問1 次の各問いに答えよ。 原子量は、H=1.0、C=120=16 とする。 図に示すように、ピストンにより容積 が変わるシリンダーA がコックのついた 管で容器 B とつながった装置があり、 装 置全体の温度を一定に制御できる恒温槽 に入っている。 シリンダーAには質量a[g]のメタン (気 体)が、容器 B には質量 5a[g]の酸素(気 体) が入っている。 ピストンが初期位置に Cata 16 容器 B シリンダー A コック |ピスト ピストン メタン 酸素 a [g] 5a [g] 管 P あるときコックは閉じており、シリンダーAと容器Bの容積はともに Vo[L]で等しく、温度もともに絶対 温度で To [K] である。このときのシリンダーA内の圧力を PA [Pa] とする。 気体はすべて理想気体とし、 管 の容積は無視できるとする。 (1) ピストンが初期位置にあるとき、 容器B内の圧力 [Pa] をシリンダーA内の圧力 PA を用いて表せ。 (2) ゆっくりとピストンを押し込み、 シリンダーAの容積を Vo/4 [L] とした後に、コックを開けてしば らく放置したところ、 メタンと酸素は反応せず互いに速やかに混合し、 その後装置内部の温度は To で 一様となった。このときの装置内のメタンの分圧 [Pa]を、 PAを用いて表せ。 (3) (2) の操作の後、 ピストンを固定して適切な方法で装置内のメタンを完全に燃焼させた。このときの 化学反応式を記せ。 (4) (3)の後、しばらく放置した後に装置内の温度が再び To となったとき、 容器内に液体の水が存在し た。 このときの装置内の全圧 [Pa] を PA を用いて表せ。 ただし、 温度 To での水の蒸気圧は、 0.10PA と する。 また、水蒸気の凝縮を除いて装置内の気体は水 (液体) へ溶解しないとし、温度変化によるシ リンダーAと容器 B の容積変化、および水 (液体)の体積は無視できるとする。