「化学基礎」観察・実験集

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1 化 学 基 礎 観 察 実 験 集 高 知 県 教 育 センター 研 究 生 井 上 千 夏 指 導 主 事 北 村 誠 一 平 成 24 年 3 月

2 目 次 水 質 の 検 査 ワークシート 1 水 質 の 検 査 ( 指 導 者 用 ) 3 混 合 物 の 分 離 確 認 ワークシート 7 混 合 物 の 分 離 確 認 ( 指 導 者 用 ) 9 物 質 の 状 態 変 化 ワークシート 13 物 質 の 状 態 変 化 ( 指 導 者 用 ) 15 化 学 結 合 と 物 質 の 性 質 ワークシート 19 化 学 結 合 と 物 質 の 性 質 ( 指 導 者 用 ) 21 物 質 の 極 性 と 溶 解 ワークシート 25 物 質 の 極 性 と 溶 解 ( 指 導 者 用 ) 27 化 学 反 応 と 物 質 量 ワークシート 31 化 学 反 応 と 物 質 量 ( 指 導 者 用 ) 33 中 和 滴 定 ワークシート 37 中 和 滴 定 ( 指 導 者 用 ) 39 酸 化 剤 と 還 元 剤 ワークシート 45 酸 化 剤 と 還 元 剤 ( 指 導 者 用 ) 48 金 属 のイオン 化 傾 向 ワークシート 53 金 属 のイオン 化 傾 向 ( 指 導 者 用 ) 55

3 水 質 の 検 査 年 組 番 氏 名 目 的 水 道 水 に 含 まれる 残 留 塩 素 を 測 定 する また 水 質 の 汚 れの 指 標 のひとつである COD を 測 定 し 洗 剤 の 使 用 によってどのように 変 化 するか 調 べる 残 留 塩 素 と COD 残 留 塩 素 水 道 水 は 塩 素 で 消 毒 している 残 留 塩 素 とは 主 に 塩 素 が 水 に 溶 解 するときに 生 じる 次 亜 塩 素 酸 イ オンを 指 す 次 亜 塩 素 酸 イオンは 強 い 酸 化 力 を 示 すため 細 菌 やウイルスの 細 胞 膜 を 破 壊 する 水 道 水 の( 遊 離 ) 残 留 塩 素 の 基 準 は 0.1mg/L(ppm) 以 上 と 水 道 法 により 決 められている COD(Chemical Oxygen Demand) 化 学 的 酸 素 要 求 量 のこと 湖 沼 や 河 川 などの 水 中 の 有 機 物 を 酸 化 して 分 解 するのに 必 要 とされる 酸 素 の 量 [mg/l](ppm) 使 用 薬 品 簡 易 水 質 分 析 用 パック( 残 留 塩 素 用 6 個 COD 低 濃 度 用 7 個 ) ラー 油 ミネラルウォーター 川 の 水 台 所 用 洗 剤 水 道 水 ( 一 昼 夜 放 置 したもの ハイポを 加 えたものを 用 意 する) 使 用 器 具 ビーカー(50mL6 個 ) 目 盛 り 付 試 験 管 5 本 ゼムクリップ5 個 駒 込 ピペット ゴム 栓 5 個 三 脚 金 網 虫 ピン ガラス 棒 シャーレ 毛 糸 (5cm に 切 ったもの)5つ 方 法 < 実 験 Ⅰ 残 留 塩 素 の 測 定 > 1 水 道 水 を 沸 騰 させる 水 道 水 を 50mL ビーカーに 30mL 取 り 加 熱 し 沸 騰 させる 2 それぞれの 水 をビーカーに 入 れる 水 道 水 一 昼 夜 放 置 した 水 道 水 ハイポを 加 えた 水 道 水 川 の 水 ミネラルウォーターをそれぞれ 30mL 程 度 50mL ビーカーに 入 れる 3 残 留 塩 素 を 測 定 する 簡 易 水 質 分 析 用 パック( 残 留 塩 素 用 )に 虫 ピンで 穴 を 開 け 指 でつぶして 中 の 空 気 を 抜 き 1の 沸 騰 させた 水 道 水 を 冷 ましたものに 入 れ 色 の 変 化 から 残 留 塩 素 の 濃 度 を 測 定 する 2のそれぞれの 水 についても 同 様 に 測 定 する < 実 験 Ⅱ COD の 測 定 > 4 台 所 洗 剤 を 希 釈 する 台 所 用 合 成 洗 剤 を1mL 試 験 管 Aに 取 り 10mL の 目 盛 りまで 水 を 入 れ ガラス 棒 で 泡 立 たないように 注 意 しながら 静 かに 攪 拌 する 試 験 管 Aの 溶 液 を1mL 試 験 管 Bに 取 り 水 を 10mL まで 加 える 再 びガラス 棒 で 攪 拌 し 同 様 の 操 作 を 繰 り 返 し 試 験 管 C~Eに 希 釈 溶 液 をつくる 試 験 管 Eは 液 の 量 をそろえるため 1mL を 捨 て 液 量 を9mL とする 5 油 滴 の 様 子 を 観 察 する 5cm に 切 った 毛 糸 の 先 をゼムクリップに 結 び シャーレに 入 れ 反 対 側 の 先 にラー 油 をつける 4 の 試 験 管 にラー 油 をつけた 毛 糸 を 沈 め どの 濃 度 が 油 滴 を 作 りやすかったか 順 位 を 記 録 する 6 試 験 管 を 振 り 観 察 する 5の 試 験 管 にゴム 栓 をしてよく 振 り 透 明 度 や 白 濁 の 様 子 泡 のたち 方 泡 の 高 さを 記 録 する 7 COD を 測 定 する 6の 試 験 管 の 溶 液 を 50mL ビーカーに 移 し 簡 易 水 質 分 析 用 パック(COD 用 )で COD を 測 定 し 記 録 する 水 道 水 川 の 水 についても 同 様 に COD を 測 定 する 1

4 水 質 の 検 査 年 組 番 氏 名 結 果 < 残 留 塩 素 の 測 定 > 水 の 種 類 沸 騰 させ た 水 道 水 水 道 水 一 昼 夜 放 置 した 水 道 水 ハイポを 加 えた 水 道 水 川 の 水 ミネラルウ ォーター 残 留 塩 素 [mg/l](ppm) <COD の 測 定 > 試 験 管 A 試 験 管 B 試 験 管 C 試 験 管 D 試 験 管 E 希 釈 倍 率 油 滴 の 作 りや すさ( 順 位 ) 透 明 度 や 白 濁 の 様 子 泡 の 立 ち 方 泡 の 高 さ [ml] COD [mg/l](ppm) 水 道 水 の COD [mg/l](ppm) 川 の 水 の COD [mg/l](ppm) 参 考 ) 高 知 市 : 鏡 川 ( 鏡 川 大 橋 下 )2ppm 江 の 口 川 ( 海 老 の 丸 橋 下 )4~6ppm 考 察 1 残 留 塩 素 の 測 定 結 果 より 水 道 水 の 残 留 塩 素 を 取 り 除 く 方 法 として 有 効 な 方 法 を 挙 げよ 2 ミネラルウォーターの 殺 菌 方 法 として 考 えられる 方 法 は 何 か 3 家 庭 用 合 成 洗 剤 は どの 程 度 まで 薄 めても 洗 浄 効 果 があると 考 えられるか 4 家 庭 用 合 成 洗 剤 の 濃 度 と COD の 値 との 関 係 を 述 べよ 5 家 庭 用 合 成 洗 剤 の 使 用 について 自 分 自 身 が 注 意 できる 点 を 考 えて 述 べよ 2

5 水 質 の 検 査 ( 指 導 者 用 ) 目 的 水 道 水 に 含 まれる 残 留 塩 素 を 測 定 する また 水 質 の 汚 れの 指 標 のひとつである COD を 測 定 し 洗 剤 の 使 用 によってどのように 変 化 するか 調 べる 水 質 の 検 査 には 化 学 の 技 術 が 利 用 されていることを 理 解 する 日 常 生 活 で 使 われている 洗 剤 の 性 質 と その 使 用 量 による 有 効 性 と 危 険 性 について 考 えさせる 所 要 時 間 約 40 分 小 中 学 校 での 既 習 事 項 自 然 と 人 間 との 関 わりを 6 年 生 の 理 科 の 最 後 に 中 学 校 では3 年 生 の 科 学 技 術 と 人 間 の 単 元 で 学 ぶ 水 を 守 るために 汚 水 処 理 施 設 があること 川 の 水 質 の 指 標 である 水 生 生 物 などについて 触 れて いる 窒 素 化 合 物 の 濃 度 を 簡 易 水 質 分 析 用 パックを 使 って 調 べる 観 察 実 験 が 掲 載 されている 教 科 書 も ある 残 留 塩 素 と COD 残 留 塩 素 水 道 水 は 塩 素 で 消 毒 している 残 留 塩 素 とは 主 に 塩 素 が 水 に 溶 解 するときに 生 じる 次 亜 塩 素 酸 イ オンを 指 す 次 亜 塩 素 酸 イオンは 強 い 酸 化 力 を 示 すため 細 菌 やウイルスの 細 胞 膜 を 破 壊 する 水 道 水 の( 遊 離 ) 残 留 塩 素 の 基 準 は 0.1mg/L(ppm) 以 上 と 水 道 法 により 決 められている COD(Chemical Oxygen Demand) 化 学 的 酸 素 要 求 量 のこと 湖 沼 や 河 川 などの 水 中 の 有 機 物 を 酸 化 して 分 解 するのに 必 要 とされる 酸 素 の 量 [mg/l](ppm) 生 活 排 水 や 水 道 水 など 水 の 種 類 によって いくつもの 検 査 項 目 がある 簡 単 に 測 定 できる 項 目 として は 透 視 度 ( 濁 度 ) 浮 遊 物 質 (SS) BOD( 生 物 的 酸 素 要 求 量 ) ph 陰 イオン 界 面 活 性 剤 などがあげ られる 使 用 薬 品 簡 易 水 質 分 析 用 パック( 残 留 塩 素 用 6 個 COD 低 濃 度 用 7 個 )チューブへ 検 水 を 吸 い 込 んでから 比 色 す る 時 間 は 測 定 項 目 により 違 うので 説 明 書 の 時 間 を 必 ず 守 って 測 定 すること また 比 色 後 も 色 の 変 化 が 続 いたり 変 色 したりするので 測 定 が 終 了 したら 説 明 書 にしたがって 廃 棄 すること 価 格 は 残 留 塩 素 用 COD 用 ともに 1 パックあたり 80 円 程 度 大 量 に 購 入 するほど 安 くなる 各 検 水 を 班 で 分 担 すると 節 約 できる ラー 油 ミネラルウォーター 川 の 水 台 所 用 洗 剤 水 道 水 ( 一 昼 夜 放 置 したもの ハイポチオ 硫 酸 ナトリウムが 主 成 分 を 加 えたものを 用 意 する) 3

6 使 用 器 具 ビーカー(50mL6 個 ) 目 盛 り 付 試 験 管 5 本 ゼムクリップ5 個 駒 込 ピペット ゴム 栓 5 個 三 脚 金 網 虫 ピン ガラス 棒 シャーレ 毛 糸 (5cm に 切 ったもの)5つ 方 法 1 水 道 水 を 沸 騰 させる 水 道 水 を 50mL ビーカーに 30mL 取 り 加 熱 し 沸 騰 させる 初 めての 実 験 の 場 合 は ガスバーナー の 使 い 方 を 指 導 する 2 それぞれの 水 をビーカーに 入 れる 水 道 水 一 昼 夜 放 置 した 水 道 水 ハイポを 加 えた 水 道 水 川 の 水 ミネラルウォーターをそれぞれ 30mL 程 度 50mL ビーカーに 入 れる プールを 使 用 している 時 期 であれば プールの 水 を 測 定 して もよい プールの 残 留 塩 素 は 0.4~1.0 mg/l(ppm)である 3 残 留 塩 素 を 測 定 する 簡 易 水 質 分 析 用 パック( 残 留 塩 素 用 )に 虫 ピンで 穴 を 開 け ラインと 呼 ばれる 紐 を 引 くと 穴 が 開 くタ イプのものもある 指 でつぶして 中 の 空 気 を 抜 き 1の 沸 騰 させた 水 道 水 を 冷 ましたものに 入 れ 色 の 変 化 から 残 留 塩 素 の 濃 度 を 測 定 する 反 応 時 間 は 説 明 書 に 記 載 されている 10 秒 程 度 2のそれ ぞれの 水 についても 同 様 に 測 定 する < 実 験 Ⅱ COD の 測 定 > 4 台 所 洗 剤 を 希 釈 する 台 所 用 合 成 洗 剤 を1mL 試 験 管 Aに 取 り 10mL の 目 盛 りまで 水 を 入 れ ガラス 棒 で 泡 立 たないように 注 意 しながら 静 かに 攪 拌 する 試 験 管 Aの 溶 液 を1mL 試 験 管 Bに 取 り 水 を 10mL まで 加 える 再 びガラス 棒 で 攪 拌 し 同 様 の 操 作 を 繰 り 返 し 試 験 管 C~Eに 希 釈 溶 液 をつくる 試 験 管 Eは 液 の 量 をそろえるため 1mL を 捨 て 液 量 を9mL とする 5 倍 2 倍 適 量 0.5 倍 0.2 倍 に 希 釈 して 比 べてもよい 5 油 滴 の 様 子 を 観 察 する 5cm に 切 った 毛 糸 の 先 をゼムクリップに 結 び シャーレに 入 れ 反 対 側 の 先 にラー 油 をつける 4 の 試 験 管 にラー 油 をつけた 毛 糸 を 沈 め どの 濃 度 が 油 滴 を 作 りやすかったか 順 位 を 記 録 する 6 試 験 管 を 振 り 観 察 する 5の 試 験 管 にゴム 栓 をしてよく 振 り 透 明 度 や 白 濁 の 様 子 泡 のたち 方 泡 の 高 さを 記 録 する 各 試 験 管 にレーザーを 横 からあてチンダル 現 象 を 観 察 する 方 法 もある 7 COD を 測 定 する 6の 試 験 管 の 溶 液 を 50mL ビーカーに 移 し 簡 易 水 質 分 析 用 パック(COD 用 )で COD を 測 定 し 記 録 する 反 応 時 間 は 説 明 書 に 記 載 されている 温 度 により 違 うため 注 意 が 必 要 20 で5 秒 程 度 水 道 水 川 の 水 についても 同 様 に COD を 測 定 する 結 果 < 残 留 塩 素 の 測 定 > 沸 騰 させ 一 昼 夜 放 置 ハイポを 加 ミネラルウ 水 の 種 類 水 道 水 川 の 水 た 水 道 水 した 水 道 水 えた 水 道 水 ォーター 残 留 塩 素 [mg/l](ppm) 4

