危険物取扱者 乙4「基礎的な物理学・化学」一問一答(全46問)

正解：b. 可燃物・酸素供給源・点火源

燃焼の3要素は可燃物・酸素供給源(酸素供給体)・点火源(熱源)であり、これに連鎖反応を加えて燃焼の4要素とすることもある。他の選択肢は窒素・二酸化炭素・水分・不燃物など燃焼を助けない(むしろ抑制する)要素を含むため誤り。

正解：c. ニトロセルロースが分子内の酸素で燃えるのは自己燃焼である

ニトロセルロース・セルロイドなどは分子内に酸素を含み、その酸素で燃焼するため自己燃焼(内部燃焼)と呼ぶ。木炭・コークスは表面燃焼(分解燃焼ではない)、引火性液体は蒸発した蒸気が燃える蒸発燃焼(表面燃焼ではない)、木材・石炭は熱分解して生じる可燃性ガスが燃える分解燃焼(蒸発燃焼ではない)ため他は誤り。

正解：b. 引火点とは、点火源を近づけたとき燃え出すのに十分な蒸気を液面上に生じる最低の液温である

引火点は、点火源を近づけたとき引火するのに十分な濃度(燃焼範囲下限)の蒸気を液面上に発生する最低液温であり、これを述べた記述が正しい。点火源なしで自然発火する温度は発火点であり、発火点は一般に引火点より高い。よって、引火点を点火源なしで自然に燃え出す最低の液温とする記述、発火点を可燃性蒸気が燃焼範囲の下限に達するときの液温とする記述、発火点は引火点より必ず低いとする記述は、いずれも誤り。

正解：d. 濃度1.0vol%では下限未満のため点火源があっても燃焼(爆発)しない

燃焼範囲は下限値〜上限値の間でのみ燃焼が起こる。1.0vol%は下限1.4vol%未満なので燃焼しない(正しい)。5.0vol%は範囲内なので燃焼する、10vol%は上限7.6vol%を超えるため燃焼しない、燃焼範囲は広いほど(かつ下限が低いほど)危険が大きい、ため他は誤り。

正解：c. 固体が液体を経ずに直接気体になる変化を昇華という

固体が液体を経ずに直接気体になる(またはその逆)変化を昇華といい、これを述べた記述が正しい。液体→気体は蒸発(気化)、気体→液体は凝縮(液化)、固体→液体は融解、液体→固体は凝固である。よって、液体が気体になる変化を昇華とする記述、気体が液体になる変化を融解とする記述、固体が液体になる変化を凝固とする記述は、いずれも用語が誤り。

正解：d. 蒸気比重が1より大きい可燃性蒸気は低所に滞留しやすい

蒸気比重が1より大きい(空気より重い)蒸気は低所・床面付近に滞留しやすく、離れた点火源にも達して引火の危険がある。第4類危険物の蒸気の多くは空気より重く(蒸気比重>1)、ガソリン蒸気も空気より重い。蒸気比重と液比重は別の値である。よって他は誤り。

正解：c. ガソリンや灯油は水より比重が小さく、水に浮く

ガソリン・灯油は比重が水より小さく(約0.65〜0.8)水に浮く(正しい)。二硫化炭素は比重約1.26で水より重く水に沈む、第4類には二硫化炭素など水より重いものもある、水に浮く油に注水すると油が水面に広がり火災が拡大するため注水は不適、よって他は誤り。

正解：d. 導電性の低い床材や履物を用いる

導電性の低い絶縁材を用いると静電気が逃げず蓄積しやすくなるため防止策として誤り。流速を遅くする・接地する・湿度を高く保つ(空気中の水分で電荷が逃げやすくなる)はいずれも正しい静電気防止策である。

正解：c. 酸化剤は相手を酸化し、自身は還元される物質である

酸化剤は反応で相手を酸化し、自身は酸素を与える(または電子を受け取る)ため還元される物質である(正しい)。物質が酸素と化合するのは酸化、水素を失うのは酸化、還元剤は相手を還元し自身は酸化される、ため他は誤り。

正解：a. 比熱とは、物質1gの温度を1K上げるのに必要な熱量

比熱は物質1gの温度を1K(1℃)上げるのに必要な熱量である(正しい)。物体中を順次伝わるのは伝導(放射ではない)、真空を隔てて届くのは放射(対流ではない)、流体が移動して熱を運ぶのは対流(伝導ではない)、ため他は誤り。

正解：d. 約840kJ

熱量Q=質量×比熱×温度差=5000g×4.2J/(g・K)×(60−20)K=5000×4.2×40=840000J=840kJ。よって約840kJが正しく、他は計算が合わない。

