【中1理科】物質の状態変化の要点まとめ｜融点・沸点のグラフと蒸留のしくみ

中1理科「物質の状態変化」を、図と例題で1つずつ確かめるページです。この単元は、「質量は変わらず、体積が変わる」ことと、「融点・沸点は物質ごとに決まっている」ことの2つが土台です。どの見出しも「答え → 図 → 理由 → 解き方」の順に書いています。紙に書いて練習したい人は、下の無料プリントを使ってください。

状態変化とは？ 固体・液体・気体と4つの変化の名前

📄 プリント2ページ

理由：ろうのろうそくは炎の熱でとけて液体になり、鉄もとても高い温度ではとけて液体になります。水だけでなく、ほかの物質もすがたを変えます。

基本次の変化の名前を、それぞれ答えなさい。(1) バターがフライパンの上でとける　(2) ぬれたタオルがかわく　(3) 冷凍庫で水が氷になる

(1) 固体 → 液体　(2) 液体 → 気体　(3) 液体 → 固体 と考えます。

答え：(1) 融解　(2) 蒸発　(3) 凝固

基本固体・液体・気体のうち、入れ物に合わせて形が変わるのに、体積は変わりにくいものはどれですか。

上の表で「形」が「入れ物に合わせて変わる」のは液体です。体積は変わりにくいと書いてあります。

答え：液体

ろうが固まると、水が凍ると、体積と質量はどうなる？

📄 プリント3・4ページ

ろうの実験：ビーカーに液体のろうを入れて液面の高さに印をつけ、質量をはかります。冷やして固体にすると、体積は減り（まん中がへこんで印より下になる）、質量は変わりません。

理由（密度とのつながり）：密度＝質量÷体積です。ろうは質量が同じで体積が小さくなるので、密度は大きくなります。だから、液体のろうに固体のろうを入れると沈みます。

水が氷になると：体積が約1.1倍に増えます（質量は同じ）。氷の密度は約0.92g/cm³で、水の密度（1.0g/cm³）より小さいので、氷は水に浮きます。冬に水道管の水が凍って管がこわれたり、ペットボトルの水を凍らせるとふくらんだりするのも、このためです。

気体になると：体積はとても大きくなります。ポリエチレンの袋に液体のエタノールを少し入れ、空気をぬいて口を閉じ、熱い湯をかけると、エタノールが気体になって袋がふくらみます（別の物質になったわけではありません）。冷やすと液体にもどり、しぼみます。水が水蒸気（100℃）になると、体積は約1700倍になります（1cm³の水が約1700cm³）。

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体積は、ふつう固体＜液体＜気体。密度は、ふつう固体＞液体＞気体。水だけは、体積が液体＜固体＜気体です。

標準液体のろうが100cm³あり、質量は80gです。これが固体になると、体積が8cm³減りました。固体のろうの密度は何g/cm³ですか（小数第3位を四捨五入）。また、固体のろうを液体のろうに入れると、浮きますか、沈みますか。

質量は固体になっても80gのままです。ろうは固体になると体積が減るので、固体の体積は 100−8＝92（cm³）

固体の密度：80÷92＝0.869…→ 約0.87（g/cm³）

液体の密度：80÷100＝0.80（g/cm³）。固体のほうが密度が大きい

答え：約0.87g/cm³、沈む

基本水500cm³（質量500g）がすべて凍って氷になりました。氷の質量と、氷の体積（約1.1倍）はいくつになりますか。

質量は変わりません。体積は 500×1.1＝550（cm³）

答え：質量 500g、体積 約550cm³

基本水3cm³が、100℃の水蒸気になりました。体積は約何cm³になりますか（水は水蒸気になると体積が約1700倍）。

3×1700＝5100（cm³）

答え：約5100cm³

理由氷が水に浮くのはなぜですか。「体積」「密度」という語を使って書きなさい。

水は例外で、凍ると体積が増えます。「質量が同じ」「体積が大きい」「密度が小さい」の流れで書きます。

答え：水は凍ると、質量は同じで体積が約1.1倍に大きくなり、密度が水より小さくなるから。

状態が変わるとき、粒子はどうなっている？

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モデルで説明する手順：

• 粒子の数が変わったかを見る。数は変わらないので、質量も変わらない
• 粒子どうしの間が、せまくなったか広くなったかを見る。例：ろうが液体 → 固体になると、間がせまくなるので、体積が小さくなる
• 粒子の動きが、おだやかになったか、はげしくなったかを見る。例：エタノールが液体 → 気体になると、はげしく動いて間がとても広くなるので、袋が大きくふくらむ