7 <COD の 測 定 > 試 験 管 A 試 験 管 B 試 験 管 C 試 験 管 D 試 験 管 E 希 釈 倍 率 油 滴 の 作 りや すさ( 順 位 ) 透 明 度 や 白 濁 の 様 子 泡 の 立 ち 方 泡 の 高 さ [ml] COD [mg/l](ppm) 白 濁 白 濁 白 濁 透 明 透 明 大 きな 泡 がた くさんできる 大 きな 泡 がた くさんできる 大 きな 泡 がた くさんできる ごくわずか 泡 なし 以 上 8 以 上 8 以 上 8 以 上 8 以 上 水 道 水 の COD [mg/l](ppm) 考 察 0 川 の 水 の COD [mg/l](ppm) 参 考 ) 高 知 市 : 鏡 川 ( 鏡 川 大 橋 下 )2ppm 江 の 口 川 ( 海 老 の 丸 橋 下 )4~6ppm 1 残 留 塩 素 の 測 定 結 果 より 水 道 水 の 残 留 塩 素 を 取 り 除 く 方 法 として 有 効 な 方 法 を 挙 げよ 沸 騰 させる 一 昼 夜 放 置 する ハイポを 加 える 2 ミネラルウォーターの 殺 菌 方 法 として 考 えられる 方 法 は 何 か 加 熱 殺 菌 フィルターを 通 して 除 菌 オゾンや 紫 外 線 で 殺 菌 空 気 に 触 れずにくみ 上 げて 密 封 など 3 家 庭 用 合 成 洗 剤 は どの 程 度 まで 薄 めても 洗 浄 効 果 があると 考 えられるか 1/1000 程 度 ( 水 1Lに 0.75mL が 目 安 と 記 載 有 ) 4 家 庭 用 合 成 洗 剤 の 濃 度 と COD の 値 との 関 係 を 述 べよ 家 庭 用 合 成 洗 剤 の 濃 度 が 高 くなればなるほど COD の 値 も 高 くなる 5 家 庭 用 合 成 洗 剤 の 使 用 について 自 分 自 身 が 注 意 できる 点 を 考 えて 述 べよ 環 境 へ 配 慮 し 必 要 最 低 限 の 使 用 量 にする 洗 剤 をつけなくてもよい アクリルたわしを 使 う な ど 発 展 合 成 洗 剤 とセッケン 水 (0.1%)を 比 較 する 動 画 あり それぞれに フェノールフタレイン 溶 液 や1% 塩 化 カルシウム 水 溶 液 1mL を 加 えて 反 応 をみる セ ッケンは 塩 基 性 のため フェノールフタレイン 溶 液 を 加 えると 赤 変 するが 多 くの 合 成 洗 剤 は 中 性 の ため 変 化 しない 塩 化 カルシウム 水 溶 液 を 加 えると セッケンは 塩 を 生 成 するが 合 成 洗 剤 は 変 化 しな い 5

8 廃 液 処 理 簡 易 水 質 分 析 用 パックは 説 明 書 にしたがって 廃 棄 すること 後 片 付 け ガラス 器 具 は 洗 剤 に 浸 け 置 き 洗 いをする 6

9 混 合 物 の 分 離 確 認 年 組 番 氏 名 目 的 カリウムミョウバン 石 英 砂 炭 酸 カルシウム 水 の 混 合 物 を 分 離 し 分 離 できたかどうかを 確 認 する 分 離 確 認 方 法 フローチャート 操 作 1~4 確 認 A~Dに 適 する 実 験 方 法 を 下 から 選 び 実 験 の 内 容 を 確 認 しよう 石 英 砂 SiO 2 炭 酸 カルシウム CaCO 3 カリウムミョウバン AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O 水 H 2 O 操 作 1 不 溶 物 ( 石 英 砂 炭 酸 カルシウム) ろ 液 (カリウムミョウバン 水 ) 操 作 2 操 作 3 不 溶 物 ( 石 英 砂 ) ろ 液 (Ca 2+ を 含 む) 不 溶 物 (カリウムミョウバン) ろ 液 (カリウムミョウバン 水 ) 確 認 A 確 認 B 確 認 C 操 作 4 残 留 物 (カリウムミョウバン 水 溶 液 ) 水 確 認 D K + イオンの 赤 紫 色 で 確 認 < 操 作 1~4> 蒸 留 する 塩 酸 を 加 えろ 過 する 温 めてろ 過 する 再 結 晶 後 ろ 過 する < 確 認 A~D> 炎 色 反 応 で 橙 赤 色 炎 色 反 応 で 赤 紫 色 炎 色 反 応 で 発 色 なし 塩 化 コバルト 紙 赤 変 使 用 薬 品 石 英 砂 SiO 2 1.0g 炭 酸 カルシウム CaCO 3 1.0g 2.0mol/L 塩 酸 HCl 蒸 留 水 ( 純 水 ) 塩 化 コバルト 紙 水 H 2 O 20mL カリウムミョウバン AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O 13g 使 用 器 具 ビーカー(100mL5 個 程 度 500mL1 個 ) ガラス 棒 薬 さじ 漏 斗 漏 斗 台 ろ 紙 ゴム 栓 白 金 線 三 脚 沸 騰 石 金 網 試 験 管 ( 大 型 1 普 通 1) ゴム 管 ドライヤー ガラス 管 ( 曲 管 1 本 I 字 管 1 本 ) 7

10 混 合 物 の 分 離 確 認 年 組 番 氏 名 方 法 操 作 1 100mL ビーカーにすべての 物 質 を 入 れ ガラス 棒 でかき 混 ぜ 加 熱 する 手 で 触 れる 程 度 に 冷 まし ろ 過 する 操 作 2 ろ 液 を 受 けるビーカーを 交 換 し ろ 紙 上 に 残 った 物 質 をよく 洗 う ろ 紙 を 広 げてドライヤーで 乾 かす 別 のビーカーに 移 し 2.0mol/L 塩 酸 を5mL 加 え 反 応 させる 洗 った 漏 斗 でろ 過 する 確 認 A 操 作 2の 結 晶 をビーカーに 取 り 水 を 加 えて 白 金 線 につけ ガスバーナーの 外 炎 にかざし 炎 色 反 応 を 確 認 する 確 認 B 操 作 2のろ 液 も 同 様 に 炎 色 反 応 を 確 認 する 操 作 3 操 作 1のろ 液 を 室 温 まで 冷 まし 結 晶 が 析 出 したら 洗 った 漏 斗 でろ 過 する 確 認 C 操 作 3の 結 晶 をビーカーに 取 り 水 を 加 えて 炎 色 反 応 を 確 認 する 操 作 4 図 のように 器 具 を 組 み 立 て 操 作 3のろ 液 を 沸 騰 石 と 一 緒 に 試 験 管 に 入 れ 蒸 留 する 確 認 D 青 色 の 塩 化 コバルト 紙 をピンセットで 挟 み 試 験 管 内 の 液 体 につける 操 作 1 加 熱 ろ 過 操 作 4 確 認 炎 色 反 応 結 果 操 作 1~4 確 認 を 行 ったときの 様 子 を 記 録 せよ また 確 認 A~Dについては 確 認 できた 元 素 化 合 物 を 元 素 記 号 で 表 せ 操 作 1 操 作 2 操 作 3 操 作 4 確 認 A 確 認 元 素 化 合 物 確 認 B 確 認 C 確 認 D 考 察 1 操 作 3の 名 称 は 何 というか また 物 質 のどのような 性 質 の 違 いを 利 用 して 分 離 する 操 作 か 名 称 物 質 の 性 質 の 違 い 2 操 作 4の 沸 騰 石 の 役 割 は 何 か また 蒸 留 は 物 質 のどのような 性 質 の 違 いを 利 用 して 分 離 する 操 作 か 沸 騰 石 の 役 割 物 質 の 性 質 の 違 い 8

11 混 合 物 の 分 離 確 認 ( 指 導 者 用 ) 目 的 カリウムミョウバン 石 英 砂 炭 酸 カルシウム 水 の 混 合 物 を 分 離 し 分 離 できたかどうかを 確 認 する ろ 過 蒸 留 炎 色 反 応 などの 各 操 作 を 習 得 する 所 要 時 間 約 50 分 小 中 学 校 での 既 習 事 項 小 学 校 5 年 生 では ものの 溶 け 方 の 単 元 で ものが 水 に 溶 けるときは 温 度 量 溶 けるものにより 違 い があることを 学 習 する また 飽 和 食 塩 水 の 解 け 残 った 食 塩 をろ 過 するなどの 観 察 実 験 を 行 っている 中 学 校 1 年 生 では 状 態 変 化 の 単 元 で エタノールと 水 の 混 合 物 からエタノールを 分 離 動 画 あり 水 溶 液 の 単 元 で カリウムミョウバンやミョウバンの 再 結 晶 デンプンと 水 の 混 合 物 のろ 過 などの 観 察 実 験 をしている 理 論 的 背 景 混 合 物 から 純 物 質 を 精 製 する 方 法 としては ろ 過 蒸 留 再 結 晶 抽 出 クロマトグラフィー 元 素 の 確 認 方 法 としては 炎 色 反 応 塩 の 沈 殿 が 教 科 書 に 載 っている 沸 点 や 溶 解 度 などの 違 いを 利 用 して 分 離 した 後 物 質 に 特 有 の 化 学 変 化 などを 利 用 して 確 認 する 分 離 確 認 方 法 フローチャート 操 作 1~4 確 認 A~Dに 適 する 実 験 方 法 を 下 から 選 び 実 験 の 内 容 を 確 認 しよう 石 英 砂 SiO 2 炭 酸 カルシウム CaCO 3 カリウムミョウバン AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O 水 H 2 O 操 作 1 温 めてろ 過 する 不 溶 物 ( 石 英 砂 炭 酸 カルシウム) ろ 液 (カリウムミョウバン 水 ) 操 作 2 塩 酸 を 加 えろ 過 する 操 作 3 再 結 晶 後 ろ 過 する 不 溶 物 ( 石 英 砂 ) ろ 液 (Ca 2+ を 含 む) 不 溶 物 (カリウムミョウバン) ろ 液 (カリウムミョウバン 水 ) 確 認 A 確 認 B 確 認 C 炎 色 反 応 で 発 色 なし 炎 色 反 応 で 橙 赤 色 炎 色 反 応 で 赤 紫 色 操 作 4 蒸 留 する 残 留 物 (カリウムミョウバン 水 溶 液 ) 水 確 認 D 塩 化 コバルト 紙 赤 変 K + イオンの 赤 紫 色 で 確 認 < 操 作 1~4> 蒸 留 する 塩 酸 を 加 えろ 過 する 温 めてろ 過 する 再 結 晶 後 ろ 過 する 9

12 < 確 認 A~D> 炎 色 反 応 で 橙 赤 色 炎 色 反 応 で 赤 紫 色 炎 色 反 応 で 発 色 なし 塩 化 コバルト 紙 赤 変 使 用 薬 品 石 英 砂 SiO 2 1.0gケイ 砂 でもよい 炭 酸 カルシウム CaCO 3 1.0g 2.0mol/L 塩 酸 HCl 濃 塩 酸 を 薄 めて 調 整 する 場 合 は 濃 塩 酸 1に 水 5の 体 積 比 を 混 合 する(6 倍 に 希 釈 ) 濃 塩 酸 は 揮 発 しやすく 白 煙 が 出 るのでドラフトで 希 釈 を 行 うこと 塩 化 コバルト 紙 直 前 に 乾 燥 させ 青 色 にして 使 用 水 H 2 O 20mL 蒸 留 水 ( 純 水 ) カリウムミョウバン AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O 13g 使 用 器 具 ビーカー(100mL5 個 程 度 500mL1 個 ) ガラス 棒 薬 さじ 漏 斗 漏 斗 台 ろ 紙 ゴム 栓 白 金 線 三 脚 沸 騰 石 金 網 試 験 管 ( 大 型 1 普 通 1) ゴム 管 ドライヤー ガラス 管 ( 曲 管 1 本 I 字 管 1 本 ) 方 法 操 作 1 100mL ビーカーにすべての 物 質 を 入 れ ガラス 棒 でかき 混 ぜ 加 熱 する 手 で 触 れる 程 度 に 冷 まし ろ 過 する 炭 酸 カルシウムが 細 かい 粒 子 のため 多 少 ろ 過 に 時 間 がかかる ビーカー 内 に 残 った 物 質 は ビーカーを 交 換 してから 少 量 の 水 で 洗 いろ 過 する 交 換 せずに 水 を 加 えてしまうと ろ 液 中 のミョウバンが 再 結 晶 しにくくなるので 注 意 する 操 作 2 ろ 液 を 受 けるビーカーを 交 換 し ろ 紙 上 に 残 った 物 質 をよく 洗 う ろ 紙 を 広 げてドライヤーで 乾 かす 炭 酸 カルシウムがべっとりしているため 時 間 短 縮 のため 省 略 する 場 合 は 薬 さじなどで 取 り ビーカーに 移 す 別 のビーカーに 移 し 2.0mol/L 塩 酸 を5mL 加 え 反 応 させる 洗 った 漏 斗 でろ 過 する 後 の 元 素 の 確 認 Aの 時 に 正 確 に 確 認 できるよう よく 洗 浄 する 発 生 した 気 体 が 二 酸 化 炭 素 であることを 石 灰 水 や 線 香 などで 確 認 させてもよい 確 認 A 確 認 Bの 結 晶 をビーカーに 取 り 水 を 加 えて 白 金 線 につけ ガスバーナーの 外 炎 にかざし 炎 色 反 応 を 確 認 する 結 晶 を 直 接 白 金 線 につけて 行 ってもよい 白 金 線 はそのつど 水 道 水 と 純 水 で 洗 う 塩 酸 で 洗 うとなおよい 確 認 B ろ 液 も 同 様 に 炎 色 反 応 確 認 する 操 作 3 操 作 1のろ 液 を 室 温 まで 冷 まし 結 晶 が 析 出 したら 洗 った 漏 斗 でろ 過 する 結 晶 が 析 出 するまで に 30 分 程 度 かかる 小 さい 結 晶 ができたらガラス 棒 などでかき 混 ぜると それをきっかけにた くさん 析 出 してくる 15 分 程 度 まってもまったく 結 晶 ができない 場 合 は 氷 水 などで 冷 やす 確 認 C 操 作 3の 結 晶 をビーカーに 取 り 水 を 加 えて 炎 色 反 応 を 確 認 する 結 晶 を 直 接 白 金 線 につけて 行 ってもよい 操 作 4 図 のように 器 具 を 組 み 立 て 操 作 3のろ 液 を 沸 騰 石 と 一 緒 に 試 験 管 に 入 れ 蒸 留 する 蒸 留 前 の ろ 液 を 炎 色 反 応 で 確 認 すると K + の 存 在 が 確 認 できる 確 認 D 青 色 の 塩 化 コバルト 紙 をピンセットで 挟 み 試 験 管 内 の 液 体 につける 塩 化 コバルト 紙 が 赤 色 になっ ている 場 合 は 乾 燥 器 やドライヤーで 乾 燥 させて 青 色 にして 使 用 する 蒸 留 した 液 体 を 炎 色 反 応 で 確 認 すると 変 化 はなく K + が 含 まれない 純 粋 な 水 であることが 分 かる 炎 色 反 応 は 白 金 線 を 使 わずに 水 溶 液 をろ 紙 にしみこませてろ 紙 ごと 燃 やす スチールウールに 10

