危険物取扱者 乙種第4類 / 基礎物理化学 / 問題 No.086
乙4 過去問 基礎物理化学 No.086 ― 物理変化と化学変化に関する記述として誤っているものはどれか…
問題文
物理変化と化学変化に関する記述として、誤っているものはどれか。
選択肢
- 水を加熱して水蒸気になる現象(蒸発)は、物質の性質が変わらず状態のみが変わるため物理変化である。
- 水を電気分解して水素と酸素が発生する現象は、水が気体になる状態変化であるため物理変化である。
- 食塩水から水を蒸発させて食塩の結晶を取り出す現象は、元の物質の性質が変わらないため物理変化である。
- ガソリンがエンジン内で燃焼して二酸化炭素と水蒸気が発生する現象は、別の物質に変わるため化学変化である。
- 鉄が湿った空気中に長期間放置されて赤さびを生じる現象(腐食)は、金属の酸化による化学変化である。
解答・解説
正解: 2
水の電気分解では、水(H₂O)が水素(H₂)と酸素(O₂)という全く別の物質に分解されます。これは化学変化です。陰極(−極)から水素、陽極(+極)から酸素が発生します。体積比は水素:酸素=2:1です。
関連論点
物理変化と化学変化
【ポイント】
物理変化は「状態だけが変わる変化」、化学変化は「全く別の新しい物質が生成される変化」。三態変化(固体・液体・気体)はすべて物理変化。
【よく問われること】
・物理変化の例:融解・蒸発・昇華・食塩を水に溶かす
・化学変化の例:燃焼・腐食(さびる)・中和・電気分解
【数値・例外】
・水の電気分解で発生する体積比:水素:酸素=2:1
・腐食(さび)は酸化反応→化学変化(物理変化と間違えやすい)
ひっかけパターン解説
物理化学の概念逆転
【どう騙されるか】
「大きい=良い」「小さい=悪い」という日常感覚と逆の結論が出る物理・化学の概念を狙い撃ちにする。「比熱が大きい→温まりやすい」「熱伝導率が大きい→燃えやすい」という直感的な誤解を利用する。
【含まれるパターン】
・物理変化と化学変化の混同:ドライアイスの昇華・食塩の溶解などの物理変化を「化学変化」とする。電気分解(新物質が生成→化学変化)を「状態変化だから物理変化」とする逆転。
・熱伝導率の誤解:熱伝導率が「大きい→熱が逃げやすい→燃えにくい」のに「大きいから熱が蓄積されやすく危険」と逆転させる。
・比熱の逆転:比熱が大きい=温まりにくく冷めにくいのに「大きいから温まりやすく危険」と逆転させる。水の比熱が大きいことが冷却消火に有効な理由と矛盾する記述を配置。
・酸化と還元の定義逆転:酸素を失う反応は「還元」なのに「酸化」と呼ぶ。イオン化傾向が大きい→酸化されやすい(さびやすい)のに「還元されやすい」とすり替える。
・熱の移動のすり替え:真空中でも熱が伝わる「熱放射(電磁波)」を「対流」と呼ぶ。「真空中では熱は一切伝わらない」という直感的な誤解を利用する。
【見破り方】
・比熱が「大きい」→温まりにくく冷めにくい(水が消火に有効な理由)。熱伝導率が「大きい」→熱が逃げやすい(蓄積しにくい)。どちらも「大きい=危険」ではない。
・「酸素を失う」「水素を得る」「電子を得る」は「還元」の3つのどれかに必ず当てはまる。
・「真空中でも熱が伝わる」のは熱放射だけ。太陽熱が宇宙を伝わる=熱放射と覚える。
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