小学校～中学校 化学 クイズ③

水に溶かした食塩がどこに行ったのかを確認するために、実験を行った。次のうち、どちらの方法で食塩が存在することを確認できるか。

• 残った水の重さのみを測る
• 水を蒸発させる
• 水をろ過して個体を集める
• 温度を測る

Answer explanation

食塩を水に溶かすと、食塩の粒子が水の中に溶け込み透明な溶液になる。この溶液を見ると食塩の結晶が見えなくなる。しかし実際には水の中に食塩の分子が溶けている。 その溶液をプレパラートに置き加熱して水を蒸発させると、白い固体が残る。これが食塩の結晶である。水が蒸発することで、再び固体としての食塩が現れる。よってこの方法を用いることで食塩が溶けた後もちゃんと存在していることが分かる。 1番の「残った水の重さのみを測る」は一見正解であるように見える。２の方法以外に、溶かす前の水と食塩の重さの合計と溶かした後の水溶液の重さを比較して調べる方法が挙げられる。しかし1番の回答では、溶かす前の全体の重さを測って比較することが書かれていないため不正解である。

理科室の使い方について 理科室でガスバーナーを用いた実験をしている際に大地震が発生しました。 その時あなたは身を守るために一番初めに何をしなければならないでしょう。

• ガスバーナーの火を消す（元栓を閉める）
• 机の下に隠れる
• 窓を開ける
• 教室から出る

Answer explanation

解答は２です。 阪神淡路大震災の時に多くの人が火災で亡くなったことの教訓から火を消すことが重要視されていますが、現在では大地震が起こった際にはガスメーターが自動でガスを遮断するため火災の発生を防ぐことができます。いつどこで地震が発生するか分からないので、理科室での実験中に万が一起こった場合に何をすべきかについて実験内容別に考えてみましょう。

水上置換法で集めるのが適している気体は次のうちのどれか。すべて選べ。

• 二酸化炭素
• 水素
• 酸素
• アンモニア

Answer explanation

まず、気体を集める時に一番効率的な方法は何かを考える。それは水上置換法である。なぜなら、発生した気体が逃げないからである。では、どのような気体を他の方法であつめるのか。それは、水に溶けやすい気体である。要するに、この問題では水に溶けにくい気体を選ぶことが出来れば正解となる。

着色してある暖かい水と冷たい水を混ぜたらどういう動きをするのでしょうか

• 暖かい水が上に行くような動きをする
• 全体に等しく混ざる
• 暖かい水が下に行くような動きをする
• 水は混ざらない

Answer explanation

暖かい水は水槽の上側に行くような動きをします。ぐるぐると回るように水は温められていきます。つまり、金属とは違って、水を温めると上側から温められます。皆さんもお風呂等で経験はないでしょうか。

ビーカーを用いて実験を行う際、水溶液をビーカーの何分の一まで入れてもよいか？

• 1/4
• 1/5
• 1/3
• 1/2

Answer explanation

ビーカーで水溶液の実験を行う際には、1/2までしか入れてはいけません。反応によっては液体の水位が上がってしまい、あふれてしまう恐れもあるので注意が必要です。ちなみに、試験管を用いて実験を行う場合には1/3までしか入れてはいけません。

薄い塩酸にある金属を加えると気体が発生し、そこにマッチの火を近づけるとポンッと音を立てて燃えた。ある金属とは次のうちどれでしょう。すべて答えなさい。

• 鉄
• 銅
• アルミニウム
• 銀

Answer explanation

マッチの火が音を立てて燃えたので、気体が水素だと分かる。薄い塩酸に加えて水素が発生する金属は選択肢の中だと鉄とアルミニウムである。Fe+2HCl→FeCl₂+H₂、2Al+6HCl→2AlCl₃+3H₂

　次のAからDの水溶液には、水酸化ナトリウム、薄い塩酸、食塩水、炭酸水のいずれかが含まれている。

AからDの水溶液にそれぞれBTB溶液を入れたところ、A,Dの水溶液は、黄色であった。

一方で、Cは、緑色であり、Bの水溶液は、青色であった。

A,Ｄの水溶液にそれぞれアルミニウムを入れたところ、Ａは、激しい泡を出しながら、溶けた。

一方で、Ｄは、変化が見られなかった。

AからＤの水溶液の中身の順番を正しくした組み合わせのものを選びなさい。

• Ａ　薄い塩酸　Ｂ　食塩水　Ｃ　水酸化ナトリウム　Ｄ　炭酸水
• Ａ　薄い塩酸　Ｂ　水酸化ナトリウム　Ｃ　食塩水　Ｄ　炭酸水
• Ａ　炭酸水　　Ｂ　食塩水　Ｃ　水酸化ナトリウム　Ｄ　薄い塩酸
• Ａ　炭酸水　　Ｂ　水酸化ナトリウム　Ｃ　食塩水　Ｄ　薄い塩酸

