塾なし中学受験の家庭向け勉強法:気体の性質を教えます!酸素・二酸化炭素・水素・アンモニアの発生と集め方

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「酸素と水素の作り方が、どっちがどっちか分からなくなる」「気体の集め方の名前は覚えたのに、どの気体をどの方法で集めるのか答えられない」

気体の性質は、中学受験の理科の化学分野で、とてもよく出題される単元です。気体の発生方法、集め方、性質、見分け方を組み合わせた問題が多く、覚えることが多いぶん、整理して覚えた子が得点しやすい単元でもあります。

この記事では、塾なしで中学受験を目指すご家庭に向けて、よく出る5つの気体の発生方法と性質、集め方、見分け方を整理し、家での覚え方をまとめました。

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目次

空気の成分

空気は、いくつかの気体がまざったものです。

  • ちっ素:約78%
  • 酸素:約21%
  • そのほか(アルゴン、二酸化炭素など):約1%

二酸化炭素は、空気中にわずか(約0.04%)しかふくまれていません。

よく出る気体の発生方法と性質

気体発生させる方法主な性質
酸素二酸化マンガンに、うすい過酸化水素水(オキシドール)を加えるものを燃やすはたらきがある。水にとけにくい
二酸化炭素石灰石(貝がら・卵のから)に、うすい塩酸を加える石灰水を白くにごらせる。空気より重い。水に少しとけて酸性
水素亜鉛・鉄・アルミニウムなどに、うすい塩酸を加える最も軽い気体。火を近づけると音を立てて燃え、水ができる
アンモニア塩化アンモニウムと水酸化カルシウムをまぜて加熱する鼻をさすにおい。水にとてもよくとけ、アルカリ性。空気より軽い
ちっ素空気中に最も多くふくまれる色やにおいがなく、ものを燃やすはたらきがない

酸素の発生で使う二酸化マンガンは、自分は変化せずに、過酸化水素の分解を助けるはたらきをしています。

酸素は「二酸化マンガン+過酸化水素水」、二酸化炭素は「石灰石+塩酸」、水素は「金属+塩酸」。

水素は、アルミニウムに水酸化ナトリウム水溶液を加えても発生します。銅は、うすい塩酸にとけないので、水素は発生しません。

気体の集め方

気体の集め方の3つの方法の図。水上置換法は水にとけにくい気体で、酸素や水素など。上方置換法は水にとけやすく空気より軽い気体で、アンモニア。下方置換法は水にとけやすく空気より重い気体で、二酸化炭素など

気体の集め方は、「水にとけるか」と「空気より重いか軽いか」で決まります。

集め方向いている気体例
水上置換法水にとけにくい気体酸素、水素、ちっ素
上方置換法水にとけやすく、空気より軽い気体アンモニア
下方置換法水にとけやすく、空気より重い気体塩化水素など

二酸化炭素は、水に少しとけますが、水上置換法でも集められます。空気より重いので、下方置換法で集めることもあります。

まず「水にとけにくいなら水上置換」。とけやすいときだけ、重さで上方か下方かを決めます。

水上置換法は、集めた気体に空気がまざりにくく、どれだけ集まったかが目で見て分かるという利点があります。

気体の見分け方

  • 火のついた線香を入れると、激しく燃える:酸素
  • 石灰水を入れてふると、白くにごる:二酸化炭素
  • 火を近づけると、ポンと音を立てて燃える:水素
  • 鼻をさすにおいがあり、水でぬらした赤色リトマス紙を青くする:アンモニア
  • 火のついた線香を入れると、火が消える:ちっ素や二酸化炭素

火が消えるのは、ちっ素と二酸化炭素の両方なので、区別するには石灰水を使います。

火が消えたら「ちっ素か二酸化炭素」。石灰水が白くにごれば二酸化炭素です。

発生量の計算

決まった量の物質から発生する気体の量には、限りがあります。

例題1:ある濃さの塩酸20cm³に、石灰石を少しずつ加えると、石灰石1gまでは二酸化炭素の発生量がふえ続け、石灰石1gのとき二酸化炭素は240cm³発生しました。それ以上加えても発生量はふえませんでした。この塩酸40cm³に石灰石3gを加えると、二酸化炭素は何cm³発生しますか。

