TOEFL Reading練習 #014 — Same Atom, Two Extremes(日本語解説)

TOEFL Reading無料練習: Same Atom, Two Extremes。パッセージと設問は原文(英語)のまま、日本語訳と設問ごとの解説を提供します。

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使い方: まず辞書なしでパッセージを一度読み、自分の力で設問に答えてください。各設問下の「正解を見る」をタップすると正解の記号だけが表示されます — 解説はないので、繰り返し自分を試せます。
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パッセージ

パッセージ全体を読んでください。[A] のような角括弧の文字は、文insertion問題の4つの位置を示します。

Same Atom, Two Extremes

¶1 Carbon is a single element, yet it can appear in two strikingly different forms. Diamond, one of the hardest materials known, and graphite, soft enough to leave a mark on paper, are both made of nothing but carbon atoms. Chemists call these two forms allotropes: different structural arrangements of the same element that end up with very different properties. What separates diamond from the graphite inside a pencil is not the atoms themselves, but how those atoms connect to each other.

¶2 In diamond, each carbon atom bonds tightly to four neighboring atoms, and those bonds stretch out in every direction to form a rigid three-dimensional network. Because every atom is locked into this framework with no weak points, diamond ranks 10 on the Mohs hardness scale, the highest score a mineral can earn. That extreme hardness makes diamond useful for far more than jewelry. Industrial drills and saws are often tipped with diamond, since almost nothing else can cut through rock or metal without wearing down first. The same rigid structure also bends light in a particular way, which is part of why a well-cut diamond sparkles.

¶3 Graphite forms a very different kind of network. [A] Each carbon atom bonds to only three neighbors instead of four, and the atoms arrange themselves into flat sheets shaped like a honeycomb. [B] Between one sheet and the next, however, the bonds are weak, and the sheets can slide across each other with very little resistance. [C] This is exactly why pencils use graphite instead of diamond: as a pencil moves across paper, thin layers slip off and stick to the page. [D] The loosely held electrons between the layers can also move freely, which lets graphite conduct electricity in a way that diamond, with every electron locked into a rigid bond, cannot.

¶4 Diamond and graphite also form under very different conditions underground. Diamond crystallizes only deep within Earth's mantle, at depths of roughly 150 kilometers. There, pressure and temperature are extreme enough to force carbon atoms into that tightly bonded network. Graphite, in contrast, can form much closer to the surface, under far milder conditions. Scientists have used this knowledge to recreate diamond's high-pressure environment in laboratories, growing synthetic diamonds that are chemically identical to natural ones. The lesson extends beyond carbon: how atoms are arranged can matter just as much as which atoms are present in the first place.

  • Mohs hardness scale: a 1-to-10 scale used to compare how easily minerals can be scratched, with 10 being the hardest
  • mantle: the very hot layer of rock between Earth's crust and its core
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設問

11問 — TOEFL Readingの全問題タイプを、実際の試験順で収録。

Q1 · Vocabulary
The word resistance in paragraph 3 ("the sheets can slide across each other with very little resistance") is closest in meaning to
  1. A. speed
  2. B. friction
  3. C. assistance
  4. D. persistence
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正解: B
Q2 · Reference
The word these in paragraph 1 ("Chemists call these two forms allotropes: different structural arrangements of the same element that end up with very different properties.") refers to
  1. A. diamond and graphite
  2. B. carbon atoms
  3. C. hardness and softness
  4. D. elements and minerals
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正解: A
Q3 · Essential Term
Based on the information in the passage, the term allotrope can best be explained as
  1. A. any mineral that is mined for industrial or decorative use
  2. B. the extreme hardness that some forms of carbon can have
  3. C. different structural arrangements of the same element that produce very different physical properties
  4. D. the rigid three-dimensional network formed when carbon atoms bond to four neighbors
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正解: C
Q4 · Factual Information
According to paragraph 2, why are industrial drills and saws often tipped with diamond?
  1. A. Diamond conducts heat away from the blade fast enough to prevent overheating
  2. B. Diamond is cheaper to produce than the metals used for typical drill tips
  3. C. Diamond is more attractive for use in jewelry than any other mineral
  4. D. Diamond is harder than almost anything else, so it does not wear down while cutting through rock or metal
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正解: D
Q5 · Negative Fact
According to paragraph 3, all of the following are true of graphite EXCEPT
  1. A. Each carbon atom bonds to only three neighbors, forming flat sheets shaped like a honeycomb
  2. B. Each carbon atom bonds to four neighboring atoms in a rigid three-dimensional network
  3. C. The bonds between one layer and the next are weak enough that the layers can slide across each other
  4. D. The electrons between the layers are loosely held and can move freely, allowing graphite to conduct electricity
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正解: B
Q6 · Sentence Simplification
Which of the sentences below best expresses the essential information in the highlighted sentence in paragraph 3? Incorrect choices change the meaning in important ways or leave out essential information.

