Question 1

物質の三態変化のうち、固体が直接気体に変化する現象の名称として正しいものはどれか。

Accepted Answer

昇華。【解説】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。ドライアイスやナフタレン、ヨウ素が代表例です。気体が直接固体になる逆向きの変化も、危険物の分野では同じく昇華と呼ばれます（近年の高校化学では「凝華」と呼んで区別することがあります）。【ポイント】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、気体から液体が凝縮です。【試験の罠】これらの状態変化はいずれも物理変化であり、物質そのものは変わりません。化学変化との区別が問われます。【他の選択肢が不適切な理由】「凝縮」は気体が液体になる変化で、冷えた窓に水滴が付く現象がこれにあたります。「融解」は固体が液体になる変化で、氷が水になるときの変化です。「凝固」は液体が固体になる変化で、水が凍る現象を指します。いずれも途中で液体の状態を経るか、液体から出発する変化であり、固体から液体を飛ばして直接気体になるという問いの条件には当てはまりません。

Question 2

水の比熱を4.2J/(g・K)とするとき、水200gの温度を20℃から70℃まで上げるのに必要な熱量として正しいものはどれか。

Accepted Answer

42kJ。【解説】熱量は「質量×比熱×温度差」で求めます。200g×4.2J/(g・K)×50K＝42,000J＝42kJです。【ポイント】温度差は摂氏でも絶対温度でも同じ値になります。50℃の差＝50Kの差です。1kJ＝1,000Jなので、最後にJからkJへ直します。【試験の罠】質量・比熱・温度差の三つをすべて掛けたかを確認します。どれか一つを掛け忘れると、用意された誤りの選択肢の値になってしまいます。【他の選択肢が不適切な理由】4.2kJは、質量200gと温度差50Kを掛けずに比熱の値だけを単位換算した場合に出てくる値です。21kJは、温度差を50Kではなく25Kと半分に取り違えた場合の値です。84kJは、温度差を100Kとして扱った場合の値で、20℃から70℃という差を読み違えると生じます。熱量は質量と比熱と温度差の三つをすべて掛け合わせて求めるため、どれか一つを落とすとこれらの値になります。

Question 3

熱の伝わり方に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

対流とは、流体自体が移動して熱が運ばれる現象である。【解説】熱の移動には伝導・対流・放射（ふく射）の三つがあります。対流は液体や気体そのものが動いて熱を運ぶ現象です。【ポイント】伝導は物質が接触して分子の振動が伝わる現象、放射は赤外線などの電磁波によって真空中でも熱が伝わる現象です。【試験の罠】熱伝導率は金属が大きく、空気は極めて小さい値です。空気層が断熱材として使われる理由がここにあります。【他の選択肢が不適切な理由】「熱伝導率は空気の方が金属より大きい」とする記述は、金属が熱をよく通すのに対し空気がほとんど通さないという事実と逆で、空気の層が断熱に使われる理由とも矛盾します。「伝導とは電磁波の放射だけで熱が伝わる現象」「放射とは物体どうしが接触して熱が伝わる現象」とする二つの記述は、伝導と放射の説明をそっくり入れ替えたものです。伝導は接触して伝わるもの、放射は真空でも伝わるものです。

Question 4

熱膨張に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

液体の体積膨張率は、一般に固体より大きい。【解説】膨張率の大小は一般に気体＞液体＞固体の順です。危険物をタンクや容器に満たすときに空間容積を残すのは、液体の熱膨張を考慮するためです。【ポイント】体膨張率は線膨張率のおよそ3倍です。縦・横・高さの三方向に伸びるためです。【試験の罠】2倍としているのは面膨張率です。3倍という数字を確実に覚えます。【他の選択肢が不適切な理由】「気体の体積膨張率は液体より小さい」とする記述は、分子が自由に動ける気体が最もよく膨らむという順序と逆です。「固体は温度が上がると体積が収縮する」とする記述は、温めた金属が伸びるという日常の経験にも反します。「体膨張率は線膨張率のおよそ2倍」とする記述は、2倍が面積の広がりに対応する数値であり、体積は縦と横と高さの三方向に広がる点を見落としています。

Question 5

潜熱に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

物質が状態変化する際に出入りする熱で、温度は変化しない。【解説】潜熱は、融解や蒸発といった状態変化に使われる熱で、この間は熱を加えても温度は上がりません。融解熱・蒸発熱が代表例です。【ポイント】これに対し、温度変化に使われる熱を顕熱といいます。水の蒸発熱は約2,260kJ/kgと非常に大きく、水が優れた冷却消火剤である理由になっています。【試験の罠】燃焼熱は化学反応による発熱であり、潜熱とは別の概念です。【他の選択肢が不適切な理由】「燃焼したときに発生する熱量」とする記述は、化学反応によって出る熱であり、状態が変わるときに出入りする熱とは別のものです。「温度を1℃だけ上昇させるのに必要な熱量」とする記述は、比熱の説明であって、温度が変わらないという潜熱の特徴と正反対です。「状態変化に伴って温度が急激に上昇する現象」とする記述は、状態が変わっている間は温度が一定に保たれるという性質と食い違います。

