令和2年度 I-4-3

解説

この問題で問われていること

鉄・銅・アルミニウムの密度、電気抵抗率、融点について、それぞれの大小関係を(ア)〜(オ)の中から選び、正しい組合せを求める問題。

解き方

① 3つの金属の特徴: 銅=重く電気を通しやすい、アルミニウム=軽く融点が低い、鉄=融点が高く電気抵抗が比較的大きい
② 融点は鉄>銅>アルミニウム(ア)で③④。密度は銅>鉄>アルミニウム(ウ)で④。電気抵抗率も鉄>アルミニウム>銅(イ)で一致
③ ④

正解が正しい理由

密度は銅(約8.96g/cm³)が最も大きく、次いで鉄(約7.87g/cm³)、アルミニウム(約2.70g/cm³)の順であり、これは(ウ)銅>鉄>アルミニウムに対応する。電気抵抗率は、電気を通しにくい順に鉄(約9.7〜10μΩ・cm)が最も大きく、次いでアルミニウム(約2.65μΩ・cm)、銅(約1.68μΩ・cm、電気伝導性が非常に高い)の順であり、これは(イ)鉄>アルミニウム>銅に対応する。融点は鉄(約1538℃)が最も高く、次いで銅(約1085℃)、アルミニウム(約660℃)の順であり、これは(ア)鉄>銅>アルミニウムに対応する。したがって密度=(ウ)、電気抵抗率=(イ)、融点=(ア)の組合せである④が正しい。

各選択肢について

• ① 密度が(ア)鉄>銅>アルミニウムとなっている点が誤り。密度は銅が最も大きく、正しくは(ウ)銅>鉄>アルミニウムである。
• ② 密度が(ア)、電気抵抗率が(エ)となっている点が誤り。密度・電気抵抗率ともに正しい大小関係と一致しない。
• ③ 密度が(イ)、融点が(ア)となっている点が誤り。密度は(ウ)銅>鉄>アルミニウムが正しく、融点は(ア)鉄>銅>アルミニウムで合っているが密度が誤っている。
• ④ 密度=(ウ)銅>鉄>アルミニウム、電気抵抗率=(イ)鉄>アルミニウム>銅、融点=(ア)鉄>銅>アルミニウムの組合せが、それぞれの金属の代表的な物性値と一致しており、これが正答。
• ⑤ 融点が(オ)アルミニウム>鉄>銅となっている点が誤り。融点は鉄が最も高く、正しくは(ア)鉄>銅>アルミニウムである。

覚えるべきポイント

銅は密度が高く電気抵抗率が低い(電気を通しやすい)、アルミニウムは密度が低く融点も低い、鉄は融点が高く電気抵抗率も比較的高い、という各金属の特徴的な物性値の傾向をセットで覚えておくと、この種の比較問題に対応しやすい。