Highlighted: "The loosely held electrons between the layers can also move freely, which lets graphite conduct electricity in a way that diamond, with every electron locked into a rigid bond, cannot."
  1. A. Graphite conducts electricity because the electrons between its layers can move freely, but diamond cannot conduct electricity because all of its electrons are fixed in place within rigid bonds.
  2. B. Graphite conducts electricity, while diamond does not.
  3. C. Diamond conducts electricity because its electrons are free to move between layers, while graphite cannot because its electrons are locked in rigid bonds.
  4. D. Graphite conducts electricity only when it is compressed into layers, but diamond can never conduct electricity under any circumstance.
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正解: A
Q7 · Inference
Based on the information in paragraphs 1 and 4, what can be inferred about a piece of graphite that is subjected to the same extreme pressure and temperature found deep in Earth's mantle?
  1. A. It would remain chemically different from diamond even under identical pressure and temperature conditions
  2. B. It would form flat sheets that stack loosely, exactly as it does at the surface
  3. C. Its carbon atoms could be forced into the tightly bonded three-dimensional network that defines diamond, since the same atoms can form different allotropes depending on how they are arranged
  4. D. It would immediately become useless for any industrial purpose
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正解: C
Q8 · Rhetorical Purpose
The author mentions that industrial drills and saws are often tipped with diamond in order to
  1. A. list the different tools that contain diamond
  2. B. explain why graphite is used in pencils instead of diamond
  3. C. compare the price of diamond jewelry to the price of industrial tools
  4. D. give a concrete example of how diamond's extreme hardness is put to practical use beyond jewelry
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正解: D
Q9 · Paragraph Relation
How does paragraph 3 relate to paragraph 2?
  1. A. It restates the same rigid three-dimensional network described in paragraph 2
  2. B. It describes an atomic arrangement opposite to the one in paragraph 2, which produces properties opposite to diamond's
  3. C. It provides more evidence that supports the exact same properties described in paragraph 2
  4. D. It explains how the underground formation conditions described in paragraph 4 apply to diamond
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正解: B
Q10 · Insert Text
Look at the four squares [■] in paragraph 3 that indicate where the following sentence could be added.

This weak connection between layers is also the reason graphite feels slippery to the touch.

Where would the sentence best fit?
  1. A. Square A
  2. B. Square B
  3. C. Square C
  4. D. Square D
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正解: C
Q11 · Schematic Table 3 pts
Directions: Complete the table by matching the phrases below to the category they belong to. Two of the answer choices will NOT be used. This question is worth 3 points.

Diamond Graphite

  1. A. Each carbon atom bonds to four neighboring atoms in a rigid three-dimensional network
  2. B. Ranks 10, the highest possible score, on the Mohs hardness scale
  3. C. Is often used to tip industrial drills and saws
  4. D. Each carbon atom bonds to only three neighbors, forming flat sheets that stack loosely on top of each other
  5. E. Conducts electricity because loosely held electrons can move freely between its layers
  6. F. Forms only when carbon combines with oxygen at high temperatures
  7. G. Melts at a lower temperature than most other minerals
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正解: Diamond: A, B, C · Graphite: D, E
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日本語訳 & 解答

パッセージの日本語訳と、設問ごとの正解・解説です。自分で解いた後の復習用に使ってください。

同じ原子、2つの極端

炭素は単一の元素でありながら、際立って異なる2つの形を取ることができる。知られている中で最も硬い物質の1つであるダイヤモンドと、紙に跡を残せるほど柔らかい黒鉛は、どちらも炭素原子だけでできている。化学者たちはこの2つの形を「同素体」と呼ぶ。同素体とは、同じ元素の異なる構造的配列でありながら、まったく異なる性質を持つに至るもののことである。ダイヤモンドと鉛筆の中の黒鉛を分けるのは、原子そのものではなく、その原子同士がどのようにつながっているかである。

ダイヤモンドでは、それぞれの炭素原子が隣接する4つの原子と強く結合し、その結合があらゆる方向に伸びて、硬い三次元の網目構造を形成する。すべての原子がこの構造の中に弱点なく固定されているため、ダイヤモンドはモース硬度で10、鉱物が得られる最高点を獲得している。この極端な硬さのおかげで、ダイヤモンドは宝飾品以上に幅広く役立っている。工業用のドリルやのこぎりには、ダイヤモンドが先端に取り付けられていることが多い。岩や金属を切る際にすり減らずにいられる物質は、ほかにほとんどないからである。この同じ硬い構造は光を特定の方法で曲げる働きもあり、それが上手にカットされたダイヤモンドがきらめく理由の一部でもある。

