過去問解説

温度と圧力による物質の状態変化|2017年 芝中学校 理科大問5

物質は温度と圧力によって状態が変わる

物質は温度によって、液体、気体、固体のそれぞれの状態を取ります。これを物質の三態と呼びます。たとえば水の場合、温度を下げれば氷に、温度を上げれば水蒸気に、それぞれ変化します。

実は物質の状態は温度だけではなく、圧力によっても変化します。温度と圧力によって物質がどのような状態になっているかを表した図を、状態図といいます。

2017年の芝中学校の理科の問題では、この状態図に関する出題がありました。

物質には、固体、液体、気体の3つの状態があり、温度や圧力を変えると状態が変化します。図1と図2はそれぞれ水と二酸化炭素が、さまざまな温度と圧力において状態にあるかを表したグラフであり、状態図といいます。横軸は温度を表していて、左ほど低く、右に行くにつれて高くなります。縦軸は圧力を表していて、下ほど低く、上に行くにつれて高くなります。(以下略)

問1 図1の温度T1およびT2はそれぞれ何℃ですか。整数で書きなさい。
問2 図1の(あ)および(い)の状態変化は、それぞれ何といいますか。ひらがなで書きなさい。

解説動画

まずは解説動画です。

この問題のポイント

物質の状態変化を、温度だけではなく圧力とからめて出題するのは、完全に小学生の範囲外でしょう。実際、状態図は大学受験などで頻繁に出題される範囲です。

ただこの問題の場合は、圧力は1気圧、つまり私たちの生活している大気圧の場合を聞かれています。したがってあまり難しいことを考えず、通常の水の状態変化を考えれば良いことになります。

そうはいっても、温度を横軸に、圧力を縦軸にとった状態図は、見慣れていないと解釈が難しいかも知れません。圧力を1気圧に固定して横軸に平行な線を引いて考える、というのができるかがポイントですね。

ちなみにこの問題のあとには、アイススケートはなぜ滑りやすいかという出題が続きます。圧力が高くなると、氷から水に状態が変化するから、というのが解答になります。この問題などは、完全に大学受験の範囲ですね。

圧力と温度の2つの値がグラフに入っているという、小学生にとっては少々見慣れない問題でした。