【中学1年理科】蒸留・ろ過のポイントと問題演習

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中学1年理科。今日のテーマは物質の分離です。蒸留とろ過のポイントを解説します。また、実験の注意点や問題演習も行えます。

蒸留

蒸留とは、2種類以上の物質が混ざっている「混合物」を分ける操作です。身近な例として、お酒を造るときに蒸留が利用されています。

このとき、混合物などの液体を加熱して気体にし、冷やして再び液体に戻す操作をします。混ざっている物質には、それぞれの沸点がありますので、沸点が低い物質が先に気体となって沸騰して出てくることになります。その出てきた気体を冷やせば沸点が低い物質が多く含まれている液体を得ることができるという作戦です。

蒸留のポイント!❶液体を加熱し気体にし、冷やして再び液体に戻す操作。
❷沸点の違いを利用して混合物を分ける操作。
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蒸留の実験装置

蒸留を行うには下図のような実験器具を使用します。安全に実験を行うために次の点に注意しましょう。実験の注意点として出題されることも多々あります。

  • 枝付きフラスコに入れる液体の量は半分以下にする。
    理由噴きこぼれる恐れがあるから
  • 沸騰石を入れる。
    理由突然沸騰するのを防ぐため
  • 温度計の液だめの位置は枝の部分にする。
    理由出てくる気体の温度をはかるため
  • 気体を冷やす試験管を密栓しない。
    理由実験器具内の圧力が大きくなり爆発する恐れがあるから
  • ガスバーナーの火を消す前にガラス管を試験管から取り出す。
    理由試験管内の液体が逆流し枝付きフラスコが割れるのを防ぐため

水とエタノールの混合物の蒸留

蒸留

水とエタノールが混ざった液体を蒸留により分ける実験です。水の沸点が100℃、エタノールの沸点が78℃なので、先にエタノールが沸騰して気体になって出てきます。なので、最初に出てくる気体を冷やしたものが一番エタノールが多く含まれる液体になります。

グラフの温度変化の特徴も押さえましょう。水などの純粋な物質の場合は、融点・沸点がはっきりしていますので、グラフに水平な部分が表れますが、水とエタノールの混合物の倍には、水平な部分が表れません。

エタノールが含まれているか調べる方法

エタノールがどのくらい含まれているか調べる方法もよく聞かれます。次の3つの方法を覚えておけば十分でしょう。

エタノールの調べ方!❶脱脂綿にしみ込ませ火をつける。
❷皮膚につけてスーッとするか調べる。
❸エタノールの臭いがするか手で仰ぐように臭いをかぐ。

脱脂綿にしみ込ませ火をつけてみると、エタノールが含まれる割合で次のような違いが現れます。

  • エタノールが多い場合
    火が勢いよく燃える。
  • エタノールがある程度入っている場合
    火がつくがすぐに消える。
  • エタノールが少ない場合
    火がつかない。

蒸留の確認問題

  1. 蒸留とは何か。簡潔に説明せよ。
  2. 蒸留では、物質の何の違いを利用して混合物を分けているか。
  3. 蒸留をする際、加熱する液体の中に沸騰石を入れる理由を答えよ。
  4. 水とエタノールが混ざった液体を加熱すると、先にどちらが気体となって出てくるか。
  5. エタノールが多く含まれているかどうか調べる方法を答えよ。

解答

  1. 液体を加熱し気体にし、冷やして再び液体に戻す操作のこと。
  2. 沸点の違い
  3. 突然沸騰するのを防ぐため。
  4. エタノール
  5. 脱脂綿にしみ込ませ火をつける。

では、次の混合物の分離方法であるろ過について見ていきましょう。

ろ過

ろ過とは、混合物を分離する方法の一つで、水に溶けていない物質などを分離する方法です。水溶液中に出てきた結晶を取り除いたり、泥水から泥を取り除くことができます。

ろ過の仕組みは、下の図のように、ろ紙の穴を通過できない大きな粒子を水溶液中から取り出す仕組みとなっています。

ろ過を行うには、次のような装置を準備する必要があります。ろうとには、丸いろ紙を2回折り、4つ折りにしたものをはめ込みます。このとき、ろ紙とろうとが密着するように、ろ紙をろうとにはめ込んだ後水でぬらします。

