問題
次のうち、物質に関する説明として、正しいものはどれか。
(1) 混合物は、化学反応によってのみ各成分に分離できる。
(2) 単体は、2種類以上の元素が結合してできた物質である。
(3) 化合物は、一定の割合で結合した2種類以上の元素からなる物質である。
(4) 同素体とは、異なる元素で同じ性質を示す物質のことである。
(5) 空気は、酸素だけで構成される単体である。
危険物取扱者乙種４類｜単体 化合物 混合物の違いを解説
物質の分類では、単体、化合物、混合物の違いを正確に区別することが重要です。正解は(3)です。化合物は、2種類以上の元素が化学的に一定の割合で結びついてできた純物質です。水が水素と酸素からできているように、化合物では成分元素の割合が決まっています。単体は1種類の元素だけからなる物質、混合物は複数の物質が混ざり合ったものであり、これらを混同しないことが正誤判断のポイントです。
(1) 混合物は、化学反応によってのみ各成分に分離できる。
不適切です。混合物は、複数の物質が化学的に結合せずに混ざり合っているものです。そのため、ろ過、蒸留、再結晶、分留、磁石による分離など、物理的な方法で各成分に分けられる場合が多くあります。例えば、食塩水は水と食塩の混合物であり、水を蒸発させることで食塩を取り出すことができます。化学反応によって分解しなければならないのは、混合物ではなく化合物を成分元素に分ける場合です。
(2) 単体は、2種類以上の元素が結合してできた物質である。
不適切です。単体とは、1種類の元素だけからできている純物質です。例えば、酸素、窒素、水素、鉄、銅、硫黄などは単体です。酸素分子のように酸素原子が2個結合していても、元素の種類が酸素1種類だけであれば単体です。2種類以上の元素が一定の割合で結合してできた物質は、単体ではなく化合物です。
(3) 化合物は、一定の割合で結合した2種類以上の元素からなる物質である。
適切です。化合物は、2種類以上の元素が化学的に結合し、常に一定の割合で成り立つ純物質です。例えば、水は水素と酸素が結合した化合物であり、二酸化炭素は炭素と酸素が結合した化合物です。化合物は混合物と異なり、成分を物理的な方法だけで簡単に分けることはできません。成分元素に分けるには、電気分解や熱分解などの化学的な変化が必要になる場合があります。
(4) 同素体とは、異なる元素で同じ性質を示す物質のことである。
不適切です。同素体とは、同じ元素からできているにもかかわらず、原子の結びつき方や構造が異なるために性質が異なる単体のことです。代表例として、炭素の同素体であるダイヤモンド、黒鉛、フラーレンがあります。また、酸素とオゾンも酸素元素からなる同素体です。「異なる元素で同じ性質」ではなく、「同じ元素で異なる性質」と覚えると判断しやすくなります。
(5) 空気は、酸素だけで構成される単体である。
不適切です。空気は酸素だけでできているのではなく、主に窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素などが混ざった混合物です。空気中の酸素は燃焼を助ける重要な気体ですが、空気全体を酸素の単体と考えてはいけません。試験では、空気は混合物、酸素は単体、二酸化炭素は化合物という区別がよく問われます。
この問題で覚えるポイント
単体は1種類の元素だけからなる純物質です。酸素、水素、窒素、鉄、銅、硫黄などが代表例です。化合物は2種類以上の元素が化学的に一定の割合で結合した純物質です。水、二酸化炭素、塩化ナトリウム、エタノールなどが該当します。混合物は複数の物質が化学的に結合せずに混ざったもので、空気、食塩水、ガソリン、灯油などが代表例です。単体と化合物は純物質に分類されますが、混合物は純物質ではありません。化合物は成分元素の割合が一定であり、混合物は混ざり方によって成分の割合が変わります。混合物はろ過、蒸留、分留、蒸発などの物理的操作で分離できる場合が多く、化合物を元素に分けるには化学変化が必要です。同素体は、同じ元素からできているが性質が異なる単体のことです。炭素の同素体にはダイヤモンドと黒鉛、酸素の同素体には酸素とオゾンがあります。物質の分類問題では、「元素の種類が1種類か複数か」「化学的に結合しているか、ただ混ざっているだけか」「成分の割合が一定か変化するか」を順番に確認すると正答しやすくなります。
ひっかけポイント
このテーマでは、単体、化合物、混合物、同素体という似た用語を混同させる出題がよくあります。特に、酸素分子のように同じ元素の原子が複数結合しているものを「複数の原子だから化合物」と誤解しやすい点に注意が必要です。元素の種類が1種類なら単体です。また、混合物を分離する方法と化合物を分解する方法を逆に覚えていると誤答につながります。混合物は物理的な方法で分けられることが多く、化合物は化学変化によって分解する必要があります。空気は身近な存在なので「酸素」と結びつけて考えがちですが、実際には窒素を主成分とする混合物です。同素体については、「異なる元素で似た性質」ではなく、「同じ元素で異なる性質」という形で出題されやすいため、言葉の向きに注意して覚えることが大切です。
