中学1年

中1理科|状態変化と熱【Step 1a】

栞先生

中1 理科|状態変化と熱|Step 1a

この記事でわかること

  • 蒸発は液面からどの温度でも起こり、沸騰は液体内部からも沸点でのみ起こる
  • 6用語(融解・凝固・蒸発・沸騰・凝縮・昇華)は変化の方向(何→何)で区別できる
  • 融点・沸点は物質ごとに異なる固有の値で、常温での物質の状態を決める

※ この記事は上の授業動画の内容をテキストで整理したものです。

栞先生
栞先生
「蒸発」と「沸騰」、どちらも水が気体になる変化なのに、なぜ名前が2つあるのでしょう?

学習マップ

この単元の位置づけです。

Q. 蒸発と沸騰、何がちがう?
A. 蒸発は液面だけ・どんな温度でも起こる
 沸騰は内部からも・沸点でだけ起こる

今日のテーマ:状態変化
(融解・凝固・蒸発・沸騰・凝縮・昇華)

 小4 水の三態変化
  ↓
 中1 状態変化と熱
  ↓
 中2 天気の変化と大気

身近な「なぜ?」から考える

栞先生
栞先生
気温30℃の日に干した洗濯物が夕方には乾いていた。水の沸点は100℃のはずなのに、なぜ?

梅雨明けの晴れた日(気温30℃)
朝8時に洗濯物を干した
→夕方4時にはカラカラに乾いていた

「水は100℃で沸騰して気体になる」
と習ったのに、なぜ30℃で乾いたの?

気温ようす
洗濯物30℃乾いた(水がなくなった)
やかんの湯100℃沸騰して湯気が出る

洗濯物が乾くのは蒸発、やかんがボコボコするのは沸騰です。どちらも液体が気体になる変化ですが、起こる場所と温度条件がまったく異なる別の現象です。

状態変化とは

栞先生
栞先生
水は氷にも水蒸気にもなります。これは「別の物質」に変わったのでしょうか?

状態変化:物質が固体⇔液体⇔気体と
姿を変えること

固体=氷 / 液体=水 / 気体=水蒸気

状態変化 3つの状態を 行き来する変化 固体(氷) 気体(水蒸気) 液体(水) 融解 ↑ 凝固 ↓ 蒸発・沸騰 ↓ 凝縮 ↑ 昇華 → 昇華 ←

物質が固体・液体・気体の3つの状態の間で変化することを状態変化といいます。物質自体は変わらず、状態(姿)が変わるだけです。水なら、固体=氷・液体=水・気体=水蒸気です。

融解と凝固

栞先生
栞先生
製鉄所で溶けた鉄と、冷凍庫で凍った水。この2つの変化を何と呼ぶでしょう?

融解:固体→液体(とける)
例:鉄を約1500℃以上に熱して液体にする
  氷がとけて水になる

凝固:液体→固体(かたまる)
例:水が氷になる(融解と逆向き)

用語方向
融解固体→液体
凝固液体→固体
状態変化 3つの状態を 行き来する変化 固体(氷) 気体(水蒸気) 液体(水) 融解 ↑ 凝固 ↓ 蒸発・沸騰 ↓ 凝縮 ↑ 昇華 → 昇華 ←

固体→液体の変化を融解液体→固体の変化を凝固といいます。氷が水になるのが融解、水が凍るのが凝固で、互いに逆向きの変化です。

確認問題①

栞先生
栞先生
まず「何から何に変わるか」の方向を確認してから選んでみてください。

【確認問題①】
製鉄所では、固体の鉄を約1500℃以上まで
熱して液体にし、型に流しこんで製品の
形にする。固体の鉄が液体になるこの
状態変化を何というか。最も適切なもの
を1つ選びなさい。

ア 蒸発 イ 凝固 ウ 融解

  • 着目:固体の鉄→液体の鉄(かたい→やわらかい)
  • 「熱すると起こる変化」=蒸発とは限らない

製鉄所では固体の鉄を1500℃以上に熱して液体にします。この変化を何といいますか。 ア 蒸発 イ 凝固 ウ 融解

解答①

栞先生
栞先生
正解はウ 融解(固体→液体)です。蒸発は液体→気体、凝固は液体→固体で方向が異なります。

正解:ウ 融解
固体の鉄が液体になった=固体→液体=融解

選択肢用語方向判定
蒸発液体→気体×方向が違う
凝固液体→固体×方向が違う
融解固体→液体

蒸発・沸騰・凝縮

栞先生
栞先生
液体から気体への変化が「蒸発」と「沸騰」に分かれるのはなぜでしょう?

