物理の熱力学の問題です 黄色マーカーで引いたところの解説をお願いします

76 第2章 熱と気体 *** 57 [12分 ･20点】 XX 気体の熱的性質について考えよう。 図のような, シリンダーとなめらかに動 くピストンからなる断熱容器があり, ピス トンにはバネが付けられている。 また,シ リンダーにはヒーターが付けられており, 断熱容器に閉じ込められた単原子分子理想 気体に外部から熱を加えることができる。 さらに, シリンダーにはコックが付けられ 0 63 8 ている。 最初にコックは開かれており, 容器内の気体の圧力は大気圧と同じであった。この とき シリンダーの気体の部分の長さとバネの長さはともに⑩であり、バネは自然 の長さであった。また,シリンダーの断面積を S, 大気圧を po, 室温を絶対温度で To とする。 問1 コックを閉じ、ヒーターによって熱を与えて容器内の気体をゆっくり膨張させ る。 容器内の気体の圧力が 10mとなったとき, パネの長さは 1/26 -ℓo となった。ぱね 定数は PoS この何倍か。 ② 63 80 25 144 3 9 8 19 ② 144 9 80 17 3 144 ヒ 5 4 *コック 80 9 問2 このとき, 容器内の気体の絶対温度をTとする。 T1 は T の何倍か。 9 8 4 9 ① ② (3 4 ⑤ 6 9 5 8 問3 気体の物質量をn, 気体定数をRとすると気体の内部エネルギーの増加分4U はいくらか。 0nR(T₁-To) nR (Ti-To) ⒸnR (T₁-To) 13 144 6 5 ⒸnR(T₁-To) 問4 この間に容器内部の気体は, 外部(大気とバネ)に対して仕事をする。 この仕事 W は poSlo の何倍か。 ① 8 9 バネ 10 9 11 144 4 問5 ヒーターによって気体に与えた熱Qを4UとWを用いて表せ。 0 AU-W ②4U+W 3 W-AU *58 18分 ･12点】 X A 問1 容器内に閉じ込めた理想気体の温度を上昇させる。 温度上昇が共通のと き,気体の体積を一定に保った場合と, 圧力を一定に保った場合を比べると、必要 熱エネルギーはどちらの方が大きいか, またその理由は何か。 ① 体積を一定に保った場合の方がQが大きい。 理由は気体が外部に仕事をしない からである。 ② 圧力を一定に保った場合の方がQが大きい。 理由は気体が外部に仕事をするか らである。 どちらの場合もQは同じである。 理由は温度上昇が同じだからである。 B 気体定数をRとする。 理想気体の定積モル比熱をCio 定圧モル比熱をC, とする。 Cr, Cyの間に成 り立つ関係式として正しいものはどれか。 ① 0 Cp-Cv=R ②Cv-Cp=R ③ Cy+Cp=R 問3 単原子分子理想気体と2原子分子理想気体の定積モル比熱の組合せとして正し いものはどれか。 ただし, 気体の温度は300Kとする。 ② §2 気体の状態変化 4 単原子分子 R R R -R 77 2原子分子 3R R R R

（2）の解説の下線部でなぜ、分母と分子が入れ替わっているのですか？ 教えて下さい

76 章 熱力学 130. 気体分子の運動エネルギー 温度がともに27℃の, ヘリウム (原子量4) とネオン (原子量20) がある。 各気体は,いずれも単原子分子からなる理想気体である。 (1) ヘリウム1分子あたりの平均の運動エネルギーは、ネオン1分子あたりの平均の 運動エネルギーの何倍か。 (2) ヘリウム分子の二乗平均速度は、ネオン分子の何倍か。答えはルートをつけたま (08 までよい。 (3) ヘリウム1分子あたりの平均の運動エネルギーは,温度が327℃になると, 27℃の 12 ときの何倍になるか。 line

単体と単原子イオンの違いはなんですか？ MgやFeが単体でNaやHは単原子イオンと書いてあるのですが、違いが全くわかりません。 なぜMgは2価の陽イオンなのに、単原子イオンではないのですか？

71(1)の問題の式の意味が分からないので教えてください🙏

第 32 第4章 物質量と化学反応式 71 (1) 40 (2) エ (3) 42 (4) 19倍 (5) 28.8g (1) 6.6×10-mg ×6.0×10²/mol=39.6g/mol≒40g/mol 原子1個の質量 アボガドロ定数 モル質量 1.0g モル質量が40g/mol であるから, 原子量は40となる。 となる。 モル質量 [g/mol] 第2編 (2) 物質 1.0gの物質量は, (7) 1.0g 23g/mol (イ) 水分子の数 n=6.0×102/mol× アボガドロ定数 342 18 1.0g_ 56g/mol (7)~ (オ)はいずれも原子からなる物質 ((エ)は単原子分子) なので,物質 量の値が大きいもの, すなわちモル質量の値が小さいものほど多く の原子が含まれている。 (3) 7.0×10-2g ×6.0×102/mol=42g/mol 分子1個の質量 アボガドロ定数 モル質量 モル質量が42g/mol であるから, 分子量は42 となる。 (4) a 〔g〕 ずつとったとすると, 0 L" の物質量は, 1.0g 40g/mol *72 FU スクロース分子の数 n=6.0×1023/mol× アボガドロ定数 1.0g 27g/mol 5 0.112L 22.4L/mol したがって, この気体のモル質量は, 5.00×10-mol 28.0g/mol×1/43 mol/32.0g/molxmol=28.8g Nの質量 O2 の質量 <混合気体の 成分気体 成分気体) 平均分子量 の分子量の存在比 = X 32 酸素の分子量 a〔g〕 18g/mol 水の物質量 (2) ある気体のモル質量は, ni_ =19(倍) n2 4 1 (5) 標準状態の空気 22.4L(=1mol)中には,窒素が 13 mol酸素が // mol 5 含まれていることから, 空気 22.4L の質量は、(J L22-00[× 0.355g -=71.0g/mol⇒(H) (8) I=(@) の和 6.6×102g -=0.00500mol=5.00×10-mol エル 1.0g 4.0g/mol 11 Thi a〔g〕 342g/mol スクロースの物質量 (2) 07 001x 72 (1) エア (3) ウ 気体の分子量はそれぞれ (ア) 58 ( 44 (ウ) 64 ( 71.0 (オ) 36.5 (1) 標準状態での気体のモル体積は22.4L/mol なので, ある気体 0.112 (8) 15 (4) S-001PS IS =物質 2.59g/L×22.4L/mol=58.016g/mol=58.0g/mol⇒(ア) 10.1gxg al (3)同温、同圧で同体積の気体中の分子の数は等しい。 したがって, あ る気体分子1個の質量は酸素分子1個の質量の2倍であり,ある気 体の分子量も酸素の分子量の2倍である。 会 x264⇒ (ウ)の和が と 11 80 ONE Dalるという。 Kr ST EL 標準状態の (=1mol) であるから? 量28.8の気体 こともできる。 空気の平均分 けの分子量) は | Q.ª=fom 21.0×lom ut og in Clom「年金 140 +00 11L=1000㎡ 1mL= lom アボガドロ *71. 物質量● (V) 原子1個の質量の平均が 6.6×10-23g である元素の原子量はいくらか。 次の物質を1.0gとるとき, 含まれる原子の数が最も多いのはどれか。 (イ) カルシウム (ウ) アルミニウム (ア)ナトリウム (3) 分子1個の質量の平均が7.0×10mgである分子の分子量はいくらか。 (エ) ヘリウム 水とスクロース (ショ糖) C12H22011 を同質量ずつとると, 水分子の数はスクロース 1 1000 (オ) 鉄 (5) 空気を窒素 (分子量 28.0) と酸素 (分子量 32.0) の体積比4:1の混合気体とすると、 標準状態で22.4L の空気の質量はいくらか。 COLAT

(2)(3)が分かりません 方針だけでも良いので教えてください🙇‍♂️

次の文章を読み, よび容器をつなぐ管の容積は無視できるものとする。 CAFLRORESIA J V2 V1 00 n1 に適する数値または数式を入れよ。 なお、 各容器の熱膨張お 122 MOV n1 ⅡⅢ』 V2 V3 122 図2 To 図1 の制 *** [lom\g] POR Jomja e FV SMAR (1) 図1のように、2つの容器ⅠIIが細い管で連結されている。 2つの容器Ⅰ,ⅡIの容積 は V1, V2 (V1<V2) で, そこに絶対温度 To の理想気体を封入した (これ以降の温度は絶対 温度である)。このとき容器 Ⅰ,ⅡIの中の気体の物質量をmi, n2 とすると, は, V1, V2 を用いて, m = ア と表される。 図 次に容器Ⅰ の気体の温度を To に保ったまま、 容器ⅡIの気体の温度を T2 にすると, 容 器 Ⅰ に含まれる気体の物質量が初期状態に比べて2倍になった。 T2 は, V1, V2, To で表 すことができて, T2=イ と表される。 園内 N3 MONG) TOUR 以下,必要ならば気体定数をRとして解答に用いる ] > (2) 図2のように、 断熱材で囲まれた3つの容器が細い管で連結されており, そこにコック A,Bがある。 はじめコック A, B は閉じられている。 3つの容器ⅠⅡI, Ⅲの容積は V1, V2, V3 であり, そこに温度が各々 T1, T2,T3, 物質量が各々1, n2, n3 の同種の 単原子分子理想気体が封入されている。 空いまコックAを開けた。 平衡状態に達したときの容器 Ⅰ, ⅡIの中の気体の温度は ウ圧力はエ となり, 容器I と容器ⅡⅠIの中の気体の物質量は各々 オ カ である。 そしてコック A を開けたまま、 今度はコック Bを開けた。 平衡状態に達したと きの容器 Ⅰ, ⅡI,Ⅲの中の気体の温度はキ 圧力 ク｣となり、容器 Ⅰ, ⅡI, Ⅲの中の気体の物質量は各々ケ ある大 〉の (3)図2のはじめの状態において, 容器Ⅲの中が真空であったとする。 コック A を開けて 平衡状態に達したのち, コック B を開けた。 平衡状態に達したとき, 容器 Ⅰ, ⅡI, Ⅲの 中の気体の温度は シ圧力は 23. $28.0=0\gal 08.1=00 d ス コ £ サで

穴埋めがわかりません💦わかる人がいたら教えてほしいです(*_ _)⁾⁾⁾

15 18族の元素 次の文の( )に適する語句または数値を入れよ。 ¥5 個,他の元素では (③ ) とよばれる18族の元素は最外殻の電子の数が, ヘリウムで(② 個で安定である。このため, イオン化エネルギーが非常に く、他の元素と化合物をつくりにくい。 また, 1個の原子が分子としてふるま という｡ う。 このような分子を (⑤

（2）の式変形の仕方がよく分かりません、 誰か教えてください🙏

63 (1) pV=nART te PV RT = NA (2) 圧縮後の圧力をp' とすると pVt=p' (X)* V mast 8 8= 2 だから p' = 25p = 32 p V. 状態方程式より 32 p. X-n.RT' 3 3 U=nART = 2pV 2 un 8 断熱圧縮だから温度は上昇している。 を代入すると T'=47 参考 断熱変化では, PV' =一定が成りたつ。 y=Cp/Cvであり,単原子気体 CP=R, Cv=R x y = 1/3 5

芝浦工業大学の2222年度、2月2日の問題です。 (1)から分からないので教えて欲しいです。

1. 以下の設問の解答を所定の解答欄に記入せよ。 導出過程は示さなくてよい｡ なお, 解答中に分数が現れる場合は既約分数で答えよ。 (A) 図1(a)のように、内側の断面積S の円筒状の容器を水平に設置し, その中に 気密を保ちながらなめらかに動くピストンが付いている。 容器の右側にはコック が取り付けられており, ピストンの右側に大気を入れることができる。 容器の左 内面とピストンの左面の距離をxとする。 容器は壁を介して外部と熱を交換で き, ピストンは熱を通さない。 ピストンと容器の左側の面はばね定数k, 自然長 Lの軽い体積の無視できるばねでつながれている。 ばねは円筒状の容器の左面中 央とビストンの左面中央を結ぶように取り付けられており.たわむことなく水平 方向のみに動くものとする。 また, 容器とばねの熱容量は無視できるものとして 以下の操作 A, 操作B, 操作Cをおこなった。 操作A 容器の左側に単原子分子理想気体を入れ、 右側を真空にしてコックを閉 じたところェ=2Lであった。 操作B 操作Aの後, コックをゆっくり開き大気を容器の右側に取り込み十分に 時間が経過したところ, x= 12/2となった。 操作C 操作Bの後。 図1 (b)のように容器の左側に熱容量および体積が無視でき るヒーターを取り付け、容器の左側内部の気体のみに熱を加えること ができるようにし、さらに容器の右側を除く部分をすき間なく断熱容器 で覆った。 コックを開いた状態で, ヒーターで熱量Qをゆっくりと容 器の左側内部の気体のみに与えたところェ=2Lとなった。 S ・円筒容器 1,00000000 お間ライブ ピストン コック 図1 x 1,00000000 ヒーター 断熱容器 (b) ピストン (イ) 大気の圧力をk, L, Sを用いて求めよ。 (ロ) 操作Cにおいて気体に与えた熱量Qをとを用いて求めよ。 2224500402

(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

142 熱 49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔mol]の 単原子分子の理想気体が入っていて、圧力と温 TOK] は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は 〔kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており、容器の底からの高 さはLQm] である。 気体定数をR [J/mol・K], 重力加速度(m/s²] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ, 温度が T1 [K] になったときM が上に動き始めた。温度 T と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け高さが2.2L[m]となった。このとき の温度 T [K] を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W 〔J〕 と気体に加えた熱量 Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして,外力を加えてMを ゆっくりと押し込み、元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T3 〔K〕 を求めよ。 また, このとき気体がされた仕事 W 〔J〕 を求めよ。 ただし、この断熱変化の過程では圧力と体積Vの間に (京都工繊大) はPV =一定の関係がある。 Base M ヒーター 10000 Cv= Level (1), (2)★ (3)★ Point & Hint (1) 前後の状態方程式と、ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では, 気体がする仕事 = PAVとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 γは比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので,y= =1/12/2/12/2R=7/3/3 となっている。あとは第1法則の問題。 5 h= 単原子分子気体 nRT U= 3 5 = 2R CP=R 2 ※ この3式は「単原子｣のとき LECTURE 初めの気体の状態方程式は ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = nRT …..……② (1) そして,このときのピストンのつり合いより PS = Pos+Mg...... ③ T₁=To+ _MgL nR4 ①〜③ より 定積変化だから より (2 そして (2) Pi での定圧変化が起こる。 状態方程式より P₁S³/L=nRT₂ また, Q=nCvAT= PSL = nRTo ...... ① T₂ = ³2 T₁ = 3 (To+ MgL nR W2 = Pi4V = Pi P.(S. 3/L-SL) Q2=nCpAT = n 状態方程式より 5 2 第1法則より より 49 熱力学 nR(T₁-To) = MgL 2 2 T3= ③ -T₁ (3) 高さまで押し込んだときの圧力をP3とすると P.(S-L)* = P.(SL) P3= 3 PS を用いて. Ws = Mg AU』を調べ ( 4U2=2R(T-T)) 第1法則 4U2 = Q2+(-Wa) を用いて Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ =1/12P.SL=1/12nRT=1/12(nRT,+MgL) ②を用いた .. T = n. 52 R (T₂ - T₁) = (nRT. + MgL) 143 ピストンが動いて も上図の状況は変 P.S わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 'P・SL = nRT3 ...... ⑤ - (3) ³T = (3) (T. + MgL) 'T nR 2nR (T₁-T₂) = 0 + W₁ P1 = (2)(2)-1) (nRT. + MgL)

(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔[〔mol] の 単原子分子の理想気体が入っていて, 圧力と温 度TOK]は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は Mi [kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており, 容器の底からの高 さはL][m]である。気体定数をRJ/mol・K], 重力加速度を[m/s2] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ、温度が T1 〔K〕 になったときM が上に動き始めた。 温度 T1 と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け、高さが12/23L 〔m] となった。このとき の温度T2 〔K〕を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W2 〔J〕 と気体に加えた熱量Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして, 外力を加えてMを ゆっくりと押し込み, 元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T 〔K〕を求めよ。 また,このとき気体がされた仕事 W [J] を求めよ。 ただし, この断熱変化の過程では圧力Pと体積Vの間に は PV 3 =一定の関係がある。 (京都工繊大) Base 771 3 Level (1),(2)★ (3)★ Point & Hint Cv= Cp= ※ この3式は「単原子｣のとき (1) 前後の状態方程式と, ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では,気体がする仕事=P⊿Vとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 ♪は比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので, y = = 12/12/12/2=121238 となっている。あとは第1法則の問題。 M -R ヒーター 10000 単原子分子気体 3 U= -nRT 2 5 R LECTURE (1) 初めの気体の状態方程式は PSL = nRTo ...... ① ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = RT ...... ② そして、このときのピストンのつり合いより PS = PS+Mg..... ③ MgL Ti = To+ nR QinCvAT=- R(T₁-To) = 32 MgL ① ~ ③より 定積変化だから P1での定圧変化が起こる。状態方程式より PS・・ S/L=nRT2 4 (2) より そして そ T₁ = 3 T₁ = 2 (T. + Mg L nR W₁ = P₁AV = P₁ (S. 3/L-SL) より 49 熱力学 状態方程式より (3) 高さまで押し込んだときの圧力を P3 とすると B 第1法則より PS T3 = Mg また, Q2=nCAT=n212R(T2-T)=(nRT+MgL) 4U』を調べ ( 4U2=220R (T-T) 第1法則 4U2 = Q2+(-W)を用いて 4U₂ Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ 143 P.(SL) = P.(SL) ( ∴. P3= P1 PS ピストンが動いて も上図の状況は変 わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 =1/23PSL=/1/2nRT=1/12(nRT+MgL) ②を用いた (2) *P₁.SL = nRT .... (3) ³T₁ = (3) ³( T. + MgL) 'T= nR 2nR(T₁-T₂) = 0+W₁ W₁ = (2) ² (2) ³-1} (nRT. + MgL)