高校化学 物質の三態と状態変化のまとめと問題

高校化学 物質の三態と状態変化のまとめと問題

今回は物質の三態(固体、液体、気体)と状態変化に関するまとめと問題です。

物質は温度や圧力によって状態変化が起こります。物質の三態でそれぞれどのような特徴があるのか、状態変化における凝固、凝縮、融解、蒸発、昇華とはそれぞれどのような変化を指すのか、状態変化において放出あるいは吸収される熱の名称、蒸発と沸騰の違いと、凝固と凝結の違いについても確認していきます。

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物質の三態とは

化学 物質の三態と状態変化のまとめと問題

物質は固体、液体、気体の3つの状態(三態)に変化します。これらの物質の状態を物質の三態といい、状態が変化することを物質の状態変化といいます。温度、圧力によって状態変化が起こります。

固体 solid

固体は一般的に体積が最も小さいです(水は例外)。構成粒子が規則正しく並び、決まった位置で振動しています(熱振動 thermal vibration)。固体は一定の形をしています。

液体 liquid

液体では固体よりも構成粒子の運動(熱運動 thermal motion)が活発になり、粒子は位置を変えることができます。形は不定形です。

水は液体のときが最も体積が小さくなります。

気体 gas

気体は三態の中で最も粒子の運動(熱運動)が活発です。構成粒子は空間を自由に動き、粒子間の距離が大きくなります。形は不定形で、三態の中で体積が最も大きくなります。

運動 体積
固体 熱振動 最小
液体 熱運動 (水では最小)
気体 熱運動が活発 最大

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状態変化と熱

化学 物質の三態と状態変化のまとめと問題

物質は温度や圧力によって上の図のような状態変化が起こります。(温度を上げると固体→液体→気体と変化します。)

化学 物質の三態と状態変化のまとめと問題

状態変化は物質の種類が変わる化学変化ではなく、物理変化です。

蒸発(気化)evaporation

蒸発(気化)は液体を加熱し、気体になることです。液体から気体になると、体積が大きく、密度が小さくなります。蒸発するときに吸収される熱量を蒸発熱といいます。

蒸発と沸騰の違い

液体の表面だけでなく、内部からも激しく気化する現象を沸騰といい、沸騰する温度を沸点といいます。沸点にならなくても蒸発は起こります。水分を含んだ洗濯物は常温でも乾きます。

凝縮 condensation

気体を冷やすと液体になる変化を、凝縮といいます。気体から液体になると体積が小さくなり、密度が大きくなります。凝縮するときに放出する熱量を凝縮熱といいます。

凝縮と凝結の違い

凝結も気体から液体になることを意味しますが、固体になる場合も含みます。液体や気体に分散している微粒子が、沈殿することも指します。

融解 melting

固体に熱を加えると液体に変化することを融解といいます。固体が融解し、液体になり始める温度を融点といいます。融解のときに吸収される熱量を融解熱といいます。

凝固 freezing

液体を冷やすと固体に変化することを凝固といいます。液体から固体になるときの温度を凝固点といいます。凝固のときに放出される熱量を凝固熱といいます。

昇華 sublimation

気体から固体になること、または固体から気体になることを昇華といいます。昇華のときに出入りする熱量を昇華熱といいます。気体から固体になるときは発熱反応、固体から気体になるときは吸熱反応になります。

常温・常圧で昇華する物質には二酸化炭素(ドライアイス)、ヨウ素、ナフタレンなどがあります。

【問題編】物質の三態と状態変化

次の問いに答えなさい。または(      )に適切な語句を入れなさい。(答えは▶をクリック)

問1 次のア~カに入る状態変化は何ですか。

化学 物質の三態と状態変化のまとめと問題

▶答え

問2 下の図は水の加熱時間と温度の関係を表したものです。ア、イで放出する熱をそれぞれ何といいますか。

化学 物質の三態と状態変化のまとめと問題

▶答え

問3 状態変化は化学変化ではなく(      )である。

▶答え

問4 次のア~エの状態変化に関する記述で、正しいものはどれですか。

ア 蒸発は沸点にならないと起こらない。

イ 常温・常圧で昇華は起こらない。

ウ 気体から液体になることを凝縮という。

エ 液体から固体になることを凝縮という。

▶答え

問5 気体から固体になるとき、(      )が放出される。

▶答え

問6 液体から固体になるときの温度を(      )といいます。

▶答え

まとめ

・物質の三態 … 固体・液体・気体

・凝縮:気体 → 液体、蒸発:液体 → 気体

・融解:固体 → 液体、凝固:液体 → 固体

・昇華:気体 ⇔ 固体(常温・常圧ではドライアイス、ヨウ素、ナフタレンなど)

・気体 → 液体で凝縮熱、液体 → 固体で凝固熱、気体 → 固体で昇華熱を放出

・固体 → 液体で融解熱、液体 → 気体で蒸発熱、固体 → 気体で昇華熱を吸収