蒸発:液体→気体(液面だけで、どんな温度でも)
沸騰:液体→気体(内部からも、沸点でだけ)
凝縮:気体→液体
例:冬の朝、窓ガラスの内側についた水滴
 (空気中の水蒸気が凝縮したもの)

状態変化 3つの状態を 行き来する変化 固体(氷) 気体(水蒸気) 液体(水) 融解 ↑ 凝固 ↓ 蒸発・沸騰 ↓ 凝縮 ↑ 昇華 → 昇華 ←

液体→気体の変化には蒸発沸騰の2種類があります。気体→液体の変化を凝縮といいます。冬の朝に窓ガラスの内側に水滴がつく現象が凝縮の典型例です。

蒸発と沸騰の違い

栞先生
栞先生
お湯を沸かすときの泡と、洗濯物が乾く現象。本当に同じ変化なのでしょうか?

蒸発は液面からだけ気体になるが、沸騰は
液面だけでなく液体の内部からも気体になる。

洗濯物(気温30℃)→ 蒸発
やかんの湯(100℃)→ 沸騰

蒸発と沸騰のちがい 蒸発 20℃ 液面からのみ どんな温度でも起こる 沸騰 100℃ 液体内部からも 沸点でのみ起こる 判別ポイント ① どこから気体になる? 液面 内部 ② 温度は? 任意 沸点 ■ 蒸発 ■ 沸騰 ※ 左右の色分けと対応

蒸発液面だけから気体になり、どの温度でも起こります。沸騰液面と液体内部の両方から気体になり、沸点でのみ起こります。「どこから気体になるか」と「どの温度でも起こるか」の2点で区別してください。

確認問題②

栞先生
栞先生
変化の「方向」だけに注目して、1つずつ確認しながら選んでみてください。

【確認問題②】
次のA〜Cの状態変化の方向と、ア〜ウの
用語を、正しい組み合わせになるように
結びなさい。

A 固体→液体 B 液体→固体 C 気体→液体
ア 融解 イ 凝固 ウ 凝縮

方向用語(  )
A 固体→液体
B 液体→固体
C 気体→液体

次のA〜Cの変化に当てはまる用語を答えてください。 A 固体→液体 B 液体→固体 C 気体→液体  ア 融解 イ 凝固 ウ 凝縮

解答②

栞先生
栞先生
正解:A=ア 融解、B=イ 凝固、C=ウ 凝縮です。凝固(液体→固体)と凝縮(気体→液体)は漢字が似ているため、方向を確認しながら覚えてください。

正解:A-ア(融解) B-イ(凝固) C-ウ(凝縮)
「凝固」と「凝縮」は漢字が似ているので注意!

方向用語
A 固体→液体ア 融解
B 液体→固体イ 凝固
C 気体→液体ウ 凝縮

確認問題③

栞先生
栞先生
蒸発と沸騰の違いを「どこから気体になるか」の観点で1文にまとめられますか?

【確認問題③】
蒸発と沸騰は、どちらも液体が気体になる
変化である。気化が起こる「場所」の
ちがいに着目して、「液面」「内部」の
2つの語を両方使い、「蒸発は〜が、
沸騰は〜。」の形の1文で説明しなさい。

  • 使う語:液面/内部
  • 形:「蒸発は〜が、沸騰は〜。」

「液面」と「内部」の2語を両方使い、「蒸発は〜が、沸騰は〜。」の形で説明してください。

解答③

栞先生
栞先生
模範解答:蒸発は液面からだけ気体になるが、沸騰は液面だけでなく液体の内部からも気体になる。「液面」と「内部」の両方が使えていれば正解です。

模範解答:
蒸発は液面からだけ気体になるが、沸騰は
液面だけでなく液体の内部からも気体になる。

蒸発と沸騰のちがい 蒸発 20℃ 液面からのみ どんな温度でも起こる 沸騰 100℃ 液体内部からも 沸点でのみ起こる 判別ポイント ① どこから気体になる? 液面 内部 ② 温度は? 任意 沸点 ■ 蒸発 ■ 沸騰 ※ 左右の色分けと対応

