物理化学 I ：前半の復習（問題）

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物理化学 I ：前半の復習（問題）
気体定数 R は 8.31 JK−1 mol−1 = 0.0831 L·bar·K−1 ·mol−1 、0◦ C は 273 K とする。
答は指定がない限り有効数字 3 桁で記せ。
問１
乾燥空気の組成を質量パーセントで N2 ：75.5 %、O2 ：23.2 %、Ar ：1.3 % とする。乾燥空気を理想気
体として以下の設問に答えよ。
(1) 全圧が 1.00 atm のときの各成分の分圧を求めよ。（例題 1.3）
(2) この乾燥空気のモル質量を求めよ。
問２
(1) van der Waals 状態方程式を書き、その特徴となるパラメータの物理的な意義を説明せよ。
(2) メタンを理想気体と仮定すると、1.00 mol、25.0 ◦ C の条件で 0.248 L の容器に閉じ込めるのに 100
bar が必要となる。van der Waals 状態方程式の定数 a = 2.29 bar·L2 ·mol−2 、b = 0.043 L·mol−1
を用いて、実在気体のメタンを同じ条件で同じ容器に閉じ込めるのに必要な圧力を求めよ。
pV
(3) (2) の条件で実在気体のメタンの圧縮因子 Z(≡
) を求めよ。
RT
a
(4) Z が 1 より小さくなる理由を BV (≡ b −
) を用いて述べよ。
RT
問３
常温付近で温度が 10 K 程度上昇すると、反応速度は数倍大きくなる。この理由を、低温と高温におけ
るマクスウェルの速さの分布を図を用い、活性化エネルギーという言葉を用いて説明せよ。
問４
1.00 mol の理想気体が、外圧 0.400 bar の下膨張する。膨張前の圧力は 10.0 bar、膨張後の圧力は
0.400 bar、温度は 0 ◦ C で一定とする。
(1) この膨張により、理想気体が周囲に及ぼした仕事を求めよ。
(2) 理想気体の内部エネルギーの変化量を求めよ。
(3) 理想気体にはたらく熱量を求めよ。
問題５
圧力 1.00 atm、300 K の 2 原子分子の理想気体 1.00 mol を、一定体積で可逆的に 400 K まで加熱した。
最終圧力、∆U 、Q、W 、∆H を求めよ。ただし、2 原子理想気体のモル定圧熱容量は 27 R とする。
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問題６（例題 2.5 改）
(1) プロペンの燃焼反応を化学反応式で記せ。
(2) プロペンの水素化による標準反応エンタルピーは-124 kJmol−1 、プロパンの燃焼による標準反応エ
ンタルピーは-2220 kJmol−1 、水素の燃焼による標準反応エンタルピーは-286 kJmol−1 である。
これらを用いて、プロペンの燃焼の標準反応エンタルピーを求めよ。
また、この反応が発熱反応か吸熱反応のどちらであるかを答えよ。
問題７（例題 2.6 改）
(1) H2 O(g) の標準生成エンタルピーは 298 K で-241.82 kJmol−1 である。この温度における H2 O(g)
の標準反応エンタルピーを求めよ。
(2) H2 O(g) の 100 ◦ C における標準反応エンタルピーを求めよ。ただし、H2 O(g)、H2 (g)、O2 (g) のモ
ルあたりの定圧熱容量はそれぞれ、33.58 JK−1 mol−1 、28.84 JK−1 mol−1 、29.37 JK−1 mol−1 であ
り、温度に依存しないものとする。、