【中学1年理科】気体のまとめ・ポイント

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中1理科。気体の性質は入試にも定期テストにも超頻出の内容です。確実に覚えておきましょう。特に気体の発生法や判別方法は必須です。また、発生した気体の集め方についても詳しく見ていきます。

気体の性質

気体の性質は、中学1年理科だけの話ではなく、これから学習するいろいろな単元で登場します。ここをしっかりと覚えるだけで、確実に得点アップにつなげることができます。

覚える項目を列挙していますので、1つ1つしっかりと覚えていきましょう。

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水素の性質

  • 化学式
    H₂
  • 色や臭い
    無色無臭
  • 水への溶け方
    溶けにくい
  • 重さ
    空気より軽い※気体の中で一番軽い
  • 集め方
    水上置換法
  • 水素の判別法
    マッチの火を近づけると音を立てて燃える
    マッチの火を近づけると爆発して水ができる。
    水素 + 酸素 → 水
  • 水素の発生法
    亜鉛やマグネシウムなどの金属に、うすい塩酸などの強い酸を加える

中学3年でイオン化傾向を学習したら、どの金属と酸性の水溶液が反応し水素が発生するかわかりますが、ここでは省略します。

ほとんどの金属から水素が発生しますが、金や銀、銅などの高価な金属からは水素が発生しません。また、炭酸などの弱い酸でも水素が発生しないので注意してください。

酸素の性質

  • 化学式
    O₂
  • 色や臭い
    無色無臭
  • 水への溶け方
    溶けにくい
  • 重さ
    空気よりわずかに重い
  • 集め方
    水上置換法
  • 酸素の判別法
    線香の火を近づけると炎をあげて激しく燃える
  • 酸素の発生方法
    二酸化マンガンうすい過酸化水素水(オキシドール)を加える

酸素自体は燃えませんが、他の物質が燃えるのを助けるはたらき(助燃性)があります。

ジャガイモ切り傷などにオキシドールをかけても発生します。ジャガイモや切り傷などにはカタラーゼという酵素が入っています。酵素も二酸化マンガンと同じ触媒のはたらきをしますので、自らは変化せず過酸化水素水が酸素と水に変化するのを促進します。

二酸化炭素の性質

  • 化学式
    CO₂
  • 色や臭い
    無色無臭
  • 水への溶け方
    少し溶ける
    ※水に溶けると酸性の炭酸水になる
  • 重さ
    空気より重い
  • 集め方
    水上置換法下方置換法
  • 二酸化炭素の判別法
    石灰水に通すと石灰水が白くにごる
    さらにしつこく通し続けると、無色透明にもどります。
  • 二酸化炭素の発生方法
    炭酸カルシウムが主成分の石灰石などに酸性の水溶液であるうすい塩酸を加える

他に卵の殻貝殻チョークコンクリートにうすい塩酸や酢酸(お酢)などを加えても発生します。

アンモニアの性質

  • 化学式
    NH₃
  • 色や臭い
    無色で刺激臭
  • 水への溶け方
    非常によく溶ける
    ※水に溶けるとアルカリ性のアンモニア水になる
  • 重さ
    空気より軽い
  • 集め方
    上方置換法
    上方置換法で集める気体は、アンモニアのみです。
  • アンモニアの判別方法
    手で仰ぐように臭いをかぐと鼻を刺すような刺激臭がする。
    水に溶かしフェノールフタレイン液を入れると赤色になる。
    塩酸を近づけると白煙(塩化アンモニウム)が生じる。
  • アンモニアの発生方法
    塩化アンモニウム水酸化カルシウムを混ぜて熱する
    アンモニア水を加熱する

アンモニアは独特なにおいで判断することができます。水に溶けるとアルカリ性になることも判断の材料になるでしょう。

塩素の性質

  • 化学式
    Cl₂
  • 色や臭い
    黄緑色で刺激臭
  • 水への溶け方
    よく溶ける
    ※水に溶けると酸性を示す
  • 重さ
    空気より重い
  • 集め方
    下方置換法
  • 塩素の判別方法
    赤インクがしみ込んだろ紙を近づけると色が抜けて白くなる
  • 塩素の発生方法
    塩酸や塩化銅を電気分解すると陽極に発生する。

