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■ 正解
1、4
■ 問題の本質(熱容量・モル熱容量・定圧/定容)
本問は、熱容量とモル熱容量の定義、単位、そして理想気体における定圧・定容モル熱容量の関係を正しく理解しているかを問う問題である。
キーワード:
- 熱容量:物質の温度を 1 K 上げるのに必要な熱量
- モル熱容量:1 mol あたりの熱容量
- 定容熱容量 C_V、定圧モル熱容量 C_{p,m}
- 理想気体では C_{p,m} > C_{V,m}
■ 各選択肢の検証
● 1 モル熱容量は 1 mol の物質の温度を 1 K 上昇させるのに必要な熱である(正)
モル熱容量の定義そのもの。
→ 正しい。
● 2 熱容量の単位は J・K である(誤)
熱容量の正しい単位は:
\text{J K}^{-1}
「J×K」ではなく「J/K」。 → 記述は誤。
● 3 C_V は、C_V = \frac{dH}{dT} により求められる(誤)
定容熱容量は:
C_V = \left( \frac{dU}{dT} \right)_V
で定義される(U:内部エネルギー)。
一方、エンタルピー H を使うのは定圧熱容量:
C_p = \left( \frac{dH}{dT} \right)_p
→ 記述は誤。
● 4 理想気体では、C_{V,m} < C_{p,m} である(正)
理想気体では:
C_{p,m} – C_{V,m} = R
が成り立つため、必ず:
C_{p,m} > C_{V,m}
→ 記述は正しい。
● 5 理想気体の C_{V,m} は、\frac{1}{2} R である(誤)
理想気体のモル定容熱容量は自由度 f に依存:
C_{V,m} = \frac{f}{2} R
一原子分子なら f = 3 → \frac{3}{2}R。
→ 一般に \frac{1}{2}R ではないため誤。
■ まとめ
- モル熱容量の定義は正しい(1:正)
- 熱容量の単位は J/K(2:誤)
- 定容熱容量は内部エネルギーの温度微分(3:誤)
- 理想気体では C_{p,m} > C_{V,m}(4:正)
- C_{V,m} = \frac{f}{2}R(5:誤)
→ 正解は 1 と 4