黒鉛はこれとはまったく異なる種類の網目構造を形成する。[A] それぞれの炭素原子は4つではなく3つの隣接原子とだけ結合し、原子はハチの巣のような形をした平らなシートに並ぶ。[B] しかし、あるシートと隣のシートの間の結合は弱く、シートはほとんど抵抗なく互いに滑り動くことができる。[C] これこそまさに、鉛筆がダイヤモンドではなく黒鉛を使う理由である。鉛筆が紙の上を動くと、薄い層が剥がれて紙に付着するのである。[D] 層と層の間にゆるく保持された電子もまた自由に動くことができ、これによって黒鉛は電気を伝えることができる。それに対しダイヤモンドは、すべての電子が硬い結合の中に固定されているため、電気を伝えることができない。

ダイヤモンドと黒鉛はまた、地下でまったく異なる条件のもとで形成される。ダイヤモンドは、地下およそ150キロメートルという地球のマントル深くでのみ結晶化する。そこでは圧力と温度が極めて高く、炭素原子をあの強く結合した網目構造へと押し込むほどである。それに対し黒鉛は、はるかに穏やかな条件のもと、地表にずっと近い場所で形成されることがある。科学者たちはこの知識を利用して、実験室でダイヤモンドの高圧環境を再現し、天然のものと化学的に同一な人工ダイヤモンドを作り出している。この教訓は炭素にとどまらない。どの原子が存在するかと同じくらい、原子がどのように配列されているかが重要になりうるのである。

Q1 · Vocabulary
3段落の"the sheets can slide across each other with very little resistance"のresistanceに意味が最も近いのは?
  1. A. 速さ
  2. B. 摩擦
  3. C. 援助
  4. D. 粘り強さ
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正解: B

Vocabulary — シート同士が互いに滑り動くという文脈から、resistanceは「摩擦」という意味である。

Q2 · Reference
1段落の"Chemists call these two forms allotropes: different structural arrangements of the same element that end up with very different properties."のtheseが指すものは?
  1. A. ダイヤモンドと黒鉛
  2. B. 炭素原子
  3. C. 硬さと柔らかさ
  4. D. 元素と鉱物
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正解: A

Reference — theseは直前で述べられた「ダイヤモンドと黒鉛」という2つの形を指す。

Q3 · Essential Term
本文の内容に基づくと、allotropeという語を最もよく説明しているのは?
  1. A. 工業用または装飾用に採掘されるあらゆる鉱物
  2. B. 炭素の一部の形が持ちうる極端な硬さ
  3. C. 同じ元素の異なる構造的配列でありながら、まったく異なる物理的性質を生み出すもの
  4. D. 炭素原子が4つの隣接原子と結合するときに形成される硬い三次元の網目構造
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正解: C

Essential Term — 1段落の「同じ元素の異なる構造的配列でありながら、異なる性質を持つに至るもの」という説明がそのまま定義に当たる。

Q4 · Factual Information
2段落によると、工業用のドリルやのこぎりの先端にダイヤモンドが取り付けられていることが多いのはなぜか?
  1. A. ダイヤモンドは刃から熱を十分速く逃がし、過熱を防ぐから
  2. B. ダイヤモンドは通常のドリルの先端に使われる金属よりも生産費が安いから
  3. C. ダイヤモンドはほかのどの鉱物よりも宝飾品としての魅力があるから
  4. D. ダイヤモンドはほかのほとんどのものよりも硬く、岩や金属を切ってもすり減らないから
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正解: D

Factual — 「ダイヤモンドは岩や金属を切る際にすり減らずにいられる」という文をそのまま反映している。

Q5 · Negative Fact
3段落によると、黒鉛について正しくないものは?
  1. A. それぞれの炭素原子は3つの隣接原子とだけ結合し、ハチの巣のような平らなシートを形成する
  2. B. それぞれの炭素原子は硬い三次元の網目構造の中で4つの隣接原子と結合する
  3. C. あるシートと隣のシートの間の結合は、シート同士が互いに滑り動けるほど弱い
  4. D. 層の間の電子はゆるく保持され自由に動くことができ、これにより黒鉛は電気を伝えることができる
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正解: B