ろ過装置

ろ過した後に、ビーカーに出てくる液体がろ液になります。

ろ紙の折り方

ろうとにはめ込むろ紙は、次のように4つ折りにし、ろうとにはめ込み水でぬらし密着させます。ガラス棒で液体を注ぐときは、ガラス棒をろ紙が三重に重なった部分に当てます。これはろ紙が破けないようにするためです。

ろ紙の折り方

ろ過には、目に見えないほどの小さな穴があいています。水や水に溶けている状態の物質の粒子は、この穴よりも大きさが小さいので通過し、ろ液としてビーカーにたまりますが、ろ紙の穴よりも大きな粒子は、ろ紙の穴を通過できずろ紙上に残ります。

ろ紙の穴

ろ過の操作のポイント

うまくろ過ができるように、ろ過の操作では次の内容が問われます。

ろ過のポイント

  1. 液体はガラス棒を伝わらせて注ぐ。
    ガラス棒を伝わらせないと、液体がテーブルや床にこぼれてしまいます。
  2. ガラス棒はろ紙が重なった部分に当てる。
    ろ紙がぬれて破けやすくなっています。丈夫なところにガラス棒を当てましょう。
  3. ろうとの先端のとがった方をビーカーの壁につける。
    ろ液がビーカーの壁を伝って落ちるので、ろ過が早く終わります。

以上の3点が試験やテストでよく問われる内容です。作図をさせる問題も頻出ですので、上記のポイントを踏まえた作図ができるようになっておきましょう。

【理科問題】蒸留

問題図1のような装置を用いて、水7cm³とエタノール3cm³の混合液を加熱して沸とうさせ、3本の試験管A、B、Cの順に、透明な液体を約2cm³ずつ集めた。また、表は試験管A~Cに集めた液体をそれぞれ脱脂綿にしみこませ、火をつけたときの結果である。

蒸留装置

試験管 脱脂綿につけ火をつけたときの結果
A よく燃える。
B 燃えるが、すぐに消える。
C 燃えない。

(1)図1の実験で、ガスバーナーの火を消す前にしなければならない操作は何か。理由も含めて簡潔に書け。

(2)図1の実験で、枝つきフラスコ内に沸とう石を入れておく理由を答えなさい。

(3)試験管A~Cに集めた液体のうち、エタノールが最も多く含まれているのはどれか。1つ
選び記号で答えよ。

(4)試験管A~Cに集めた液体にエタノールが含まれているかどうかを調べるには、下線部の方法以外にどのような方法があるか。その方法を、1つ簡潔に書け。

(5)この実験のように、液体を加熱していったん気体にし、それを再び液体にして集める方法を何というか。

(6)この実験では、物質のある性質の違いを利用して、混合物を分けている。何の違いを利用しているか。

【解答・解説】蒸留

(1)液体が逆流し試験管が割れるのを防ぐため、ガラス管を試験管から取り出しておく。

ガラス管を試験管の液体から取り出さないで火を止めると、冷やされた液体を吸い上げてしまいます。その結果、試験管が割れる可能性があります。

(2)突沸を防ぐため。

沸とう石を入れることで、液体が急に沸騰してふきこぼれるのを防ぐことができます。

(3)A

水よりもエタノールの沸点が低いので、先にエタノールが気体になって発生します。したがって、最初の方に出てきた気体を冷やした試験管に、エタノールが多く含まれています。

(4)皮ふにつけてスーッとするか確かめる。(臭いをかぐ など)

エタノールは、引火しやすい、蒸発しやすい、特有のにおいがあるなどの性質があります。脱脂綿にしみ込ませ火をつける以外に、皮膚につけてスーッとするか、特有のにおいがあるかを調べることで、エタノールが多く含まれているかどうかがわかります。

(5)蒸留

液体を加熱し気体にして、冷やして再び液体に戻す操作を蒸留といいます。蒸留を行うことで、混合物を純粋な物質に分けることができます。

(6)沸点の違い

水の沸点は100℃、エタノールの沸点は約78℃です。沸点が低いエタノールが先に気体になって出てきます。

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