確認問題④

栞先生
栞先生
気温(25℃)と水の沸点(100℃)の関係に注目して考えてみてください。

【確認問題④】
雨上がりの日、気温は25℃までしか上がら
なかったが、道路の水たまりは夕方には
なくなっていた。水たまりの水が気体に
なったこの変化を何というか。最も適切な
ものを1つ選びなさい。

ア 沸騰 イ 蒸発 ウ 凝縮

  • 着目:気温25℃と、水の沸点(100℃)との関係

雨上がりの日、気温は25℃までしか上がらなかったのに、道路の水たまりは夕方にはなくなっていた。この変化はどれですか。 ア 沸騰 イ 蒸発 ウ 凝縮

解答④

栞先生
栞先生
正解はイ 蒸発です。沸騰は沸点(水なら100℃)でのみ起こるため25℃では不成立。凝縮は気体→液体で方向が逆。液面から任意温度で起こる蒸発が正解です。

正解:イ 蒸発
沸騰は沸点(水なら100℃)でないと起こらない
→25℃では起こらない。蒸発は液面から
どんな温度でも起こる

選択肢用語判定
沸騰×25℃は沸点でない
蒸発
凝縮×方向が違う

昇華

栞先生
栞先生
防虫剤がタンスの中でいつの間にか消えていく。液体になった様子はないのに、なぜ?

昇華:固体⇔気体に直接変わる変化
(液体にならない)

例:タンスの防虫剤(ナフタレン)が固体の
  まま少しずつ小さくなり、なくなった

※氷がとけて水になる(融解)とはちがう

向き
固体→気体ナフタレンが小さくなる
気体→固体(固体に戻る向きも昇華)
状態変化 3つの状態を 行き来する変化 固体(氷) 気体(水蒸気) 液体(水) 融解 ↑ 凝固 ↓ 蒸発・沸騰 ↓ 凝縮 ↑ 昇華 → 昇華 ←

固体が液体を経由せず直接気体になる変化(またはその逆)を昇華といいます。ナフタレン(防虫剤)が少しずつ消えるのが典型例です。氷が水になるのは融解であり昇華ではありません。「途中で液体になったかどうか」が判断の基準です。

確認問題⑤

栞先生
栞先生
固体が途中で液体になったかどうかに注目して選んでみてください。

【確認問題⑤】
次のア〜エのうち、昇華の例として
最も適切なものを1つ選びなさい。
ア:タンスに入れた固体の防虫剤(ナフタレン)が、液体にならないまま少しずつ小さくなり、やがてなくなった。
イ:冷凍庫から出した氷が、とけて水になった。
ウ:ぬれた洗濯物が、干しておくと乾いた。
エ:冬の朝、部屋の窓ガラスの内側に水滴がついていた。

  • 着目:固体のまま気体になっているのはどれ?
  • 液体を経由していたら昇華ではない

次のア〜エのうち、昇華の例を1つ選んでください。 ア ナフタレンが液体にならないまま消えた イ 冷凍庫の氷がとけて水になった ウ 洗濯物が乾いた エ 冬の朝、窓ガラスの内側に水滴がついた

解答⑤

栞先生
栞先生
正解は(固体→気体の直接変化=昇華)です。イは融解(固体→液体)、ウは蒸発(液体→気体)、エは凝縮(気体→液体)です。

正解:ア
固体(ナフタレン)が液体にならず直接
気体になった→昇華

  • ア=昇華(固体→気体、直接)
  • イ=融解(固体→液体)
  • ウ=蒸発(液体→気体)
  • エ=凝縮(気体→液体)

間違えやすいポイント

栞先生
栞先生
「凝固」と「凝縮」、漢字が似ているためつい方向を逆に覚えてしまいがちです。

この3つは混同しやすいので要注意!

