身のまわりの物質の問題
固体の物質 X を試験管に入れ、湯の中で一定の強さで加熱しながら、2 分ごとに温度をはかりました。結果は次の表のとおりです。
| 加熱した時間〔分〕 | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 温度〔℃〕 | 20 | 41 | 63 | 63 | 63 | 63 | 72 | 81 |
加熱を始めたとき物質 X はすべて固体で、4 分から 10 分の間は固体と液体が混じっていて、12 分のときはすべて液体でした。物質 X は純物質です。物質 X の融点は何℃ですか。
この問題で使うもの
- 加熱・冷却のグラフと状態変化(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(3 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
技能「加熱・冷却のグラフと状態変化」を使います。純物質がとけている間、温度はどうなるかを考えましょう。
ヒント 2
固体がとけている間は温度が一定になります。表の中で温度が変わらない時間を探しましょう。
ヒント 3
4 分から 10 分の間は、固体と液体が混じっていて、温度が同じ値のまま続いています。
答えと解説
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解説を読む
純物質の固体を一定の強さで加熱すると、固体がとけている間は、加えた熱が状態変化に使われるため温度が上がらず、温度と時間のグラフに平らな部分ができます。この平らな部分の温度が融点です。
表を見ると、4 分から 10 分の間は温度が ℃のまま変わっていません。問題文から、この間は固体と液体が混じっている、つまり固体がとけている途中です。
したがって、物質 X の融点は ℃です。
なお、0 分から 4 分までは固体の温度が上がっている区間、10 分より後は液体の温度が上がっている区間です。物質 X が混合物であれば、とけている間も温度が少しずつ上がり、はっきりした平らな部分は現れません。
別解
純物質が固体から液体に変わっている間は、加えた熱が状態変化に使われるので温度が一定になる。表では 4 分から 10 分まで温度が で一定。この一定の温度が融点なので、融点は 。検算: 4 分から 10 分は固体と液体が混じっている時間と一致し、12 分で全部液体になって温度が再び上がっている。