D

由题知，$P$中充满气体，$Q$内为真空，整个系统与外界没有热交换；
$A$、打开阀门$K$后，气体在真空中膨胀，对外不做功，且与外界没有热交换，所以气体的内能不变，故$A$错误；
$B$、由于气体分子间的距离较大，分子间的作用力几乎可以忽略不计，所以只有气体体积的变化，则气体分子势能几乎不变，故$B$错误；
$C$、在密闭的容器内，气体膨胀时其质量不变，但气体的体积增大，由“一定质量气体的压强与体积的关系”的关系可知，气体的压强一定减小，故$C$错误；
$D$、能量的转化和转移是有方向性的，则$Q$中的气体不可能自发的全部退回到$P$中，故$D$正确。
故选：$D$。