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理論化学(8)大学入試対策[気体の法則]

投稿日:9月 30, 2021 更新日:

問題1気体の法則に関する問題!

物質を構成している粒子は絶えず不規則な運動を繰り返している。粒子のこのような運動を(1)といい、その運動の活発さは温度に依存する。(1)によって粒子が自然に散らばっていく現象を(2)という。気体では同じ温度でも全ての原子が同じ速さで運動しているのではないが、高温ほど平均の(3)エネルギーが大きく、(1)は活発である。分子が(1)している理想気体において、その状態は四つの変数(4)(5)(6)(7)のうち三つが決まれば定まる。(8)の法則によると、同じ状態の気体には、気体の種類に関係なく同数の分子が含まれる。気体のモル体積は0℃、1.013×105で22.4Lを占め、そこに含まれる分子の数は6.0×1023個である。(滋賀医科大(改))

問1文中の(1)~(8)に当てはまる語句を答えよ。

問2混合気体に関するドルトンの分圧の法則が成り立つのはどのような場合か。理想気体や実在気体の性質から論ぜよ。

問3 0℃以下の温度は存在しない。このことを説明せよ。


・問題2混合気体の問題!

二つの金属製耐圧容器AとBが下の図のようにバルブCをはさんで細いパイプで接続されている。ABの内容積はそれぞれ10.0L20.0Lである。

操作1→バルブCを閉じて真空にした容器Aに体積比1:1のエタンとアルゴンの混合気体を充塡したところ27℃で4.0×105Paであった。

操作2→同様に真空にした容器Bに体積比1:1のアルゴンと酸素の混合気体を充塡し27℃で圧力を測定した。

操作3→次に同容器を27℃に保ちながらバルブCを開いて気体が十文に混合するまで放置した後、圧力を測定したところ10.0×105Paであった。

操作4→バルブCを開いた状態で耐圧容器A,B227℃まで加熱して適当な方法で点火し、混合気体中のエタンを完全燃焼させた。

反応後、水は水蒸気としてのみ存在し、すべての気体は理想気体とみなすことができるものとする。またパイプなどの容積と装置全体の熱膨張は無視してよい。(神戸大改)

問(1)操作で容器Aに充塡されたエタンの物質量を求めよ。

問(2)操作2でバルブCを開く前の容器B内の圧力を求めよ。

問(3)操作3でバルブCを開いた後、容器内に残存するアルゴンの物質量を求めよ

問(4)操作4で燃焼後に両容器に残った酸素の物質量を求めよ。

問(5)操作4で燃焼後227℃における混合気体の全圧を求めよ。


・問題3混合気体の平均分子量に関する問題!


ガス漏れ警報器を鈴木さんはどこに設置すべきか考えている。都市ガスとプロパンガスについて台所の天井付近に設置すべきか床面付近について設置すべきかそれぞれ理由を計算から考え記述せよ。台所の湿度は0%とし、乾燥空気、可燃性ガスの主成分とその体積%は上表の通りとする。H=1.0, C=12, N=14, O=16, Ar=40(聖マリアンナ大)


・問題4 混合気体の反応の前後に関する問題!

エタン30%,エチレン5%,アセチレン20%,水素45%よりなる混合気体100Lある。体積が無視できる微量の触媒を入れて水素の付加反応を完全に行った。反応後の体積は何Lになるか。ただし反応の前後において温度、圧力は変わらないものとする。また百分率は体積百分率である。(順天堂大改)


・問題5理想気体と実在気体の違いに関する問題! 

(解答)

問1(D)、問2(C)

問3分子の熱運動は高温になるほど激しくなり分子間力の効果が弱くなるから。

(解説)

低温で加圧した場合は分子の密度が高くなり分子間距離が小さくなる。そうすると分子間力で引きあう効果が強くなり理想気体としてふるまうときより体積が小さくなってしまう。さらに加圧すると分子の密度が非常に高くなり分子間力より分子の体積の影響をつよくうけるので体積が理想気体より大きくなる。


・問題6気体の水上捕集の問題

気体の水上捕集

ある金属Mは希塩酸と下の式のように反応する

M+1HClMnCl2+H2


下の図の装置を用いて、この金属0.30gをすべて希塩酸と反応させて、発生した水素をメスシリンダーに捕集した。その結果メスシリンダー内の気体の体積は330mL,水面の高さは3.0cmとなった。ただし、温度は27℃、大気圧は1.0×105Pa,27℃における水の飽和蒸気圧は3.6×103Pa,水銀の密度は13.5g/cm3とする。また水素は水に全く溶けず希塩酸の密度および蒸気圧は水の値と一緒である。

問(1)3.0cmの水柱の圧力は何Paに相当するか。

問(2)捕集した水素の分圧は何Paか。

問(3)金属Mの原子量を求めよ。

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