正解：a. 連鎖反応を止める消火は抑制(負触媒)消火である

燃焼の連鎖反応を化学的に断ち切る消火は抑制(負触媒)消火である(正しい)。燃焼物を取り除くのは除去消火(窒息ではない)、酸素供給を断つのは窒息消火(冷却ではない)、水で温度を下げるのは冷却消火(除去ではない)、ため他は誤り。

正解：a. 窒息作用が主で、電気設備の火災にも使用できる

二酸化炭素消火剤は空気中の酸素濃度を下げる窒息作用が主で、電気を通さないため電気火災にも有効である(正しい)。油火災(第4類)にも使える、放射すると酸素濃度が下がり密閉室では酸欠の危険がある、酸化させて消火することはない、ため他は誤り。

正解：c. 棒状の水(注水)は液面を冷却するので最も有効である

第4類の非水溶性液体に棒状注水すると、水より軽い油が水面に浮いて燃え広がり火災を拡大させるため不適で、この記述は誤り。泡・粉末・二酸化炭素はいずれも第4類火災に適応する有効な消火剤である。

正解：a. 一般に可燃性で、燃焼すると二酸化炭素と水を生じる

有機化合物は主に炭素・水素などからなり可燃性で、完全燃焼すると二酸化炭素と水を生じるものが多い(正しい)。一般に水に溶けにくく無機化合物より融点・沸点が低い、燃えやすい、構成元素は炭素が主体で金属元素ではない、ため他は誤り。

正解：a. 液体は温度が上昇すると一般に体積が膨張するため、容器に満量を注入すると危険である

液体は温度上昇に伴い一般に体積が膨張するため、タンクや容器に液体を満量まで注入すると温度上昇時に溢れ出す危険があり、この記述は正しい。液体はほとんど体積変化しないという記述、体膨張率が物質によらず一定という記述、加熱すると体積が減少するという記述はいずれも誤りである。液体の体膨張率は物質ごとに異なり、ガソリン等は水より膨張しやすい。

正解：b. 沸点は液体の飽和蒸気圧が外圧と等しくなる温度である

沸点とは液体の飽和蒸気圧が外圧(大気圧)と等しくなる温度であり、これは正しい。沸点は物質ごとに異なり水以外は100℃とは限らないため誤り、気圧を下げると沸点は低くなる(高くなるは誤り)、沸点は外圧との関係で決まり密度のみで決まるわけではないため誤りである。

正解：c. 密度は単位体積あたりの質量、比重は基準物質との質量比である

密度は単位体積あたりの質量(例:g/cm3)であり、比重は物質の質量と基準物質(通常水)の質量との比で単位を持たない無次元の量であるため、この記述は正しい。密度と比重の数値がg/cm3を基準とした場合近い値になることはあるが定義上「必ず一致する」とは言えず、また比重が単位体積あたりの質量そのものである、密度と比重の定義を入れ替えた記述はいずれも誤りである。

正解：d. ガソリンが燃焼して二酸化炭素と水を生じる変化は化学変化である

ガソリンの燃焼のように物質そのものが変化し別の物質(二酸化炭素と水)が生じる変化は化学変化であり、この記述は正しい。氷が融けて水になるのは状態が変わるだけで物質は変化しない物理変化であるため誤り、物理変化で別の物質が生成するという記述、化学変化で物質そのものは変化しないという記述もいずれも定義に反し誤りである。

正解：c. 空気は窒素や酸素など複数の物質からなる混合物である

空気は窒素・酸素・アルゴン等複数の物質が混ざり合った混合物であり、この記述は正しい。ガソリンは種々の炭化水素の混合物であり単一の化合物ではないため誤り、水は水素と酸素からなる化合物であり混合物ではないため誤り、単体は1種類の元素のみからなる純物質であり2種類以上の元素からなるものは化合物であるため誤りである。

正解：d. pHが7より小さい水溶液は酸性、7より大きい水溶液はアルカリ性である

水溶液のpHは7を中性とし、7より小さいほど酸性、7より大きいほどアルカリ性(塩基性)を示すため、この記述は正しい。pHの値が大きいほど酸性が強いという記述は逆であり誤り、中性のpHは7であって0ではないため誤り、pHは温度によって変化しうるため常に一定という記述も誤りである。

正解：b. 酸と塩基が反応すると、一般に塩(えん)と水を生じる

酸と塩基が反応すると、一般に塩(えん)と水を生じる反応を中和といい、この記述は正しい。中和反応で必ず気体が発生するという記述、酸性どうしを混ぜる反応を中和とする記述、中和で新たに酸が生じるという記述はいずれも中和反応の定義に反し誤りである。

