危険物乙四 基礎的な物理学及び基礎的な化学 問5：熱量・比熱・熱膨張・熱移動

正答はエです。熱量は Q＝質量×比熱×温度差 で計算します。

• 質量 m＝200g
• 比熱 c＝2.0J/(g·K)
• 温度差 Δt＝60−20＝40

Q＝200×2.0×40＝16,000J。よってエです。

ポイントは(1)温度差は「上げた後−上げる前」、(2)3つを掛け算するだけ、です。℃の差とK（ケルビン）の差は同じ値なので、40℃上げる＝40K上げる、として計算します。比熱は「物質1gを1K上げるのに必要な熱量」のことです。

熱量の計算（Q＝m·c·Δt）:

ある物質の温度を変えるのに必要な熱量Qは、次の式で求めます。

Q ＝ m（質量）× c（比熱）× Δt（温度差）

本問:

• m＝200g
• c＝2.0J/(g·K)
• Δt＝60℃−20℃＝40K（℃の差はKの差と同じ）

Q＝200×2.0×40＝16,000J → 正答エ

用語の整理:

• 比熱: 物質1gの温度を1K（＝1℃）上げるのに必要な熱量。水の比熱は約4.2J/(g·K)で大きく、温まりにくく冷めにくい。
• 熱容量: 物体全体（質量分）の温度を1K上げるのに必要な熱量＝m×c。
• 顕熱: 温度変化に使われる熱（この問題の熱）。状態変化に使われる潜熱とは別。

引っかけパターン:

• 温度差の取り違え（60や20をそのまま使う）→ Δtは差の40。
• 比熱を掛け忘れる（200×40＝8,000）→ イの誤答。
• 単位の混同。

式 Q＝m·c·Δt に正しく代入すれば一意に16,000Jとなります。

【理論的背景】

物体に熱を加えると、その熱は(1)温度を上げる（顕熱）か、(2)状態を変える（潜熱）かのどちらかに使われます。状態変化が起こらない範囲では、加えた熱はすべて温度上昇に使われ、必要な熱量は質量・比熱・温度差の積で表されます（Q＝m·c·Δt）。比熱は物質固有の値で、「その物質1gを1K上げるのに必要な熱量」を意味します。比熱が大きい物質ほど温まりにくく冷めにくい性質をもちます。

【実務・条文構造（計算過程）】

本問の計算:

• 与えられた値: m＝200g、c＝2.0J/(g·K)、温度は20℃→60℃。
• 温度差: Δt＝60−20＝40。摂氏（℃）の温度差とケルビン（K）の温度差は数値が等しいため、Δt＝40K。
• 代入: Q＝m·c·Δt＝200×2.0×40＝16,000J。
• 答え: エ（16,000J）。

検算と誤答の出方:

• 比熱を掛け忘れる: 200×40＝8,000J（イ）。
• 温度差を取り違える（例: 20を使う）: 200×2.0×20＝8,000J（イ）など。
• 質量や比熱を半分・倍に誤る: 4,000J（ア）や24,000J（オ）等。

正しくは3要素すべてを掛けて16,000J。

危険物への接続:

• 引火性液体を加熱すると、まず顕熱で液温が上がり、引火点に達すると液面付近に引火可能な濃度の蒸気が生じる。加熱に必要な熱量や、逆に冷却（冷却消火）で奪うべき熱量を見積もる基礎が Q＝m·c·Δt。
• 比熱の大きい水が冷却消火に有効なのは、同じ質量で多くの熱を奪える（蒸発熱も大きい）ためだが、第4類では液面拡大の理由で棒状注水は原則不適（性質科目）。計算の基礎と消火法の適否は別論点として整理する。

【試験での位置づけ】

熱量計算は物理化学で出る基本計算です。乙4では複雑な計算は出ず、Q＝m·c·Δtへの単純代入が中心。核心は(1)温度差Δtは「後−前」、(2)℃差＝K差、(3)3要素の積。引っかけは温度差の取り違え・比熱の掛け忘れです。比熱・熱容量・顕熱・潜熱の用語整理もあわせて行うと、状態変化（潜熱）の問題と区別して解けます。

【各選択肢の発展補足】

• ア（4,000J）: 質量や比熱を取り違えた過小計算。
• イ（8,000J）: 比熱の掛け忘れ、または温度差の取り違えによる誤答。
• ウ（12,000J）: 中間的な計算ミス。
• エ（16,000J・正）: 200×2.0×40の正しい計算。
• オ（24,000J）: 温度差や比熱を過大にとった誤答。

【根拠】確立した物理学（Q＝m·c·Δt）。

【補足】熱量＝質量×比熱×温度差。温度差は後−前（℃差＝K差）。比熱は1gを1K上げる熱量。顕熱（温度変化）と潜熱（状態変化）は別。

<!-- 監修確定 2026-06-03: Q=mcΔt=200×2.0×40=16000J。確立物理学(設計書P3)と一致。正答エ。℃差=K差。誤りなし=正答一意。 -->