水が氷になると体積が増えるのは、氷は粒子がすき間の多いならび方をするためです（水は例外）。

基本固体・液体・気体のうち、粒子がその場でわずかにふるえているだけなのはどれですか。

上の表で「その場でわずかにふるえる」のは固体の動きです。

答え：固体

標準水蒸気が冷えて水になると、体積は小さくなります。このとき、粒子の数、粒子どうしの間、粒子の動きは、それぞれどうなりますか。

数 → 変わらない。間 → 気体から液体になるので、せまくなる。動き → はげしい動きから、位置を変えながら動く動きになり、おだやかになる。

答え：数は変わらず、間はせまくなり、動きはおだやかになる

理由水が水蒸気になっても、質量が変わらないのはなぜですか。

「粒子の数と種類」が変わらないことを入れて書きます。

答え：状態が変わっても、粒子の数と種類が変わらないから。

水を加熱し続けると、温度はどう変わる？

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• 0℃の平らな所…氷と水がまざっている（融解している間）。この温度を水の融点という
• 100℃の平らな所…水と水蒸気がまざっている（沸騰している間）。この温度を水の沸点という

理由：平らな所では、加えた熱が状態を変えるために使われるので、温度は上がりません。

白く見えるゆげは、水蒸気が冷えてできた小さな水のつぶ（液体）です。水蒸気は目に見えません。

標準氷を加熱し続けると、温度が0℃で止まって上がらない間があります。この間、加えた熱は何に使われていますか。また、このとき容器の中にあるのは何ですか。

平らな所では、熱は温度を上げるのではなく、状態を変えるために使われます。0℃は融解している間です。

答え：熱は状態を変えるために使われている。中にあるのは氷と水がまざったもの。

基本液体の表面からも内部からもさかんに起こり、あわが出る変化は、蒸発と沸騰のどちらですか。

表の「どこから」を見ます。内部からもさかんに起こるのは沸騰です。

答え：沸騰

融点・沸点は、量で変わる？ 物質を見分けられる？

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エタノールの沸点を調べる実験：試験管にエタノールを少しと沸騰石を入れ、温度計をさして、熱い湯の入ったビーカーにつけて温めます（湯せん）。エタノールは火がつきやすいので、直接火で熱しません。沸騰石は、急な沸騰を防ぐために入れます。

沸点は、液体が沸騰して気体に変わるときの温度です。融点は、固体がとけて液体に変わるときの温度です。

理由：量が増えると、温度を上げるのにより多くの熱が要るので時間は長くなりますが、物質の種類は同じなので、沸点は変わりません。例：ある透明な液体が約78℃で沸騰し続けたなら、エタノールと考えられます。

標準エタノールを同じ強さで加熱すると、約78℃で平らになりました。エタノールの量を3倍にして、同じ強さで加熱すると、平らな所の温度と、平らな所に着くまでの時間はどうなりますか。

沸点は量では変わらず、物質で決まります。量が増えると、温度を上げるのに時間がかかります。

答え：温度は約78℃のまま。着くまでの時間は長くなる。

基本−30℃の寒い所に置いても、消毒用のエタノールが凍らないのはなぜですか。「融点」という語を使って書きなさい。

エタノールの融点と、−30℃をくらべます。

答え：エタノールの融点は−115℃で、−30℃はそれより高いので、固体にならず液体のままだから。

ある温度で、物質は固体・液体・気体のどれ？

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理由：融点で固体が液体に、沸点で液体が気体に変わるからです。例：−30℃の寒い所では、水は凍りますが、消毒用のエタノールは凍りません（融点が−115℃だから）。20℃のときは、鉄は融点1538℃より低いので固体、エタノールは融点−115℃と沸点78℃の間なので液体、酸素は沸点−183℃より高いので気体です。

液体でいる温度の範囲は「融点から沸点まで」です。エタノールは−115℃から78℃の間、塩化ナトリウムは801℃から1413℃の間です。融点や沸点ちょうどの温度では、2つの状態がまざるので、問題ではその温度は聞きません。

