問 題
次は，気体の状態変化に関する記述であるが，Ａ～Ｄに当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。
空気をピストンの付いたシリンダーに入れ，勢いよくピストンを引くと，容器の内部が白く曇ることがある。この現象は，熱力学第 1 法則によって説明することができる。まず，気体内部のエネルギーの変化 ΔU は，気体に加えられた熱量 Q と外部から気体に加えられた仕事 W の Ａ である。
この現象では，勢いよくピストンを引いたことでシリンダー内部の空気が膨張した。短時間の出来事であり，熱の出入りがほとんどなく， Ｂ とみなせるため，Q は 0 である。また，空気は膨張することで外部に仕事をしたので，W は Ｃ となる。すると，ΔU も Ｃ となり，シリンダー内部の空気の温度が Ｄ した。このため，シリンダー内部の空気中の水蒸気が水滴に変わり，シリンダー内が白く曇ったのである。
Ａ Ｂ Ｃ D
1．和 等温変化 負 上昇
2．和 断熱変化 負 下降
3．差 等温変化 正 下降
4．差 断熱変化 正 上昇
5．差 断熱変化 負 上昇
解 説
A ですが
熱力学第 1 法則 は、ΔU = ΔQ + Δw と表されます。（参考 薬学 物理化学まとめ）。A は「和」です。
B ですが
「熱の出入りが ほぼない」という意味を表すのは「断熱」です。断熱であるとは、ΔQ = 0 と言い換えられます。 B は「断熱変化」です。
C ですが
熱力学第１法則における ΔW は「気体が外部からなされた仕事」のことなので、気体が膨張して外部に対して仕事をした場合、負の仕事となります。C は「負」です。
D ですが
ΔU = 0 ＋（負の値） なので、ΔU は負です。内部エネルギーは温度に依存し、温度に比例します。内部エネルギーが減ったのであれば、温度は下降します。D は「下降」です。
以上より、正解は 2 です。
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