乙4「物理・化学」の問題と解説

• ✅ (1) 二酸化炭素・空気・電気の火花
• (2) ガソリン・空気・静電気の火花
• (3) 木材・酸素・マッチの炎
• (4) 水素・空気・電気の火花
• (5) 灯油・酸素・ライターの炎

解説：二酸化炭素はそれ以上酸化されない不燃性の物質なので、可燃物になりません。燃焼には「可燃物」「酸素供給源」「点火源（熱源）」の3つがそろう必要があります。ほかの組合せは、ガソリン・木材・水素・灯油が可燃物、空気や酸素が酸素供給源、火花や炎が点火源としてそろっています。

• (1) 熱の発生を伴う還元反応
• (2) 光の発生を伴う分解反応
• (3) 熱を吸収する酸化反応
• ✅ (4) 熱と光の発生を伴う酸化反応
• (5) 熱と光の発生を伴う中和反応

解説：燃焼とは、熱と光の発生を伴う酸化反応のことです。鉄がさびるのも酸化反応ですが、熱や光をほとんど出さないので燃焼とはいいません。

• (1) ガソリン……蒸発燃焼
• (2) 木炭……表面燃焼
• (3) 木材……分解燃焼
• ✅ (4) コークス……自己燃焼
• (5) 硫黄……蒸発燃焼

解説：コークスは木炭と同じく、固体の表面で酸素と反応して燃える表面燃焼です。自己燃焼（内部燃焼）は、セルロイドやニトロセルロースのように分子内に酸素を含む物質の燃え方です。液体（ガソリンなど）は液面から蒸発した蒸気が燃える蒸発燃焼、木材や石炭は加熱で分解したガスが燃える分解燃焼、硫黄やナフタレンは固体でも蒸発燃焼をします。

覚え方：表面燃焼は「木炭・コークス」、自己燃焼は「セルロイド・ニトロセルロース」。

• (1) 可燃性液体を加熱したとき、点火源がなくても自ら燃え出す最低の温度
• (2) 燃焼を継続させるのに十分な蒸気を発生する最低の液温
• (3) 液体の蒸気圧が大気圧と等しくなる温度
• ✅ (4) 点火したとき燃え出すのに十分な濃度の蒸気を、液面上に発生する最低の液温
• (5) 可燃性蒸気の濃度が燃焼範囲の上限値に達する液温

解説：引火点は、液面付近の蒸気の濃度が燃焼範囲の下限値に達し、点火源を近づけると燃え出す最低の液温です。点火源なしで燃え出す温度は発火点、燃焼が続く最低の液温は燃焼点、蒸気圧が大気圧と等しくなる温度は沸点です。

覚え方：引火点は「点火すれば燃える」、発火点は「点火しなくても燃える」。

• (1) 発火点とは、点火源を与えなくても物質が自ら発火する最低の温度をいう
• (2) 引火点が低い物質ほど、常温で引火する危険性が大きい
• ✅ (3) 発火点は、どの物質でも引火点より必ず低い
• (4) 一般に、燃焼点は引火点より数℃高い
• (5) ガソリンは、引火点より発火点のほうが高い

解説：一般に発火点は引火点よりずっと高い温度です。たとえばガソリンは引火点が-40℃以下、発火点は約300℃です。点火源があれば低い温度でも燃え（引火点）、点火源がなければかなり高温にならないと燃えない（発火点）と考えると整理できます。

• ✅ (1) 燃焼範囲が狭い物質ほど、危険性が大きい
• (2) 燃焼範囲とは、空気中で燃焼することができる可燃性蒸気の濃度の範囲をいう
• (3) 濃度の低いほうの限界を下限値、高いほうの限界を上限値という
• (4) 下限値が低い物質ほど、わずかな蒸気の漏れでも燃焼する危険がある
• (5) 蒸気の濃度が上限値を超えて濃すぎる場合は、点火してもそのままでは燃焼しない

解説：燃焼範囲が広い物質ほど、燃焼できる濃度の幅が大きいので危険性が大きくなります。たとえばジエチルエーテルや二硫化炭素は燃焼範囲が広く、非常に危険です。下限値が低いほど少しの蒸気で燃えるため危険で、濃度が上限値を超えると酸素が足りずに燃えません。

• (1) ガソリン蒸気 1L
• ✅ (2) ガソリン蒸気 3L
• (3) ガソリン蒸気 9L
• (4) ガソリン蒸気 12L
• (5) ガソリン蒸気 20L

解説：蒸気の濃度は「蒸気の体積 ÷（空気＋蒸気の体積）×100」で求めます。1Lなら1÷101×100≒0.99%で下限値より薄く、3Lなら3÷103×100≒2.9%で燃焼範囲内、9Lなら9÷109×100≒8.3%で上限値より濃いので燃焼しません。12L（約10.7%）、20L（約16.7%）も上限値を超えています。