よくある誤解正しい理解
「水が気体になる=沸騰」蒸発(液面・任意温度)と沸騰(内部・沸点)は別
「凝固」と「凝縮」の混同凝固=液体→固体/凝縮=気体→液体
「氷→水蒸気になれば必ず昇華」という思い込み途中で液体になったかどうかで見分ける。液体を経ずに直接気体になれば昇華、いったん水になってから気体になれば融解と蒸発の2段階

混同しやすい3点を確認します。①「水が気体になる=沸騰」ではありません。蒸発(液面・任意温度)と沸騰(内部も・沸点のみ)は別の現象です。②凝固(液体→固体)と凝縮(気体→液体)は漢字が似ているため要注意です。③氷が直接気体になれば昇華ですが、一度水になってから気体になれば融解+蒸発の2段階で昇華ではありません。

融点と沸点

栞先生
栞先生
鉄は常温で固体なのに、酸素は気体です。同じ気温でも状態が違うのはなぜでしょう?

融点:固体がとけて液体になる温度
沸点:液体が沸騰する温度

融点・沸点は物質ごとに決まった値(物質固有)
※「物質の性質」の授業でも学んだね

(なぜ融点で温度が止まるかは次回くわしく)

身近な物質の融点・沸点 物質 融点 (℃) 沸点 (℃) 酸素 −218 −183 エタノール −115 78 0 100 1535 2750 1085 2570 ■ 融点・沸点は物質ごとに全く違う 同じ気温でも、物質によって固体・液体・気体のどれになるかが変わる。

融点(固体→液体になる温度)と沸点(液体が沸騰する温度)は物質ごとに固有の値です。水は融点0℃・沸点100℃、酸素は融点−218℃・沸点−183℃、鉄は融点約1535℃です。融点・沸点の差が、常温での物質の状態を決めます。

確認問題⑥

栞先生
栞先生
①は状態を表す語、②は今回学んだ現象の用語です。

【確認問題⑥】
次の文の(①)(②)にあてはまる語を
それぞれ書きなさい。

(①)がとけて液体になる温度を融点と
いい、液体が(②)する温度を沸点という。

  • ①は状態を表す言葉
  • ②は液面だけでなく内部からも気化する現象

①がとけて液体になる温度を融点といい、液体が②する温度を沸点という。①と②に当てはまる語を答えてください。

解答⑥

栞先生
栞先生
正解は①固体、②沸騰です。固体がとけて液体になる温度が融点、液体が沸騰する温度が沸点です。水では融点0℃・沸点100℃です。

正解:①固体 ②沸騰
固体がとけて液体になる温度=融点
液体が沸騰する温度=沸点

身近な物質の融点・沸点 物質 融点 (℃) 沸点 (℃) 酸素 −218 −183 エタノール −115 78 0 100 1535 2750 1085 2570 ■ 融点・沸点は物質ごとに全く違う 同じ気温でも、物質によって固体・液体・気体のどれになるかが変わる。

まとめ

栞先生
栞先生
6つの用語が整理できたら、「蒸発と沸騰の違いは?」を自分の言葉で説明してみてください。

まとめ
状態変化:固体⇔液体⇔気体の変化
融解(固体→液体)・凝固(液体→固体)
蒸発(液面・任意温度)・沸騰(内部・沸点)・凝縮(気体→液体)
昇華(固体⇔気体を直接)
融点・沸点は物質固有の値
□「蒸発と沸騰、何がちがう?」を自分の言葉で言えたら今日はOK!

状態変化 3つの状態を 行き来する変化 固体(氷) 気体(水蒸気) 液体(水) 融解 ↑ 凝固 ↓ 蒸発・沸騰 ↓ 凝縮 ↑ 昇華 → 昇華 ←

状態変化まとめ:固体⇔液体=融解凝固 / 液体⇔気体=蒸発(液面・任意温度)・沸騰(内部も・沸点のみ)・凝縮 / 固体⇔気体=昇華融点沸点は物質固有の値です。

よくある質問

洗濯物が乾くのは蒸発ですか?沸騰ですか?

蒸発です。沸騰は沸点(水なら100℃)でのみ起こりますが、蒸発は液面からどの温度でも起こります。気温30℃でも洗濯物が乾くのは蒸発によるものです。

「凝固」と「凝縮」の違いを教えてください。

変化の方向が異なります。凝固は液体→固体(例:水→氷)、凝縮は気体→液体(例:水蒸気→水滴)です。「凝固=固まる」「凝縮=縮む」と意味から覚えると混同しにくくなります。

昇華と融解はどう見分ければよいですか?

途中で液体になったかどうかで見分けます。固体が直接気体になれば昇華、一度液体になってから気体になれば融解+蒸発の2段階です。防虫剤がじわじわ小さくなるのは昇華の例です。

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