問題
物質の状態変化および水の性質に関する説明として、正しいものはどれか。
(1) 凝華とは、液体が直接気体になる現象をいう。
(2) 水は、0℃で最も密度が大きくなる。
(3) 純水に食塩を溶かすと、沸点は純水より高くなる。
(4) 水の沸点は、圧力が高くなるほど低くなる。
(5) 氷が液体の水になる変化を凝縮という。
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
物質の状態変化では、融解、凝固、蒸発、凝縮、昇華、凝華の意味を正確に区別することが重要です。また、水の性質では、密度が最大になる温度、沸点と圧力の関係、溶質を溶かしたときの沸点変化がよく問われます。正しい答えは(3)です。純水に食塩のような不揮発性の物質を溶かすと、沸点上昇により沸点は純水より高くなります。
(1) 凝華とは、液体が直接気体になる現象をいう。
不適切です。凝華とは、気体が液体を経ずに直接固体になる現象をいいます。たとえば、水蒸気が冷たい面に触れて霜になるような変化が凝華です。液体が気体になる変化は蒸発または気化です。状態変化の名称は似ているものが多いため、液体から気体、気体から固体のように、変化前と変化後の状態をセットで覚えることが大切です。
(2) 水は、0℃で最も密度が大きくなる。
不適切です。水は4℃付近で最も密度が大きくなります。一般的な液体は温度が下がるほど体積が小さくなり、密度が大きくなる傾向がありますが、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、密度は液体の水より小さくなります。そのため、氷は水に浮きます。試験では「0℃」と「4℃」を入れ替えたひっかけがよく出ます。
(3) 純水に食塩を溶かすと、沸点は純水より高くなる。
適切です。純水に食塩を溶かすと、沸点上昇が起こり、沸点は純水より高くなります。食塩のような不揮発性の物質が水に溶けると、水だけの場合よりも水分子が気体になりにくくなります。その結果、沸騰するためにはより高い温度が必要になります。反対に、凝固点は純水より低くなります。食塩水が0℃より低い温度でも凍りにくいことと関連して覚えると理解しやすいです。
(4) 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。沸騰とは、液体の内部からも気泡が発生して気体になる現象で、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。外部の圧力が高いほど、それに打ち勝って沸騰するためには高い温度が必要です。圧力鍋で水の沸点が高くなり、高温で調理できるのはこのためです。逆に、高山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。
(5) 氷が液体の水になる変化を凝縮という。
不適切です。氷が液体の水になる変化は融解です。凝縮とは、気体が液体になる変化をいいます。たとえば、水蒸気が冷えて水滴になる現象が凝縮です。氷から水への変化は固体から液体への変化なので、融解と判断します。状態変化の問題では、「固体、液体、気体」のどの状態からどの状態へ変わるのかを先に確認すると、用語の混同を防げます。
この問題で覚えるポイント
状態変化の名称は、固体から液体が融解、液体から固体が凝固、液体から気体が蒸発または気化、気体から液体が凝縮、固体から気体が昇華、気体から固体が凝華です。水は4℃付近で密度が最大になり、0℃で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。純水に食塩などの不揮発性物質を溶かすと、沸点は上昇し、凝固点は降下します。水の沸点は圧力が高いほど高くなり、圧力が低いほど低くなります。試験では、0℃と4℃、沸点上昇と凝固点降下、凝縮と凝華、融解と凝縮の違いを正確に区別できるかが問われます。
ひっかけポイント
このテーマでは、用語の字面が似ているために、凝縮、凝固、凝華を混同しやすい点が狙われます。特に「凝」という字が入っていると、すべて冷えて固まる現象のように感じますが、凝縮は気体から液体、凝固は液体から固体、凝華は気体から固体です。また、水の密度は日常感覚だけで考えると「0℃で最も大きい」と誤解しやすいですが、正しくは4℃付近です。さらに、圧力が高いと沸点が低くなると逆に覚えてしまう受験者も多いため、圧力が高いほど沸騰しにくくなり、より高温が必要になると理解しておくことが重要です。