塩酸20cm³とちょうど反応する石灰石は1gです。塩酸40cm³なら、石灰石2gとちょうど反応します。石灰石は3gあるので、塩酸が先になくなります。発生するのは、240×2=480cm³です。

このように、「どちらが先になくなるか」を考えるのが、発生量の問題のポイントです。

気体の重さと水へのとけ方

気体の集め方や性質の問題では、空気と比べた重さと、水へのとけやすさがよく問われます。

気体空気と比べた重さ水へのとけやすさ
酸素少し重いとけにくい
二酸化炭素重い少しとける
水素とても軽い(最も軽い)とけにくい
アンモニア軽いとてもとけやすい
ちっ素少し軽いとけにくい

アンモニアが水にとてもよくとけることを利用した「噴水の実験」もよく出ます。アンモニアを入れたフラスコに少量の水を入れると、アンモニアが水にとけてフラスコの中の気体が減り、水がふき上がります。

水素は最も軽い、アンモニアは水にとてもよくとける。この2つは問われやすい性質です。

よくあるまちがいと対策

  • 酸素と水素の発生方法を取りちがえる:「さんそ=さんかマンガン」と頭の音で結ぶ
  • アンモニアを水上置換法で集める:アンモニアは水にとてもよくとけるので、上方置換法
  • 火が消えた気体を、すぐに二酸化炭素と答える:ちっ素も火が消える。石灰水で確かめる
  • 発生量の問題で、多い方の量で計算する:先になくなる方の量で決まる

家庭での覚え方のコツ

表を自分で作る

この記事の表を見ながら、「気体・発生方法・集め方・性質・見分け方」の5列の表を、自分で書いてみましょう。何度か書くうちに、気体ごとの特ちょうがつながって覚えられます。

身近なものと結びつける

炭酸飲料のあわは二酸化炭素、オキシドールで消毒するとあわが出るのは酸素、など、身近なものと結びつけると覚えやすくなります。家庭での実験は危険なものもあるので、薬品を使う実験は動画や教科書の写真で確認しましょう。

問題の形で覚える

「石灰水を白くにごらせる気体は?」のように、性質から気体名を答えるクイズを親子で出し合ってみてください。入試の問い方に慣れることができます。

気体の性質のよくある質問

何年生で学びますか?

小学校の理科では、6年生でものの燃え方(酸素と二酸化炭素)を学びます。中学受験向けの教材では、5〜6年生ごろに、水素やアンモニアもふくめて学ぶことが多い単元です。

水溶液の単元とはつながりますか?

はい、塩酸や水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水などは、水溶液の単元でも出てきます。水溶液の酸性・アルカリ性の見分け方とあわせて整理すると、化学分野全体がつながります。

計算問題はどのくらい出ますか?

発生量の計算は、上位校を中心によく出ます。まずは気体の性質と集め方を確実にしてから、計算問題に進みましょう。

練習問題にチャレンジ

問題1:二酸化マンガンにうすい過酸化水素水を加えると、何という気体が発生しますか。

問題2:アンモニアは、どの方法で集めますか。また、その理由も答えましょう。

問題3:ある気体を石灰水に通すと、白くにごりました。この気体は何ですか。

問題4:例題1の塩酸30cm³に石灰石1gを加えると、二酸化炭素は何cm³発生しますか。

答え

問題1:酸素です。

問題2:上方置換法です。水にとてもよくとけ、空気より軽いからです。

問題3:二酸化炭素です。

問題4:塩酸30cm³とちょうど反応する石灰石は1.5gです。石灰石は1gしかないので、石灰石が先になくなります。発生するのは240cm³です。

練習プリント(無料)

この記事の内容をたしかめる「初級」の練習プリントです。問題1ページと、解答・要点まとめ1ページのA4のPDFです。印刷して使ってください。

まとめ:気体は「発生・集め方・性質」をセットで

気体の性質は、発生方法・集め方・性質・見分け方をセットで覚えるのがポイントです。集め方は「水にとけるか」と「空気より重いか軽いか」で決まります。発生量の計算は、「どちらが先になくなるか」を考えましょう。

化学分野のほかの単元は、ものの燃え方と燃える3つの条件、水溶液の性質、水の三態で解説しています。

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この記事を書いた人

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