標準上の表を使って、次の状態を答えなさい。(1) −130℃のエタノール　(2) 1000℃の塩化ナトリウム　(3) 3000℃の鉄

(1) −130℃は融点−115℃より低い → 固体

(2) 1000℃は融点801℃と沸点1413℃の間 → 液体

(3) 3000℃は沸点2862℃より高い → 気体

答え：(1) 固体　(2) 液体　(3) 気体

基本上の表の物質のうち、20℃で気体のものを2つ答えなさい。

20℃が沸点より高い物質をさがします。沸点が20℃より低いのは、酸素（−183℃）と窒素（−196℃）です。

答え：酸素、窒素

まざった液体を加熱すると、温度はどう変わる？

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場面：海水（食塩水）を加熱すると、水が水蒸気になって出ていきます。その水蒸気を冷やして液体にもどすと、水が得られます。食塩はあとに残ります。ろ過では、水にとけている食塩は分けられませんでしたが、加熱を使うと分けられます。

• 純粋な物質…1種類の物質でできている物（例：水・エタノール）
• 混合物…いくつかの物質がまざった物（例：食塩水・水とエタノールの混合物）

ろう（パラフィン）も混合物なので、とける温度がはっきり1つに決まりません。水とエタノールの混合物のグラフは、「エタノールの沸点で平ら → 水の沸点で平ら」という2段の形にはなりません。

混合物の中の量：質量パーセント濃度(%)＝溶質の質量(g)÷溶液の質量(g)×100 で表せます（溶液の質量＝溶質＋溶媒）。

分ける考え方：水とエタノールの混合物から、エタノールを多くふくむ液をとり出すには、沸点の低いエタノールが先に多く気体になるので、その気体を冷やして集めます（次の見出しで説明します）。

基本次のうち、混合物をすべて選びなさい。ア 水　イ 食塩水　ウ エタノール　エ 水とエタノールの混合物

1種類の物質でできているのは、水とエタノール（純粋な物質）です。食塩水は水と食塩、エは水とエタノールがまざっています。

答え：イ、エ

標準水30gにエタノール20gをまぜました。エタノールの質量パーセント濃度は何%ですか。

溶液の質量：30＋20＝50（g）

濃度：20÷50×100＝40（%）

答え：40%

標準純粋な物質と混合物を、それぞれ加熱して沸騰させました。沸騰している間、温度が一定になるのはどちらですか。

混合物は、沸騰している間も温度が少しずつ上がり続けます。

答え：純粋な物質

水とエタノールの混合物から、エタノールをとり出すには？（蒸留）

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• 枝つきフラスコに混合物と沸騰石を入れる（突沸を防ぐため）
• 温度計の液だめを枝の高さに合わせる（出ていく気体の温度をはかるため）
• ガラス管の先は液につけない（逆流を防ぐため）
• 試験管を冷たい水で冷やし、弱火で加熱する（気体を液体にもどすため）
• 火を消す前に、ガラス管を液から出す

結果（試験管A→B→Cの順に約3cm³ずつ集める）：

理由：沸点の低いエタノール（78℃）のほうが、沸点の高い水（100℃）より先に多く気体になって出てきます。ただし、Aにも水が少しまざっています。温度計の温度は、Aのころより、Cのころのほうが高くなります。

密度で見分ける：エタノールの密度は約0.79g/cm³で、水（1.00g/cm³）より小さいので、エタノールを多くふくむ混合物ほど、密度が小さくなります。

標準水とエタノールの混合物を蒸留して、液Rと液Sを集めました。液Rは20cm³で16.4g、液Sは20cm³で18.6gでした。エタノールを多くふくむのはどちらですか。

R：16.4÷20＝0.82（g/cm³）

S：18.6÷20＝0.93（g/cm³）

エタノールは水より密度が小さいので、密度が小さいほうがエタノールを多くふくみます。

答え：液R

基本蒸留で、温度計の液だめを枝の高さに合わせるのはなぜですか。

「出ていく気体」を入れて書きます。

答え：枝から出ていく気体の温度をはかるため。

理由水とエタノールの混合物を蒸留すると、はじめに集まる液にエタノールが多くふくまれるのはなぜですか。

「沸点」を入れて、エタノールと水をくらべて書きます。

答え：エタノールのほうが水より沸点が低く、先に多く気体になって出てくるから。

まとめ

物質は、温度によって固体・液体・気体とすがたを変えますが（状態変化）、物質そのものは変わりません。状態が変わっても質量は変わらず、体積が変わります（水だけは氷のほうが体積が大きい）。純粋な物質の融点・沸点は物質ごとに決まっていて、量では変わりません。融点より低ければ固体、沸点より高ければ気体です。混合物は沸騰中も温度が上がり続け、沸点のちがいを利用した蒸留で分けられます。プリントの確認問題で、グラフの読み取りと記述を手を動かして練習してみてください。