状態変化・融点と沸点・蒸留 ── 問題
基礎
- エタノールの融点は −115℃、沸点は 78℃ である。20℃ のとき、この物質はどの状態ですか。 （ア 固体 イ 気体 ウ 液体 エ 固体と液体が混ざった状態）
- 液体のロウが固体になるとき、質量と体積はどうなりますか。 （ア 質量も体積も変わらない イ 質量は変わらず、体積は小さくなる ウ 質量も体積も小さくなる エ 質量は変わらず、体積は大きくなる）
- 氷が水に浮く理由として正しいものはどれですか。 （ア 氷のほうが水より密度が小さいから イ 氷のほうが水より温度が低いから ウ 氷の中に空気が入っているから エ 氷のほうが水より質量が小さいから）
- 純粋な物質の融点・沸点について正しいものはどれですか。 （ア 同じ物質でも、量が多いほど高くなる イ 量ではなく、加熱の強さによって変わる ウ 物質ごとに決まり、量には関係しない エ 同じ物質でも、量が多いほど低くなる）
- 固体を加熱したときのグラフで、温度が一定になっている区間で起こっていることはどれですか。 （ア 加熱が止まり、熱が加わっていない イ すべて液体になって温まっている ウ 固体と液体がまざり、とけている途中 エ すべて固体のままで、まだとけていない）
標準
- ある純粋な固体を一定の火力で加熱し、温度を測った。加熱を始めて 6 分後に 54℃ になり、その後 8 分間は温度が変わらず、再び温度が上がり始めた。加熱を始めて 16 分後の物質の状態はどれですか。 （ア 気体 イ 固体 ウ 固体と液体が混ざった状態 エ 液体）
- ある固体 30 g を加熱したところ、融点で温度が一定になる時間は 4 分だった。同じ火力で同じ固体 60 g を加熱すると、融点とその一定になる時間はどうなりますか。 （ア 融点は同じで、一定になる時間は約 4 分より短くなる イ 融点も時間も同じ ウ 融点は 2 倍になり、時間は同じ エ 融点は同じで、一定になる時間は約 8 分になる）
- 水とエタノールの混合物を蒸留したとき、最初に集まる液体の特徴はどれですか。 （ア 食塩を多く含む イ 水を多く含み、火をつけても燃えない ウ 純粋な水である エ エタノールを多く含み、火をつけると燃える）
- 蒸留の実験で、温度計の球部を枝つきフラスコの枝の高さに合わせる理由はどれですか。 （ア 出ていく気体の温度を測るため イ 温度計が割れないようにするため ウ 液体の温度を測るため エ フラスコが倒れないようにするため）
- 液体を加熱するとき沸騰石を入れる理由はどれですか。 （ア 急な沸騰（突沸）を防ぐため イ 沸点を下げるため ウ 沸点を上げるため エ 液体の色を変えるため）
- 食塩水を加熱したときの温度変化の特徴はどれですか。 （ア エタノールと同じく 78℃ で一定になる イ 加熱しても温度が上がらない ウ 水と同じく 100℃ でぴったり一定になる エ 沸騰しても温度が一定にならず、上がり続ける）
- ある純粋な固体の物質を試験管に入れて湯で加熱し、2 分ごとに温度を測った。 時間（分）｜0｜2｜4｜6｜8｜10｜12 温度（℃）｜54｜63｜72｜81｜81｜86｜91 次の物質のうち、この物質と考えられるのはどれですか。 融点：パルミチン酸 63℃、ステアリン酸 70℃、ナフタレン 81℃ （ア パルミチン酸 イ ナフタレン ウ ステアリン酸 エ 水）
- 水とエタノールの混合物を加熱し、出てきた液体を試験管 A・B・C の順に約 3 cm³ ずつ集めた。 試験管｜集めたときの温度｜におい｜火をつけると A｜78〜84℃｜強い｜よく燃えた B｜84〜92℃｜少しある｜少し燃えた C｜92〜97℃｜ほとんどない｜燃えなかった この結果から考えられることとして正しいものはどれですか。 （ア 沸点の低いエタノールが、はじめの方に多く出てきた イ はじめに出てきたのはほとんど水だった ウ 沸点の高いエタノールが、あとの方になってから多く出てきた エ 水とエタノールが、同じ割合でずっと出てきた）
- 蒸留の実験で、加熱をやめる前に、ガラス管の先を試験管の液体から抜いておく。その理由として正しいものはどれですか。 （ア ガラス管の中に空気が入るのを防ぐため イ 集めた液体が逆流するのを防ぐため ウ 集めた液体が蒸発して減ってしまうのを防ぐため エ 集めた液体の温度を正しく測るため）
