問題
物質の状態変化と水の性質について、誤っているものはどれか。
(1) 液体が固体になる変化を凝固という。
(2) 固体が液体になる変化を融解という。
(3) 水は約4℃で密度が最大となる。
(4) 純水に食塩を溶かすと、沸点は高くなる。
(5) 水の沸点は、圧力が高くなるほど低くなる。
危険物取扱者乙種４類｜物質の状態変化と水の性質を解説
物質の状態変化の名称、水の密度、沸点と圧力の関係を確認する問題です。答えは(5)です。水の沸点は、圧力が高くなるほど高くなり、圧力が低くなるほど低くなります。状態変化の用語や水の基本性質は、物理・化学分野で頻出なので、名称と現象をセットで覚えることが大切です。
(1) 液体が固体になる変化を凝固という。
適切です。液体が冷やされて固体になる変化を凝固といいます。たとえば、水が冷やされて氷になる変化が凝固です。危険物試験では、状態変化の名称を正確に区別できるかが問われます。液体から固体は凝固、固体から液体は融解、液体から気体は蒸発または沸騰と整理しておくと判断しやすくなります。
(2) 固体が液体になる変化を融解という。
適切です。固体が加熱されて液体になる変化を融解といいます。氷が溶けて水になる変化が代表例です。日常では「溶ける」という言葉を使いますが、試験では食塩が水に溶けるような「溶解」と、氷が水になる「融解」を区別する必要があります。融解は状態変化であり、物質そのものが別の物質に変わるわけではありません。
(3) 水は約4℃で密度が最大となる。
適切です。水は約4℃で密度が最大になります。一般に物質は冷えるほど密度が大きくなりやすいですが、水は特殊な性質を持っています。水は4℃付近で最も密度が大きく、0℃で氷になると体積が増えて密度が小さくなります。そのため、氷は水に浮きます。水の性質として非常によく問われる重要ポイントです。
(4) 純水に食塩を溶かすと、沸点は高くなる。
適切です。純水に食塩などの不揮発性の物質を溶かすと、沸点は高くなります。これを沸点上昇といいます。水に溶けた食塩の粒子が、水分子が気体になろうとする動きを妨げるため、より高い温度にならないと沸騰しにくくなります。反対に、食塩水の凝固点は純水より低くなります。沸点は上がり、凝固点は下がる、とセットで覚えると効果的です。
(5) 水の沸点は、圧力が高くなるほど低くなる。
不適切です。水の沸点は、圧力が高くなるほど高くなります。沸騰は、液体の蒸気圧が外部の圧力と等しくなったときに起こります。外部の圧力が高いと、それに打ち勝つためにより高い温度が必要になるため、沸点は高くなります。たとえば圧力鍋では内部の圧力を高めることで水の沸点が上がり、高温で調理できます。逆に山の上のように気圧が低い場所では、水は100℃より低い温度で沸騰します。
この問題で覚えるポイント
状態変化では、固体から液体になる変化を融解、液体から固体になる変化を凝固、液体から気体になる変化を蒸発または沸騰、気体から液体になる変化を凝縮といいます。融解と溶解は混同しやすく、融解は氷が水になるような状態変化、溶解は食塩が水に溶けるような現象です。水は約4℃で密度が最大となり、氷になると体積が増えて密度が小さくなるため、水に浮きます。純水に食塩などを溶かすと沸点は高くなり、凝固点は低くなります。沸点と圧力の関係では、圧力が高いほど沸点は高くなり、圧力が低いほど沸点は低くなります。圧力鍋では沸点が上がり、高い山では沸点が下がると覚えると理解しやすいです。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、圧力と沸点の関係を逆にしている点です。日常では水は100℃で沸騰すると覚えがちですが、100℃という数値は標準気圧での話です。圧力が変われば沸点も変わります。また、融解と溶解、凝固と凝縮のように、似た用語を混同させる出題もよくあります。さらに、水は冷えるほど常に密度が大きくなると考えると、約4℃で密度が最大になるという水特有の性質を見落とします。物理・化学では、日常感覚だけで判断せず、用語の定義、数値、条件を正確に確認することが正答につながります。