Question 6

温度に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

絶対温度0Kは、摂氏マイナス273℃にほぼ等しい。【解説】絶対温度（K）は摂氏温度に273を加えて求めます。0Kは分子の熱運動が止まる温度で、摂氏マイナス273℃（正確にはマイナス273.15℃）に相当します。【ポイント】摂氏100℃は373Kです。気体の法則の計算では必ず絶対温度に直します。【試験の罠】掛け算ではなく足し算です。計算問題で摂氏のまま代入すると必ず誤答になります。【他の選択肢が不適切な理由】「摂氏温度に273を掛ける」とする記述は、掛け算ではなく足し算である点で誤りで、この方法では摂氏0℃が0Kになってしまいます。「絶対温度0Kは摂氏0℃と等しい」とする記述は、氷が解ける温度と分子の運動が止まる温度をひとつにしてしまうものです。「摂氏100℃は絶対温度で100K」とする記述も、273を足していない点で同じ誤りで、実際にはずっと大きな値になります。

Question 7

比熱に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

比熱が大きい物質ほど、温まりにくく冷めにくい。【解説】比熱は物質1gの温度を1K上げるのに必要な熱量です。比熱が大きいほど同じ熱量を与えても温度が上がりにくく、逆に冷めにくくなります。【ポイント】水の比熱は約4.2J/(g・K)と物質の中でも極めて大きく、鉄の約0.45J/(g・K)の10倍近くあります。【試験の罠】比熱は物質固有の値であり、質量とは無関係です。質量を掛けたものは熱容量です。【他の選択肢が不適切な理由】「水の比熱は金属に比べて著しく小さい」とする記述は、水が物質の中でも比熱の大きい部類であることと逆です。「比熱が大きい物質ほど温まりやすく冷めやすい」とする記述は、同じ熱を加えても温度が上がりにくいという定義と正反対です。「比熱は物質の質量に比例して大きくなる」とする記述は、比熱が1gあたりで定めた物質固有の値である点を見落としており、質量を掛けたものは別の量になります。

Question 8

熱容量に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

物体全体の温度を1K上げるのに必要な熱量で、質量×比熱で表される。【解説】熱容量は、その物体全体の温度を1K上昇させるのに必要な熱量で、質量と比熱の積で求めます。単位はJ/Kです。【ポイント】比熱が物質固有の性質であるのに対し、熱容量は物体の大きさに依存します。【試験の罠】比熱と熱容量の定義を入れ替えた選択肢が定番です。「比」が付く方が1g当たり、と覚えます。【他の選択肢が不適切な理由】「物質1gの温度を1Kだけ上げるのに必要な熱量」とする記述は比熱の説明で、物体全体を対象とする量とは異なります。「物体が現に保有している熱エネルギーの総量」とする記述は、今持っている熱の量と、温度を上げるのに要する熱の量を取り違えたものです。「体積を1立方センチメートル増やすのに必要な熱量」とする記述は、熱と体積を結び付けた量を新たに作り出したもので、そのような定義はありません。

Question 9

水の状態変化に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

1気圧では、0℃で融解し100℃で沸騰する。【解説】1気圧のもとで水は0℃で氷から水になり、100℃で沸騰します。【ポイント】圧力が高くなると沸点は高くなり、低くなると沸点は下がります。高地で水が100℃未満で沸騰するのはこのためです。【試験の罠】氷は水に浮きます。水は例外的に固体の方が密度が小さい物質です。【他の選択肢が不適切な理由】「圧力が高くなると沸点は低くなる」とする記述は、圧力が高いほど蒸気が押さえ込まれて沸騰しにくくなるという関係と逆で、高い山の上で低い温度で沸くという事実とも合いません。「10℃で融解し90℃で沸騰する」とする記述は、どちらの温度も実際の値と異なります。「氷の密度は水よりも大きく水に沈む」とする記述は、氷が水に浮くという誰でも知っている現象と正反対です。

Question 10

標準状態（0℃・1気圧）における気体1molの体積に関する記述として、正しいものはどれか。

Accepted Answer

気体の種類によらず、およそ22.4Lである。【解説】アボガドロの法則により、同温・同圧のもとでは同体積の気体は種類によらず同数の分子を含みます。標準状態では1molの気体の体積は約22.4Lです。【ポイント】1molの質量（g）は分子量の数値と一致します。体積が22.4L、質量が分子量の値、と対で覚えます。【試験の罠】体積が分子量と一致するのではありません。質量が一致します。【他の選択肢が不適切な理由】「分子量の数値と同じ体積を占める」とする記述は、分子量の数値と一致するのが質量の方であって体積ではない点を取り違えています。「およそ11.2Lである」とする記述は、正しい値のちょうど半分にあたる数字で、単位の取り違えから生じやすい値です。「気体の種類によって体積は大きく異なる」とする記述は、同じ温度と圧力なら同じ体積に同じ数の分子が入るという考え方と正面から食い違います。

物質の状態変化と熱量の一問一答