覚え方：濃度は「蒸気÷（空気＋蒸気）」。分母に蒸気を足すのを忘れない。

• ✅ (1) 液温が40℃以上なら、点火源を近づけると引火する
• (2) 液温が40℃になると、点火源がなくても自然に燃え出す
• (3) 気温が40℃にならなければ、液温にかかわらず引火しない
• (4) 液温が40℃未満であれば、霧状にしても引火しない
• (5) 液温が40℃になると、液体が沸騰し始める

解説：引火点は「液温」で考えます。液温が引火点以上になると、点火源があれば引火できる濃度の蒸気が液面上にあります。点火源なしで燃え出すのは発火点です。また、霧状にしたり布にしみ込ませたりすると表面積が大きくなり、引火点より低い液温でも火がつくことがあります。

• (1) 乾性油をしみ込ませた布を積み重ねておくと、酸化熱が蓄積して自然発火することがある
• (2) 自然発火は、物質が空気中で発熱し、その熱が蓄積して発火点に達することで起こる
• (3) 通風が悪く熱がこもりやすい場所ほど、自然発火は起こりやすい
• ✅ (4) 動植物油類のうち、ヨウ素価の小さいものほど自然発火しやすい
• (5) 活性炭のように、吸着熱によって発熱し自然発火するものもある

解説：ヨウ素価は油が空気中の酸素とどれだけ結びつきやすいかの目安で、ヨウ素価が大きい（乾性油）ほど酸化しやすく自然発火しやすくなります。アマニ油・キリ油などの乾性油が代表例です。自然発火の原因となる熱には、酸化熱のほか、分解熱・吸着熱・発酵熱・重合熱などがあります。

覚え方：ヨウ素価が大きい＝乾性油＝自然発火しやすい。

• (1) 電気を通しにくい物質（不導体）ほど、静電気がたまりやすい
• (2) 湿度が低いほど、静電気はたまりやすい
• (3) 液体を配管で送るとき、流速が速いほど静電気が発生しやすい
• (4) 静電気の放電火花は、可燃性蒸気の点火源になることがある
• ✅ (5) 静電気の発生を防ぐには、接地をせずに絶縁しておくのがよい

解説：静電気を逃がすには、接地（アース）をして電気を地面に流すのが基本です。絶縁すると逆に静電気がたまります。不導体ほどたまりやすく、乾燥しているほどたまりやすく、流速が速いほど発生しやすいので、第4類の危険物を扱うときは接地・加湿・流速を遅くするといった対策をとります。

• (1) 容器や配管を接地する
• ✅ (2) 合成繊維の衣服を着用する
• (3) 室内の湿度を高くする
• (4) 液体を送る流速を遅くする
• (5) 除電服や帯電防止靴を着用する

解説：合成繊維（ナイロン・ポリエステルなど）は電気を通しにくく、こすれると静電気が発生しやすいので、着用すると逆効果です。木綿の衣服や除電服・帯電防止靴を着用します。接地・加湿・流速を遅くすることは、いずれも有効な対策です。

• (1) 燃えている木材に水をかける……冷却消火
• (2) 泡で油の表面を覆う……窒息消火
• (3) ガスの元栓を閉める……除去消火
• (4) ハロゲン化物消火剤で燃焼の連鎖反応を止める……抑制（負触媒）消火
• ✅ (5) ろうそくの炎に息を吹きかけて消す……窒息消火

解説：ろうそくの炎を吹き消すのは、燃えている可燃性の蒸気を吹き飛ばして取り除く除去消火です。消火の方法は、可燃物を取り除く「除去」、酸素の供給を断つ「窒息」、熱を奪って温度を下げる「冷却」、燃焼の連鎖反応を止める「抑制（負触媒）」の4つです。

覚え方：消火の4要素は「除去・窒息・冷却・抑制」。

• ✅ (1) 二酸化炭素消火剤は人体に無害なので、密閉された室内で大量に放出しても安全である
• (2) 水は蒸発熱が大きく、冷却効果が高い
• (3) 霧状に放射する強化液は、油火災にも電気火災にも使用できる
• (4) 泡消火剤は、電気火災には適さない
• (5) 二酸化炭素消火剤は電気を通さないため、電気火災に使用できる

解説：二酸化炭素は毒性は低いものの、密閉された場所で大量に放出すると酸素濃度が下がり、窒息のおそれがあります。人がいる場所での使用には注意が必要です。水は冷却効果が高く、霧状の強化液は油火災・電気火災にも使えます。泡は水を含み電気を通すので電気火災には使えません。