13 しみこませて 燃 やす など 様 々な 方 法 がある 操 作 1 ろ 過 操 作 4 確 認 加 熱 炎 色 反 応 結 果 操 作 1~4 確 認 を 行 ったときの 様 子 を 記 録 せよ また 確 認 A~Dについては 確 認 できた 元 素 化 合 物 を 元 素 記 号 で 表 せ 操 作 1 溶 ける 物 質 と 溶 けない 物 質 があった ろ 過 すると ろ 液 は 無 色 透 明 で ろ 紙 上 に 白 い 物 質 が 残 った 操 作 2 塩 酸 を 加 えると 溶 解 する 物 質 と 溶 解 しない 物 質 があった 溶 解 するときは 泡 を 出 し 気 体 が 発 生 した ろ 過 すると ろ 液 は 無 色 透 明 で ろ 紙 上 に 白 い 物 質 が 残 った 操 作 3 白 い 結 晶 が 析 出 した ろ 過 すると ろ 液 は 無 色 透 明 で ろ 紙 上 に 白 い 物 質 が 残 った 操 作 4 蒸 留 できた 物 質 は 無 色 透 明 な 液 体 であった 確 認 元 素 化 合 物 確 認 A 炎 の 色 は 変 化 しなかった SiO 2 確 認 B 炎 の 色 が 橙 赤 色 を 示 した Ca 2+ (CaCO 3 ) 確 認 C 炎 の 色 が 赤 紫 色 を 示 した K + ( AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O) 確 認 D 塩 化 コバルト 紙 が 赤 色 に 変 わった H 2 O 考 察 1 操 作 3の 名 称 は 何 というか また 物 質 のどのような 性 質 の 違 いを 利 用 して 分 離 する 操 作 か 名 称 再 結 晶 物 質 の 性 質 の 違 い 溶 解 度 の 違 い 2 操 作 4の 沸 騰 石 の 役 割 は 何 か また 蒸 留 は 物 質 のどのような 性 質 の 違 いを 利 用 して 分 離 する 操 作 か 沸 騰 石 の 役 割 突 然 の 沸 騰 を 防 ぐ 役 割 物 質 の 性 質 の 違 い 沸 点 の 違 い その 他 の 観 察 実 験 発 展 身 の 回 りの 物 質 を 使 った 混 合 物 の 分 離 例 1) カイロの 成 分 の 分 離 カイロの 袋 をあけ 中 身 15gをビーカーに 入 れ 純 水 20mL を 入 れ 溶 かす 不 溶 物 をろ 過 し 蒸 発 皿 にろ 液 を 移 し ろ 液 を 蒸 発 させる 蒸 発 皿 に 残 った 固 体 を 試 験 管 に 取 り 炎 色 反 応 と 硝 酸 銀 水 溶 液 で 11

14 元 素 を 確 認 する( 塩 化 ナトリウム NaCl の 確 認 ) 例 2) しょう 油 中 の 食 塩 を 取 り 出 す しょう 油 5mL を 蒸 発 皿 にいれ 強 火 で 炭 になるまでよく 焼 く 冷 えてから 水 を 加 え ガラス 棒 でよく かき 混 ぜる ろ 過 して 炭 を 取 り 除 く ろ 液 をビーカーに 移 し 加 熱 して 水 を 蒸 発 させる ぱちぱち 音 を 立 て 跳 ねる 白 い 結 晶 が 析 出 する 熱 い 結 晶 が 飛 び 散 るとやけどの 危 険 があるのですぐ 火 を 止 めること 例 3) ほうれん 草 サインペン 食 品 に 使 われている 色 素 などを 抽 出 し クロマトグラフィーで 分 離 リービッヒ 冷 却 器 を 使 った 蒸 留 赤 ワイン 海 水 等 をリービッヒ 冷 却 器 の 蒸 留 装 置 を 組 んで 蒸 留 する 動 画 あり 廃 液 処 理 石 英 砂 は 回 収 し 再 利 用 する 流 し 台 に 流 して 詰 まらせないように 注 意 する 塩 酸 を 含 む 廃 液 は 塩 基 で 中 和 し(pH が6~8 程 度 ) 大 量 の 水 で 希 釈 しながら 廃 棄 する 後 片 付 け ガラス 器 具 は 洗 剤 に 浸 け 置 き 洗 いをする 12

15 物 質 の 状 態 変 化 年 組 番 氏 名 目 的 温 度 上 昇 により 固 体 液 体 気 体 と 状 態 変 化 が 起 こる 様 子 を 観 察 し 状 態 変 化 と 物 質 を 構 成 する 粒 子 の 熱 運 動 を 関 連 付 けて 考 察 する 使 用 薬 品 2-メチル-2-プロパノール 沸 騰 石 氷 熱 湯 使 用 器 具 ガラス 管 ( 曲 管 1 本 I 字 管 1 本 ) ビーカー(300mL1 個 500mL2 個 ) ゴム 管 金 網 スタンド ゴム 栓 丸 底 フラスコ 500mL トレイ2つ 画 びょう 軍 手 三 脚 チャック 付 ビニール 袋 mm 電 気 ポット ペットボトル(280mL) 方 法 < 実 験 Ⅰ 2-メチル-2-プロパノールの 三 態 変 化 > 1 2-メチル-2-プロパノールの 固 体 を 観 察 する 2-メチル-2-プロパノール2mL をチャック 付 ビニール 袋 に 入 れ 空 気 を 抜 いてチャックを 閉 める 半 分 ほど 氷 の 入 った 300mL ビーカーにチャック 付 ビニール 袋 を 入 れ さらに 上 から 氷 を 入 れ しば らく 様 子 を 観 察 する 2 2-メチル-2-プロパノールの 液 体 を 観 察 する 1のチャック 付 ビニール 袋 をトレイに 移 し 凍 った 部 分 に 500mL ビーカーに 入 っている 熱 湯 を 少 し かけ 液 体 になる 様 子 を 観 察 する 軍 手 をはめ やけどをしないよう 注 意 すること 3 2-メチル-2-プロパノールの 気 体 を 観 察 する さらに 電 気 ポットから 熱 湯 を 直 接 かけ 様 子 を 観 察 する 4 2-メチル-2-プロパノールの 液 体 を 観 察 する 1のビーカーの 氷 と 水 をトレイに 移 し 袋 を 浸 けて 様 子 を 観 察 する < 実 験 Ⅱ 水 の 加 熱 と 冷 却 > 5 水 を 沸 騰 させる 図 のような 装 置 を 組 み 立 て 500mL 丸 底 フラスコに 沸 騰 石 と 水 200mL を 入 れ 加 熱 し 水 を 沸 騰 させる 6 ビーカーに 水 を 入 れる 沸 騰 したら 気 体 誘 導 管 の 入 った 500mL ビーカーに 水 を 満 たす 7 水 の 逆 流 を 観 察 する 火 を 止 め フラスコやビーカー 内 の 変 化 を 観 察 する < 実 験 Ⅲ ペットボトルの 小 便 小 僧 > 8 ペットボトルに 水 を 入 れる 280mL ペットボトルの 下 から2cm 程 度 の 場 所 に 画 びょうで 穴 をあける 水 を 半 分 以 上 入 れ ふたを する 9 熱 湯 をかけ 観 察 する ふたをした 状 態 でトレイ 内 に 置 き 500mL ビーカーに 入 っている 熱 湯 をふたの 上 からかける 軍 手 をはめ やけどをしないよう 注 意 すること 13

16 物 質 の 状 態 変 化 年 組 番 氏 名 結 果 1. 方 法 1~4のチャック 付 ビニール 袋 の 中 はどのような 様 子 だったか 方 法 5 6では 気 体 誘 導 管 の 先 はどのような 様 子 だったか 方 法 7で 加 熱 をやめるとビーカーの 水 やフラスコ 内 はどうなったか 4. 方 法 9で 熱 湯 をかけるとどのような 変 化 が 起 こったか 考 察 1. 方 法 1~4でおきた 状 態 変 化 の 現 象 名 を 答 えよ また 熱 運 動 の 変 化 を 激 しくなった 穏 やかにな った の 言 葉 を 使 って 表 せ 例 ) 現 象 名 : 昇 華 ( 固 体 気 体 ) 熱 運 動 : 激 しくなった 現 象 名 熱 運 動 現 象 名 熱 運 動 方 法 6で 気 体 誘 導 管 から 泡 が 出 なかったのはなぜか 3. 方 法 7で 加 熱 を 止 めたとき ビーカー 内 では 圧 力 が 小 さくなる 変 化 が 起 こった その 変 化 を 水 分 子 の 熱 運 動 と 状 態 変 化 から 説 明 せよ 4. 方 法 7で 加 熱 を 止 めたとき フラスコ 内 で 起 こった 水 の 逆 流 現 象 について 圧 力 の 変 化 から 説 明 せ よ 5. 方 法 9で 起 こった 現 象 について 熱 運 動 の 変 化 体 積 の 変 化 で 説 明 せよ 14

17 物 質 の 状 態 変 化 ( 指 導 者 用 ) 目 的 温 度 上 昇 により 固 体 液 体 気 体 と 状 態 変 化 が 起 こる 様 子 を 観 察 し 状 態 変 化 と 物 質 を 構 成 する 粒 子 の 熱 運 動 を 関 連 付 けて 考 察 する 所 要 時 間 約 50 分 小 中 学 校 での 既 習 事 項 小 学 校 4 年 生 では 金 属 水 空 気 と 温 度 の 単 元 で 水 の 三 態 変 化 を 扱 う 観 察 実 験 ではビーカーに 水 を 入 れアルミ 箔 でふたをし そこに 温 度 計 を 差 し 込 んで 加 熱 時 間 と 温 度 変 化 を 記 録 したり グラフ 化 した りしている また 水 を 入 れた 試 験 管 を 食 塩 を 混 ぜた 氷 につけ 凝 固 させ 冷 却 時 間 と 温 度 変 化 を 記 録 グラ フ 化 する 観 察 実 験 もある 中 学 校 1 年 生 では 状 態 変 化 と 熱 で 状 態 変 化 によって 物 質 の 体 積 は 変 化 するが 質 量 は 変 化 しない ことを 粒 子 の 概 念 で 学 習 している 観 察 実 験 としては エタノールの 入 った 袋 に 熱 湯 をかけると 膨 らむ 試 験 管 に 液 体 のろうを 入 れ 固 体 になると 体 積 が 小 さくなる 動 画 あり 水 をらせん 状 の 金 属 の 管 の 中 で 加 熱 し 水 蒸 気 を 発 生 させ 紙 を 焦 がしたりマッチに 火 をつけたりする などを 行 っている 理 論 的 背 景 粒 子 の 熱 運 動 と 粒 子 間 に 働 く 力 との 関 係 により 物 質 の 状 態 変 化 が 起 こる 100 で 1mL の 水 を 水 蒸 気 す ると 1600mL になり 体 積 変 化 は 1600 倍 である 気 体 分 子 のエネルギーには 一 定 の 分 布 が 存 在 し 温 度 変 化 とともにその 分 布 が 変 化 する 状 態 変 化 に 伴 うエネルギーの 出 入 りや 状 態 間 の 平 行 と 温 度 や 圧 力 との 関 係 については 化 学 で 取 り 扱 う 蒸 気 圧 曲 線 や 沸 騰 なども 化 学 で 扱 う 使 用 薬 品 2-メチル-2-プロパノール 別 名 t-ブチルアルコール 換 気 をよくして 取 り 扱 う 沸 点 82 融 点 25 沸 騰 石 氷 熱 湯 電 気 ポットに 用 意 しておいて 500mL のビーカーに 入 れて 使 う ガスバーナーで 水 を 加 熱 するなど 生 徒 に 作 らせてもよい やけどへの 注 意 が 必 要 使 用 器 具 ガラス 管 ( 曲 管 1 本 I 字 管 1 本 ) ビーカー(300mL1 個 500mL2 個 ) ゴム 管 金 網 スタンド ゴム 栓 丸 底 フラスコ 500mL トレイ2つ 画 びょう 軍 手 三 脚 チャック 付 ビニール 袋 mm 電 気 ポット ペットボトル(280mL) 15

18 方 法 < 実 験 Ⅰ 2-メチル-2-プロパノールの 三 態 変 化 > 1 2-メチル-2-プロパノールの 固 体 を 観 察 する 2-メチル-2-プロパノール2mL をチャック 付 ビニール 袋 に 入 れ 空 気 を 抜 いてチャックを 閉 める 半 分 ほど 氷 の 入 った 300mL ビーカーにチャック 付 ビニール 袋 を 入 れ さらに 上 から 氷 を 入 れ しばらく 様 子 を 観 察 する 2 2-メチル-2-プロパノールの 液 体 を 観 察 する 1のチャック 付 ビニール 袋 をトレイに 移 し 凍 った 部 分 に 500mL ビーカーに 入 っている 熱 湯 を 少 しかけ 液 体 になる 様 子 を 観 察 する 軍 手 をはめ やけどをしないよう 注 意 すること 熱 湯 は 少 しでよい 3 2-メチル-2-プロパノールの 気 体 を 観 察 する さらに 電 気 ポットから 熱 湯 を 直 接 かけ 様 子 を 観 察 する 電 気 ポットからビーカーに 熱 湯 を 移 してから かけると 熱 湯 の 温 度 が 下 がり 袋 があまり 膨 らまない やかんでお 湯 を 沸 かして すぐにかけてもよ い 4 2-メチル-2-プロパノールの 液 体 を 観 察 する 1のビーカーの 氷 と 水 をトレイに 移 し 袋 を 浸 けて 様 子 を 観 察 する < 実 験 Ⅱ 水 の 加 熱 と 冷 却 > 5 水 を 沸 騰 させる 図 のような 装 置 を 組 み 立 て 500mL 丸 底 フラスコに 沸 騰 石 と 水 200mL を 入 れ 加 熱 し 水 を 沸 騰 させる 沸 騰 すると 気 体 誘 導 管 からシューシューと 水 蒸 気 が 出 てくる 6 ビーカーに 水 を 入 れる 沸 騰 したら 気 体 誘 導 管 の 入 った 500mL ビーカーに 水 を 満 たす 7 水 の 逆 流 を 観 察 する 火 を 止 め フラスコやビーカー 内 の 変 化 を 観 察 する しばらくすると ビーカーの 水 がフラスコ 内 に 逆 流 し 始 める < 実 験 Ⅲ ペットボトルの 小 便 小 僧 > 8 ペットボトルに 水 を 入 れる 280mL ペットボトルの 下 から2cm 程 度 の 場 所 に 画 びょうで 穴 をあける 水 を 半 分 以 上 入 れ ふたをする 9 熱 湯 をかけ 観 察 する ふたをした 状 態 でトレイ 内 に 置 き 500mL ビーカーに 入 っている 熱 湯 をふたの 上 からかける 軍 手 をは め やけどをしないよう 注 意 すること 水 がもう 一 つのトレイに 排 水 されるようにする など 水 浸 しに ならないよう 工 夫 する 結 果 1. 方 法 1~4のチャック 付 ビニール 袋 の 中 はどのような 様 子 だったか 1 チャック 付 ビニール 袋 の 中 の 液 体 が 固 体 になった チャック 付 ビニール 袋 の 中 の 固 体 が 溶 けて 液 体 になった チャック 付 ビニール 袋 の 中 の 液 体 が 気 体 になり 袋 が 膨 らんだ チャック 付 ビニール 袋 の 中 の 気 体 が 液 体 になり 袋 がしぼんだ 2. 方 法 5 6では 気 体 誘 導 管 の 先 はどのような 様 子 だったか 5 水 蒸 気 の 白 い 煙 が 出 てきた 16

