化学
高校生

気体の性質の問題で、グラフのCのヘリウムが単調に増加しているのですが、単調増加する条件として、単原子分子である事と分子量が小さい事どっちも満たさないといけないのでしょうか?水素やアルゴンは単調増加して理想気体に近い振る舞いを取るのでしょうか?
分かりにくい長文すみません…

論述グラフ 225. 理想気体と実在の気体気体の圧力をP [Pa〕,体積を V〔L〕, 温度を T〔K〕,物質量を1 mol とする。 図は, 400K における3種類の実在 の気体A,B,Cについて, Z=PV/ (RT) の値と Pの関係を示したものである。 (1) 2×107Pa において,体積が最も大きい気体 はどれか。 (2) 気体AとBでは,圧力の増加とともにZの 値がいったん減少したのちに増加している。その理由を述べよ。 (3) 気体 A,B, Cに該当するものをメタン, ヘリウム, 二酸化炭素の中からそれぞれ 選び, その理由を述べよ。 (4) 実在の気体のふるまいを理想気体に近づけるためには,温度,圧力をそれぞれどの ようにすればよいか。 理由とともに述べよ。 月 (13 愛知教育大 改) Z 1.5 1.0 0.5 0 2 C B A 4 P〔×107Pa〕 6 (原子量) H=1.0 He=4.0C=120=16
225. 理想気体と実在の気体 解答 (1)C (2) 圧力が増加すると分子どうしが接近し, 分子間力によって全体の体 積が小さくなるためZが減少する。 さらに圧縮して圧力が増加すると, 分子自身の大きさによって全体の体積が小さくなりにくくなるため, Z が増加する。 (3) A 二酸化炭素 B メタン C ヘリウム (理由)いずれも無極性分子なので,分子量が大きいほど分子間力が強 くなり、 理想気体からのずれも大きくなる。 (4) 高温・低圧にするほど, 分子間力や分子自身の大きさが無視できる ようになり,理想気体に近づく。 大学生 解説 理想気体は,分子間力が働かず, 分子自身に体積がないと仮定 した気体で,常にZ=1である。 一方、実在の気体は, 分子間力が働き, 分子自身に体積があるため,これらの影響に応じてZが変化する。 (1) 温度 T, 圧力Pが一定なので, Z = PV / (RT) はZ=kV (k: 比例 定数) と変形できる。 この式から,体積Vが大きいほど, Zの値は大きく なることがわかる。 したがって, 圧力が2×107Paのとき, 体積が最も 大きい気体はCである。 (2) 圧力Pが大きくなり,体積Vが小さくなると, 分子どうしが接近し, 分子間力は強く作用するようになる。 その結果, 分子どうしがさらに接 近することになり、全体の体積Vはより小さくなる。 したがって PV の値は小さくなり 乙も小さくなる。 さらに圧力を大きくしていくと, 分子自身に体積があるため, 全体の体 積Vは小さくなりにくくなる。 したがって, PVの値は大きくなり, Z も大きくなる。 (3) メタンCH4, ヘリウム He, 二酸化炭素CO2 は,いずれも無極性分 子なので,分子間力の強さは分子量の大小でほぼ決まり、 CO2 > CH』 > He の順になる。 したがって, Zの値が1よりもずれてい ①R, Tが一定のため、 Zの変化はPVの変化を みればよい。 ②各気体の分子量は,次 のようになる。 CH416 He:4.0 CO2:44 ③ アンモニア NH3のよ うな極性分子の場合は, 分子間力が大きいので、 グラフのずれも大きくな る。
るほど分子間力が大きいと考えられるので, Aが二酸化炭素CO2, Bが メタンCH4, Cがヘリウム He となる。 (4) 実在の気体を高温にするほど, 分子の熱運動が激しくなるため, 分 子間力が無視できるようになる。 また. 低圧にするほど, 分子どうしが 離れて存在するようになるため, 分子間力や分子自身の大きさが無視で きるようになる。 したがって, 高温・低圧の条件では, 実在の気体を理 想気体とみなすことができる。 4 ヘリウムは単原子分子 であり,その分子量は小 さく,また,分子自身も 小さいため, 理想気体に 近いふるまいをする。
理想気体 実在気体
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