を表す融解曲線、液体と気体の境界を表す蒸気圧曲線、固体と気体の境界を表す昇華圧曲線の 3 本の曲線があり、これら 3 本の曲線は 1 つの点で交わる。

この交点の温度・圧力では、固体・液体・気体の 3 つの状態が同時に共存し、平衡状態にある。たとえば水では、この点の圧力は約 $6\times 10^2\text{Pa}$ であり、これより低い圧力のもとで氷を加熱すると、氷は液体の水にならずに直接水蒸気に変化する。

状態図における、この 3 本の曲線の交点を何というか。漢字で答えよ。

互いに反応しない 2 種類以上の気体を 1 つの容器に入れた混合気体について考える。混合気体と分圧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、気体はすべて理想気体とみなし、容器内で液体は生じないものとする。

• ア　同じ容器に同じ物質量ずつ入れた成分気体では、分子量の大きい気体ほど分圧が大きい。
• イ　温度と容器の体積を一定に保ったまま、どの成分とも反応しない別の気体を加えると、もとからあった成分気体の分圧は小さくなる。
• ウ　温度と容器の体積が一定のとき、各成分気体の分圧の比は、それぞれの物質量の比に等しい。
• エ　温度を一定に保ったまま容器の体積を 2 倍にすると、各成分気体の分圧は小さくなり、各成分気体のモル分率も小さくなる。
• オ　同温・同圧で測った各成分気体の体積の割合（体積百分率）は、各成分気体のモル分率とは異なる値になる。

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。

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。

純物質の状態図（温度を横軸、圧力を縦軸にとり、固体・液体・気体のどの状態が安定かを示した図）では、液体と気体の境界を表す蒸気圧曲線は、高温・高圧側のある点で途切れている。この点の温度・圧力より高い温度・圧力では、液体と気体の区別がつかなくなる。

蒸気圧曲線の高温・高圧側の端にあたるこの点を何というか。漢字で答えよ。

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。

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。

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。

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。

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。ただし、気体は理想気体とみなす。

容積が一定の密閉容器に一定量の酸素を入れ、温度を $300\mathrm{K}$ に保った。容器内の酸素分子は熱運動をしており、その速さはそろっておらず、さまざまな速さの分子が混じっている。横軸に分子の速さ、縦軸にその速さをもつ分子の数の割合をとってグラフにすると、1 つの山をもつ曲線（速さの分布曲線）になる。この曲線と横軸で囲まれた部分の面積は、分子全体の割合（$1$）を表しており、温度を変えても変わらない。

この容器を加熱して温度を $600\mathrm{K}$ に上げると、熱運動が激しくなり、分子の速さの平均値が大きくなる。このため、分布曲線の山の頂点は（　a　）の側に移る。また、分子の速さのばらつきが大きくなって分布が広がるため、山の頂点の高さは（　b　）。

同じ温度・同じ圧力のもとで、水素と塩素を反応させて塩化水素をつくると、反応する水素・塩素と生成する塩化水素の体積の比は $1:1:2$ という簡単な整数比になる。このような体積の関係は、「同温・同圧のもとでは、同じ体積の気体には、気体の種類によらず同じ数の分子が含まれる」と考え、さらに水素や塩素が 2 個の原子が結びついた分子からなるとすることで説明できる。

また、この考え方から、同温・同圧で一定物質量の気体が占める体積は気体の種類によらないことが導かれ、気体の状態方程式 $PV=nRT$ の気体定数 $R$ が気体の種類によらない定数になることの根拠にもなっている。

本文中の「 」内の内容を表す法則を何というか。

気体分子は熱運動をしており、一定の温度のもとでも分子の速さはそろっていない。横軸に分子の速さ、縦軸にその速さをもつ分子の数の割合をとって表したグラフを、分子の速さの分布曲線とよぶ。気体分子の熱運動と速さの分布に関する記述として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、気体は理想気体とみなし、気体の物質量は一定とする。

• ア　温度を高くすると、分布曲線の山の位置は速さの大きい側へ移り、山の高さは高くなる。
• イ　温度を一定に保つと、個々の分子の速さは衝突によって変わるが、分布曲線の形は時間がたつにつれて速さの大きい側へ広がっていく。
• ウ　温度を高くすると、速さの大きい分子の割合が増えるので、分布曲線と横軸で囲まれた部分の面積は大きくなる。
• エ　同じ温度の水素と酸素では、水素のほうが分布曲線の山の位置が速さの大きい側にある。

物質の状態変化と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。

• ア　ドライアイスを常圧の空気中に置くと、液体にならずに直接気体の二酸化炭素になる。この状態変化を凝華という。
• イ　同じ物質 1 mol で比べると、蒸発熱は融解熱よりも小さい。これは、液体から気体になるときに切り離される粒子間の引力が、固体から液体になるときよりも小さいためである。
• ウ　一定の圧力のもとで純物質の固体を加熱すると、融解が始まってからすべてが液体になるまで温度は一定に保たれる。この間に加えた熱は、粒子間の引力に逆らって粒子の規則正しい配列をくずすために使われる。
• エ　塩化ナトリウムの融点がナフタレンの融点よりはるかに高いのは、塩化ナトリウムの結晶の粒子間にはたらくファンデルワールス力が、ナフタレンの分子間にはたらくファンデルワールス力よりも強いためである。
• オ　液体の沸点は、液体の表面にかかる外圧を低くすると高くなる。

