危険物乙四 基礎的な物理学及び基礎的な化学 問41：熱量・比熱・熱膨張・熱移動

正しいのはエ（16,000J）です。熱量は Q＝質量×比熱×温度変化 で求めます。

• 質量 m＝200g
• 比熱 c＝2.0J/(g・K)
• 温度変化 Δt＝60−20＝40K
• Q＝200×2.0×40＝16,000J → 正答エ。

ポイントは温度変化Δtを「上げた温度の差」で取ること（60−20＝40）。3つを掛けるだけです。

熱量の計算（Q＝mcΔt）:

物体の温度を変えるのに必要な熱量は、次の式で求めます。

Q（熱量）＝ m（質量）× c（比熱）× Δt（温度変化）

本問の値:

• m＝200g
• c＝2.0J/(g・K)
• Δt＝60℃−20℃＝40K（温度差は℃でもKでも同じ大きさ）

計算:

Q＝200 × 2.0 × 40＝16,000J（エ＝正）

誤答の作られ方:

• ア（4,000J）: Δtを使わず20を掛けた、または桁を誤った。
• イ（8,000J）: 質量や温度差を半分にした誤り。
• ウ（12,000J）: Δtを30と誤った（60−30等）。
• オ（24,000J）: Δtを60（始点を0℃と誤認）とした。

引っかけパターン: Δtを「終点の温度（60）」そのものにする、比熱や質量を取り違える。「Δt＝終点−始点」を必ず守ります。

【理論的背景】

熱量Qは、物体の温度を変化させるのに出入りする熱エネルギーで、Q＝m・c・Δt で表されます。比熱cは「物質1g（または1kg）の温度を1K上げるのに必要な熱量」で、物質固有の値です。比熱が大きい物質ほど温まりにくく冷めにくく、水（約4.2J/(g・K)）は比熱が大きい代表例です。乙四では、火災時の温度上昇や危険物の加熱に関連して、この単純計算が問われます。

【計算手順（検算）】

1. 値を整理: m＝200g、c＝2.0J/(g・K)、Δt＝60−20＝40K。

2. 式に代入: Q＝200×2.0×40。

3. 段階計算: 200×2.0＝400、400×40＝16,000。

4. 答え: Q＝16,000J＝16kJ。

単位の確認: g×J/(g・K)×K＝J。単位が約分されてJになることを確認すると、式の立て方の誤りに気づけます。Δtは温度差なので、℃の差とKの差は同じ大きさです（60−20＝40℃差＝40K）。

【危険物との接続】

• 危険物を加熱して引火点・発火点に達するまでに必要な熱量、あるいは火災時に放出される熱の概算に、この式の考え方が使われます。
• 比熱の大小は冷却消火の効きにも関係します。水は比熱が大きく蒸発潜熱も大きいため、冷却消火に優れます（ただし第4類への棒状注水は液面拡大で不適）。
• 体膨張（温度上昇で体積が増える）も加熱に関連し、危険物を容器に満杯にせず空間容積を残す理由になります。

【試験での位置づけ】

熱量計算は物理化学で標準的な計算問題（頻出度B）です。乙四の計算は重くなく、(1)Q＝m・c・Δt に正しく代入、(2)Δt＝終点−始点で温度差を取る、(3)単位を約分してJになるか確認、で確実に解けます。引っかけは、Δtを終点の温度そのものにする（本問のオの作り方）、質量・比熱を取り違える、桁を誤ることです。「温度差で取る・3つ掛ける・単位を確認」を固定します。

【各選択肢の発展補足】

• ア（4,000J・誤）: Δtや係数の取り違え。
• イ（8,000J・誤）: 質量または温度差を半分にした。
• ウ（12,000J・誤）: Δtを30と誤った。
• エ（16,000J・正）: 200×2.0×40＝16,000。
• オ（24,000J・誤）: Δtを60と誤認（始点を0℃とした）。

【根拠】確立した物理学（熱量の式 Q＝m・c・Δt）。

【補足】Q＝質量×比熱×温度変化。本問は200×2.0×40＝16,000J。Δtは終点−始点（60−20＝40K）で取る。