19 6 泡 は 発 生 せず 特 に 変 化 なし 3. 方 法 7で 加 熱 をやめるとビーカーの 水 やフラスコ 内 はどうなったか ビーカー 内 の 水 が 逆 流 し フラスコ 内 へ 流 れ 込 んだ 4. 方 法 9で 熱 湯 をかけるとどのような 変 化 が 起 こったか ペットボトルの 穴 から 中 の 水 が 飛 び 出 した 考 察 1. 方 法 1~4でおきた 状 態 変 化 の 現 象 名 を 答 えよ また 熱 運 動 の 変 化 を 激 しくなった 穏 やかになった の 言 葉 を 使 って 表 せ 例 ) 現 象 名 : 昇 華 ( 固 体 気 体 ) 熱 運 動 : 激 しくなった 現 象 名 熱 運 動 現 象 名 熱 運 動 1 凝 固 穏 やかになった 3 蒸 発 激 しくなった 2 融 解 激 しくなった 4 凝 縮 穏 やかになった 2. 方 法 6で 気 体 誘 導 管 から 泡 が 出 なかったのはなぜか フラスコ 内 で 発 生 した 水 蒸 気 がビーカーの 水 に 冷 やされ 液 体 の 水 に 変 化 したため 水 蒸 気 の 気 泡 は 発 生 しなかった 3. 方 法 7で 加 熱 を 止 めたとき ビーカー 内 では 圧 力 が 小 さくなる 変 化 が 起 こった その 変 化 を 水 分 子 の 熱 運 動 と 状 態 変 化 から 説 明 せよ 加 熱 を 止 めたため 水 分 子 の 熱 運 動 が 小 さくなり 水 蒸 気 が 凝 縮 して 水 になった その 結 果 体 積 が 小 さくなり フラスコ 内 の 圧 力 は 小 さくなった 4. 方 法 7で 加 熱 を 止 めたとき フラスコ 内 で 起 こった 水 の 逆 流 現 象 について 圧 力 の 変 化 から 説 明 せよ フラスコ 内 の 圧 力 が 大 気 圧 より 小 さくなったため ビーカーの 水 が 大 気 圧 に 押 されフラスコ 内 へ 逆 流 した 5. 方 法 9で 起 こった 現 象 について 熱 運 動 の 変 化 圧 力 の 変 化 で 説 明 せよ ペットボトルに 含 まれる 空 気 の 構 成 粒 子 の 熱 運 動 が 大 きくなったため 圧 力 が 大 きくなりペットボト ルの 中 の 水 を 押 し 出 した その 他 の 考 察 加 熱 を 止 めるとき ゴム 管 をターンクリップではさむとどうなるだろうか 動 画 あり フラスコ 内 の 圧 力 は 水 分 子 の 凝 縮 により 下 がるが 飽 和 水 蒸 気 圧 も 下 がるため しばらくの 間 沸 騰 が 続 く ターンクリップをはずすと 沸 騰 は 停 止 する 減 圧 下 の 沸 騰 は 化 学 での 取 り 扱 いになってい る その 他 の 観 察 実 験 発 展 拡 散 を 熱 運 動 で 説 明 グリセリンに 赤 いインクで 着 色 した 水 を 一 滴 落 とし 拡 散 する 様 子 2つの 集 気 びんの 口 どうしを 仕 切 り 板 を 挟 んで 合 わせ 一 方 のびんにある 臭 素 が 仕 切 り 板 を 除 くと 拡 散 する 様 子 などを 観 察 し 粒 子 の 熱 運 動 で 考 察 させる ヨウ 素 の 昇 華 の 観 察 ヨウ 素 の 固 体 をビーカーに 少 量 入 れ 加 熱 し 気 体 とし その 上 部 に 水 を 入 れた 丸 底 フラスコや 試 験 管 を 配 17

20 置 し ヨウ 素 が 再 び 固 体 に 戻 りフラスコや 試 験 管 にくっつく 様 子 を 観 察 する 二 酸 化 炭 素 の 昇 華 の 観 察 注 射 器 ( 圧 縮 発 火 装 置 でもよい)にドライアイスを 一 かけら 入 れ ピストンを 押 し 液 化 させる 大 気 圧 の 5 倍 の 圧 力 で 液 化 する シクロヘキサンの 体 積 変 化 100mL 注 射 器 にシクロヘキサン( 沸 点 81 )を 数 滴 入 れ 空 気 を 抜 いて 注 射 器 の 先 のゴム 管 をピンチコッ クでとめる 注 射 器 を 逆 さに 熱 湯 に 浸 して 体 積 変 化 を 確 認 する アンモニアと 塩 酸 を 拡 散 させ 塩 化 アンモニウムの 白 煙 を 観 察 ガラス 管 やアクリルパイプなど 両 端 が 開 いた 筒 状 の 管 と 両 端 をふさぐゴム 栓 を 用 意 する アンモニア2 3 滴 と 濃 塩 酸 2 3 滴 を 別 々の 丸 めた 脱 脂 綿 に 含 ませ 管 の 両 端 に 置 き ゴム 栓 でふたをする ph 試 験 紙 を 管 の 長 さに 切 り 管 内 に 貼 り 付 けておいてもよい 白 煙 の 生 じる 様 子 を 観 察 し 白 煙 はなぜ 生 じたか なぜ 生 じる 位 置 が 管 の 中 央 からずれるかなどを 考 察 する 液 体 窒 素 で 三 態 変 化 を 観 察 液 体 窒 素 ( 沸 点 -196 )でいろいろなものを 冷 却 する エタノールを 冷 却 して 固 体 にし 液 体 のエタノー ルに 入 れ 沈 む 様 子 を 観 察 する 気 体 の 酸 素 二 酸 化 炭 素 などを 冷 却 して 液 体 酸 素 やドライアイスを 観 察 す る 空 のペットボトルを 冷 却 してペットボトルのつぶれる 様 子 を 観 察 する 超 伝 導 によるマイスナー 効 果 ( 観 察 キットが 販 売 されている)を 観 察 する ゴムボールやバラの 花 などを 凍 らせて 粉 々になる 様 子 を 観 察 する バナナを 凍 らせて 釘 を 打 つ ジュースを 凍 らせてアイスキャンディーをつくる マシュマロを 凍 ら せて 食 べてみる などがある 廃 液 処 理 2-メチル-2-プロパノールは 有 機 溶 媒 専 用 の 廃 液 タンクに 貯 蔵 し 処 理 資 格 をもつ 専 門 の 廃 棄 物 処 理 業 者 に 処 理 を 委 託 する 後 片 付 け 沸 騰 石 はざるにあけるなどして 回 収 し 排 水 溝 を 詰 まらせないようにする ガラス 器 具 は 洗 剤 に 浸 け 置 き 洗 いをする 18

21 化 学 結 合 と 物 質 の 性 質 年 組 番 氏 名 目 的 結 合 の 違 いにより 結 晶 の 性 質 が 異 なることを 利 用 し イオン 結 晶 共 有 結 合 の 結 晶 分 子 結 晶 金 属 の 結 晶 を 判 別 する 本 実 験 では ステアリン 酸 塩 化 ナトリウム スズ 石 英 砂 を 判 別 する 結 晶 の 特 徴 構 造 特 徴 固 体 の 電 気 伝 導 性 イオン 結 晶 陽 イオンと 陰 イオンと 硬 くてもろい がイオン 結 合 してでき 水 によく 溶 ける た 結 晶 組 成 式 で 表 す 水 溶 液 や 液 体 は 電 気 を 通 す 共 有 結 合 の 結 晶 多 数 の 原 子 の 共 有 結 合 でできた 結 晶 ( 巨 大 分 子 ) 組 成 式 で 表 す 非 常 に 硬 い 融 点 が 非 常 に 高 い 黒 鉛 は 例 外 分 子 結 晶 分 子 が 規 則 正 しく 並 ん 軟 らかくもろい 昇 だ 結 晶 分 子 式 で 表 す 華 しやすいものも ある 金 属 の 結 晶 多 数 の 金 属 原 子 が 金 属 硬 いものから 軟 ら 使 用 薬 品 結 合 してできた 結 晶 組 成 式 で 表 す かいものまである 展 性 延 性 がある 液 体 の 電 気 伝 導 性 物 質 の 例 無 有 ヨウ 化 カリウム KI 酸 化 カルシウ ム CaO 無 黒 鉛 は ステアリン 酸 塩 化 ナトリウム スズ 石 英 砂 使 用 器 具 無 ダイヤモンド C 二 酸 化 ケイ 素 SiO 2 例 外 無 無 ヨウ 素 I 2 ドライ アイス CO 2 有 有 ナトリウム Na 鉄 Fe モーター 付 プロペラ ガスバーナー 炭 素 棒 2 本 ガラス 棒 ビーカー(50mL4 個 ) 薬 さじ4 本 金 網 アルミカップ3 個 三 脚 石 英 試 験 管 1 本 みのむしクリップ 付 コード3 本 9V 乾 電 池 9V 乾 電 池 用 スナップ 方 法 1 手 触 り 硬 さ 光 沢 においを 観 察 する 試 料 A~Dの 手 触 り 硬 さ 光 沢 においなどを 観 察 し ステアリン 酸 塩 化 ナトリウム スズ 石 英 砂 のどれに 当 てはまるか 予 想 を 記 入 する 触 った 場 合 は 手 をよく 洗 うこと 2 固 体 の 電 気 伝 導 性 を 調 べる 試 料 A~Dの 固 体 の 電 気 伝 導 性 を 炭 素 棒 とプロペラを 使 って 調 べ 記 録 する 感 電 に 注 意 すること 電 極 は 試 料 ごとに 拭 いてから 使 用 すること 3 水 溶 性 と 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 を 調 べる 試 料 A~Dを 各 50mL ビーカーに 薬 さじ1 杯 程 度 取 り 水 20mL を 入 れて 振 り 混 ぜ 水 溶 性 を 調 べる 水 に 溶 けた 試 料 は 炭 素 棒 とプロペラで 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 を 調 べ 記 録 する 感 電 に 注 意 すること 4 融 解 のしやすさと 液 体 の 電 気 伝 導 性 を 調 べる 3で 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 のなかった 試 料 3つをすべて 各 アルミカップに 薬 さじ1 杯 程 度 入 れ 金 網 に 置 いてガスバーナーで 加 熱 し 融 解 した 試 料 は 電 気 伝 導 性 を 調 べ 記 録 する やけど 感 電 に 注 意 すること 19

22 化 学 結 合 と 物 質 の 性 質 年 組 番 氏 名 結 果 外 観 におい 手 触 り などの 特 徴 A B C D 物 質 の 予 想 固 体 の 電 気 伝 導 性 水 への 溶 解 性 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 融 解 のしやすさ 液 体 の 電 気 伝 導 性 考 察 1. 実 験 結 果 より 試 料 A~Eがどの 物 質 かを 判 断 せよ また 各 物 質 の 結 晶 と 化 学 結 合 の 種 類 も 答 え よ 固 体 の 電 気 伝 導 性 あり 物 質 名 ( 金 属 の 結 晶 ) 固 体 の 電 気 伝 導 性 なし 水 溶 性 あり 物 質 名 (イオン 結 晶 ) 水 溶 性 なし 融 解 しやすい 物 質 名 ( 分 子 結 晶 ) 実 験 結 果 から 推 定 した 物 質 結 晶 の 種 類 融 解 しにくい 物 質 名 ( 共 有 結 合 の 結 晶 ) A B C D 化 学 結 合 の 種 類 2. 塩 化 ナトリウムを 融 解 すると 電 気 を 通 すだろうか 塩 化 ナトリウムの 化 学 結 合 から 予 想 し 理 由 も 説 明 せよ 塩 化 ナトリウムを 石 英 試 験 管 に 取 り 融 解 し 電 気 伝 導 性 を 確 認 せよ 20

23 化 学 結 合 と 物 質 の 性 質 ( 指 導 者 用 ) 目 的 結 合 の 違 いにより 結 晶 の 性 質 が 異 なることを 利 用 し イオン 結 晶 共 有 結 合 の 結 晶 分 子 結 晶 金 属 の 結 晶 を 判 別 する 本 実 験 では ステアリン 酸 塩 化 ナトリウム スズ 石 英 砂 を 判 別 する 所 要 時 間 約 40 分 小 中 学 校 での 既 習 事 項 小 学 校 4 年 生 の 金 属 水 空 気 と 温 度 の 単 元 で 金 属 は 暖 めたり 冷 やしたりすると 体 積 が 変 わる こと 5 年 生 の 物 の 溶 け 方 単 元 で 食 塩 が 水 に 溶 ける 量 には 限 界 があることを 学 習 しているが 金 属 やイオンからできた 物 質 それぞれの 特 徴 を 学 習 する 単 元 はない 中 学 校 1 年 生 の 物 質 のすがた の 単 元 で 身 の 回 りの 物 質 とその 性 質 ( 金 属 プラスチックなど) の 特 徴 について 学 習 している 状 態 変 化 の 単 元 でドライアイスやろうの 状 態 変 化 中 学 校 3 年 生 で 水 溶 液 とイオン の 単 元 で 塩 化 ナトリウムや 砂 糖 エタノールなどの 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 を 学 習 している 観 察 実 験 では 中 学 校 1 年 生 で 白 い 粉 ( 白 砂 糖 デンプン 食 塩 グラニュー 糖 )を 区 別 するために ルーペで 観 察 手 であおいで 臭 いを 確 認 指 でこすり 合 わす 試 験 管 に 入 れて 水 に 溶 かす アルミ 箔 で 作 った 容 器 で 加 熱 などを 行 っている 動 画 あり また 金 属 と 非 金 属 を 電 気 伝 導 性 から 判 断 する 観 察 実 験 も 行 っている 中 学 校 3 年 生 では 水 溶 液 ( 砂 糖 水 果 物 の 汁 食 塩 水 塩 酸 硫 酸 エタノー ル 水 溶 液 水 道 水 雨 水 塩 化 銅 (Ⅱ) 水 溶 液 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 など)に 電 流 が 流 れるかどうかを 調 べる 観 察 実 験 を 行 っている 理 論 的 背 景 化 学 結 合 の 違 いにより 結 晶 の 硬 さ もろさ 融 点 固 体 液 体 水 溶 液 の 伝 導 性 などの 物 質 の 性 質 が 異 なる 結 晶 の 特 徴 構 造 特 徴 固 体 の 電 液 体 の 電 物 質 の 例 気 伝 導 性 気 伝 導 性 イオン 結 晶 陽 イオンと 陰 イオンと がイオン 結 合 してでき 硬 くてもろい 水 によく 溶 ける 無 有 ヨウ 化 カリウム KI 酸 化 カルシウ た 結 晶 組 成 式 で 表 す 水 溶 液 や 液 体 は 電 ム CaO 気 を 通 す 共 有 結 合 の 結 晶 多 数 の 原 子 の 共 有 結 合 でできた 結 晶 ( 巨 大 分 子 ) 組 成 式 で 表 す 非 常 に 硬 い 融 点 が 非 常 に 高 い 黒 鉛 は 例 外 分 子 結 晶 分 子 が 規 則 正 しく 並 ん 軟 らかくもろい 昇 だ 結 晶 分 子 式 で 表 す 華 しやすいものも ある 無 黒 鉛 は 例 外 無 ダイヤモンド C 二 酸 化 ケイ 素 SiO 2 無 無 ヨウ 素 I 2 ドライ アイス CO 2 21