正解：b. 燃焼点は、一般に引火点よりわずかに高い温度である

燃焼点とは、いったん点火した炎が消えずに燃焼を継続できる最低の液温であり、一般に引火点よりわずかに高い温度であるため、この記述は正しい。燃焼が継続せず消える温度とする記述は燃焼点の定義と逆であり誤り、空気中で火源がなくても自ら発火する最低の温度は発火点の説明であり誤り、燃焼点と引火点は異なる温度であるため同一とする記述も誤りである。

正解：b. 自然発火とは、外部から火源を与えなくても物質が自ら発熱し、発火点に達して燃え出す現象である

自然発火とは、外部からの火源なしに物質自身が酸化熱等により発熱し、その熱が蓄積して発火点に達して燃え出す現象であり、この記述は正しい。外部からの火気接触によって起こるという記述は自然発火の定義と矛盾し誤り、蓄熱が起こりにくい状況で発生しやすいという記述も逆であり誤り、第4類にも自然発火性を持つ物質は存在するため誤りである。

正解：c. 静電気は、液体が配管内を流動する際の摩擦によって発生する

静電気は、液体が配管やホースの内部を流動する際に管壁との摩擦などにより発生する(流動帯電)ことがあり、この記述は正しい。金属どうしの接触時のみ発生するという記述、湿度が高いほど帯電しやすいという記述(実際は湿度が高いと放電しやすく帯電しにくい)、液体が静止時に最も発生しやすいという記述はいずれも誤りである。

正解：d. 水は比熱が大きく、温まりにくく冷めにくい性質がある

水は多くの物質に比べて比熱が大きく、温まりにくく冷めにくいという性質があり、この記述は正しい。比熱が大きい物質ほど温度を上げるのに多くの熱量が必要で温まりにくいため、少ない熱量で温度上昇しやすいという記述は誤り、比熱がすべて水と同じという記述は誤り、比熱が小さい物質は少ない熱量で温度が大きく上昇するため、温度上昇が小さいとする記述も誤りである。

正解：b. 気化する際には、周囲から熱を奪うため、周囲の温度は下がる

液体が気体になる際には気化熱(蒸発潜熱)として周囲から熱を奪うため周囲の温度は下がり、この記述は正しい。周囲に熱を放出して温度が上がるという記述は逆であり誤り、気化熱は状態変化に使われる熱であって温度上昇に使われる熱ではないため誤り、気化時に熱の出入りが生じないとする記述も誤りである。

正解：a. 一般に金属は熱をよく伝え、空気は熱を伝えにくい性質がある

一般に金属のような固体は熱をよく伝える一方、空気のような気体は熱を伝えにくい性質があり、この記述は正しい。気体が固体よりも熱をよく伝えるという記述は事実に反し誤り、熱伝導のしやすさが物質によらず同じという記述、液体が固体より常に熱を伝えやすいという記述もいずれも誤りである。

正解：b. 燃焼範囲は可燃性蒸気と空気との混合割合の範囲であり、下限値・上限値は物質によって異なる

燃焼範囲(爆発限界)とは可燃性蒸気と空気との混合気体が燃焼しうる濃度の範囲であり、その下限値・上限値は物質ごとに固有の値を持つため、この記述は正しい。可燃物の種類によらず同じ数値になるという記述は誤り、濃度が下限より低いと燃料が薄すぎて燃焼が起こらないため常に燃焼が起こるとする記述も誤り、燃焼範囲が広いほど発火しうる濃度域が広く危険性は高いため、危険性が低いとする記述も誤りである。

正解：d. 液温が高くなるほど、その液体の飽和蒸気圧は大きくなる

液体の飽和蒸気圧は液温の上昇とともに増大し、これを図示したものが蒸気圧曲線である。よって正しいのは液温が高いほど蒸気圧が大きくなるとする記述である。液温上昇で蒸気圧が小さくなるとする記述は関係が逆であり誤り。蒸気圧が液温によらず一定とする記述は温度依存性を無視しており誤り。蒸気圧は分子の運動エネルギーに関わる物理量であり液体の色とは無関係なので、色で決まるとする記述も誤りである。

正解：d. 温度が一定のとき、気体の体積は圧力に反比例する

ボイルの法則は、温度が一定のとき気体の体積は圧力に反比例するという法則であり、圧力を上げると体積は小さくなる。体積が圧力に比例するとする記述は関係が逆であり誤り。圧力一定で体積が温度に反比例するという記述はシャルルの法則(体積は温度に比例)と矛盾しており誤り。気体の体積が圧力・温度に無関係に一定とする記述も、状態方程式に反するため誤りである。

