Question

まる

1〜4まで詳しく教えていただきたいです

図 163ロロ《理想気体と実在気体 図は、0℃における3種類の実在気体と理想気
体各 1mol について, 圧力Pに対する PV/RTの関係を示す。ここで, Vは気体の体
積,Tは絶対温度, Rは気体定数を示す。 次の問いに答えよ。
(1) 図中の気体A~Dは, それぞれメタ
ン,水素,アンモニア, 理想気体のどの
気体に該当するか。 間の
(2) 実在気体のうち, 図の圧力範囲で,最
も圧縮されにくい気体を記号で示せ。
(3) 曲線Dが曲線Cよりも下側にあるこ
との原因として,最も適当と思われるも
のを次から記号で選べ。
(ア) 分子の大きさの差
(エ) 分子の原子数の差
(4) 100℃では, A. Cのグラフは0℃のときのグラフに比べて,それぞれ上方,下方
4
080
PV
RT
0 き300
1.1
1.0
0.9
0.8
D:
0.7
0
P
100[×10Pa)
20
40
60
80
(イ) 分子の極性の差
(ウ) 分子の質量の差
tar
一ケ 器もせく
jes
のいずれにずれるか。

3-11 気体の法則
71
162~163
6.8 × 10' × 0.83
V=
2.0 × 10
も,分子自身の体積が0とみなせる低圧や,分子間力
の影響が小さくなる高温では, 理想気体に近い性質を
示すようになる。
実在気体では, NH,のような極性分子よりも. CH
のような無極性分子, さらに Hや希ガス(貴ガス)
(He, Ne など)のような分子量の小さい無極性分子の
方が理想気体により近い挙動を示す。 内に
= 2.82 = 2.8(L]
体の状態
解答(1)(ウ) (2) 50 (3) 2.8 L
162(解説) 水上捕集した気体中には, 必ず, 飽和
の水蒸気が含まれていることに留意する。
(1)水上捕集した気体は、集めた気体と水蒸気の混合
気体となり、その全圧が大気圧とつり合う。容器内
では、水の気液平衡が成り立つから, 水蒸気の分圧
は, 27℃の飽和水蒸気圧の4.0 × 10° Pa と等しい。
会
高温
熱運動さかん
低温
熱運動ゆっくり
分子間力が無視できる 分子間力が無視できない
低圧
分子間距離大 子間距離小
く高圧
大気圧
水の飽和
蒸気圧
水素の
分圧
分子の体積が無視できる 分子の体積が無視できない
(1) 1mol の理想気体では PV= RTが成り立つから、
圧力に関係なく,常に一
PV
-= 1.0 が成り立つ。よっ
RT
て, Bのグラフが理想気体である。 分子間力は分子
量の大きい気体ほど強く, 極性分子の NH。 ではさ
らに強くなり,理想気体のグラフBからより離れ
るので D。3種の実在気体中では, 無極性分子で分
子量が最小の H,が理想気体に最も近い挙動をする
ので A。残るCがH。よりも分子量の大きな無極性
分子のメタン CH,である。
水
(水素の分圧)=(大気圧)-(飽和水蒸気圧)より,
PH, = 9.7 × 10° - 4.0 × 10° %3D 9.3 × 10°[Pa)
H。 について, PV = nRTを適用して,
9.3 × 10' × 0.54 = n × 8.3 × 10° × 300
つ。
1:2
9.3 × 10' × 0.54
8.3 × 10° × 300
n =
PV
-は常に1.0である。
RT
(2) 理想気体ならば、
= 2,01 × 10-2 - 2,0 × 10~2 [mol)
(2) メスシリンダー内の気体の圧力は, 直接測定でき
ない。メスシリンダー内外の水面の高さを一致させ
ると,メスシリンダー内部の気体の圧力を大気圧に
等しく合わせることができる。 hu J
>1となるのは,分子自身の体積の影響が
RT
PV
大きいためであり, 実在気体の体積は理想気体の体
積より大きな値を示す。 つまり, 圧縮されにくいこ
とを示す。
メスシリンダー内の水面が高い場合
圧力のつり合いは,
大気圧=捕集した気
体の分圧+飽和水蒸
気圧+水柱の圧力と
なり、捕集した気体
の分圧は,水柱の圧
力分だけ真の値より
も小さく測定されてしまうことになる。
参考
00
捕集した
気体の分圧
水蒸気圧
水柱の圧力
PV
-<1となるのは,分子間力の影響が大きい
RT
ためである。分子間力の大きさを決める要素として
は,分子量と分子の極性があげられる。 無極性分
子の CH,(分子量16),極性分子のNH。 (分子量 17)で
は,分子量にはほとんど差がないので,分子間力の
大きさには極性の有無が大きく影響している。
(4)実在気体であっても,分子自身の体積の影響が小
さくなる低圧や,分子間力の影響が小さくなる高温
では理想気体に近い挙動を示す。 よって, 高温にす
ると,Aの曲線は下方へ, Cの曲線は上方へずれ,
いずれも理想気体の直線Bに近づく。
「解答(1) A:水素 B:理想気体 C:メタン
大気圧
と。
Ko
こが
た
(1) 2.0 × 10-2mol
(2) メスシリンダー内の気体の圧力を,大気
圧に合わせるため。
解答
163 (解説) 分子間力がはたらかず, 分子自身の体
積(大きさ)が0と仮想した気体を理想気体といい, 気
体の状態方程式は厳密に当てはまる。一方, 現実に存
在する気体を実在気体といい, 分子間力がはたらき,
分子自身が固有の体積をもつため, 気体の状態方程式
は厳密に当てはまらない。しかし, 実在気体であって
D:アンモニア
(2) A
(3) (イ)
(4) A:下方- C: 上方