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気体の発生方法・性質・集め方

酸素・二酸化炭素・水素・アンモニア・窒素について、発生させる物質の組み合わせ、確かめ方(石灰水・火のついた線香・マッチの火)、水へのとけやすさと空気との重さの比べ方から、集め方(水上置換法・上方置換法・下方置換法)を判定できる

前提

説明

酸素・二酸化炭素・水素・アンモニア・窒素の 5 つの気体について、何と何を反応させると発生するか、どうやって確かめるか、どの方法で集めるかを判断できるようになります。集め方は丸暗記ではなく、「水にとけやすいか」と「空気より重いか軽いか」という 2 つの性質から決められます。気体を発生させる実験の手順を選ぶ問題や、性質から気体の名前を答える問題で使います。

なぜそうしてよいのか

気体の集め方は、集めたい気体がほかのものと混ざらずにたまるように選びます。水にとけにくい気体は、水を満たした容器に気体を送りこんで水と置きかえる水上置換法で集めます。この方法は空気が混ざりにくく、たまった量も見てわかるので、水にとけにくい気体ではまずこの方法を使います。水にとけやすい気体は、水上置換法では水にとけてしまうので、空気と置きかえて集めます。空気より軽い気体は上にたまるので、容器の口を下に向けて集める上方置換法、空気より重い気体は下にたまるので、容器の口を上に向けて集める下方置換法を使います。

5 つの気体の性質は次のとおりです。酸素は、二酸化マンガンにうすい過酸化水素水(オキシドール)を加えると発生し、水にとけにくいので水上置換法で集めます。火のついた線香を入れると線香が激しく燃えます(酸素自身は燃えず、ものを燃やすはたらきがある)。二酸化炭素は、石灰石にうすい塩酸を加えると発生します。水に少しとけ、空気より重いので、水上置換法か下方置換法で集めます。石灰水を白くにごらせるのが確かめ方で、水溶液(炭酸水)は酸性です。水素は、亜鉛や鉄、マグネシウムにうすい塩酸を加えると発生し、水にとけにくいので水上置換法で集めます。物質の中で最も密度が小さい(軽い)気体で、マッチの火を近づけると音を立てて燃え、水ができます。

アンモニアは、塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜて加熱すると発生します。このとき水もできるので、前提の技能で学んだとおり、試験管の口を少し下げて加熱します。アンモニアは水に非常にとけやすく、空気より軽いので上方置換法で集めます。特有の刺激臭があり、水溶液はアルカリ性です(フェノールフタレイン溶液を赤くする)。窒素は空気の体積の約 (約 78 %)をしめる気体で、色もにおいもなく、水にとけにくく、ほかの物質と反応しにくい(ものを燃やすはたらきもなく、石灰水も変化させない)のが特徴です。

手順

  1. 問題文から、発生させる物質の組み合わせや確かめ方の結果(石灰水が白くにごる・線香が激しく燃える・音を立てて燃える・刺激臭)を読み取り、どの気体かを決める。

  2. その気体が水にとけやすいかとけにくいかを確かめる。

  3. 水にとけにくい(または少ししかとけない)なら、水上置換法を選ぶ。

  4. 水にとけやすいなら、空気より軽いか重いかを比べ、軽いなら上方置換法、重いなら下方置換法を選ぶ。

  5. 加熱が必要な発生方法(アンモニアなど)では、試験管の口の向きなどの安全上の注意もあわせて確かめる。

例題

塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜて試験管に入れ、加熱したところ、刺激臭のある気体が発生した。この気体は水に非常にとけやすく、空気より軽い。この気体を集めるのに適した集め方を何というか。

例題の解答

手順 1: 塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを加熱して発生し、刺激臭があるので、この気体はアンモニアである。

手順 2: アンモニアは水に非常にとけやすいので、水上置換法は使えない。

手順 4: 空気より軽いので、容器の口を下に向けて上にたまるように集める。この集め方は上方置換法である。

手順 5: なお、この加熱では水もできるので、試験管の口を少し下げて加熱する。

答え:

上方置換法

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること