Question

あ

どのような思考回路でこの問題をとくのか教えてください。
気体の問題はイメージがしにくくてかなり苦手なのですが、この問題も解説を読んでもよく分かりません。100℃になった瞬間体積が突然増えるのもよく分からないですし、100℃に達するまで体積が0というのも何故か分かりません。一から説明していただけると嬉しいです。
回答お願いします。

問4 水の蒸気圧 (飽和蒸気圧) に関する次の問い(ab) に答えよ。ただし,気体
定数はR = 8.3 x 10° Pa・L/(K・mol) とする。
a図1は、水の蒸気圧曲線を示したものである。 図2に示すようなピストン
付きの容器内に, 1.8gの水だけが入っている。 ピストンにかかる圧力を1.013
× 10Pa に保ちながら、容器内の水の温度を27℃から127℃まで上げていっ
た。このとき、水の温度 (℃)とその体積V(L)の関係はどのようになるか。
最も適当なグラフを、後の①~⑤のうちから一つ選べ。 ただし, ピストン
の質量は無視できるものとする。
6
x 105
1.2
蒸気圧 (Pa)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
ピストン
0.0
0
20
40
60
80
100
水ólml
温度 (℃)
図1 水の蒸気圧曲線
図2 ピストン付き容器
① ↑
V(L)
V(L)
V(L)
④
027
127
t(°C)→
027
127
t(°C)→
V(L)
027
127
t(°C)→>
⑤
027
<-4-
127
(℃)→
027
127
t(℃) →

Answer 1

✨ ベストアンサー ✨

ゆら🦢

蒸気圧曲線とかそういう難しい話は不要で、単に【液体🚰⇒気体☁️】の状態変化が起こっただけです！

最初100℃に達するまでは、容器内の大部分は液体の水で、気体の水はほぼ無いです。
水が液体から気体になる時爆発的に体積が増えるのは分かりますよね。液体の水1.8gは1.8ml。単位L(㍑)にしたらもうほぼ0じゃないですか。グラフは0に見えるけど、正しくは0.0018を取っています。(値が小さすぎて0に見えるだけ)一方、100℃で水1.8gが全部気体になったら、1.8g=0.1mol >2.24L(標準状態の気体の体積)です。1.8mlの1000倍以上です。それはもう、突然増えるのも想像できると思います。以降はシャルルの法則にしたがって直線的に体積が増加します。

液体⇒気体の状態変化の最中【ずっと温度は一定】です。だから、状態変化の初めの方｢8割液体、2割気体になった｣みたいな状況でも100℃、状態変化の終わりの方｢8割気体、2割液体｣みたいな状況でも100℃。つまり、100℃という温度ではいろんな体積を取ることができるんです。だから、グラフではそれを表現するために100℃では縦1本の直線っぽくなるってことです！

⑤もよく見るグラフの形なんですが、これは【体積一定の条件下でのP-Tグラフ】で、今問われてるのは【圧力一定の条件下でのV-Tグラフ】です⚠️図1は縦軸Pだけど問われているのは縦軸Vだから別の話です、

あ

ありがとうございます。
何度見返してもこの問題はなかなか腑に落ちなかったのですが、完全に理解できました！
液体と気体の体積のギャップや状態変化の時は温度一定など、基本的な知識を使えば解けるのですね。

ゆら🦢

理解していただけて何よりです✨️正直この問題は蒸気圧曲線を載せることで混乱を意図的に誘ってる感じがしますねー。状態変化の知識だけで説明できる、というのは専門的な話が多い高校化学からしたら盲点ですよね笑