24 金 属 の 結 晶 多 数 の 金 属 原 子 が 金 属 結 合 してできた 結 晶 組 成 式 で 表 す 使 用 薬 品 硬 いものから 軟 ら かいものまである 展 性 延 性 がある 有 有 ナトリウム Na 鉄 Fe ステアリン 酸 融 点 約 70 塩 化 ナトリウム 融 点 801 石 英 砂 融 点 1650 ケイ 砂 でもよい スズ 融 点 232 鉛 との 合 金 がはんだ 銅 との 合 金 が 青 銅 と 呼 ばれている 使 用 器 具 モーター 付 プロペラ ガスバーナー 炭 素 棒 2 本 ステンレス 板 や 針 金 で 電 極 を 自 作 しても 可 ガラス 棒 石 英 試 験 管 1 本 ビーカー(50mL4 個 ) 薬 さじ4 本 金 網 三 脚 みのむしクリップ 付 コード3 本 アルミカップ3 個 アルミ 箔 をペットボトルのふたや 試 験 管 で 型 を 取 り 自 作 してよい 9V 乾 電 池 9V 乾 電 池 用 スナップ 方 法 1 手 触 り 硬 さ 光 沢 においを 観 察 する 試 料 A~Dの 手 触 り 硬 さ 光 沢 においなどを 観 察 し ステアリン 酸 塩 化 ナトリウム スズ 石 英 砂 のどれに 当 てはまるか 予 想 を 記 入 する 触 った 場 合 は 手 をよく 洗 うこと 2 固 体 の 電 気 伝 導 性 を 調 べる 試 料 A~Dの 固 体 の 電 気 伝 導 性 を 炭 素 棒 とプロペラを 使 って 調 べ 記 録 する 感 電 に 注 意 すること 電 極 は 試 料 ごとに 拭 いてから 使 用 すること 3 水 溶 性 と 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 を 調 べる 試 料 A~Dを 各 50mL ビーカーに 薬 さじ1 杯 程 度 取 り 水 20mL を 入 れて 振 り 混 ぜ 水 溶 性 を 調 べる 水 に 溶 けた 試 料 は 炭 素 棒 とプロペラで 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 を 調 べ 記 録 する 感 電 に 注 意 すること 4 融 解 のしやすさと 液 体 の 電 気 伝 導 性 を 調 べる 3で 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 のなかった 試 料 3つをすべて 各 アルミ 融 点 660 カップに 薬 さじ1 杯 程 度 入 れ 金 網 に 置 いてガスバーナーで 加 熱 し 融 解 した 試 料 は 電 気 伝 導 性 を 調 べ 記 録 する やけど 感 電 に 注 意 すること 結 果 外 観 におい 手 触 り などの 特 徴 物 質 の 予 想 A( 石 英 砂 ) B( 塩 化 ナトリウム) C(スズ) D(ステアリン 酸 ) 白 い ざらざ 白 い ざらざらして 銀 色 金 属 光 沢 らしている いる 無 臭 有 無 臭 白 い すべすべし ている 固 体 の 電 気 伝 導 性 無 無 有 無 水 への 溶 解 性 無 有 無 無 水 溶 液 の 電 気 伝 導 性 無 有 無 無 融 解 のしやすさ しない 非 常 にしにくい しにくい しやすい 液 体 の 電 気 伝 導 性 有 無 22

25 考 察 1. 実 験 結 果 より 試 料 A~Eがどの 物 質 かを 判 断 せよ また 各 物 質 の 結 晶 と 化 学 結 合 の 種 類 も 答 え よ 固 体 の 電 気 伝 導 性 あり 物 質 名 スズ ( 金 属 の 結 晶 ) 固 体 の 電 気 伝 導 性 なし 水 溶 性 あり 物 質 名 塩 化 ナトリウム (イオン 結 晶 ) 水 溶 性 なし 融 解 しやすい 物 質 名 ステアリン 酸 ( 分 子 結 晶 ) 融 解 しにくい 物 質 名 石 英 砂 ( 共 有 結 合 の 結 晶 ) A B C D 実 験 結 果 から 推 石 英 砂 塩 化 ナトリウム スズ ステアリン 酸 定 した 物 質 結 晶 の 種 類 共 有 結 合 の 結 晶 イオン 結 晶 金 属 の 結 晶 分 子 結 晶 化 学 結 合 の 種 類 共 有 結 合 イオン 結 合 金 属 結 合 分 子 間 の 引 力 ( 分 子 間 力 ) 2. 塩 化 ナトリウムを 融 解 すると 電 気 を 通 すだろうか 塩 化 ナトリウムの 化 学 結 合 から 予 想 し 理 由 も 説 明 せよ 塩 化 ナトリウムを 石 英 試 験 管 に 取 り 融 解 し 電 気 伝 導 性 を 確 認 せよ 融 解 したときに ガスバーナーを 止 め 試 験 管 にマッチを 近 づけると 発 火 する マッフルにるつぼや 蒸 発 皿 を 乗 せ 融 解 させる 方 法 もある 道 具 が 揃 わない 場 合 は 動 画 で 確 認 する 動 画 あり 融 解 すると イオン 結 合 していたイオンが 自 由 に 動 けるようになるため 電 気 を 通 すようになる その 他 の 考 察 シャープペンの 芯 は 黒 光 りし 電 気 を 通 すが 金 属 ではない シャープペンの 芯 が 金 属 でないことはど んな 実 験 で 分 かるか 金 槌 などでたたく シャープペンの 芯 はすぐに 粉 々になる 展 性 や 延 性 があるのが 金 属 の 特 徴 なの で シャーペンの 芯 は 金 属 ではないことが 分 かる ドライアイスの 上 に 金 属 のスプーンを 置 くと 振 動 してスプーンが 音 を 出 す この 現 象 をドライアイ ス( 分 子 結 晶 )の 性 質 から 説 明 せよ (ドライアイスの 表 面 温 度 は 約 -80 である )5cm 5cm 程 度 の 板 状 のドライアイスで 十 分 観 察 できるので 実 際 やってみてもよい 動 画 あり ドライアイスは 二 酸 化 炭 素 分 子 の 結 合 が 弱 いため 昇 華 する 性 質 がある スプーンを 当 てるとスプ ーンの 熱 (や 圧 力 )で 昇 華 が 起 こり 発 生 した 二 酸 化 炭 素 がスプーンを 押 し 上 げ 振 動 させる その 他 の 観 察 実 験 亜 鉛 ヨウ 化 カリウム KI などを 融 解 して 伝 導 性 を 調 べる 廃 液 処 理 ステアリン 酸 は 回 収 して 燃 えるごみで 処 分 する 石 英 砂 は 回 収 し 再 利 用 する スズは 回 収 し 自 治 体 の 指 示 に 従 い 不 燃 物 として 処 分 する 23

26 後 片 付 け ガラス 器 具 と 薬 さじは 水 洗 いしたあと 最 後 は 洗 剤 に 浸 け 置 きしてから 洗 い 片 付 ける 24

27 物 質 の 極 性 と 溶 解 年 組 番 氏 名 目 的 溶 質 や 溶 媒 の 極 性 の 有 無 により 溶 解 に 違 いがでる 極 性 分 子 の 水 と 無 極 性 分 子 のシクロヘキサンを 溶 媒 に 各 物 質 の 極 性 の 有 無 から 溶 解 の 結 果 を 判 断 する 使 用 薬 品 エタノール プロパノール ヘキサン ヨウ 素 シクロヘキサン 濃 アンモニア 水 フェノールフタレイン 溶 液 使 用 器 具 試 験 管 6 本 試 験 管 立 て 駒 込 ピペット 丸 底 フラスコ 500mL 先 の 細 いガラス 管 ゴム 管 つきガラス 管 スポイト ゴム 栓 ( 二 穴 1 個 穴 無 1 個 ) ターンクリップ キッチンペーパー ビーカー500mL 方 法 < 実 験 Ⅰ 固 体 液 体 分 子 の 溶 解 > 1 水 への 溶 解 の 有 無 を 予 想 する ア エタノール イ プロパノール ウ ヘキサン エ ヨウ 素 の 分 子 式 を 参 考 に 水 への 溶 解 を 予 想 し 記 入 する 2 水 への 溶 解 を 調 べる 試 験 管 4 本 に 水 を2mL ずつ 入 れ 別 々の 試 験 管 に ア エタノール イ プロパノール ウ ヘキサンは2 ml ずつ エ ヨウ 素 は 耳 かき 一 杯 程 度 を 加 える よく 振 り 混 ぜて 静 置 し 様 子 を 記 録 する 3 シクロヘキサンへの 溶 解 を 予 想 する ウ ヘキサン エ ヨウ 素 の 分 子 式 を 参 考 に シクロヘキサン C 6 H 6 への 溶 解 を 予 想 し 記 入 する 4 シクロヘキサンへの 溶 解 を 調 べる 試 験 管 2 本 にシクロヘキサンを2mL ずつ 入 れ ウ ヘキサン2mL エ ヨウ 素 耳 かき 一 杯 程 度 を 加 える シクロヘキサン よく 振 り 混 ぜて 静 置 し 様 子 を 記 録 する < 実 験 Ⅱ 気 体 分 子 の 溶 解 > 5 ゴム 栓 の 準 備 をする 先 の 細 いガラス 管 とゴム 管 付 ガラス 管 をつなぐ スポイトに 水 を 入 れ 先 ほどつないだガラス 管 と 一 緒 にゴム 栓 に 取 り 付 ける ゴム 管 の 途 中 をターンクリップで 挟 む 500mLビーカーに 水 を 入 れ フェノールフタレイン 溶 液 を2 3 滴 加 える 6 アンモニアを 水 に 溶 解 させる 濃 アンモニア 水 1.0mL を 丸 底 フラスコに 入 れ 穴 の 開 いていないゴム 栓 でふたをし 丸 底 フラスコを 手 で 温 めて 丸 底 フラスコ 内 をアンモ ニアの 気 体 で 満 たす 濃 アンモニア 水 は 刺 激 臭 がするため 吸 い 込 まな いよう 注 意 して 扱 うこと ゴム 栓 を5のゴム 栓 とキッチンペーパーの 上 で 取 り 替 え スポイトの 水 を 丸 底 フラスコに 入 れ よく 振 り アン モニアを 水 に 溶 解 させる 7 丸 底 フラスコ 内 の 様 子 を 観 察 する 図 のような 装 置 を 組 み 立 て ターンクリップをはずし 丸 底 フラスコ 内 の 様 子 を 記 録 する 25

28 物 質 の 極 性 と 溶 解 年 組 番 氏 名 結 果 < 実 験 Ⅰ 固 体 液 体 分 子 の 溶 解 > ア エタノール イ プロパノール ウ ヘキサン エ ヨウ 素 分 子 式 C 2 H 5 OH C 3 H 7 OH C 6 H 14 I 2 構 造 式 I-I 極 性 の 有 無 水 への 溶 解 予 想 水 への 溶 解 結 果 シクロヘキサンへの 溶 解 予 想 シクロヘキサンへの 溶 解 結 果 < 実 験 Ⅱ 気 体 分 子 の 溶 解 > 方 法 7の 様 子 と 丸 底 フラスコ 内 の 水 の 液 性 考 察 1.< 実 験 Ⅰ 固 体 液 体 分 子 の 溶 解 >より どのような 組 み 合 わせだと 溶 けるか 極 性 の 有 無 から 説 明 せよ 2. 方 法 7で 起 こった 現 象 を 極 性 の 有 無 と 溶 解 から 説 明 せよ 3.< 実 験 Ⅱ 気 体 分 子 の 溶 解 >の 装 置 で 二 酸 化 炭 素 CO 2 を 丸 底 丸 底 フラスコに 入 れて 同 様 の 実 験 を するとどのような 結 果 になるか その 理 由 も 説 明 せよ 26

29 物 質 の 極 性 と 溶 解 ( 指 導 者 用 ) 目 的 溶 質 や 溶 媒 の 極 性 の 有 無 により 溶 解 に 違 いがでる 極 性 分 子 の 水 と 無 極 性 分 子 のシクロヘキサンを 溶 媒 に 各 物 質 の 極 性 の 有 無 から 溶 解 の 結 果 を 判 断 する 所 要 時 間 約 50 分 小 中 学 校 での 既 習 事 項 小 学 校 5 年 生 の 物 の 溶 け 方 の 単 元 で 物 が 水 に 溶 ける 量 には 限 度 があること 物 が 水 に 溶 ける 量 が 温 度 量 溶 ける 物 により 変 化 することを 学 習 している 食 塩 とミョウバンの 溶 け 方 の 比 較 や 温 度 を 変 えて 溶 ける 量 を 調 べる 観 察 実 験 を 行 っている 中 学 校 1 年 生 では 気 体 の 発 生 と 性 質 の 単 元 で 気 体 の 発 生 と 性 質 を 学 び アンモニアの 噴 水 実 験 が 記 載 されている 水 溶 液 の 単 元 では 物 質 の 溶 解 溶 解 度 と 再 結 晶 について 学 習 している 観 察 実 験 では 赤 色 素 やコーヒーシュガーなどの 拡 散 の 様 子 デンプンは 水 に 溶 解 しないこと などを 行 っ ている 動 画 あり 理 論 的 背 景 極 性 分 子 どうし 無 極 性 分 子 どうしが 溶 解 しやすい しかし 極 性 分 子 であっても 親 油 基 が 大 きくな ると 水 に 溶 解 しにくくなる 使 用 薬 品 エタノール プロパノール ヘキサン ヨウ 素 シクロヘキサン プロパノール ヘキサン シクロヘキサンは 臭 いがきついので 換 気 をよくして 取 り 扱 うこと 濃 アンモニア 水 濃 アンモニア 水 は 揮 発 しやすい 刺 激 臭 がするためドラフト 内 で 取 り 扱 うほうがよい フェノールフタレイン 溶 液 100mL のフェノールフタレイン 溶 液 を 作 るには 粉 末 のフェノールフタレイン 1.0g を 95%エタノー ル 90mL に 溶 かし 水 を 加 えて 100mL とする 使 用 器 具 試 験 管 6 本 試 験 管 立 て 駒 込 ピペット 丸 底 フラスコ 500mL 先 の 細 いガラス 管 ガラス 管 を 熱 して 作 成 するか 駒 込 ピペットなどで 代 用 してもよい アンモニア 噴 水 実 験 用 として 市 販 もされている ゴム 管 つきガラス 管 スポイトL 字 管 にキャップをつけたものでもよい ゴム 栓 ( 二 穴 1 個 穴 無 1 個 ) ターンクリップ キッチンペーパー 500mL ビーカー 27

