水の温度変化。

質問

化学の夏期課題をやっていてさっぱり分からない問題がありました。
解答は手元にあるのですが、読んでもいまいち分かりません。
分かりやすい解説（高２レベル）をお願いします。

１．
断熱容器の中で８０℃の水１００ｇと０℃の氷１００ｇを
混合したときの水の温度は４０℃か、４０℃より高いか、４０℃より低いか。
↓
私は４０℃だと思ったのですが、解答は４０℃より低いでした。
解説には熱量のことが書いてあるのですが、よく分かりません。

２．
断熱容器に１００℃の水蒸気を入れて加圧していくとどうなるか。
（ア）何も変化はない。
（イ）１００℃の水が生じる。
（ウ）１００℃よりも温度が高い水が生じる。
（エ）１００℃よりも温度が低い水が生じる。
↓
私はウだと思ったのですが、なんせ勘なので根拠は全然ありません。
解答もウで答えとしては正解なのですが、
「１００℃よりも温度が高い水」が存在するのかどうか疑問です。

３．
断熱容器に冷水を入れてポンプで排気するとどうなるか。
（ア）何も変化はない。
（イ）水は沸騰するが、水温は変わらない。
（ウ）水温が次第に上昇し、やがて沸騰する。
（エ）しばらくすると沸騰し、そのうち容器内の水は凍る。
↓
私はウにしたのですが、２と同様、勘なので根拠なしです。
解答はエでした。
「ポンプで排気する」ことの意味がよく分かりません。

分からないことだらけですが、１つでも分かれば教えて下さい。

回答No.9

brogie

計算式がありませんので、少し計算してみましょう。

＞１について
そのときの温度をtとすると
80℃の水は（80-t）*100calの熱量を失う。
0℃の氷は80*100+t*100calの熱量を得る。
（氷の融解熱は80cal/g、100gで80*100cal)
これを等しいとおいて
（80-t）*100=80*100+t*100
これを解いて
t=0℃
です。

＞２について
断熱変化です。断熱圧縮のときは、外から仕事をした分だけ温度が上がります。
自転車に空気を入れるときに経験したことありません？空気入れが熱くなります（温度が上がる）。これが断熱圧縮です。
水は100℃で沸騰します。富士山では気圧が低いために88℃で沸騰してしまい、ご飯は良く炊けません。300m昇ごとに1℃づつ沸点が下がります。また、圧力釜では、約105℃で沸騰します。圧力を上げていくと、100℃以上でも水は液体です。水の蒸気圧は100℃で1.00気圧、110℃で1.414気圧、120℃で1.959気圧、（1975年理科年表より）。
100℃以上であることは間違いあいませんが、水か水蒸気は計算しないと分かりませんが、解答欄から水でしょう。

＞３について
断熱膨張になります。容器の中の気体（水蒸気）が膨張しますから外に対して仕事をしますので、その分、容器内の温度が下がります。気圧も下がりますので、沸点も下がり、沸騰します。気化熱が奪われ、容器内は温度が下がり、やがては水は凍るでしょう。100℃以下の水蒸気圧、100℃で760ｍHg、90度で526ｍHg、80℃で355ｍHg、、、20度で、17.5ｍHg、10度で9.2ｍHg、0℃で4.6ｍHg、‐5℃で3.0ｍHg（1975年理科年表より、資料が古くて申し分け合いません、現在、圧力はPaパスカルです）。

以上。

お礼

細かい数値まで挙げていただいてありがとうございます。
１番は計算までしていただいて・・・
ありがとうございます。