問題
物質の状態変化および水の性質に関する記述として、誤っているものはどれか。
(1) 気体が液体になる変化を凝縮という。
(2) 固体が直接気体になる変化を昇華という。
(3) 純水にエチルアルコールを溶かすと、一般に凝固点は純水より高くなる。
(4) 水は約4℃で密度が最大となる。
(5) 水の沸点は、圧力が高くなるほど高くなる。
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
物質の状態変化では、凝縮、昇華、凝固、沸騰などの用語を正確に区別することが大切です。また、水の性質では、約4℃で密度が最大になること、圧力が高いほど沸点が高くなること、溶質を溶かすと一般に凝固点が下がることがよく問われます。答えは(3)です。純水にエチルアルコールを溶かすと、一般に凝固点は純水より低くなるため、「高くなる」とする記述が誤りです。
(1) 気体が液体になる変化を凝縮という。
適切です。気体が冷やされるなどして液体になる変化を凝縮といいます。たとえば、水蒸気が冷たいガラスや鏡に触れて水滴になる現象が凝縮です。状態変化の用語では、液体が気体になる変化は蒸発または気化、気体が液体になる変化は凝縮と整理して覚えると判断しやすくなります。
(2) 固体が直接気体になる変化を昇華という。
適切です。固体が液体を経ずに直接気体になる変化を昇華といいます。代表例として、ドライアイスが液体にならず二酸化炭素の気体になる現象があります。なお、気体が直接固体になる変化も広い意味で昇華と扱われることがあります。試験では「固体から直接気体になる変化」という表現が出たら、昇華と判断します。
(3) 純水にエチルアルコールを溶かすと、一般に凝固点は純水より高くなる。
不適切です。純水にエチルアルコールなどの物質を溶かすと、一般に凝固点は純水より低くなります。これは凝固点降下と呼ばれる現象です。純水は通常1気圧で0℃付近で凍りますが、他の物質が溶けると水分子が規則正しく並んで氷になりにくくなるため、より低い温度にならないと凍りにくくなります。つまり「凝固点が高くなる」のではなく「凝固点が低くなる」が正しい理解です。
(4) 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。多くの物質は冷えるほど密度が大きくなりますが、水は例外的な性質を持っています。水が4℃よりさらに冷えて氷に近づくと、分子の並び方の影響で体積が増え、密度は小さくなります。そのため氷は水に浮きます。危険物試験では、水の特殊な性質としてよく問われる重要知識です。
(5) 水の沸点は、圧力が高くなるほど高くなる。
適切です。液体の沸点は周囲の圧力に影響されます。圧力が高くなると、液体が気体になる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100℃より高くなり、食品を高温で調理できます。反対に、山の上のように気圧が低い場所では水の沸点は低くなります。
この問題で覚えるポイント
物質の状態変化では、気体から液体になる変化を凝縮、液体から気体になる変化を蒸発または気化、固体から直接気体になる変化を昇華、液体から固体になる変化を凝固と整理して覚えることが重要です。水の性質では、通常1気圧で凝固点は0℃、沸点は100℃であり、約4℃で密度が最大になる点が頻出です。また、水に他の物質を溶かすと、一般に凝固点は下がり、沸点は上がります。凝固点降下と沸点上昇はセットで覚えると正誤判断に直結します。圧力との関係では、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。特に「山では水が100℃より低い温度で沸騰する」「圧力鍋では水が100℃より高い温度で沸騰する」という具体例で理解しておくと、文章が変わっても対応しやすくなります。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、エチルアルコールを溶かしたときの凝固点の変化を「高くなる」と逆に表現している点です。日常感覚では、液体を混ぜると性質が単純に強くなったり弱くなったりすると考えがちですが、凝固点では「溶質があると凍りにくくなる」と考えるのがポイントです。凍りにくくなるということは、より低い温度まで冷やさないと固体にならないという意味なので、凝固点は下がります。また、状態変化の用語は似ているため、凝縮と凝固、昇華と蒸発を混同しやすいです。用語の暗記だけでなく、「気体、液体、固体のどの状態からどの状態へ変わるのか」を矢印でイメージできるようにしておくと、同じテーマの問題でも安定して正解できます。