30 方 法 < 実 験 Ⅰ 固 体 液 体 分 子 の 溶 解 > 1 水 への 溶 解 の 有 無 を 予 想 する ア エタノール イ プロパノール ウ ヘキサン エ ヨウ 素 の 分 子 式 を 参 考 に 水 への 溶 解 を 予 想 し 記 入 する 2 水 への 溶 解 を 調 べる 試 験 管 4 本 に 水 を2mL ずつ 入 れ 別 々の 試 験 管 に ア エタノール イ プロパノール ウ ヘキサンは2 ml ずつ エ ヨウ 素 は 耳 かき 一 杯 程 度 を 加 える よく 振 り 混 ぜて 静 置 し 様 子 を 記 録 する 3 シクロヘキサンへの 溶 解 を 予 想 する ウ ヘキサン エ ヨウ 素 の 分 子 式 を 参 考 に シクロヘキサン C 6 H 6 への 溶 解 を 予 想 し 記 入 する 4 シクロヘキサンへの 溶 解 を 調 べる 試 験 管 2 本 にシクロヘキサンを2mL ずつ 入 れ ウ ヘキサン2mL エ ヨウ 素 耳 かき 一 杯 程 度 を 加 える よく 振 り 混 ぜて 静 置 し 様 子 を 記 録 する シクロヘキサン < 実 験 Ⅱ 気 体 分 子 の 溶 解 > 5 ゴム 栓 の 準 備 をする 先 の 細 いガラス 管 とゴム 管 付 ガラス 管 をつなぐ スポイトに 水 を 入 れ 先 ほどつないだガラス 管 と 一 緒 にゴム 栓 に 取 り 付 ける ゴム 管 の 途 中 をターンクリップで 挟 む 500mLビーカーに 水 を 入 れ フェノールフタレイン 溶 液 を2 3 滴 加 える 6 アンモニアを 水 に 溶 解 させる 濃 アンモニア 水 1.0mL を 丸 底 フラスコに 入 れ 穴 の 開 いていないゴム 栓 でふたをし 丸 底 フラスコを 手 で 温 めて 丸 底 フラスコ 内 をアンモニア の 気 体 で 満 たす 濃 アンモニア 水 は 刺 激 臭 がするため 吸 い 込 まないよう 注 意 して 扱 うこと 丸 底 フラスコはよく 乾 いたものを 使 用 する 水 にぬ れているとすぐにアンモニアの 溶 解 が 始 まり 減 圧 が 不 足 することがあ る 丸 底 フラスコに 濃 アンモニア 水 を 入 れるときは ドラフト 内 で 行 う ほうがよい ゴム 栓 を5のゴム 栓 とキッチンペーパーの 上 で 取 り 替 え 残 った 液 体 のアンモニアを 吸 収 させるため スポイトの 水 を 丸 底 フラスコ に 入 れ よく 振 り アンモニアを 水 に 溶 解 させる 7 丸 底 フラスコ 内 の 様 子 を 観 察 する 図 のような 装 置 を 組 み 立 て ターンクリップをはずし 丸 底 フラスコ 内 の 様 子 を 記 録 する スタンドで 丸 底 フラスコを 固 定 せず 手 で 支 えても 実 験 できる 結 果 < 固 体 液 体 分 子 の 溶 解 > ア エタノール イ プロパノール ウ ヘキサン エ ヨウ 素 分 子 式 C 2 H 5 OH C 3 H 7 OH C 6 H 14 I 2 構 造 式 I-I 28

31 極 性 の 有 無 有 有 無 無 水 への 溶 解 予 想 水 への 溶 解 結 果 シクロヘキサンへの 溶 解 予 想 シクロヘキサンへの 溶 解 結 果 溶 解 する 溶 解 する 溶 解 しない ほとんど 溶 解 し ない 溶 解 する 溶 解 する < 実 験 Ⅱ 気 体 分 子 の 溶 解 > 方 法 7の 様 子 と 丸 底 フラスコ 内 の 水 の 液 性 ビーカーの 水 が 丸 底 フラスコ 内 に 吹 き 上 がり 水 が 赤 く 着 色 した フェノールフタレインが 赤 色 に 変 化 したため 液 性 は 塩 基 性 考 察 1. < 実 験 Ⅰ 固 体 液 体 分 子 の 溶 解 >より どのような 組 み 合 わせだと 溶 けるか 極 性 の 有 無 から 説 明 せよ 極 性 のあるものどうし 極 性 のないものどうしは 溶 ける 2. 方 法 7で 起 こった 現 象 を 極 性 の 有 無 と 溶 解 から 説 明 せよ アンモニアは 極 性 分 子 のため 同 じ 極 性 分 子 の 水 に 溶 けた そのため 丸 底 フラスコ 内 の 圧 力 が 下 がり ビーカーの 水 が 大 気 圧 に 押 され 丸 底 フラスコ 内 に 吹 き 上 がった 3.< 実 験 Ⅱ 気 体 分 子 の 溶 解 >の 装 置 で 二 酸 化 炭 素 CO 2 を 丸 底 丸 底 フラスコに 入 れて 同 様 の 実 験 を するとどのような 結 果 になるか その 理 由 も 説 明 せよ 二 酸 化 炭 素 は 無 極 性 分 子 のため 水 に 溶 けにくく 噴 水 は 起 こらない その 他 の 観 察 実 験 塩 化 水 素 で 丸 底 フラスコを 満 たし BTB 溶 液 で 着 色 しても 噴 水 を 作 ること ができる 動 画 あり 電 子 レンジで 極 性 分 子 と 無 極 性 分 子 を 加 熱 し 温 度 変 化 を 比 較 する 電 子 レンジは 2450MHz のマイクロ 波 を 発 生 させている 24 億 5 千 万 回 +と -の 電 場 が 変 化 しているため 極 性 分 子 は 振 動 し 温 度 が 上 昇 する 無 極 性 分 子 はマイクロ 波 の 影 響 が 少 なく 温 まりにくい 200mL ビーカーにヘキサ ンを 100mLを 入 れ 温 度 を 測 定 する ポリエチレンラップをして 20 秒 ほど 加 熱 し 再 びヘキサンの 温 度 を 測 定 する 水 についても 同 様 に 行 い 比 較 する 加 熱 にオーブンを 使 用 しないこと(オーブンは マイクロ 波 を 利 用 していないため) 29

32 廃 液 処 理 < 実 験 Ⅰ 固 体 液 体 の 溶 解 >で 使 用 したすべての 廃 液 は 有 機 溶 媒 専 用 の 廃 液 タンクに 入 れる タ ンクに 何 の 溶 液 を 入 れたかを 記 録 しておくこと 水 溶 性 の 物 質 が 混 ざっていても 有 機 溶 媒 用 の 廃 液 タ ンクに 入 れること < 実 験 Ⅱ 気 体 分 子 の 溶 解 >で 使 用 した 濃 アンモニア 水 は フラスコ 内 を 水 で 満 たし 酸 で 中 和 して (ph が6~8 程 度 ) 廃 棄 する 後 片 付 け ガラス 器 具 は 洗 剤 に 浸 け 置 き 洗 いをする 30

33 化 学 反 応 と 物 質 量 年 組 番 氏 名 目 的 炭 酸 カルシウム CaCO 3 と 塩 酸 HCl における 反 応 物 と 生 成 物 の 物 質 量 [mol]の 関 係 を 調 べる ( 発 生 する 気 体 は である) 使 用 薬 品 粉 末 状 の 炭 酸 カルシウム CaCO 3 2.0mol/L 塩 酸 HCl 使 用 器 具 ビーカー(100mL4 個 ) メスシリンダー25mL 電 子 天 秤 薬 包 紙 薬 さじ 駒 込 ピペット 2mL 方 法 1 炭 酸 カルシウムをはかり 取 る 薬 包 紙 に 折 り 目 をつけ 電 子 天 秤 にのせ ゼロ 点 合 わせをする( 指 示 のあったボタンを 押 すこと) 薬 包 紙 上 に 炭 酸 カルシウムの 粉 末 を 1.00gはかり 取 る 同 様 に 2.00g 3.00g 4.00gずつを 薬 包 紙 にはかり 取 る 2 塩 酸 を 25mLはかる 2.0mol/L 塩 酸 を 25mL ずつメスシリンダーではかり 4 個 のビーカーに 入 れる メスシリンダーの 液 面 を 合 わせるときは 駒 込 ピペットで 少 しずつ 入 れて 液 面 の 最 下 面 が 目 盛 りに 合 うよう 調 節 する (メニスカス) 手 に 付 いた 場 合 は 速 やかに 水 で 洗 い 流 すこと 3 反 応 前 の 質 量 を 測 定 する 1つのビーカーの 上 に1の 1.00gをはかった 薬 包 紙 をのせ そのまま 電 子 天 秤 にのせる ビーカー ごと 全 体 の 質 量 を 測 定 し 記 録 する 4 炭 酸 カルシウムと 塩 酸 を 反 応 させる 3のビーカーを 電 子 天 秤 から 下 ろし 薬 包 紙 の 炭 酸 カルシウムをビーカーに 加 え 反 応 させる 全 部 入 れ 終 わったら 液 が 飛 び 散 らないように 薬 包 紙 でふたをすること 5 反 応 後 の 質 量 を 測 定 する 反 応 終 了 後 ふたに 用 いた 薬 包 紙 をとって 発 生 した 二 酸 化 炭 素 を 逃 す その 後 薬 包 紙 とともにビ ーカーの 質 量 を 測 定 し 記 録 する 炭 酸 カルシウムの 粉 末 が 反 応 せずに 残 るようであれば 記 録 す る g~4.00gの 炭 酸 カルシウムについて 同 様 の 操 作 をする 同 様 に 2.00g 3.00g 4.00gの 炭 酸 カルシウムについて3~5 の 操 作 を 行 う 31

34 化 学 反 応 と 物 質 量 年 組 番 氏 名 結 果 炭 酸 カルシウムの 質 量 1.00g 2.00g 3.00g 4.00g 3( 炭 酸 カルシウム+ 塩 酸 + ビーカー)の 質 量 g g g g 5( 反 応 後 の 溶 液 +ビーカー) の 質 量 g g g g 発 生 した 二 酸 化 炭 素 の 質 量 (3-5) g g g g 未 反 応 の 炭 酸 カルシウムの 有 無 考 察 1 2.0mol/L 塩 酸 25mL 中 に 含 まれる 塩 化 水 素 HCl は 何 mol か mol 2 炭 酸 カルシウム CaCO 3 の 式 量 と 二 酸 化 炭 素 CO 2 の 分 子 量 を 求 めよ 原 子 量 C=12 O=16 Ca=40 CaCO 3 CO 2 3 実 験 結 果 の 表 を 物 質 量 に 計 算 しなおして 次 の 表 にまとめよ( 小 数 第 3 位 まで 求 めよ) 炭 酸 カルシウム CaCO 3 の 物 質 量 [mol] mol mol mol mol 二 酸 化 炭 素 CO 2 の 物 質 量 [mol] 塩 酸 ( 塩 化 水 素 )HCl の 物 質 量 mol mol mol mol [mol] mol mol mol mol 4 上 の 表 から 炭 酸 カルシウムと 二 酸 化 炭 素 の 物 質 量 の 関 係 をグラフに 表 せ まず 原 点 とはじめの2 点 を 見 通 す 直 線 を 書 き 残 りの2 点 を 見 通 す 直 線 を 書 き 入 れよ 5 加 えた 塩 酸 ( 塩 化 水 素 )HCl とちょうど 反 応 する 炭 酸 カルシウ ム CaCO 3 は 何 mol か グラフの 交 点 から 読 み 取 れ mol 6 反 応 する CaCO 3 HCl CO 2 との 物 質 量 [mol] 比 になっているか CaCO 3 :HCl:CO 2 = mol: mol: mol= : : [ m o l ] C O 2 の 物 質 量 CaCO3の 物 質 量 [mol] 7 この 反 応 を 化 学 反 応 式 で 表 すと 次 のようになる この 化 学 反 応 式 の 係 数 と 実 験 結 果 を 比 較 せよ CaCO 3 +2HCl CaCO 3 +CO 2 +H 2 O 32

35 化 学 反 応 と 物 質 量 ( 指 導 者 用 ) 目 的 炭 酸 カルシウム CaCO 3 と 塩 酸 HCl における 反 応 物 と 生 成 物 の 物 質 量 [mol]の 関 係 を 調 べる ( 発 生 する 気 体 は 二 酸 化 炭 素 CO 2 である) 所 要 時 間 約 50 分 小 中 学 校 での 既 習 事 項 小 学 校 で 扱 う 化 学 変 化 は 燃 焼 である 集 気 瓶 中 でろうそくを 燃 やし 石 灰 水 が 白 濁 することで 二 酸 化 炭 素 を 確 認 している 中 学 校 では 簡 単 な 化 学 反 応 式 や 化 学 反 応 の 前 後 で 物 質 の 質 量 の 総 和 が 等 し い( 質 量 保 存 の 法 則 )こと 互 いに 反 応 する 物 質 の 質 量 比 が 一 定 であること( 定 比 例 の 法 則 )について 学 習 している 観 察 実 験 としては 炭 酸 水 素 ナトリウムと 塩 酸 鉄 と 硫 黄 銅 やマグネシウムの 酸 化 な どを 扱 う 銅 の 酸 化 の 動 画 あり 理 論 的 背 景 化 学 反 応 式 の 係 数 は 反 応 にかかわる 物 質 の 物 質 量 の 比 を 表 している aa + bb cc + dd で 反 応 する 物 質 の 物 質 量 の 比 =a:b:c:d 使 用 薬 品 粉 末 状 の 炭 酸 カルシウム CaCO 3 2.0mol/L 塩 酸 HCl 濃 塩 酸 を 薄 めて 調 整 する 場 合 は 濃 塩 酸 1に 水 5の 体 積 比 を 混 合 する(6 倍 に 希 釈 ) 濃 塩 酸 は 揮 発 しやすく 白 煙 が 出 るのでドラフトで 希 釈 を 行 うこと 使 用 器 具 ビーカー(100mL4 個 ) メスシリンダー25mL 電 子 天 秤 薬 包 紙 薬 さじ 駒 込 ピペット 2mL 方 法 1 炭 酸 カルシウムをはかり 取 る 薬 包 紙 に 折 り 目 をつけ 電 子 天 秤 にのせ ゼロ 点 合 わせをする( 指 示 のあったボタンを 押 すこと) 薬 包 紙 上 に 炭 酸 カルシウムの 粉 末 を 1.00gはかり 取 る 同 様 に 2.00g 3.00g 4.00gずつを 薬 包 紙 にはかり 取 る 33

36 2 塩 酸 を 25mLはかる 2.0mol/L 塩 酸 を 25mL ずつメスシリンダーではかり 4 個 のビーカーに 入 れる メスシリンダーの 液 面 を 合 わせるときは 駒 込 ピペットで 少 しずつ 入 れて 液 面 の 最 下 面 が 目 盛 りに 合 うよう 調 節 する (メニスカス) 手 に 付 いた 場 合 は 速 やかに 水 で 洗 い 流 すこと 3 反 応 前 の 質 量 を 測 定 する 1つのビーカーの 上 に1の 1.00gをはかった 薬 包 紙 を 乗 せ そのまま 電 子 天 秤 にのせる ビーカー ごと 全 体 の 質 量 を 測 定 し 記 録 する 4 炭 酸 カルシウムと 塩 酸 を 反 応 させる 3のビーカーを 電 子 天 秤 から 下 ろし 薬 包 紙 の 炭 酸 カルシウムをビーカーに 加 え 反 応 させる 全 部 入 れ 終 わったら 液 が 飛 び 散 らないように 薬 包 紙 でふたをすること 5 反 応 後 の 質 量 を 測 定 する 反 応 終 了 後 ふたに 用 いた 薬 包 紙 をとって 発 生 した 二 酸 化 炭 素 を 逃 す ストローやエアポンプで 吹 き 追 い 出 してもよい その 後 薬 包 紙 とともにビーカーの 質 量 を 測 定 し 記 録 する 炭 酸 カルシウ ムの 粉 末 が 反 応 せずに 残 るようであれば 記 録 する g~4.00gの 炭 酸 カルシウムについて 同 様 の 操 作 をする 同 様 に 2.00g 3.00g 4.00gの 炭 酸 カルシウムについて3~5 の 操 作 を 行 う 同 じ 100mL ビ ーカーでも 微 妙 に 質 量 が 異 なるので 必 ず 各 ビーカーの 総 質 量 を 測 定 すること 必 ずゼロ 点 調 節 をしてから 量 ること 結 果 炭 酸 カルシウムの 質 量 1.00g 2.00g 3.00g 4.00g 3( 炭 酸 カルシウム+ 塩 酸 + ビーカー)の 質 量 g g g g 5( 反 応 後 の 溶 液 +ビーカー) の 質 量 g g g g 発 生 した 二 酸 化 炭 素 の 質 量 (3-5) 0.44g 0.88g 1.1g 1.1g 未 反 応 の 炭 酸 カルシウムの 有 無 無 無 有 有 考 察 1 2.0mol/L 塩 酸 25mL 中 に 含 まれる 塩 化 水 素 HCl は 何 mol か 塩 酸 は 塩 化 水 素 と 水 の 混 合 物 のことで ある = mol 炭 酸 カルシウム CaCO 3 の 式 量 と 二 酸 化 炭 素 CO 2 の 分 子 量 を 求 めよ 原 子 量 C=12 O=16 Ca=40 CaCO 3 = =100 CO 2 = =44 CaCO CO

