身のまわりの物質の問題
質量 のビーカーに、加熱してとかした液体のろうを入れた。ろうの液面はビーカーの目盛りで を示し、ビーカーとろうを合わせた質量は であった。このビーカーを室温で静かに冷やすと、ろうはすべて固体になり、表面の中央がくぼんだ。
固体のろうの密度を とする。また、ろうが液体から固体に状態変化しても質量は変わらず、ビーカーの外にろうが出たり入ったりしないものとする。
ろうが液体から固体になったとき、ろうの体積は何 小さくなりましたか。
この問題で使うもの
- 状態変化と質量・体積(説明と入口の問題)
- 密度の計算(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(5 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
状態変化では質量が変わらないことを使います。まず、ろうだけの質量を求めましょう。
ヒント 2
を使うと、固体になったときのろうの体積が求められます。
ヒント 3
ろうの質量は です。これを固体の密度 で割り、液体のときの体積 と比べます。
答えと解説
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解説を読む
1. ろうの質量を求める
ビーカーとろうを合わせた質量からビーカーの質量を引くと、ろうの質量は
2. 固体になったときの体積を求める
状態変化では、物質をつくる粒子の数は変わらず、粒子の間隔(集まり方)が変わるだけなので、質量は変わらない。したがって、固体のろうの質量も である。
より、 なので、固体のろうの体積は
3. 体積の変化を求める
液体のときの体積は だから、小さくなった体積は
ろうは液体から固体になると、粒子の間隔がせまくなるので体積が小さくなる(質量は同じなので密度は大きくなる)。そのため、表面の中央がくぼむ。
答え:
別解
ろうの質量は、ビーカーとろうの合計から ビーカーの質量を引いて、 である。
ろうが液体から固体になっても質量は変わらないので、固体のろうの質量も である。
固体のろうの体積は、体積=質量÷密度より、 である。
液体のときの体積は なので、小さくなった体積は である。
検算: で質量と一致する。また、液体の密度は で、固体の密度 より小さく、固体になると体積が減ることと合う。