薬剤師国家試験問題集 熱力学

101回薬剤師国家試験　問91の1，2，4
下図は、ある純物質のエントロピーの温度依存性を示したグラフである。
純物質の状態に関する記述の正誤を判定してみよう。

 

 

1　物質の温度Tが0＜T＜T1の領域では、気体の状態にある。
2　物質の温度TがT1＜T＜T2の領域では、固体の状態にある。
4　�儡2・T2の大部分は、気化エンタルピーの変化量に由来する。

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101回薬剤師国家試験　問91の1，2，4　解答解説

 

 

加熱により温度が上昇するに伴い、
分子や原子の熱運動が激しくなり、
乱雑さは増加するので、
エントロピー(S)は増加する。

 

1　×　物質の温度Tが0＜T＜T1の領域では、気体の状態にある。
→　〇　物質の温度Tが0＜T＜T1の領域では、固体の状態にある。

 

2　×　物質の温度TがT1＜T＜T2の領域では、固体の状態にある。
→　〇　物質の温度TがT1＜T＜T2の領域では、液体の状態にある。

 

4　〇　�儡2・T2の大部分は、気化エンタルピーの変化量に由来する。

 

以下、詳細

 

エントロピー(S)は、その変化量（�儡）が次の式で定義される。

 

 

転移点（融点・沸点）では、温度・圧力一定で、
可逆的に系に熱が出入りしている状態であり、
先ほどの�@式が成り立つ状態である。
よって、
相転移に伴うエントロピー変化（転移エントロピー：�儡 _転移）は、
次の�A式で表される。

 

 

仕事が体積変化に伴う仕事（膨張・圧縮）に限られる場合、
定圧条件下で系に出入りする熱(q _p)はエンタルピー変化(�僣)に等しい。
よって、
転移エントロピーについて次の�B式が成り立つ。

 

 

�B式を変形すると、次の�C式が成り立つ。

 

�凾r_転移・T_転移　＝　�僣_転移

 

したがって、
融点における融解，および，
沸点における蒸発について、
次式が成り立つ。

 

�凾r_融解・T_融点　＝　�僣_融解

 

�凾r_蒸発・T_沸点　＝　�僣_蒸発

 

以上より、
設問の図は下記のように表せる。

 

 

設問の図より、
融点における融解について次が成り立つ。
�凾r₁・T₁　＝　�僣_融解

 

また、沸点における蒸発（気化）について次が成り立つ。
�凾r₂・T₂　＝　�僣_蒸発

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