37 3 実 験 結 果 の 表 を 物 質 量 に 計 算 しなおして 次 の 表 にまとめよ( 小 数 第 3 位 まで 求 めよ) 炭 酸 カルシウム CaCO 3 の 物 質 量 [mol] 0.01mol 0.02mol 0.03mol 0.04mol 二 酸 化 炭 素 CO 2 の 物 質 量 [mol] 0.01mol 0.02mol 0.025mol 0.025mol 塩 酸 ( 塩 化 水 素 )HCl の 物 質 量 [mol] 0.050mol 0.050mol 0.050mol 0.050mol 4 上 の 表 から 炭 酸 カルシウムと 二 酸 化 炭 素 の 物 質 量 の 関 係 をグラフに 表 せ まず 原 点 とはじめの2 点 を 見 通 す 直 線 を 書 き 残 りの2 点 を 見 通 す 直 線 を 書 き 入 れよ 2 本 の 直 線 0.025mol で 折 り 曲 がるグラフとなる 5 加 えた 塩 酸 ( 塩 化 水 素 )HCl とちょうど 反 応 する 炭 酸 カルシ ウム CaCO 3 は 何 mol か グラフの 交 点 から 読 み 取 れ mol 6 反 応 する CaCO 3 HCl CO 2 との 物 質 量 [mol] 比 になっている か CaCO 3 :HCl:CO 2 = 0.025mol: 0.05mol: 0.025mol= 1 : 2 : C0.04 O m o の l 物 0.02 質 量 0.01 [ ] CaCO3の 物 質 量 [mol] 7 この 反 応 を 化 学 反 応 式 で 表 すと 次 のようになる この 化 学 反 応 式 の 係 数 と 実 験 結 果 を 比 較 せよ CaCO 3 +2HCl CaCO 3 +CO 2 +H 2 O 係 数 の 比 と 物 質 量 の 比 は 一 致 する その 他 の 考 察 例 測 定 結 果 が2 本 の 直 線 で 表 される 理 由 を 考 えよ また 2 本 の 直 線 の 交 点 が 何 を 意 味 するのか 考 え よ 未 反 応 の 塩 化 水 素 がある 場 合 は 加 える 炭 酸 カルシウムの 物 質 量 に 比 例 して 二 酸 化 炭 素 が 発 生 する ため 比 例 の 直 線 になる しかし 塩 化 水 素 が 完 全 に 反 応 してしまうと 二 酸 化 炭 素 の 発 生 量 は 増 えなくなり X 軸 に 平 行 な 直 線 になる そのため 測 定 結 果 が2 本 の 直 線 で 表 される 交 点 は 0.050mol の 塩 化 水 素 と 完 全 に 反 応 する 炭 酸 カルシウムの 物 質 量 を 意 味 している 物 質 量 [mol]のグラフではなく 加 えた 炭 酸 カルシウムと 反 応 後 の 質 量 [g]の 減 少 量 ( 二 酸 化 炭 素 の 発 生 した 質 量 )のグラフを 書 かせる その 他 の 観 察 実 験 発 展 炭 酸 水 素 ナトリウム NaHCO 3 ( 重 曹 )と 1.0mol/L 硫 酸 H 2 SO 4 20mL の 反 応 で 同 様 の 実 験 を 行 う マグネシウム Mg と 塩 酸 HClを 反 応 させ 発 生 した 水 素 の 量 を 測 定 しグラフ 化 する エチレン C 2 H 2 と 空 気 の 割 合 を 変 え(エチレン 100% エチレン 50%と 空 気 50% エチレン 10%と 空 気 90%など) 燃 焼 するかどうかを 予 想 し 確 認 する 300mLの 水 素 H 2 を 発 生 させるには 何 gのマグネシウムを 塩 酸 と 反 応 させればよいか 動 画 あり Mg+2HCl MgCl 2 +H 2 より Mg:H 2 =1:1の 物 質 量 で 反 応 常 温 常 圧 のとき 気 体 1mol の 体 積 は 約 35

38 L として 計 算 すると H 2 300mL は mol Mg も mol 必 要 になるので Mg=24 を 使 い 計 算 すると 24=0.3[g]あればよい 実 際 に 0.3gの Mg を3mol/L の HCl と 反 応 させ 発 生 する 気 体 をペットボトルやメスシリンダー 等 に 回 収 し 確 認 する 廃 液 処 理 残 った 塩 酸 は 塩 基 で 中 和 (ph が6~8 程 度 )した 後 希 釈 しながら 排 水 する ビーカーで 反 応 させた 廃 液 は ひとつの 容 器 に 回 収 し 希 釈 しながら 排 水 する( 計 算 上 残 った 塩 化 水 素 と 炭 酸 カルシウムはちょうど 反 応 するため 中 和 などの 操 作 はいらない) 後 片 付 け 電 子 天 秤 はきれいに 拭 き 掃 除 をする ガラス 器 具 と 薬 さじは 水 洗 いしたあと 最 後 は 洗 剤 に 浸 け 置 き して 洗 い 片 付 ける 36

39 中 和 滴 定 年 組 番 氏 名 目 的 モル 濃 度 の 分 かっている 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 で 食 酢 を 滴 定 し 食 酢 中 の 酢 酸 の 濃 度 を 求 める 使 用 薬 品 0.100mol/L 水 酸 化 ナトリウム NaOH 水 溶 液 食 酢 フェノールフタレイン 溶 液 蒸 留 水 ( 純 水 ) 使 用 器 具 ホールピペット(10mL2 本 ) メスフラスコ(100mL) ビュレット(50mL) 漏 斗 コニカルビーカー(100mL) ビーカー(100mL) スタンド(ビュレット 台 ) ろ 紙 方 法 1 食 酢 を 10 倍 に 薄 める ホールピペットで 食 酢 を 10.0mL とり メスフラスコに 移 す ホールピペットの 口 を 指 でしっかり 押 さえ ホールの 部 分 を 手 のひらで 握 って 温 め 最 後 の1 滴 まで 移 すこと これに 蒸 留 水 ( 純 水 )を 加 えて 100mL とし 栓 をして 溶 液 をよく 混 合 する(10 倍 に 希 釈 ) 100mL に 合 わせにくいときは 駒 込 ピペットを 用 いて 1 滴 ずつ 水 を 加 えるとよい 2 食 酢 をホールピペットで 10mL 正 確 にはかり 取 る 10 倍 に 希 釈 した 食 酢 を1とは 別 のホールピペット(1のホールピペットを2の 水 溶 液 で 共 洗 いして 使 用 してもよい)で 10.0mL 取 り コニカルビーカーに 移 す さらに フェノールフタレインを2 3 滴 コニカルビーカーに 加 える 3 ビュレットに NaOH を 入 れる ビュレットに 漏 斗 を 使 って 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 を0mL 付 近 まで 入 れる ぴったり0に 合 わせる 必 要 はない 漏 斗 を 取 り 去 り ビュレットの 下 にビーカーを 置 き コックを 開 いて 少 量 の 水 溶 液 を 出 す 先 端 が 水 溶 液 で 満 たされ 気 泡 がないことを 確 認 する 確 認 後 ビュレットの 目 盛 りを 最 小 目 盛 りの 1/10 の 桁 (0.01mL)まで 読 み 取 り 記 録 する( 滴 定 開 始 時 の 目 盛 り) 4 NaOH を 中 和 するまで 滴 下 する ビュレットの 下 に3のコニカルビーカーを 置 く ビュレットから 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 をコニカ ルビーカーに 滴 下 する 滴 下 のたびに 液 を 軽 く 振 り 混 ぜ 溶 液 がごく 薄 い 赤 色 になり 振 り 混 ぜて も 色 が 消 えなくなったら 滴 下 をやめる 再 びビュレットの 目 盛 りを 読 み 取 り 記 録 する( 滴 定 終 了 時 の 目 盛 り) 5 同 様 の 操 作 をあと2 回 繰 り 返 す コニカルビーカーの 中 の 水 溶 液 を 捨 て 水 洗 いした 後 蒸 留 水 ( 純 水 )で 内 側 を 洗 い3~5の 操 作 をさ らに2 回 行 う 滴 定 終 了 時 から 滴 定 開 始 時 の 目 盛 りを 差 し 引 き 滴 下 量 を 求 め 3 回 の 平 均 値 を 求 める( 小 数 第 2 位 まで 求 めること) 滴 下 しすぎてしまった 場 合 は やり 直 すこと

40 中 和 滴 定 年 組 番 氏 名 結 果 1 回 目 2 回 目 3 回 目 滴 定 開 始 時 の 目 盛 りa 滴 定 終 了 後 の 目 盛 りb 滴 下 量 b-a 平 均 値 考 察 1 滴 定 の 結 果 から 食 酢 を 10 倍 に 薄 めた 水 溶 液 の 酢 酸 のモル 濃 度 を 求 めよ さらに 10 倍 に 薄 める 前 の 食 酢 中 の 酢 酸 CH 3 COOH のモル 濃 度 を 求 めよ 中 和 反 応 の 量 的 関 係 公 式 酢 酸 CH 3 COOH と 水 酸 化 ナトリウム NaOH の 中 和 滴 定 の 結 果 より 公 式 を 利 用 して 計 算 する 10 倍 に 薄 めた 食 酢 中 の 酢 酸 のモル 濃 度 10 倍 に 薄 める 前 の 食 酢 中 の 酢 酸 のモル 濃 度 mol/l mol/l 2 食 酢 中 に 含 まれる 酢 酸 の 質 量 パーセント 濃 度 を 求 め 食 酢 の 容 器 のラベル 表 示 と 比 較 せよ ただし 食 酢 の 密 度 は 1.00 g/ml とする CH 3 COOH=60 考 察 1より 食 酢 1L 中 には 酢 酸 CH 3 COOH は mol 含 まれる 密 度 を 利 用 分 子 量 CH 3 COOH=60 を 利 用 食 酢 g 中 には 酢 酸 は g 含 まれる よって 食 酢 中 の 酢 酸 の 質 量 パーセント 濃 度 は ラベル 表 示 % % 38

41 中 和 滴 定 ( 指 導 者 用 ) 目 的 モル 濃 度 の 分 かっている 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 で 食 酢 を 滴 定 し 食 酢 中 の 酢 酸 の 濃 度 を 求 める ビュレット ホールピペット メスフラスコなどの 器 具 の 基 本 操 作 中 和 の 量 的 関 係 を 使 ったモル 濃 度 の 決 定 パーセント 濃 度 への 変 換 などを 理 解 する 所 要 時 間 3 回 の 滴 定 終 了 まで 約 50 分 小 中 学 校 での 既 習 事 項 小 学 校 では 酸 性 やアルカリ 性 の 溶 液 に 金 属 片 を 加 えて 反 応 を 見 たり リトマス 紙 の 色 の 変 化 で 液 性 を 確 かめたりして 酸 性 とアルカリ 性 の 特 徴 を 学 ぶ 中 学 校 では BTB 溶 液 などの 指 示 薬 を 使 うなど して 酸 性 やアルカリ 性 の 性 質 を 学 ぶとともに 中 和 により 水 と 塩 が 生 成 すること 動 画 あり ph は7を 中 性 として 酸 性 やアルカリ 性 の 強 さを 表 していることを 学 習 している 理 論 的 背 景 < 中 和 が 完 全 に 起 こるときの 酸 塩 基 の 量 的 関 係 式 > 酸 の 価 数 酸 のモル 濃 度 酸 の 体 積 = 塩 基 の 価 数 塩 基 のモル 濃 度 塩 基 の 体 積 a c[mol/l] v[ml]= b c [mol/l] v [ml] この 反 応 式 を 使 い 食 酢 中 の 酢 酸 の 濃 度 を 計 算 する 酢 酸 CH 3 COOH 水 酸 化 ナトリウム NaOH とも 価 数 1 使 用 薬 品 0.100mol/L 水 酸 化 ナトリウム NaOH 水 溶 液 標 準 溶 液 を 購 入 または 直 前 に 調 合 する 使 用 量 は 班 数 50mL NaOH の 濃 度 調 整 は CO 2 の 吸 着 等 も あり 難 しいので シュウ 酸 であらかじめ 中 和 滴 定 して 正 確 な 濃 度 を 決 定 する 必 要 がある シュウ 酸 で 滴 定 しない 場 合 は 直 前 になるべく 多 めに 調 合 する 食 酢 ラベルに 質 量 パーセント 濃 度 の 表 示 があるもの 蒸 留 水 ( 純 水 ) フェノールフタレイン 溶 液 100ml のフェノールフタレイン 溶 液 を 作 るには 粉 末 のフェノールフタレイン 1.0g を 95%エタノー ル 90mL に 溶 かし 水 を 加 えて 100mL とする 使 用 器 具 ホールピペット(10mL2 本 ) ホールピペットは 安 全 ピペッターを 使 ってもよい 口 で 直 接 吸 う 場 合 は 担 当 者 を 決 める 自 分 用 のホールピペットにシールを 貼 るなどして 用 意 する 消 毒 綿 を 用 意 する 等 の 配 慮 をする メスフラスコ(100mL) ビュレット(50mL) コニカルビーカー(100mL) ビーカー(100mL) スタンド(ビュレット 台 ) 漏 斗 ろ 紙 39

