乙4の物理化学基礎、比重・密度・熱量・反応式を試験対策視点で総整理

乙4試験35問のうち、物理学の基礎と化学の基礎は合わせて10問前後を占めます。法令15問・性質消火10問と並ぶ三本柱ですが、ここを取りこぼすと60%ボーダーが一気に遠のく構造です。中学高校の理科を覚えていれば直感で解ける問題も多い反面、比重と蒸気比重を混同する、潜熱と顕熱を逆に覚える、といったケアレスミスが頻発する分野でもあります。

本記事は出題頻度の高い8テーマを、計算の手順と試験で問われる切り口に絞って整理します。化学式を丸暗記する必要はなく、第4類の液体がなぜ流動帯電するのか、なぜ蒸気比重が1より大きいと低所滞留するのか、といった性質消火パートとのつながりを意識した解説に重きを置きます。

密度は単位体積あたりの質量(g/cm³またはkg/m³)で、絶対的な物理量です。一方の比重は基準物質に対する密度の比であり、無次元数となります。液体の比重は4℃の水(1.000 g/cm³)を基準にとり、例えばガソリンの比重は約0.65〜0.75、灯油は約0.78〜0.83の範囲に収まります。第4類危険物の多くは比重1未満で水に浮くため、水をかけると火面が広がる、という性質消火知識へ直結します。

蒸気比重は空気(平均分子量28.96)を1としたときの蒸気の重さの比で、計算式は「物質の分子量÷29」で近似できます。ガソリンをオクタンC8H18(分子量114)とみなせば114÷29≒3.9、ジエチルエーテルC4H10O(分子量74)では74÷29≒2.6です。乙4対象液体の蒸気比重はほぼ全て1超で、漏えい蒸気はピット・側溝・地下室など低所に滞留する点が頻出論点です。

計算問題では「比重0.8の液体200Lの質量は何kgか」という形式がよく出ます。質量=体積×密度より200L=200,000cm³、200,000×0.8=160,000g=160kgが答えです。単位換算で詰まる受験者が多いので、L↔cm³とg↔kgの換算は手を動かして練習してください。

ボイルの法則は温度一定でPV=一定、シャルルの法則は圧力一定でV/T=一定、両者を統合したボイル・シャルルの法則はPV/T=一定です。Tは絶対温度(K)であり、摂氏温度tに273を加える点が落とし穴になります。「20℃で1気圧100Lの気体を40℃1気圧にすると体積は」という設問では、T1=293K、T2=313Kを代入し、V2=100×313/293≒106.8Lと求めます。