Negative Fact — 4つの隣接原子との結合は黒鉛ではなくダイヤモンドの特徴であり、Bとは矛盾する。

Q6 · Sentence Simplification
3段落のハイライト文の要点を最もよく表しているのは? 誤った選択肢は意味を大きく変えたり、重要な情報を省いたりしている。 ハイライト文:「層と層の間にゆるく保持された電子もまた自由に動くことができ、これによって黒鉛は電気を伝えることができる。それに対しダイヤモンドは、すべての電子が硬い結合の中に固定されているため、電気を伝えることができない。」
  1. A. 黒鉛は層の間の電子が自由に動けるため電気を伝えるが、ダイヤモンドはすべての電子が硬い結合の中に固定されているため電気を伝えられない。
  2. B. 黒鉛は電気を伝えるが、ダイヤモンドは伝えない。
  3. C. ダイヤモンドは電子が層の間を自由に動けるため電気を伝えるが、黒鉛は電子が硬い結合の中に固定されているため伝えられない。
  4. D. 黒鉛は層状に圧縮されたときのみ電気を伝えるが、ダイヤモンドはどんな状況でも決して電気を伝えられない。
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正解: A

Sentence Simplification — 黒鉛が電気を伝えられる理由とダイヤモンドが伝えられない理由の因果関係を正しく保っているのはAだけである。

Q7 · Inference
1段落と4段落の情報に基づくと、地球のマントル深くにあるのと同じ極端な圧力と温度にさらされた黒鉛について推測できることは?
  1. A. 同じ圧力と温度の条件下でも、化学的にダイヤモンドとは異なるままだろう
  2. B. 地表でと同じように、ゆるく積み重なった平らなシートを形成するだろう
  3. C. 同じ原子でも配列のされ方によって異なる同素体を形成しうるため、その炭素原子はダイヤモンドを特徴づける硬く結合した三次元の網目構造へと押し込まれる可能性がある
  4. D. あらゆる工業的用途に対してすぐに役に立たなくなるだろう
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正解: C

Inference — 同じ炭素原子でも配列によって異なる同素体になるため、極端な圧力・温度下ではダイヤモンドの構造になりうると推測できる。

Q8 · Rhetorical Purpose
著者が、工業用のドリルやのこぎりの先端にダイヤモンドが取り付けられていることが多いと述べているのはなぜか?
  1. A. ダイヤモンドを含むさまざまな道具を列挙するため
  2. B. なぜ鉛筆にダイヤモンドではなく黒鉛が使われるのかを説明するため
  3. C. ダイヤモンドの宝飾品の価格と工業用道具の価格を比較するため
  4. D. ダイヤモンドの極端な硬さが宝飾品以外にどのように実用化されているか、具体的な例を挙げるため
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正解: D

Rhetorical Purpose — ダイヤモンドの硬さが宝飾品以外にも役立っている実際の例として、工業用ドリルの話を挙げている。

Q9 · Paragraph Relation
3段落は2段落とどのように関係しているか?
  1. A. 2段落で説明されたのと同じ硬い三次元の網目構造を改めて述べている
  2. B. 2段落の配列とは正反対の原子配列を説明しており、それがダイヤモンドとは正反対の性質を生み出している
  3. C. 2段落で説明されたのとまったく同じ性質を裏付けるさらなる証拠を示している
  4. D. 4段落で説明された地下の形成条件がダイヤモンドにどう当てはまるかを説明している
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正解: B

Paragraph Relation — 3段落は、2段落のダイヤモンドの配列とは正反対の黒鉛の配列を説明し、正反対の性質を導いている。

Q10 · Insert Text
次の文が入る最も適切な位置は? — 「層と層の間のこの弱いつながりこそが、黒鉛が触るとすべすべした感触を持つ理由でもある。」
  1. A. Aの位置
  2. B. Bの位置
  3. C. Cの位置
  4. D. Dの位置
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正解: C

Insert Text — 「層の間の弱いつながり」は、その弱い結合について説明した文の直後(C)で述べるのが自然である。

Q11 · Schematic Table
次の表を完成させるために、下の選択肢を適切な範疇(Diamond / Graphite)に振り分けなさい。選択肢のうち2つはどちらの範疇にも使われない。(3点)
  1. A. それぞれの炭素原子が硬い三次元の網目構造の中で4つの隣接原子と結合する
  2. B. モース硬度で最高点である10を獲得している
  3. C. 工業用のドリルやのこぎりの先端によく使われる
  4. D. それぞれの炭素原子が3つの隣接原子とだけ結合し、ゆるく積み重なった平らなシートを形成する
  5. E. 層の間でゆるく保持された電子が自由に動けるため、電気を伝える
  6. F. 炭素が高温で酸素と結びついたときにのみ形成される
  7. G. ほかのほとんどの鉱物よりも低い温度で溶ける
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正解: Diamond: A, B, C · Graphite: D, E

Schematic Table — A・B・Cはダイヤモンド、D・Eは黒鉛の特徴である。F・Gは本文に記載がない。