42 方 法 1 食 酢 を 10 倍 に 薄 める ホールピペットで 食 酢 を 10.0mL 取 り 目 と 同 じ 高 さで 液 面 の 一 番 下 が 標 線 と 同 じになるように(メ ニスカス) 誤 飲 のないよう 注 意 する メスフラスコに 移 す ホールピペットの 口 を 指 でしっかり 押 さえ ホールの 部 分 を 手 のひらで 握 って 温 め 最 後 の1 滴 まで 移 すこと 指 で 押 さえるのを 忘 れ 先 に 暖 めてしまう 場 合 があるので 注 意 を 促 す 1 滴 は 約 0.05mL のため 酢 酸 の 濃 度 で 計 算 すると 約 0.02% 濃 い 濃 度 になる 誤 差 となる これに 水 を 加 えて 100mL し 栓 をして 溶 液 をよく 混 合 する(10 倍 に 希 釈 ) 100mL に 合 わせにくいときは 駒 込 ピペットを 用 いて 1 滴 ずつ 水 を 加 えるとよい 2 食 酢 をホールピペットで 10mL 正 確 にはかり 取 る 10 倍 に 希 釈 した 食 酢 を1とは 別 のホールピペット(1のホールピペットを2の 水 溶 液 で 共 洗 いして 使 用 してもよい)で 10.0mL とり コニカルビーカーに 移 す さらに フェノールフタレインを2 3 滴 コニカルビーカーに 加 える フェノールフタレインの 入 れ 忘 れがないように 注 意 3 ビュレットに NaOH を 入 れる ビュレットに 漏 斗 を 使 って 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 を0mL 付 近 まで 入 れる ビュレットの 線 が 閉 ま っていることを 確 認 する 手 に 付 いた 場 合 は 直 ちに 水 洗 いすること ぴったり0に 合 わせる 必 要 は ない 漏 斗 をビュレットの 内 壁 につけ 隙 間 を 作 り 入 れること こぼれたり うまく 入 らなかった りする 場 合 がある こぼれてもいいようにスタンド(ビュレット 台 )ごと 白 トレイなどの 中 で 作 業 してもよい 漏 斗 を 取 り 去 り ビュレットの 下 にビーカーを 置 き コックを 開 いて 少 量 の 水 溶 液 を 出 す 先 端 が 水 溶 液 で 満 たされ 気 泡 がないことを 確 認 する 確 認 後 ビュレットの 目 盛 りを 最 小 目 盛 りの 1/10 の 桁 (0.01mL)まで 読 み 取 り 記 録 する( 滴 定 開 始 時 の 目 盛 り) 4 NaOH を 中 和 するまで 滴 下 する ビュレットの 下 に3のコニカルビーカーを 置 く スタンドの 台 が 黒 い 場 合 などはコニカルビーカー の 下 にろ 紙 を 敷 くと 色 の 変 化 がわかりやすい ビュレットから 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 をコニカル ビーカーに 滴 下 する 滴 下 のたびに 液 を 軽 く 振 り 混 ぜ 溶 液 がごく 薄 い 赤 色 になり 振 り 混 ぜても 色 が 消 えなくなったら 滴 下 をやめる ビュレットの 先 は 大 変 折 れやすいので 振 り 混 ぜ 時 にビュレット に 当 たらないよう ビュレットの 高 さを 調 節 する 再 びビュレットの 目 盛 りを 読 み 取 り 記 録 する ( 滴 定 終 了 時 の 目 盛 り) 5 同 様 の 操 作 をあと2 回 繰 り 返 す コニカルビーカーの 中 の 水 溶 液 を 捨 て 水 洗 いした 後 純 水 で 内 側 を 洗 い3~5の 操 作 をさらに2 回 行 う 滴 定 終 了 時 から 滴 定 開 始 時 の 目 盛 りを 差 し 引 き 滴 下 量 を 求 め 3 回 の 平 均 値 を 求 める( 小 数 第 2 位 まで 求 めること) 滴 下 しすぎてしまった 場 合 は やり 直 すこと 結 果 1 回 目 2 回 目 3 回 目 滴 定 開 始 時 の 目 盛 りa 滴 定 終 了 後 の 目 盛 りb 滴 下 量 b-a 平 均 値 約 7.00mL 考 察 1 滴 定 の 結 果 から 食 酢 を 10 倍 に 薄 めた 水 溶 液 の 酢 酸 のモル 濃 度 を 求 めよ さらに 10 倍 に 薄 める 前 の 食 酢 中 の 酢 酸 のモル 濃 度 を 求 めよ 40

43 中 和 反 応 の 量 的 関 係 公 式 a c[mol/l] v[ml]= b c [mol/l] v [ml] 酢 酸 CH 3 COOH と 水 酸 化 ナトリウム NaOH の 中 和 滴 定 の 結 果 より 公 式 を 利 用 して 計 算 する 1 c [mol/l] 10.0[mL]=1 0.10[mol/L] 7.00[mL] c=0.070[mol/l] 10 倍 に 薄 めた 食 酢 中 の 酢 酸 のモル 濃 度 10 倍 に 薄 める 前 の 食 酢 中 の 酢 酸 のモル 濃 度 mol/l mol/l 2 食 酢 中 に 含 まれる 酢 酸 の 質 量 パーセント 濃 度 を 求 め 食 酢 の 容 器 のラベル 表 示 と 比 較 せよ ただし 食 酢 の 密 度 は 1.00 g/ml とする CH 3 COOH=60 考 察 1より 食 酢 1L 中 には 酢 酸 CH 3 COOH は mol 含 まれる 密 度 を 利 用 分 子 量 CH 3 COOH=60 を 利 用 1000mL 1.00 g/ml=1000g g 食 酢 1000 g 中 には 酢 酸 は g 含 まれる よって 食 酢 中 の 酢 酸 の 質 量 パーセント 濃 度 は 0.700mol/L 60g/mol 100=4.20[%] 1000mL 1g /ml 食 酢 中 の 酢 酸 の 質 量 パーセント 濃 度 ラベル 表 示 4.2 % 4.2 % ミツカン 穀 物 酢 の 場 合 その 他 の 考 察 例 この 実 験 で 起 こった 中 和 を 化 学 反 応 式 で 表 せ CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa +H 2 O ビュレットやホールピペットが 水 にぬれている 場 合 は 使 用 する 溶 液 で 共 洗 いしてから 使 用 する 必 要 がある 一 方 コニカルビーカーやメスフラスコは 水 にぬれたまま 使 用 してよい この 違 いは なぜか 考 えよ ビュレットやホールピペットは 水 にぬれているとはかる 水 溶 液 の 濃 度 や 体 積 が 変 わってしまうの で 共 洗 いが 必 要 である コニカルビーカーやメスフラスコは その 中 に 含 まれる 物 質 の 物 質 量 は 水 にぬれても 変 化 しないので ぬれたままで 使 用 してよい ビンに 表 示 された 数 値 と 異 なった 場 合 誤 差 の 原 因 を 検 討 する 滴 下 量 が 多 かった 希 釈 が 不 正 確 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 の 濃 度 が 時 間 がたって 変 化 している など 滴 定 終 了 後 コニカルビーカーの 溶 液 をそのまま 放 置 しておくと フェノールフタレインが 脱 色 す ることがある それはなぜか 41

44 空 気 中 の 二 酸 化 炭 素 が 溶 け 込 み 水 溶 液 が 酸 性 側 にもどるため この 実 験 における 反 応 を 中 和 滴 定 曲 線 で 表 した 場 合 中 和 点 は 酸 性 側 にかたよるか 塩 基 性 側 に かたよるか あるいは 中 性 か 弱 酸 と 強 塩 基 の 滴 定 のため 中 和 点 は 塩 基 性 側 にかたよる この 実 験 の 指 示 薬 としてメチルオレンジを 用 いたとすると 実 験 結 果 はどのようになると 予 想 され るか 中 和 点 になる 前 にメチルオレンジが 変 色 するため 実 際 よりも 少 ない 滴 下 量 になる そのため 酢 酸 の 濃 度 も 実 際 より 小 さい 値 となる と 予 想 される 調 べようとする 酸 あるいは 塩 基 の 強 さが 不 明 である 場 合 は 指 示 薬 をどのように 選 択 すればよい だろうか 変 色 域 が 酸 性 や 塩 基 性 側 にかたよった 指 示 薬 ではなく 中 性 付 近 の 指 示 薬 (BTB 溶 液 など)を 選 択 する 発 展 サンポール 20 倍 希 釈 (トイレ 用 洗 剤 塩 酸 HCl を 含 む) ポッカレモン(レモン 果 汁 )10 倍 希 釈 (ク エン 酸 を 含 む) カルピスウォーター( 乳 酸 を 含 む)などの 身 近 な 酸 を 滴 定 して 濃 度 を 求 める グレ ープジュース 10 倍 希 釈 はアントシアニンを 含 むため 指 示 薬 を 入 れずに 滴 定 できる( 薄 い 青 色 が 終 点 ) リンゴ 酢 米 酢 など 種 類 の 違 う 酸 を 名 前 を 隠 して 滴 定 し どの 酸 であったかを 当 てる ph メーターでpH を 測 定 しながら 滴 定 し 中 和 滴 定 曲 線 を 書 く ph センサーやドロップカウンターを 使 って 中 和 滴 定 し 中 和 滴 定 曲 線 を 書 く 動 画 あり 廃 液 処 理 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 は 酸 ( 同 じ 濃 度 の 塩 酸 など)で 中 和 した 後 希 釈 しながら 排 水 する フェノールフタレインはスポイト 瓶 や 滴 瓶 に 入 れておくとエタノールが 蒸 発 してこびり 付 くため 使 用 後 はふたつきの 瓶 に 集 めておいてもよい 後 片 付 け ガラス 器 具 の 洗 浄 方 法 ガラス 器 具 は 一 度 水 洗 いする 最 終 的 には 一 度 洗 剤 で 洗 う( 洗 剤 に 浸 け 置 きしてから 水 で 洗 っても よい) ホールピペットはピペット 洗 浄 機 で 洗 うと 便 利 ( 図 1) ビュレットは 長 いのでピペット 洗 浄 機 で 洗 う 場 合 はしばらく 洗 ったら 上 下 を 逆 さにしてもう 一 度 洗 うとよい( 図 2) ピペット 洗 浄 機 がな い 場 合 は 蛇 口 に 短 いホースをつけて 洗 うと 洗 いやすい 先 端 部 分 に 結 晶 等 が 詰 まった 場 合 は 歯 間 ブ ラシを 使 うとよい 強 く 差 し 込 むと 割 れることがあるので 注 意 すること ビュレットの 最 終 的 な 洗 浄 時 は 活 栓 をはずして 洗 う 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 が 空 気 中 の 二 酸 化 炭 素 と 反 応 し 炭 酸 ナトリウム の 結 晶 を 作 り 固 着 する または 水 酸 化 ナトリウム 水 溶 液 は 塩 基 性 のためガラスを 徐 々に 侵 しケイ 酸 ナ トリウムを 生 じて 固 着 するためである 同 様 の 理 由 により 塩 基 性 の 物 質 は 長 期 に 保 管 する 場 合 は ガ ラス 瓶 特 にすり 合 わせの 栓 は 使 用 しないこと 結 晶 化 し 固 着 することがあるためである 急 いで 乾 かしたい 場 合 は エタノールやアセトンを 通 して 乾 かす 42

45 < 図 1 ピペット 洗 浄 機 > ゴム 管 と 水 道 の 蛇 口 をつなぎ 水 を 出 しっぱなしにすると 水 がたまって 排 水 される を 繰 り 返 しピペットが 洗 浄 される 逆 さに 入 れる < 図 2 ピペット 洗 浄 機 でビュレットを 洗 う 場 合 > ピペット 洗 浄 機 でビュレットを 洗 う 場 合 は ビュレットを 途 中 で 上 下 を 反 対 に 向 ける 上 下 を 逆 に 再 び 洗 浄 ビュレットの 保 管 方 法 ビュレットは 転 倒 の 危 険 があるため 長 期 保 管 は 横 にして 棚 に 保 管 することが 多 い( 図 3) ガラス の 活 栓 は ワセリンをきちんと 洗 って 乾 かした 後 液 漏 れ 防 止 のため 再 びワセリンを 薄 く 塗 ること また 活 栓 と 本 体 の 間 に 薬 包 紙 等 を 挟 んでおくと 固 着 を 防 ぐことができる ビュレット 本 体 と 活 栓 は 番 号 により 組 み 合 わせが 決 まっている 同 じ 番 号 のビュレットと 活 栓 を 使 わないと 液 漏 れの 原 因 になる( 図 4) 番 号 のないものは どのビュレットと 活 栓 を 組 み 合 わせても よい 共 栓 になっている 43

46 < 図 3 ビュレットの 保 管 方 法 > ビュレット 台 で 保 管 する 場 合 棚 などで 長 期 保 管 する 場 合 < 図 4 保 管 の 際 の 注 意 > ビュレットと 活 栓 の 番 号 を 合 わせてセットすること 番 号 が 違 うと 液 漏 れを 起 こす ビュレット 本 体 と 活 栓 の 番 号 は 様 々な 場 所 に 記 載 されている の 場 所 に 書 いてある 場 合 が 多 い ビュレット 本 体 の 番 号 活 栓 の 番 号 44

47 酸 化 剤 と 還 元 剤 年 組 番 氏 名 目 的 代 表 的 な 酸 化 剤 と 還 元 剤 の 反 応 を 観 察 し その 反 応 をイオン 反 応 式 で 表 す 使 用 薬 品 0.01mol/L 過 マンガン 酸 カリウム KMNO 4 水 溶 液 0.01mol/L ヨウ 化 カリウム KI 水 溶 液 0.1mol/L ヨウ 化 カリウム KI 水 溶 液 3.0mol/L 希 硫 酸 H 2 SO 4 0.1mol/L 過 酸 化 水 素 水 H 2 O 2 0.1mol/L 硫 酸 鉄 (Ⅱ)FeSO 4 水 溶 液 1%デンプン 水 溶 液 L-アスコルビン 酸 (ビタミンC) 粉 末 使 用 器 具 試 験 管 6 本 試 験 管 立 て 駒 込 ピペット(2mL6 本 ) 方 法 < 実 験 Ⅰ 酸 化 剤 過 酸 化 水 素 水 H 2 O 2 の 反 応 > 1 過 酸 化 水 素 水 を 試 験 管 に 取 る 0.1mol/L 過 酸 化 水 素 水 H 2 O 2 水 溶 液 2mL を 試 験 管 A Bに 駒 込 ピッペットで 取 り さらに 3.0mol/L 希 硫 酸 H 2 SO 4 を1mL ずつ 加 える 2 試 験 管 Aにヨウ 化 カリウム 水 溶 液 を 加 える 試 験 管 Aに 0.01mol/L ヨウ 化 カリウム KI 水 溶 液 を2mL 加 えて 振 り 混 ぜ 様 子 を 観 察 し 記 録 する さらに 1%デンプン 水 溶 液 を1 2 滴 加 えて 様 子 を 観 察 し 記 録 する 3 試 験 管 Bに 硫 酸 鉄 (Ⅱ) 水 溶 液 を 加 える 試 験 管 Bに 0.1mol/L 硫 酸 鉄 (Ⅱ)FeSO 4 水 溶 液 を2mL 加 えて 振 り 混 ぜ 様 子 を 観 察 し 記 録 する < 実 験 Ⅱ 酸 化 剤 過 マンガン 酸 カリウム KMNO 4 水 溶 液 の 反 応 > 4 過 マンガン 酸 カリウム 水 溶 液 を 試 験 管 に 取 る 0.01mol/L 過 マンガン 酸 カリウム KMNO 4 水 溶 液 2mL を 試 験 管 C~Fに 駒 込 ピッペットで 取 り さら に 3.0mol/L 希 硫 酸 H 2 SO 4 を1mL ずつ 加 える 5 試 験 管 Cに 硫 酸 鉄 (Ⅱ) 水 溶 液 を 加 える 試 験 管 Cに 0.1mol/L 硫 酸 鉄 (Ⅱ)FeSO 4 水 溶 液 を2mL 加 えて 振 り 混 ぜ 様 子 を 観 察 し 記 録 する 6 試 験 管 Dに 過 酸 化 水 素 水 を 加 える 試 験 管 D0.1mol/L 過 酸 化 水 素 水 H 2 O 2 水 溶 液 を2mL 加 えて 振 り 混 ぜ 様 子 を 観 察 し 記 録 する 7 試 験 管 EにL-アルコルビン 酸 を 加 える 試 験 管 EにL-アスコルビン 酸 (ビタミンC)の 粉 末 を 加 えて 振 り 混 ぜ 様 子 を 観 察 し 記 録 する 試 験 管 Fは 後 で 反 応 させるので 何 も 加 えずに 置 いておく 45