問題
物質の状態変化および水の性質について、正しいものはどれか。
(1) 凝縮とは、固体が直接気体になる現象をいう。
(2) 純水に砂糖を溶かすと、沸点は純水より低くなる。
(3) 水は氷になると体積が減少し、密度が大きくなる。
(4) 水の沸点は、圧力が低くなるほど低くなる。
(5) 融解とは、気体が液体に変化する現象をいう。
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
物質の状態変化の基本用語と水の性質のうち、圧力と沸点の関係、氷の密度変化、溶液による沸点変化などの理解を問う問題です。正しい記述と誤った定義を見分けることが重要で、正解は(4)です。
(1) 凝縮とは、固体が直接気体になる現象をいう。
不適切です。凝縮とは気体が液体に変化する現象を指します。例えば水蒸気が冷やされて水滴になる過程が凝縮です。固体が直接気体になる現象は昇華と呼ばれ、ドライアイスなどが代表例です。用語の定義が逆転しているため誤りです。
(2) 純水に砂糖を溶かすと、沸点は純水より低くなる。
不適切です。溶質を溶かすと溶液の性質が変化し、一般に沸点は上昇します。これは沸点上昇と呼ばれ、砂糖や塩などの不揮発性物質を溶かすことで水分子の蒸発が起こりにくくなるためです。日常感覚では「溶かすと薄まるので沸点が下がる」と誤解しやすい点がひっかけです。
(3) 水は氷になると体積が減少し、密度が大きくなる。
不適切です。水は凍ると体積が増加し、密度は小さくなります。氷が水に浮くのはこの性質によるものです。水分子が六角形構造の結晶を作ることで隙間が増え、結果として密度が低下します。一般的な物質の「固体の方が密度が高い」という性質と逆になる点が重要です。
(4) 水の沸点は、圧力が低くなるほど低くなる。
適切です。液体は外圧と釣り合う蒸気圧に達したときに沸騰します。外圧が低いほど、その蒸気圧に到達する温度が下がるため、沸点は低くなります。高地で水が低温で沸騰するのはこのためです。圧力と沸点の関係は頻出の基本事項です。
(5) 融解とは、気体が液体に変化する現象をいう。
不適切です。融解とは固体が液体に変化する現象です。氷が水になる変化が代表例です。気体が液体になる現象は凝縮であり、用語の混同が典型的な誤りポイントです。
この問題で覚えるポイント
状態変化の基本定義として、固体から液体が融解、液体から気体が気化または蒸発、気体から液体が凝縮、固体から気体が昇華という対応関係を正確に押さえることが重要です。水の性質では、氷になると体積が増えて密度が低下する点が例外的で頻出です。また溶質を加えると沸点が上昇し、圧力が低いほど沸点が低下するという圧力依存性は必ず押さえるべき基準知識です。
ひっかけポイント
用語の入れ替えによる混乱が最も多く、凝縮と昇華、融解と凝縮の取り違えが典型的な罠です。また「溶かすと薄まるから沸点が下がる」といった日常感覚に引っ張られる誤答誘導も多く見られます。さらに水の性質では「固体は重くなる」という一般則をそのまま当てはめてしまい、氷の例外性を見落とすパターンが頻出です。圧力と沸点の関係も直感と逆に感じやすいため、外圧低下＝沸点低下という因果を機械的に覚えることが重要です。
