問題
水の性質および物質の状態変化について、誤っているものはどれか。
(1) 水は、約4℃で密度が最大となる。
(2) 液体が気体に変化する際には、一般に周囲から熱を吸収する。
(3) 固体が直接気体になる現象を昇華という。
(4) 純水に食塩を溶かすと、凝固点は低くなる。
(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｜水の性質と状態変化を解説
水の性質と状態変化では、密度、沸点、凝固点、融解、蒸発、昇華などの基本用語を正しく理解しているかが問われます。答えは(5)です。水の沸点は圧力が高くなるほど低くなるのではなく、圧力が高くなるほど高くなります。圧力鍋で水が100℃を超えても沸騰しにくくなり、高温調理ができることをイメージすると理解しやすいです。
(1) 水は、約4℃で密度が最大となる。
適切です。水は約4℃のときに密度が最大になります。多くの物質は温度が下がるほど密度が大きくなりますが、水は例外的な性質をもっています。水は0℃で氷になると体積が増え、密度が小さくなるため、氷は水に浮きます。試験では「水は4℃で密度最大」「氷は水に浮く」という組み合わせで問われやすいです。
(2) 液体が気体に変化する際には、一般に周囲から熱を吸収する。
適切です。液体が気体になる変化を気化といい、蒸発や沸騰がこれに含まれます。液体の分子が気体として飛び出すにはエネルギーが必要なため、周囲から熱を吸収します。たとえば、アルコールを皮膚に塗ると冷たく感じるのは、アルコールが蒸発するときに皮膚から熱を奪うためです。危険物では、引火性液体の蒸発や可燃性蒸気の発生とも関係する重要な考え方です。
(3) 固体が直接気体になる現象を昇華という。
適切です。固体が液体を経ずに直接気体になる現象を昇華といいます。代表例として、ドライアイスが二酸化炭素の気体になる現象があります。逆に、気体が直接固体になる場合も昇華と呼ばれることがあります。状態変化の問題では、融解、凝固、気化、液化、昇華の区別を正確に押さえることが大切です。
(4) 純水に食塩を溶かすと、凝固点は低くなる。
適切です。純水に食塩などの溶質を溶かすと、凝固点は低くなります。これを凝固点降下といいます。水は通常0℃で凍りますが、食塩水は0℃より低い温度でなければ凍りにくくなります。冬に道路へ凍結防止剤をまくのは、この性質を利用しています。なお、食塩を溶かすと凝固点は下がり、沸点は上がるという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。水が沸騰するには、水蒸気の圧力が外から押さえる圧力に打ち勝つ必要があります。外部の圧力が高いほど気体になりにくくなるため、より高い温度まで加熱しなければ沸騰しません。反対に、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。この選択肢は圧力と沸点の関係を逆にしているため誤りです。
この問題で覚えるポイント
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。液体が気体になる気化では、周囲から熱を吸収します。固体が液体を経ずに直接気体になる変化は昇華です。純水に食塩などを溶かすと、凝固点は低くなり、沸点は高くなります。圧力と沸点の関係では、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。状態変化では、融解は固体から液体、凝固は液体から固体、気化は液体から気体、液化は気体から液体、昇華は固体から気体への変化として整理しておくと正誤判断がしやすくなります。
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「高温になると沸騰する」という印象が強く、圧力との関係を意識しにくいため、「圧力が高いと沸点が低くなる」と誤って覚えてしまうことがあります。正しくは、圧力が高いほど水は気体になりにくくなり、沸点は高くなります。また、食塩水では凝固点が下がる一方で沸点は上がるため、「溶かすと温度が下がる」「溶かすとすべて低くなる」と単純化しないことが重要です。状態変化の問題では、用語の定義だけでなく、熱の出入りや圧力との関係まで結びつけて覚えると安定して得点できます。