正解：b. 圧力が一定のとき、気体の体積は絶対温度に比例する

シャルルの法則は、圧力が一定のとき気体の体積は絶対温度に比例するという法則であり、温度を上げると体積は増加する。体積が絶対温度に反比例するとする記述は関係が逆であり誤り。「温度が一定のとき」体積が絶対温度に比例するという記述は条件設定自体が矛盾しており誤り。気体の体積が圧力・温度に無関係に一定とする記述も状態方程式に反し誤りである。

正解：a. 約4,520kJ

水2kgは2,000gであり、必要熱量は質量×蒸発潜熱で求められるので2,000g×2,260J/g=4,520,000J、すなわち約4,520kJとなる。約2,260kJは質量を1,000g(1kg)として計算した場合に相当し、2kgを1kgと取り違えた誤りである。約1,130kJは質量を500gとして計算した場合に相当する誤りである。約9,040kJは質量を4,000g(4kg)として計算した場合に相当し、いずれも正しい計算結果ではない。

正解：c. 細い管を液体に差し込むと、管内の液面が周囲の液面より上昇したり下降したりする現象で、液体の種類や管の太さによって程度が異なる

毛管現象は、細い管の中で液体の表面張力等により液面が周囲より上昇または下降する現象であり、その程度は液体の種類や管の太さによって異なる。液体の種類・管の太さに関係なく同じ高さになるとする記述は程度差を無視しており誤り。毛管現象は液体で生じる現象であり、気体のみで生じるとする記述は誤り。特定の低温条件でのみ生じる特殊現象とする記述も事実に反し誤りである。

正解：b. 表面張力とは、液体が表面積を小さくしようとして働く力のことである

表面張力は液体の表面が自らの表面積を最小にしようとして働く力であり、水滴が丸くなる現象などに現れる。内部で気泡ができるときにのみ働く力とする記述は表面現象の説明として誤り。水は油類などに比べてむしろ表面張力が大きい液体の代表例であり、極めて小さいとする記述は誤り。表面張力の大きさは液体の種類によって異なるため、すべて同じとする記述も誤りである。

正解：c. 一定温度において、溶媒にそれ以上溶質を溶かすことができない状態の溶液を飽和溶液という

一定温度・一定量の溶媒に溶質を溶かしていき、それ以上溶けなくなった状態の溶液を飽和溶液といい、そのときに溶けている溶質の量が溶解度である。溶質が全く溶けていない状態を飽和溶液とする記述は定義と逆であり誤り。溶解度は溶質と溶媒の組み合わせによって異なる値をとるため、すべて同じとする記述は誤り。溶解度は一般に溶媒の温度によって変化するため、温度に無関係とする記述も誤りである。

正解：d. コロイド粒子は、真の溶液の溶質粒子よりも大きく、ろ紙は通過するが半透膜は通過できない程度の大きさの粒子である

コロイド粒子は原子・分子・イオンなどより大きく、ろ紙は通過できるが半透膜は通過できない程度の大きさの粒子であり、この性質を利用して真の溶液と区別できる。半透膜も自由に通過するとする記述は粒子の大きさの説明として誤り。コロイド溶液に光を当てると粒子により光が散乱されて光の通路が見えるチンダル現象が生じるため、見えることはないとする記述は誤り。コロイドは気体・液体・固体いずれの分散媒にも存在しうるため、気体のみとする記述も誤りである。

正解：c. 化学反応の前後で、反応に関わる物質全体の質量の総和は変化しない

質量保存の法則により、化学反応が起きても反応に関与する物質全体の質量の総和は反応前後で変化しない。質量が必ず増加するとする記述、必ず減少するとする記述はいずれもこの法則に反し誤りである。質量保存の法則は反応系全体(気体を含む)について成り立つ法則であり、気体が関わる反応には適用されないとする記述も誤りである。

正解：a. 1molには、約6.02×10^23個の粒子が含まれる

1molは、アボガドロ数(約6.02×10^23個)の粒子を含む物質量の単位であり、この個数は物質の種類によらず一定である。物質の種類によって1molあたりの粒子数が異なるとする記述は誤り。モルは物質量の単位であって質量の単位ではなく、1molに対応する質量(モル質量)は物質ごとに異なるため、常に1mol=1gとする記述は誤り。同様にモルは体積の単位でもないため、常に1mol=1Lとする記述も誤りである。