詳しくは、中学3年生の塩酸の電気分解、塩化銅水溶液の電気分解で学習します。塩素には脱色作用漂白作用があります。また消毒薬として使用されるので殺菌作用もあります。

気体の性質の確認問題

  1. 水素は空気よりも軽いか、重いか。
  2. 水素の調べ方を答えよ。
  3. 酸素の集め方を答えよ。
  4. 酸素を実験室で発生させる方法を答えよ。
  5. 二酸化炭素の水への溶けやすさを答えよ。
  6. 二酸化炭素が水に溶けると何性を示すか。
  7. アンモニアを水に溶かしフェノールフタレイン液を入れると何色になるか。
  8. アンモニアの集め方を答えよ。
  9. 塩素は何色の気体か。
  10. 塩素の調べ方を簡潔に答えよ。

解答

  1. 軽い
  2. マッチの火を近づけると音を立てて燃える。
  3. 水上置換法
  4. 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。
  5. 少し溶ける
  6. 酸性
  7. 赤色
  8. 上方置換法
  9. 黄緑色
  10. 赤インクがしみ込んだろ紙を近づけると色が抜けて白くなる。

気体の集め方

発生した気体の性質により集め方が異なります。次の2点を考えて集め方を変えましょう。

  1. 水に溶けやすい気体か?溶けにくい気体か?
  2. 空気より重い気体か?軽い気体か?

水に溶けにくい気体の場合は、すべて水上置換法で集めることになります。周りを水で覆われているので、発生した気体を確認でき、純粋な気体を集めることができるからです。

水に溶けやすい気体の場合は、空気中で集めます。このとき、空気より重い(空気よりも密度が大きい)場合は下方置換法で、空気よりも軽い(空気よりも密度が小さい)場合は上方置換法で集めます。

気体の集め方

水上置換法

水上置換法は、水に溶けにくい気体を集める方法です。

水中で気体を集めるので、発生した気体を目で確認でき、純粋な気体を集めることができます。お風呂の中でおならをふった時と同じ状態です。純粋なおならは強烈ですよね。

●水上置換法で集める気体たち

  • 酸素
  • 水素
  • 窒素
  • 一酸化炭素
  • 二酸化炭素(下方置換法でもよい)
  • 一酸化窒素

下方置換法

下方置換法で集める気体は、水に溶けやすく空気よりも重い(密度が大きい)という性質があります。

下方置換法で気体を集める場合、うまく集気びんに気体が入るように、ガラス管を奥まで入れることがポイントです。

●下方置換法で集める気体たち

  • 塩素
  • 塩化水素
  • 二酸化炭素(水上置換法でもよい)

上方置換法

上方置換法で集める気体は、水に溶けやすく空気よりも軽い(密度が小さい)という性質があります。

上方置換法で気体を集める際も、うまく集気びんに気体が入るように、ガラス管を奥まで差し込んで気体を集めることがポイントです。

●上方置換法で集める気体

上方置換法で集める気体は「アンモニア」のみです。上方置換法=アンモニアと覚えておきましょう。

水素も空気よりも軽いのですが、水素は空気中で爆発する気体ですので、安全上水中で集めるようにします。

気体の発生のポイントのまとめ

水上置換法・上方置換法・下方置換法、それぞれどのような気体を集めることができるのか記述で答えられるようになっておきましょう。

気体の集め方ポイント!❶水上置換法…水に溶けにくい気体を集める。
❷上方置換法…水に溶けやすく、空気より軽い気体を集める。
❸下方置換法…水に溶けやすく、空気より重い気体を集める。

気体の集め方の確認問題

  1. 水に溶けにくい気体の集め方を答えよ。
  2. アンモニアの集め方を答えよ。
  3. 下方置換法で集める気体の性質を答えよ。
  4. 二酸化マンガンとオキシドールで発生する気体の集め方は何か。

解答

  1. 水上置換法
  2. 上方置換法
  3. 水に溶けやすく、空気より重いという性質
  4. 水上置換法

【理科問題❶】気体の判別

次の実験方法でA~Dの気体をつくった。あとの各問いに答えよ。

【実験1】石灰石にうすい塩酸を加えると気体Aが発生した。
【実験2】二酸化マンガンにオキシドールを加えると気体Bが発生した。
【実験3】塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜ加熱すると気体Cが発生した。
【実験4】亜鉛にうすい塩酸を加えると気体Dが発生した。