• (1) 約5%以下
• (2) 約10%以下
• ✅ (3) 約14〜15%以下
• (4) 約18%以下
• (5) 約21%以下

解説：空気中の酸素は約21%です。一般に、酸素濃度を約14〜15%以下に下げると燃焼は継続しなくなるとされます。窒息消火は、二酸化炭素や泡などで酸素の供給を断ったり、酸素濃度を下げたりして消火する方法です。

• ✅ (1) 冷房の冷たい空気が部屋の下のほうにたまる……伝導
• (2) 鍋を火にかけると取っ手まで熱くなる……伝導
• (3) 風呂を沸かすと、上のほうから熱くなる……対流
• (4) 太陽の熱で地面が暖まる……放射
• (5) たき火にあたると、顔が熱く感じる……放射

解説：冷たい空気は重いので下へ、暖かい空気は軽いので上へ移動します。これは流体（気体・液体）が動いて熱を運ぶ対流です。物体の中を熱が伝わるのが伝導、熱が電磁波（赤外線など）として空間を伝わるのが放射（ふく射）です。

• (1) 8.4kJ
• (2) 16.8kJ
• ✅ (3) 42kJ
• (4) 58.8kJ
• (5) 84kJ

解説：熱量は「比熱 × 質量 × 温度変化」で求めます。4.2 × 200 × (70 − 20) ＝ 4.2 × 200 × 50 ＝ 42,000J ＝ 42kJ です。温度変化を70℃のまま計算すると58.8kJ、20℃のまま計算すると16.8kJになり誤りです。

覚え方：熱量 Q ＝ 比熱 × 質量 × 温度差。

• (1) ある物体全体の温度を1K（1℃）上げるのに必要な熱量
• (2) 物質1gを、温度を変えずに蒸発させるのに必要な熱量
• (3) 物質1gを、温度を変えずに融解させるのに必要な熱量
• (4) 物質の中での熱の伝わりやすさを表す値
• ✅ (5) 物質1gの温度を1K（1℃）上げるのに必要な熱量

解説：比熱は物質1gの温度を1K上げるのに必要な熱量です。物体全体の温度を1K上げる熱量は熱容量（比熱×質量）、蒸発に必要な熱量は蒸発熱、融解に必要な熱量は融解熱、熱の伝わりやすさは熱伝導率です。水は比熱が大きく、温まりにくく冷めにくい物質です。

• (1) 固体が液体になることを融解という
• ✅ (2) 液体が固体になることを潮解という
• (3) 液体が気体になることを蒸発（気化）という
• (4) 固体が液体を経ずに直接気体になることを昇華という
• (5) 気体が液体になることを凝縮という

解説：液体が固体になることは凝固です。潮解は、固体が空気中の水分を吸って溶ける現象（例：水酸化ナトリウム）です。昇華の例にはドライアイスやナフタレンがあります。

• (1) 沸点とは、液体の蒸気圧が外圧と等しくなるときの温度である
• ✅ (2) 高い山の上では、平地より水の沸点が高くなる
• (3) 外圧が高くなると、沸点は高くなる
• (4) 1気圧における水の沸点は100℃である
• (5) 不揮発性の物質が溶けた水溶液の沸点は、純粋な水の沸点より高い

解説：高い山の上は気圧（外圧）が低いので、水の沸点は100℃より低くなります。外圧が高いほど沸点は高く、低いほど沸点は低くなります。圧力鍋は外圧を高くして沸点を上げ、高い温度で調理する道具です。

• ✅ (1) 第4類の危険物の蒸気は、ほとんどが空気より軽い
• (2) 液体の比重は、その液体と同じ体積の4℃の水の質量との比で表す
• (3) 比重が1より小さく水に溶けない液体は、水に浮く
• (4) 蒸気比重は、その蒸気と同じ体積の空気の質量との比で表す
• (5) 蒸気比重が1より大きい蒸気は、低い所にたまりやすい

解説：第4類の危険物の蒸気は、ほとんどが空気より重く（蒸気比重が1より大きく）、低い所やくぼみにたまりやすい性質があります。そのため、離れた場所の火源まで流れて引火する危険があります。液体の比重は水と、蒸気比重は空気と比べた値です。

• (1) 水
• (2) 酸素
• (3) エタノール
• ✅ (4) ガソリン
• (5) 二酸化炭素

解説：ガソリンは多くの種類の炭化水素が混ざった混合物です。灯油・軽油・空気・海水なども混合物です。水・エタノール・二酸化炭素は2種類以上の元素からなる化合物、酸素は1種類の元素からなる単体です。

• (1) 水素は化合物である
• (2) 食塩水は単体である
• (3) 二酸化炭素は混合物である
• ✅ (4) オゾンは単体である
• (5) 灯油は化合物である