互いに反応しない 2 種類以上の気体を 1 つの容器に入れた混合気体について考える。気体はすべて理想気体とみなし、容器内の気体はすべて気体のまま存在するものとする。この混合気体に関する記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　混合気体の全圧は、各成分気体の分圧の和に等しい。
• イ　各成分気体の分圧は、その気体の分子量に比例する。
• ウ　各成分気体の分圧の比は、各成分気体の物質量の比に等しい。
• エ　ある成分気体の分圧は、その気体だけを、混合気体と同じ温度のもとで混合気体と同じ体積の容器に入れたときに示す圧力に等しい。
• オ　温度を一定に保ったまま容器の体積を半分にすると、各成分気体の分圧はそれぞれ 2 倍になり、各成分気体のモル分率も変化する。

気体分子の熱運動と、分子の速さの分布（横軸に分子の速さ、縦軸にその速さをもつ分子の数の割合をとった分布曲線）に関する記述として誤っているものを、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、容器内の気体の物質量は変わらないものとする。

• ア　同じ気体では、温度が高いほど分子の熱運動は激しくなり、分子の平均の速さは大きくなる。
• イ　同じ温度の水素とアルゴンを比べると、分子量の小さい水素のほうが、速さの大きい分子の割合が大きい。
• ウ　一定温度に保たれた気体でも、個々の分子の速さは分子どうしの衝突などによって絶えず変化しているが、気体全体としての速さの分布はほぼ一定に保たれている。
• エ　同じ気体の温度を高くすると、分布曲線の山の位置は速さの大きい側へ移り、山の高さは高くなる。
• オ　気体が自然に広がって全体に均一に混じり合う拡散は、分子の熱運動によって起こる。

コックのついた細い管でつながれた、容積の等しい 2 つの容器 A・B がある。コックを閉じた状態で、A には窒素を、B には酸素を入れ、どちらも同じ温度に保った。その後、温度を一定に保ったままコックを開き、十分に時間がたって 2 つの気体が混合した状態について考える。気体はすべて理想気体とみなし、窒素と酸素は反応しないものとする。また、管の容積は無視できるものとする。

この混合後の状態に関する記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　混合後の窒素の分圧は、コックを開く前の容器 A 内の窒素の圧力より小さい。
• イ　混合後の容器内の全圧は、窒素の分圧と酸素の分圧の和に等しい。
• ウ　混合後、酸素は窒素より分子量が大きいので、容器内の下のほうに多く集まっている。
• エ　混合後の窒素の分圧と酸素の分圧の比は、容器内の窒素と酸素の物質量の比に等しい。
• オ　混合後、温度を一定に保ったまま容器全体の体積を半分にすると、窒素と酸素の分圧はどちらも 2 倍になり、それぞれのモル分率もどちらも 2 倍になる。

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。

純物質の状態図（横軸に温度、縦軸に圧力をとり、各温度・圧力でどの状態が安定かを示した図）には、固体と液体の境界を表す融解曲線、液体と気体の境界を表す蒸気圧曲線、固体と気体の境界を表す昇華圧曲線の 3 本の曲線がある。この 3 本の曲線は 1 つの点で交わっており、その点の温度・圧力では、固体・液体・気体の 3 つの状態が同時に共存して平衡状態にある。

このように 3 本の曲線が交わり、固体・液体・気体が共存する点を何というか。漢字で答えよ。

気体の法則と気体の状態方程式 $PV=nRT$（$P$: 圧力、$V$: 体積、$n$: 物質量、$R$: 気体定数、$T$: 絶対温度）に関する記述として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、気体はすべて理想気体とみなす。

• ア　物質量と温度が一定のとき、気体の体積を 2 倍にすると、圧力も 2 倍になる。
• イ　物質量と圧力が一定のとき、気体の体積はセルシウス温度 $t$ に比例する。
• ウ　同温・同圧で同じ体積の気体には、気体の種類によらず同じ数の分子が含まれる。
• エ　物質量と体積が一定のとき、気体の圧力は絶対温度に比例する。
• オ　温度と圧力が一定のとき、気体の密度は、その気体のモル質量に比例する。
• カ　気体定数 $R$ の値は、気体の種類によって異なる。

同じ温度に保った 2 つの容器に、水素 ${\mathrm{H}}_2$（分子量 $2.0$）と窒素 ${\mathrm{N}}_2$（分子量 $28$）をそれぞれ別々に入れた。どちらの容器の中でも、気体分子は熱運動をしている。気体分子の熱運動と速さの分布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、気体はすべて理想気体とみなす。

• ア　同じ温度では、水素分子と窒素分子の平均の運動エネルギーが等しいので、平均の速さも等しい。
• イ　同じ温度では、水素分子の速さの分布は、窒素分子の速さの分布に比べて、最も多くの分子がもつ速さが大きく、速さのばらつきも大きい。
• ウ　窒素の温度を上げると、速さの大きい分子の割合は増えるが、最も多くの分子がもつ速さは変わらない。
• エ　窒素の温度を $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ まで下げると、熱運動が止まり、すべての分子の速さが 0 になる。
• オ　気体分子の平均の運動エネルギーは、温度が同じでも、分子の質量が大きいほど大きい。

窒素と酸素のように、互いに反応しない気体どうしを密閉容器に入れてつくった混合気体について考える。混合気体と分圧に関する記述として誤っているものを、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、容器内で液体は生じないものとする。

• ア　混合気体の全圧は、各成分気体の分圧の和に等しい。
• イ　ある成分気体の分圧は、その成分気体だけが、混合気体と同じ温度で混合気体の全体積を占めたときに示す圧力に等しい。
• ウ　同じ容器内の成分気体どうしでは、分圧の比は物質量の比に等しい。
• エ　温度と容器の体積を一定に保ったまま、反応しない別の気体を容器に加えると、もとから入っていた気体の分圧は小さくなる。
• オ　混合気体の平均分子量は、各成分気体の分子量にそれぞれのモル分率をかけて足し合わせた値になる。

$1.013\times 10^5\mathrm{Pa}$ 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。