気体の集め方

(1)発生した気体の臭いをかぐとき、どのようにして臭いをかぐとよいか。

(2)気体の臭いをかいだとき、発生した気体A~Dのなかで刺激臭がする気体どれか。

(3)実験1で発生した気体Aを水に溶かし、緑色のBTB溶液を加えると何色になるか。

(4)実験2で発生した気体Bの調べ方と、その結果を簡潔に書け。

(5)実験3で発生した気体Cを水に溶かし、フェノールフタレイン溶液を入れると何色になるか。

(6)実験4で発生した気体にマッチの火を近づけると、音を立てて燃えた後何ができるか。また、できた物質を調べる紙の名称を答えよ。

(7)実験1~4で発生した気体A~Dの集め方を、上のア~ウからそれぞれ1つずつ選べ。

(8)実験1~4で発生した気体A~Dの名称をそれぞれ答えよ。

【解答・解説❶】気体の判別

(1)手であおぐようにしてかぐ。

気体の臭いをかぐときは、手であおぐようしてかぎます。有毒な気体や刺激が強い気体の場合、直接かぐと危険です。

(2)気体C

実験3で発生する気体Cはアンモニアで、刺激臭がする気体です。

(3)黄色

実験1で発生する気体Aは二酸化炭素です。二酸化炭素は水に少し溶け、水に溶けると酸性を示す気体です。したがって、BTB溶液の色は黄色になります。

(4)線香の火を近づけると、炎をあげて激しく燃える。

実験2で発生する気体Bは酸素です。酸素には、物が燃えるのを助けるはたらきがあります。

(5)赤色

実験3で発生する気体Cはアンモニアです。アンモニアは水に非常に溶けやすく、水に溶けるとアルカリ性を示します。フェノールフタレイン溶液は、アルカリ性の水溶液と反応し、無色透明から赤色に変色します。

(6)水、塩化コバルト紙

実験4で発生する気体Dは水素です。水素は、空気中で火をつけると、酸素と爆発的に反応し水ができます。水は青色の塩化コバルト紙を青色から赤色に変色させます。

(7)A:アまたはウ B: C: D:

Aの二酸化炭素は水に少し溶け、空気より重い気体です。したがって集め方は水上置換法か下方置換法になります。Cのアンモニアは水に非常によく溶け、空気より軽い気体です。したがって、上方置換法で集めます。その他の気体は水に溶けにくい気体ですので、すべて水上置換法で集めます。

(8)A:二酸化炭素 B:酸素 C:アンモニア D:水素

二酸化炭素:石灰石(貝殻、卵の殻など)にうすい塩酸(お酢、硫酸)で発生
酸素:二酸化マンガン(ジャガイモなど)にオキシドール(うすい過酸化水素水)で発生
アンモニア:塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜたものを加熱すると発生
水素:亜鉛(マグネシウム、アルミニウムなど)にうすい塩酸(硫酸)で発生

【理科問題❷】気体の集め方

問題実験などで発生する気体を集めるために、3通りの気体の集め方について調べた。下の図は気体の集め方の図である。これについて、次の各問いに答えなさい。

気体の集め方

(1)上の図で、気体の集め方Aの名称を答えなさい。

(2)集め方Aでは、どのような気体を集めることができるか。簡潔に答えなさい。

(3)集ま方Aで、気体を集める際、水の中の集気びんはどうしておくか。簡潔に答えなさい。

(4)実験で発生した酸素を集める方法は、集め方A~集め方Cのうちどれが適当か。一つ選び記号で答えなさい。

(5)集め方Bでは、どのような気体を集めることができるか。簡潔に答えなさい。

(6)集め方Cで集めることが適当な気体を、次のア~エの中から一つ選び、きごうで答えなさい。
ア 二酸化炭素  イ 水素  ウ アンモニア  エ 塩素

(7)気体を集める場合、はじめに出てくる気体は集めない。この理由を簡潔に答えなさい。

【解答・解説❷】気体の集め方

(1)水上置換法

集め方Aは水上置換法、集め方Bは下方置換法、集め方Cは上方置換法になります。

(2)水に溶けにくい気体。

水上置換法では、水に溶けにくい気体を集めることができます。また、水上置換法は、発生した気体を目で確認でき、純粋な気体を集めることができます。

(3)水で満たしておく。

水上置換法で気体を集めるビンや試験管は、はじめ水槽の水で満たしておきます。

(4)集め方A

酸素は水に溶けにくい気体です。したがって、水上置換法で集めます。

(5)水に溶けやすく、空気より密度が大きい気体。

下方置換法で集める気体は、水に溶けやすく、空気よりも重いという性質があります。」

(6)

集め方Cは上方置換法になります。上方置換法では、水に溶けやすく空気よりも密度が小さい(空気より軽い)気体を集めるのに適しています。

(7)実験器具内の空気が混ざっているから。

気体を集める際、最初に出てくる気体は、実験器具内の空気がたくさん混ざっているので、しばらくたってから気体を集めるようにします。

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