【過去問】物質の三態とは？状態変化と潜熱を解説｜危険物取扱者【甲、乙、丙】

解説

正しいのは５。気体が液体になる変化は凝縮（液化）。１の凝固は液体→固体、２の融解は固体→液体、３の蒸発は液体→気体で、凝縮とは逆向きの変化。４の昇華は、固体と気体の間を液体を経ずに直接変わる変化。

解説

正しいのは５。液体が気体になるときに吸収する熱は蒸発熱（気化熱）。１の燃焼熱は物質が燃えるときに出る熱で、化学変化にともなう熱。２の昇華熱は固体と気体の間の変化（昇華）で出入りする熱。３の融解熱は固体が液体になるときに吸収する熱。４の比熱は物質１gの温度を１K上げるのに必要な熱量で、状態変化の熱ではない。

解説

誤っているのは３。沸騰は、液体の飽和蒸気圧が外圧と等しくなったときに起こる。外圧が高いと、蒸気圧がそこまで上がる温度も高くなるので、沸点は高くなる（圧力鍋）。外圧が低い高地では沸点が下がる。１の水には氷・水・水蒸気の三態がある。２の状態変化では、融解・蒸発で熱を吸収し、凝固・凝縮で熱を放出する。４の固体から直接気体になる変化は昇華、５の融解・凝固の説明も正しい。

解説

正しいのは１。水は１気圧のもとで100℃で沸騰する。２の二酸化炭素は、大気圧のもとでは液体にならず昇華する（ドライアイス）が、圧力を高くすれば液体にもなるので「いかなる条件下でも」は誤り。３の硫黄は加熱すると融解して液体になり、さらに加熱すると気化する。液体を経るので昇華ではない。４の可燃性液体の沸点は物質ごとに異なり、100℃より高いものも多い。５の０℃で水と氷が共存するのは、水の凝固点と氷の融点がどちらも０℃で等しいため。

解説

正しいのは２。水が水蒸気になるときに吸収した熱は、状態変化（蒸発）に使われる潜熱なので、変化している間は温度が上がらない。１の氷が水になる変化は融解で、液化は気体が液体になること。３の水→水蒸気は蒸発だが、熱は放出ではなく吸収される。４の水→氷は凝固だが、熱は吸収ではなく放出される。５の水蒸気→水は凝縮（液化）で、凝固ではない。

解説

誤っているのは１。沸点は物質ごとに決まっていて、１気圧で100℃で沸騰するのは水の場合。100℃より低い温度で沸騰する液体も、高い温度でないと沸騰しない液体もある。２の沸点は外圧が高いほど高く、低いほど低くなる。３の液体の蒸気圧は温度が上がるほど高くなる。４の蒸気圧が外圧と等しくなると沸騰が起こる。５の沸騰は、液面だけでなく液体の内部からも気化が起こる現象。

解説

正しいのは２。溶液の沸点は、溶かす前の純粋な溶媒（A）より高くなる。これが沸点上昇で、その差が沸点上昇度。希薄溶液の沸点上昇度は、溶けている物質（溶質）の種類には無関係（B）で、溶質の質量モル濃度に比例（C）する。１はA・B・Cすべて誤り。３はBが誤り。４はAが誤り（比べる相手は溶質ではなく溶媒）。５はBとCが誤り。

解説

正しいのは５。必要な熱量は「20℃の水を100℃まで温める熱（顕熱）」と「100℃の水を水蒸気にする熱（潜熱）」の合計。①温める熱：Q＝mcΔT＝1.0kg×4.0kJ/(kg・K)×(100−20)K＝320kJ。②蒸発させる熱：1.0kg×2,300kJ/kg＝2,300kJ。合計は320＋2,300＝2,620kJ。１の80kJは温度差を20Kとした値、２の320kJは①だけ、３の400kJは温度差を100Kとした値で、どれも蒸発熱が入っていない。４の2,380kJは蒸発熱を足しているが、温度差を20Kとして計算した誤り。

解説

正しいのは２。シャルルの法則により、圧力が一定なら、一定量の気体の体積は温度が１℃上がるごとに、０℃のときの体積の273分の１ずつ増える。273という数は、０℃が絶対温度で273Kであることに由来する（体積は絶対温度に比例する）。１の173、３の256、４の327、５の372は、どれも法則と関係のない数。