Answer explanation

ＢＴＢ溶液の反応では、酸性の水溶液に入れると、黄色くなり、中性の水溶液では、緑色のままで変化しない。アルカリ性の水溶液では、青色に変化する。今回の問題文のＢＴＢ溶液の反応より、Ｂ,Cの水溶液の判別はできる。Ｃは、中性の水溶液より、食塩水となる。Bは、アルカリ性の水溶液で、OH⁻（水酸化物イオン）を持つNaOH（水酸化ナトリウム）水溶液となる。A,Dの水溶液の種類を分類するためにアルミニウムの溶け具合を考察している。炭酸水が酸性である理由は、炭酸水の電離式を表すことで分かる。炭酸水は、二酸化炭素と水から構成されていることからCO₂＋H₂O→H⁺＋HCO³⁻となり、H⁺（水素イオン）が水溶液に電離しているからだ。塩酸は、化学式でHClとなり、水溶液中では、H⁺（水素イオン）とCl⁻（塩化物イオン）に完全電離している。この２つの溶液の違いは、酸性の強さである。炭酸水は、弱酸性であり、水溶液中でH⁺（水素イオン）が水溶液中にほとんど存在しない。一方で塩酸は強酸であり、H⁺（水素イオン）が　水溶液中で完全電離をしており、存在している。イオン化傾向というものがあり、溶液に反応させる金属の方が、溶液に含まれている陽イオンよりもイオン化傾向が大きい場合は、金属イオンとなって水溶液中に存在して、金属が溶ける。今回のイオン化傾向の強さ関係は、炭酸水、薄い塩酸どちらも、Al(アルミニウム)＞Ｈ（水素）となる。炭酸水の場合は、H⁺（水素イオン）が水溶液中にほとんど存在しないため、Al（アルミニウム）の反応が見られない。塩酸では、水溶液中にH⁺（水素イオン）が存在するため、それに伴ってAl（アルミニウム）が反応して、Al⁺（アルミニウムイオン）として水溶液内で存在して、アルミニウムは、溶ける。よって、Aは薄い塩酸であり、Dは、炭酸水となる。

塩が水に溶けるときに起こる現象として正しいものはどれか

• 塩が水に均一に広がる
• 塩が消えてなくなる
• 塩が浮かび上がる
• 塩が水に沈む

Answer explanation

水分子は極性分子であり、分子内の一部はややプラスに、一部はややマイナスに電荷が偏っている。NaClは水の中でNaCl → Na＋ と Cl－というように電離しており、電離の結果できたNa＋とClーの周りには、それぞれ水分子のδー部分とδ＋部分が近づいてくる。その結果、水和した状態となり、水和された陽イオンと陰イオンは熱運動により水中に拡散していき，全体として均一になる。

次の４つの身近な物の中でアルカリ性の性質を持つものを１つ選んで答えましょう

• 食酢
• ワイドハイター（衣料用漂白剤）
• 雨
• 海水

Answer explanation

食酢は料理でもよくつかわれ口にすることが多いものですが実は酸性です。酸性と言っても体に悪い影響があるわけではないので食べても大丈夫です。 ワイドハイターも食酢と同様に酸性の液体です。ハイターと混ぜても危険な物質は発生しないので大丈夫です。 雨も実は酸性です。しかし、あまり酸性としての性質が強くないので弱酸性と呼ばれています。普通の雨よりも強い酸性を示す雨は酸性雨と呼ばれコンクリートを溶かしたり金属に錆を発生させたりと建物や文化財に被害を与えます。 海水はアルカリ性の性質を持っています。しかしながら、私たち人間の活動で過度に排出された二酸化炭素が大量に海水に溶けることでだんだんと酸性の性質に近づく現象が起きており多くの生物に悪影響を与えています。 水溶液の性質を調べるにはリトマス紙を使う方法が有名です。赤色のリトマス紙が青色になったらアルカリ性、青色のリトマス紙が赤色になったら酸性、色が変わらなかったら中性です。実験を行う際には十分に気を付けて行いましょう。

砂糖が水に溶けるとき、次のうち正しい説明はどれですか？

• 砂糖は水に溶けるが、時間が経つと再び砂糖の結晶になる
• 砂糖は水と混ざり、完全に目に見えなくなる
• 砂糖は水に溶けるが、温度が高いと溶けなくなる
• 砂糖は水に溶けると、水と反応して新しい物質を作る

Answer explanation

砂糖を水に入れると、水分子が砂糖分子の周りに集まり、砂糖の結晶を崩して溶かす。この過程で砂糖分子は水分子に囲まれて、均等に分散する。このため、砂糖が完全に溶けると、目には見えなくなり、水全体に均一に広がります。 1.砂糖が水に溶けた状態では、再び結晶になることはなく、安定した溶液を形成する。 3.一般に、温度が高いほど砂糖の溶解度は増す。温度が高いと溶けなくなるということはない。 4.砂糖が水に溶けるのは物理的な変化であり、化学反応ではないため、新しい物質は形成されない。