- 少量のエタノールを入れて口を閉じたポリエチレンの袋に熱湯をかけると、袋が大きくふくらんだ。このとき袋の中のエタノールの粒子について正しいものはどれですか。 （ア 粒子の数は同じまま、間隔が広がった イ 粒子が別の物質の粒子に変わり、気体になった ウ 粒子そのものが大きくなり、袋をおし広げた エ 粒子の数がふえ、袋の中いっぱいに広がった）
発展
- 状態変化と化学変化のちがいとして正しいものはどれですか。 （ア 状態変化では物質は変わらず、化学変化では別の物質になる イ 状態変化は元にもどらないが、化学変化は元にもどる ウ 状態変化では質量が変わるが、化学変化では質量は変わらない エ ちがいはない）
- 氷の密度を 0.92 g/cm³、水の密度を 1.00 g/cm³ とする。体積 250 cm³ の氷がすべてとけて水になると、体積は何 cm³ になりますか。
- 水とエタノールの混合物を加熱したときの温度変化を、水だけを加熱したときと比べた。混合物のグラフの特徴として正しいものはどれですか。 （ア 沸騰が始まっても、温度はゆるやかに上がり続ける イ 78℃ ではっきり平らになり、全部出るまで変わらない ウ 100℃ ではっきり平らになり、水と同じ形になる エ 沸騰が始まると、温度はしだいに下がっていく）
状態変化・融点と沸点・蒸留 ── 解答
基礎
- ウ 液体 融点より低ければ固体、融点と沸点の間なら液体、沸点より高ければ気体。20℃ は融点と沸点の間なので 液体。
- イ 質量は変わらず、体積は小さくなる 状態変化で粒子の数は変わらない（質量一定）。ふつうの物質は固体のほうが体積が小さい（中央がへこむ）。水は例外。
- ア 氷のほうが水より密度が小さいから 水は凍ると体積が大きくなる（質量は同じ）→ 密度が小さくなる → 浮く。
- ウ 物質ごとに決まり、量には関係しない 融点・沸点は物質固有。量が変わると一定温度が続く時間が変わるだけ。
- ウ 固体と液体がまざり、とけている途中 加えた熱が状態変化に使われるため温度が上がらない。この温度が融点。
標準
- エ 液体 54℃ が融点。6 分より前は固体、6 分から 14 分までは固体と液体が混ざってとけている途中、14 分より後はすべて液体。16 分後は 液体。
- エ 融点は同じで、一定になる時間は約 8 分になる 融点は物質で決まり量によらない。とけきるのに必要な熱は量に比例するので、時間は 2 倍の約 8 分。
- エ エタノールを多く含み、火をつけると燃える 沸点の低いエタノール（78℃）が先に気体になって出てくる。
- ア 出ていく気体の温度を測るため 集めている気体（蒸気）が何℃で出ているかを知るため。
- ア 急な沸騰（突沸）を防ぐため 小さな穴から泡が出て、おだやかに沸騰する。
- エ 沸騰しても温度が一定にならず、上がり続ける 混合物の沸点は決まった値にならない。純粋な水なら 100℃ で一定。
- イ ナフタレン 加熱を続けても温度が 81℃ で変わらない時間がある。この間に固体がとけている（融点）。融点 81℃ の ナフタレン と考えられる。融点は物質の量に関係しないので、物質を見分ける手がかりになる。
- ア 沸点の低いエタノールが、はじめの方に多く出てきた A はにおいが強くよく燃える＝エタノールが多い。エタノールの沸点（78℃）は水（100℃）より低いので、先に多く気体になって出てくる。
- イ 集めた液体が逆流するのを防ぐため 火を消すとフラスコの中の気体が冷えて圧力が下がり、ガラス管の先が液体についていると液体が吸いこまれて逆流する。
- ア 粒子の数は同じまま、間隔が広がった 液体から気体になると、粒子どうしの間隔が大きく広がり体積がふえる。粒子の数も種類も変わらないので、質量は同じ。
発展
- ア 状態変化では物質は変わらず、化学変化では別の物質になる 氷→水→水蒸気はすべて水（H₂O）。化学変化（例：水の電気分解）では水素と酸素という別の物質になる。
- 230 質量は状態変化で変わらない。氷の質量 = 0.92 × 250 = 230 g。水の体積 = 230 ÷ 1.00 = 230 cm³（体積は小さくなる）。
- ア 沸騰が始まっても、温度はゆるやかに上がり続ける 混合物には決まった沸点がない。エタノールが先に出て液の割合が変わるため、沸騰中も温度はゆるやかに上がる。
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