解説：オゾン（O₃）は酸素原子だけからできているので単体です。水素は単体、食塩水は食塩と水の混合物、二酸化炭素は炭素と酸素の化合物、灯油は炭化水素の混合物です。

• (1) 水と過酸化水素
• ✅ (2) 酸素とオゾン
• (3) エタノールとジメチルエーテル
• (4) 水素と重水素
• (5) メタンとエタン

解説：同素体は、同じ元素からできていて性質の異なる単体どうしです。酸素とオゾンのほか、ダイヤモンドと黒鉛、黄リンと赤リンなどがあります。エタノールとジメチルエーテルは分子式が同じで構造が違う異性体、水素と重水素は中性子の数が違う同位体です。

• (1) 氷が溶けて水になる
• (2) ガソリンが蒸発する
• ✅ (3) 鉄がさびる
• (4) ドライアイスが昇華する
• (5) ニクロム線に電流を流すと赤く熱くなる

解説：鉄がさびるのは、鉄が酸素と結びついて別の物質（酸化鉄）になる化学変化です。融解・蒸発・昇華は状態が変わるだけの物理変化で、ニクロム線が熱くなるのも物質そのものは変わらない物理変化です。

• (1) 物質が酸素と化合する反応は、酸化である
• ✅ (2) 酸化剤は、相手の物質を酸化し、自らも酸化される
• (3) 物質が水素を失う反応は、酸化である
• (4) 物質が電子を失う反応は、酸化である
• (5) 酸化と還元は、同時に起こる

解説：酸化剤は相手を酸化し、自らは還元されます（還元剤は相手を還元し、自らは酸化されます）。酸化は「酸素を受け取る・水素を失う・電子を失う」反応で、ある物質が酸化されれば、相手の物質は必ず還元されます。

• (1) 酸は、青色リトマス紙を赤色に変える
• (2) 塩基は、赤色リトマス紙を青色に変える
• (3) 中性の水溶液のpHは7である
• (4) pHの値が小さいほど、酸性が強い
• ✅ (5) 酸と塩基が反応して塩と水ができる反応を、酸化という

解説：酸と塩基が反応して塩と水ができる反応は中和です。酸化は酸素と化合する（電子を失う）反応のことです。pHは7が中性、7より小さいと酸性、大きいと塩基性（アルカリ性）です。

• (1) 主に炭素・水素・酸素などからできている
• (2) 燃えやすく、完全燃焼すると二酸化炭素と水を生じるものが多い
• (3) 水に溶けにくく、有機溶媒に溶けやすいものが多い
• (4) 無機化合物に比べて、融点や沸点が低いものが多い
• ✅ (5) 水に溶けて電気をよく通す電解質が多い

解説：有機化合物は、水に溶けにくく電気を通しにくい非電解質が多いのが特徴です。第4類の危険物の多くが静電気をためやすいのも、電気を通しにくいためです。燃えやすく、融点・沸点が低いものが多い点も有機化合物の特徴です。

• (1) 1mol
• (2) 2mol
• ✅ (3) 3mol
• (4) 4mol
• (5) 6mol

解説：反応式の右辺の酸素原子は、2CO₂で4個、3H₂Oで3個、合わせて7個です。左辺のエタノールに酸素原子が1個あるので、残り6個をO₂でまかなうと3molになります。C₂H₅OH ＋ 3O₂ → 2CO₂ ＋ 3H₂O。エタノール1mol（46g）の完全燃焼には酸素3molが必要です。

• (1) 有機物が不完全燃焼すると発生する
• (2) 無色・無臭の気体である
• (3) 毒性が強い
• (4) 空気中で燃焼し、青白い炎を出して二酸化炭素になる
• ✅ (5) 不燃性の気体で、消火剤として使われる

解説：一酸化炭素は可燃性の気体で、燃えると二酸化炭素になります。消火剤として使われるのは、それ以上燃えない二酸化炭素のほうです。一酸化炭素は酸素が不足した状態の燃焼（不完全燃焼）で発生し、無色・無臭で毒性が強いため気づきにくく危険です。

• (1) 二酸化炭素
• (2) ハロゲン化物
• ✅ (3) 泡
• (4) 粉末（りん酸塩類）
• (5) 霧状の強化液

解説：泡消火剤は水を含んでいて電気を通すため、感電のおそれがあり電気火災には適しません（棒状の水や棒状の強化液も同様）。二酸化炭素・ハロゲン化物・粉末は電気を通さず、霧状の水や強化液は細かい粒になって電気が伝わりにくいので、電気火災に使えます。

覚え方：電気火災に×なのは「泡・棒状の水・棒状の強化液」。