正解：d. 燃焼のように、反応が進むときに周囲へ熱を放出する反応を発熱反応という

反応の進行に伴い周囲へ熱を放出する反応を発熱反応といい、燃焼はその代表例である。周囲から熱を吸収する反応を発熱反応とする記述は定義が逆であり誤り。吸熱反応は反応の進行に伴い周囲から熱を吸収する反応であるため、周囲へ熱を放出するとする記述は定義が逆で誤り。燃焼は酸化反応であり発熱反応の典型例であるため、酸化反応には当てはまらないとする記述も誤りである。

正解：c. 触媒は、反応の前後で自身は変化せず、反応の速さを変える物質である

触媒は反応の前後でそれ自身の質量・組成が変化せず、反応の活性化エネルギーに影響を与えて反応速度を変化させる物質である。反応につれて消費され残らないとする記述は触媒の定義に反し誤り。触媒は反応速度を変化させるものであり、生成物の種類自体を変えるものではないため、生成物が別の物質に変わるとする記述は誤り。触媒には反応を速める働きをするものが一般的であり、必ず遅くする働きしか持たないとする記述も誤りである。

正解：a. 原子の酸化数が反応前後で増加したとき、その原子は酸化されたという

酸化数は原子の酸化の程度を表す数値であり、反応の前後で酸化数が増加した原子は酸化されたと判断する。酸化数の増加を還元とする記述は定義が逆であり誤り。酸化数は原子の質量を表す数値ではなく、酸化・還元の程度を示す指標であるため、質量を表すとする記述は誤り。酸化数は化学的な酸化・還元の変化と密接に関わる数値であり、物質の色を数値化したものとする記述も誤りである。

正解：a. イオン化傾向の異なる2種類の金属が接触した状態で水分などに触れると、イオン化傾向の大きい金属の方が腐食(酸化)されやすい

イオン化傾向の異なる金属が接触し電解質(水分など)が介在すると電池が形成され、イオン化傾向の大きい(卑な)金属側が優先的に酸化されて腐食が進む異種金属接触腐食が生じる。接触しても腐食の進み方に違いが生じないとする記述はこの現象を否定するもので誤り。イオン化傾向の小さい金属はもともと腐食しにくい性質を持つため、単独より進みやすいとする記述は誤り。異種金属接触腐食はイオン化傾向の差が大きいほど激しく進行するため、差が小さいほど激しいとする記述も誤りである。

正解：c. アルコールは炭化水素基にヒドロキシ基(-OH)が結合した化合物である

アルコールは炭化水素基の水素原子がヒドロキシ基(-OH)に置き換わった構造を持つ有機化合物である。エーテルは酸素原子に2つの炭化水素基が結合した構造を持ちヒドロキシ基は持たないため、必ずヒドロキシ基を持つとする記述は誤り。エステルはカルボン酸とアルコールなどから生じる有機化合物であり、金属と酸素からなる無機化合物ではないため誤り。ケトンは炭素骨格中にカルボニル基(酸素原子を含む構造)を持つ化合物であり、酸素原子を全く含まないとする記述も誤りである。

正解：a. 帯電列上で離れた位置にある物質どうしを摩擦すると帯電しやすく、蓄積した静電気が放電火花を生じて可燃性蒸気に引火するおそれがある

帯電列上で離れた位置にある物質どうしを摩擦すると帯電しやすく、蓄積した電荷が一気に放電すると火花放電を生じ、周囲に可燃性蒸気があれば引火する危険がある。静電気の放電火花は引火源となり得るため、放電を起こさず引火の原因にならないとする記述は誤り。帯電列上で近い位置にある物質どうしは一般に帯電しにくいため、近いほど大きく帯電するとする記述は誤り。静電気放電のエネルギーは可燃性蒸気の最小着火エネルギーを超えることがあり、常に小さいとする記述も誤りである。

正解：d. 酸素が十分に供給されて完全燃焼すると二酸化炭素と水を生じ、酸素が不足した不完全燃焼では一酸化炭素やすすが生じやすい

可燃物が十分な酸素の下で完全燃焼すると最終的に二酸化炭素と水を生じ、酸素が不足する不完全燃焼では一酸化炭素やすす(炭素の微粒子)などが発生しやすい。完全燃焼で一酸化炭素が生じ不完全燃焼で二酸化炭素のみ生じるとする記述は逆であり誤り。燃焼の完全・不完全は供給される酸素量に大きく左右されるため、酸素量にかかわらず可燃物の種類だけで決まるとする記述は誤り。一酸化炭素は無色・無臭の気体であり刺激臭を持たず気付きにくい有毒ガスであるため、刺激臭があり容易に気付けるとする記述も誤りである。