【大学入試】化学《物質の状態変化》重要語句と典型問題まとめ・総チェック

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【大学入試】化学~目次一覧~

第1編 物質の状態
粒子の結合と結晶の構造
物質の状態変化 ⇒現在はここのページ
気体
溶液

第2編 物質の変化
化学反応とエネルギー
電池と電気分解
化学反応の速さとしくみ
化学平衡

第3編 無機物質
非金属元素
金属元素Ⅰ 典型元素
金属元素Ⅱ 遷移元素

第4編 有機化合物
有機化合物の分類と分析
脂肪族炭化水素
アルコールと関連化合物
芳香族化合物

第5編 高分子化合物
天然高分子化合物
合成高分子化合物

計17章ほど

【大学入試】化学《物質の状態変化》重要語句と典型問題まとめ・総チェック

状態変化と熱量(エネルギー)

物質の状態(気体、液体、固体)は、くっつきたい力(分子間力)と動き回りたい(熱運動の激しさ)の大小関係によって決まる。

★くっつきたい力(分子間力)
物質量が大きいほど分子がくっつく力は強いが、物質量は一定である。
圧力が大きいほど、分子間力も大きくなる。

★動き回りたい(熱運動の激しさ)
温度が高いほど、熱運動も激しくなる。

→物質の状態は「圧力」と「温度」で決まる。
*地上で大気圧は一定である条件で実験を行うことが多いので、温度だけ変化させて見ていく。

状態図

状態図とは、
x軸に温度、y軸に圧力をとり、さまざまな温度と圧力のもとで、
その物質が固体,液体,気体のどの状態で存在しているかを表した図のこと。

【高校化学】水の状態図(温度と圧力の2つの変数で、固体・液体・気体のどの状態か表した図融解曲線、蒸気圧曲線、臨界点、超臨界流体、昇華圧曲線、三重点)

【高校化学】水の状態図(温度と圧力の2つの変数で、固体・液体・気体のどの状態か表した図融解曲線、蒸気圧曲線、臨界点、超臨界流体、昇華圧曲線、三重点)

融解曲線 :この曲線上では、固体と液体が共存する温度を表す
蒸気圧曲線 :この曲線上では、液体と気体が共存する温度を表す
臨界点:蒸気圧曲線がとぎれた点。気体と液体の区別がつかない状態になっている。また,臨界点を超えた状態にある物質を超臨界流体という
昇華圧曲線 :この曲線上では、固体と気体が共存する温度を表す
三重点:3つの曲線の交点で,気体と液体と固体が共存している点を表す

加熱時間と温度の関係

★状態変化がないとき(固体だけ、液体だけ、気体だけのとき)
加熱時間とともに、分子の運動が激しくなり、温度が上昇する。

★状態変化があるとき(固体と液体の混合状態、液体と気体の混合状態)
加熱時間に関係なく、状態変化する(分子間の結合を切る)ために熱エネルギーが使われるため、温度は変化しない。
融解熱:融解するために必要な熱のこと。
蒸発熱:蒸発するために必要な熱のこと。

冷却時間と温度の関係(液体から固体へ変化するとき)★凝固点・過冷却

*冷却のグラフは、加熱のときの階段みたいなグラフの逆をイメージすれば良い。

水を冷却していくと、本来的なイメージならば、0度で「だんだんと」氷に変化していくはず。
だんだんと水が氷に変化していき、水と氷の混合状態なので、0度のまま一定(冷却エネルギー=凝固熱エネルギー)。

しかし、実際は、
0度を過ぎても氷にはならずある程度マイナスになってから(過冷却)、一気に氷になり始める(凝固開始、冷却エネルギー<凝固熱エネルギー)。

水が氷になり始めるときに「急激な凝固」が起こるために、…開店同時のお客さんのラッシュみたいな
凝固によって放出される熱が、冷却によって奪われる熱よりも上回るため温度が上昇する。

【高校化学】液体から固体へ変化するとき(凝固点、過冷却)

【高校化学】液体から固体へ変化するとき(凝固点、過冷却)

液体から気体について

★気液平衡とは
蒸発する分子の数と、凝縮する分子の数が等しい場合をさす。
*容器内に、液体と気体が共存しているのをイメージ

★気液平衡状態のとき、飽和蒸気圧となる。
蒸気が示す圧力(蒸気圧)は、温度が一定であれば、容器の体積に関わらず一定となる。

★飽和蒸気圧の測定
水銀柱の、水銀面に液体を入れると、液体の蒸気圧の分だけ、水銀柱が低くなるというもの。

★沸騰とは
沸騰とは、蒸気圧と外圧(大気圧)が等しいとき
液体内部で気泡が形成され、液面が激しく泡立つ現象をさす。

★蒸気圧曲線とは
温度と飽和蒸気圧の関係を示す曲線で、この曲線上が意味するものは、液体と気体が共存している状態をさす。
1,温度が高ければ高いほど、蒸発しようとするので、蒸気圧が大きくなる。
2,外圧(大気圧)を大きくすると、温度を上げて蒸気圧を大きくしないと沸騰しない。(沸点が上がる。)理由:そもそも沸騰とは、外圧と蒸気圧が等しいときに起こる現象だから。
3,分子間力の大きい液体ほど、沸騰しにくく、蒸気圧が小さい。例:水は水素結合により分子間力がエタノールより大きい。よって、沸点も水はエタノールより高くなる。

【化学】飽和蒸気圧と蒸気圧曲線(状態図をピックアップしたもの)

【化学】飽和蒸気圧と蒸気圧曲線(状態図をピックアップしたもの)

気体について

気体の運動エネルギー

同じクラスにいる生徒でも、それぞれ偏差値が違うように、
同じ環境(同じ温度)にいる気体の分子でも、それぞれ運動のエネルギーはそれぞれ異なる。
なぜなら、分子どうしが衝突し、衝突した結果、その運動エネルギーが停止したり、加速したりしているから。

しかし、
みんな高得点を取れるようなテストだと、標準偏差(平均点からのばらつき度合)が低くなるのと同じで、
温度が高くなると、運動エネルギーの大きい分子が多くなり、そのばらつき度合が低くなる。

【高校化学】気体の運動エネルギー(温度が高くなると、運動エネルギーのばらつき度合が低くなる。)

【高校化学】気体の運動エネルギー(温度が高くなると、運動エネルギーのばらつき度合が低くなる。)

分子間力

★分子間力とは

★分子間力の種類

固体について

★そもそも結晶とは
粒子が規則正しく配列した固体のこと。

★結晶の4種類
金属結晶
イオン結晶(金属原子と非金属原子の結合)
共有結合の結晶(ダイヤモンド、、黒鉛、ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素)
分子結晶(非金属元素のみからできていて共有結合の結晶の5つ以外)

⇒規則正しいので、繰り返される単位を考えることができる。
⇒結合力が強いほど、結晶はかたく、融点や沸点が高い。

★結晶の結合力の強さ
分子結晶の分子間力の話(ファンデルワールス力<極性分子間に働く引力<水素結合)≪共有結合、イオン結合、金属結合