状態変化
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
学習指導要領 第 1 分野 (2) 身の回りの物質 ア (ウ)「状態変化」㋐・㋑。
0. どういう論点か
同じ物質が、氷にも水にも水蒸気にもなります。
このとき変わっているのは粒の並び方と動き方だけで、粒そのものは増えも減りもしません。
ここから、この単元でいちばん問われる一文が出てきます——
体積は変わるが、質量は変わらない。
| 粒の様子 | 体積 | |
|---|---|---|
| 固体 | 規則正しく並び、その場で振動している | 小さい |
| 液体 | 集まっているが、位置を変えられる | 中くらい |
| 気体 | ばらばらに離れ、自由に飛び回る | とても大きい |
引っかけの分かれ目は次の 3 つ。
- 状態変化では質量が変わらない（変わるのは体積、したがって密度）
- 水だけは固体のほうが体積が大きい（だから氷は水に浮く）
- 融点・沸点は量を変えても変わらない（変わるのは温度が一定である時間の長さ）
1. 状態変化と粒子
根拠: 学習指導要領 1-(2)-ウ-㋐
状態変化とは何か。物質そのものは変化しているか？
温度によって固体・液体・気体と姿が変わること。物質そのものは変化していない
別の物質になる化学変化とは違い、粒の並び方と動き方だけが変わる。
固体・液体・気体で、粒子の運動はどう違う？
固体＝その場で振動、液体＝位置を変えられる、気体＝自由に飛び回る
温度が高いほど運動が激しくなる。
状態変化のとき、体積と質量はそれぞれどうなる？
体積は変化する。質量は変化しない
粒の数も大きさも変わらず、粒どうしの間隔だけが変わるため。
質量が変わらず体積が増えると、密度はどうなる？
小さくなる
密度＝質量 ÷ 体積 なので、分母だけが大きくなる。
気体になると体積が非常に大きくなるので、密度は極端に小さくなる。
液体が固体になるとき、ふつう体積はどうなる？水はどうか？
ふつうは小さくなる。水だけは大きくなる
だから氷は水に浮く。他の多くの物質は、固体が液体に沈む。
2. 融点と沸点
根拠: 学習指導要領 1-(2)-ウ-㋑
融点・沸点とは、それぞれ何の温度か？
融点＝固体が液体に変わる温度
沸点＝液体が気体に変わる（沸騰する）温度
水の融点と沸点は？
融点 0 ℃・沸点 100 ℃
1 気圧のときの値。
純粋な物質を加熱すると、融点・沸点で温度はどうなる？
一定になる（グラフが平らになる）
加えた熱が状態変化そのものに使われ、温度上昇には使われないため。
物質の量を 2 倍にすると、融点・沸点はどうなるか？
変わらない
変わるのは、温度が一定である時間の長さのほう。
融点・沸点は物質ごとに決まっているので、量では動かない。
混合物を加熱すると、グラフはどうなる？
温度が一定になる平らな部分ができない（だらだらと上がり続ける）
平らな部分があるかどうかで、純粋な物質か混合物かを見分けられる。
3. 蒸留
根拠: 学習指導要領 1-(2)-ウ-㋑
沸点が物質ごとに違うので、混ざったものを沸点の差で分けられます。
蒸留とは何か？
液体を加熱して沸騰させ、出てきた気体を冷やして再び液体にして集めること
沸点の違いを利用して、混合物から目的の物質を分ける。
水とエタノールの混合物を加熱すると、先に多く出てくるのはどちらか。理由は？
エタノール。沸点が低いため（エタノール約 78 ℃、水 100 ℃）
はじめに集めた液体ほどエタノールを多く含む。
集めた液体がエタノールを多く含むかを調べる方法は？
火を近づけると燃える・においがする
水は燃えないので、燃えれば純粋な水ではないと分かる。
蒸留の実験で、温度計の球部はどこに置く？
枝分かれしている位置（枝の高さ）
出ていく気体の温度をはかりたいので、液体の中に入れない。
蒸留の実験で沸騰石を入れるのはなぜか？
突然沸騰（突沸）して液体が飛び出すのを防ぐため
加熱の前に入れておく。途中で入れると突沸しやすい。
蒸留の実験を終えるとき、火を消す前に必ずすることは？
ガラス管の先を液体から抜く
先を液体に入れたまま火を消すと、冷えて気圧が下がり、液体が逆流する。