理科-4択問題-状態変化-発展

問題1

次のうち「蒸発」について正しく説明しているものはどれか。
（蒸発は液体が気体になる現象のうち、特に液体の表面で起こる現象を指す。）

1. 液体の表面で、個々の分子が十分な運動エネルギーを得て気体になる過程であり、沸点に達していなくても起こる。
2. 液全体の内部で泡ができて気体になる過程であり、液体全体が同時に沸騰しているときだけ起こる。
3. 液体が気体になるときに必ず周囲から熱を出す現象である。
4. 液体が気体になるときに周囲の圧力が必ず上がるため、密閉容器でしか起きない現象である。

問題2

汗が蒸発すると皮膚が冷える理由と、湿度が高いと冷却効果が下がる理由として正しい説明はどれか。

1. 汗の水が気体になるときにその水の一部が熱を生むため皮膚が冷えるが、湿度が高いと熱が外に逃げにくくなるから冷却効果が下がる。
2. 汗が気体になるときに周囲から熱を奪う（蒸発熱）ため皮膚の熱が失われて冷え、湿度が高いと空気中に水蒸気が多く蒸発が起こりにくくなるので冷却効果が下がる。
3. 汗が気体になるときに分子同士がぶつかり合って温度が下がるため皮膚が冷え、湿度が高いとそのぶつかり合いが増えて冷却効果が上がる。
4. 汗が気体になるときに周囲の気圧が上がって熱が逃げるため皮膚が冷え、湿度は冷却効果に影響しない。

問題3

同じ体積の水をAは広い浅い皿に、Bは細く深いビーカーに入れて同じ温度・同じ風速の場所に置いた。どちらが早く蒸発し、その理由として最も適切なのはどれか。

1. Aの皿の方が早く蒸発する。表面積が大きく蒸発できる分子の数が多いため蒸発速度が大きくなる。
2. Bのビーカーの方が早く蒸発する。深さがあると蒸気圧が高くなり蒸発が促進されるためである。
3. どちらも同じ速度で蒸発する。質量が同じなので蒸発量は同じになるためである。
4. Aの皿の方が遅く蒸発する。浅いと熱が逃げやすく蒸発が抑えられるためである。

問題4

同じ圧力で加熱しているとき、海抜の高い山頂と海面付近ではどちらが低い温度で水が沸騰し、またそのため山での茹で料理の所要時間はどう変わるか正しいものはどれか。

1. 山頂の方が低い温度で沸騰するので、沸騰しても水温が低くなり料理に必要な加熱温度に達しにくいため、調理により長い時間がかかる。
2. 海面付近の方が低い温度で沸騰するので、海面付近で料理の時間が長くなる。
3. 山頂と海面付近で沸騰温度は同じなので、調理時間も変わらない。
4. 山頂の方が高い温度で沸騰するので、山頂では短時間で調理できる。

問題5

圧力鍋が普通の鍋より短時間で調理できる主な理由として正しいものはどれか。

1. 鍋を密閉して内部の蒸気圧を上げることで水の沸点が高くなり、より高温で調理できるため調理時間が短くなる。
2. 鍋を密閉すると酸素が減って食材の酸化が抑えられ、酸化が少ないと早く調理できるためである。
3. 圧力鍋は蒸気を速く逃がす構造のため、急速に蒸発して高温になるので短時間で調理できる。
4. 圧力鍋は熱伝導率の高い金属を使っているため、素材の内部まで熱がすぐに通って短時間で調理できる。

問題6

ドライアイス（二酸化炭素の固体）を室温に置くと白い「けむり」のようなものが立ち上る。次のうちこの現象と白い「けむり」の正しい説明はどれか。

1. ドライアイスは常温で直接固体から気体に変わる（昇華）ため二酸化炭素の気体が出て、それが冷えた空気中の水蒸気を冷却して水滴（霧）を作り、その水滴が白く見える。
2. ドライアイスはまず液体の二酸化炭素になり、それが蒸発して白い二酸化炭素の霧になるため白く見える。
3. ドライアイスの白いけむりは二酸化炭素分子自体が白く光る現象であり、水とは無関係である。
4. ドライアイスは空気中の水蒸気を直接氷にして白い氷の塊を作るため白く見える。

問題7

純水を静かに冷やして0℃より低くなっても凍らない状態を「過冷却」という。過冷却状態の水が急に凍るきっかけとして最も適切なのはどれか。

1. 容器を強く振るなどして水中に微小な核（不純物や気泡）を生じさせること。
2. 温度をさらにごくわずか上げることにより、液体の運動が活発になって突然凍ること。
3. 水を暗所に置くことで光が当たらなくなり分子配列が崩れて凍ること。
4. 過冷却状態は安定なので、自然に急に凍ることは決して起こらない。

問題8

空気中の水蒸気が冷やされて水滴になる温度を何というか。最も適切な定義はどれか。

1. その温度を「沸点」といい、液体が気体になる温度のことを指す。
2. その温度を「露点」といい、空気中の水蒸気が飽和して水滴ができ始める温度を指す。
3. その温度を「融点」といい、氷が水になる温度を指す。
4. その温度を「昇華点」といい、固体が直接気体になる温度を指す。

発展（中学範囲外を含む）：この問題では、融解熱を用いる。融解熱の公式は Q = m × L で、Qは熱量（J）、mは質量（g）、Lは単位質量あたりの融解に必要な熱量（J/g）である。

問題9

発展（中学範囲外を含む）：この設問は融解熱を用いる熱量の定量計算を含む。使用する定義・公式・単位は問題文中で確認する。 氷（0℃）200 gをすべて溶かして同じ温度の水（0℃）にするのに必要な熱量は何ジュールか。氷の融解熱を334 J/gとする。計算結果として正しいものを選びなさい。

1. 6,680 J
2. 66,800 J
3. 334,000 J
4. 16,700 J

問題10

冬の朝、窓ガラスに白い霜ができることがある。霜が水滴ではなく直接氷としてできる正しい説明はどれか。

1. 窓ガラスの表面温度が空気の露点より低く、かつ0℃以下になっているとき、空気中の水蒸気が液体を経ずに直接固体の氷結晶（凝華＝降霜）として付着するためである。
2. 窓ガラスの表面にまず薄い水の膜ができ、それが光の屈折で白く見え、後から凍って霜になるためである。
3. 霜は窓ガラスの表面で水蒸気が高温で凝縮してできるため、高温のときにしかできない。
4. 窓ガラスに白い霜ができるのは、窓ガラスから水が蒸発して周囲に蒸発熱を放出するからである。