中2理科「中学で習う化合実験のポイントまとめ」

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中2理科「中学で習う化合実験のポイントまとめ」です。入試や実力テストでも、よく出る実験の1つです。

化合

鉄と硫黄の混合物の加熱では、鉄と硫黄混合して加熱すると光と熱を出す激しい化学変化が起こります。そして、硫化鉄という物質ができます。化学変化では、いったん反応が始まると加熱しなくても反応が続きます。

  • 燃焼…酸化のうち、火や熱を出しながら激しく進むもの。

鉄と硫黄の混合物は混じっているだけなので、鉄と硫黄の性質は、それぞれそのままです。鉄は、磁石につき、塩酸と反応して、水素を発生します。硫黄は磁石につかず、塩酸と反応しません。

  • 金属の性質…①みがくと光を受けて輝く(金属光沢)②たたくと広がり(展性)③引っ張ると伸びる(延性)④電流が流れやすい⑤熱が伝わりやすい
  • 水素…亜鉛(金属)にうすい塩酸を加える

硫化鉄は、磁石につかず、塩酸と反応して硫化水素という匂いのある有毒な気体が発生します。

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硫化鉄(鉄と硫黄の化合)実験

2種類以上の物質が結びついて、別の1種類の物質になる化学変化を化合といい、その結果できた物質を化合物といいます。鉄と硫黄(いおう)を混ぜて加熱すると黒色の硫化鉄ができます。硫化鉄は、電流を流しません。

  • 鉄+硫黄→硫化鉄
  • Fe+S→FeS

●ポイント
鉄と硫黄の混合物の加熱では、鉄と硫黄を混合して加熱すると光と熱を出す激しい化学変化が起こります。そして、硫化鉄という物質ができます。化学変化では、いったん反応が始まると加熱しなくても反応が続きます。これを燃焼といいます。酸化のうち、火や熱を出しながら激しく進むものです。

鉄と硫黄の混合物を加熱するとどうなるかを調べる実験です。

<手順>

  1. 鉄と硫黄よく混ぜ、2本の試験管a,bに分けて入れる。
  2. 試験管bの混合物の上部を加熱する。
  3. 混合物の上部が赤くなったら加熱をやめる。
  4. 加熱前後の物質の性質を調べる。
    ・磁石を近づけてみる
    ・少量をとって塩酸に入れて、発生する気体のにおいを調べる。
磁石を近づけたとき 塩酸を入れたとき
加熱前の混合物 引きつけられる においのない気体(水素)が発生する
加熱後の物質 引きつけられない においのある気体(硫化水素)が発生する

<結果>
鉄と硫黄の混合物を加熱すると化学変化が起こって別の物質が生成されることがわかる。

鉄と硫黄の混合物の加熱実験についてまとめると、

  • 鉄と硫黄の混合物を加熱するときは、混合物の上部を加熱する。
  • 混合物を加熱すると光と熱を出して、化学変化が起こる。
  • いったん、化学変化が始まると加熱をやめても化学変化が進む。
  • 非常に温度が高くなって危険なので赤くなり始めたら必ず加熱をやめること。
  • 加熱によって別の物質に変化することは、磁石を近づけたり、物資を塩酸に入れたりすることを確かめられる。
加熱前の混合物 加熱後の物質
磁石を近づける (混合物の鉄が)引きつけられる。 引きつけられない。
塩酸に入れる においのない気体(水素)が発生。 ゆでたまごのようなにおいのある気体(硫化水素)が発生。

硫化銅の実験

  • 銅と硫黄の穏やかな化合…銅板に硫黄の粉末をのせて放置しておくと粉末をのせていた部分が黒くくすみ、硫化銅ができる。
  • 銅と硫黄の激しい化合…硫黄の中に銅線を入れて加熱すると、激しい化学変化が起こり、青みがかった黒色の硫化銅ができる。

●銅と硫黄の化合
硫化銅は、銅原子が硫黄原子が1:1の割合で結びついた化合物である。銅と硫黄から硫化銅ができる化学変化。

  • 式は、Cu + S → CuS

物質と硫黄との化合を硫化といい、硫化によってできる物質を硫化物といいます。鉄や銅などの金属は、酸素と化合して酸化物をつくります。同様に自然界にある多くの金属と化合しやすいため、硫化鉄として存在するものも多いです。

スチールウール(鉄)と酸素の化合実験

物質が空気中の酸素と結びついて化学変化を酸化といい、その結果できた物質を酸化物といいます。特に、熱や光を出しながら起きる激しい酸化を燃焼といいます。

スチールウール(鉄)をガスバーナーで加熱すると、空気中の酸素と結びつき、黒色の酸化鉄ができます。

  • 鉄+酸素→酸化鉄

●鉄と酸化鉄の比較

 項目 加熱前 加熱後
物質 酸化鉄
銀白色 黒色
電流 流れる 流れない
もむと 弾力がある ぼろぼろくずれる
うすい塩酸 水素発生 変化しない

●穏やかな酸化
金属の錆は空気中の酸素によって穏やかな酸化されてできた酸化銅である。酸化を防ぐ工夫として、鉄や銅など錆びないようにするために表面に塗料を塗り、酸化を防止しています。

酸化銅の実験

銅と酸素が化合するときの質量の割合を調べたり、銅を加熱したときの質量の変化を調べる実験です。

<手順>

  1. 銅の質量を0.40g、0.80g …とはかり、皿に広げて、全体の色が変化するまでよく加熱する。
  2. 皿が冷めてから質量をはかる。
  3. 薬ざしで、こぼさないようによくかき混ぜる。
  4. 質量の変化がなくなるまで1~3まで繰り返した後、2の質量から皿の質量を引いて、生成した酸化銅の質量を求める。また化合した酸素の質量を求める。

化合した酸素の質量=酸化銅の質量-銅の質量

<結果>

銅(g) 0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00
生成した酸化銅の質量(g) 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
化合した酸素の質量(g) 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

<考察>
銅の質量と生成した酸化銅の質量及び銅の質量と化合した酸素の質量の関係をそれぞれグラフに表すとどちらも原点を通る直線になります。このことから次のことが言えます。

  • 銅の質量と生成する酸化銅の質量は比例する。
  • 銅の質量と化合する酸素の質量は比例する。

銅と加熱したときの質量
銅粉を加熱すると、化合する酸素の分だけ質量は増えるが、何回も加熱を繰り返すと質量は増えなくなります。
一定量の銅と化合する酸素の量には限界がある。

●銅の質量と化合する酸素の質量の比

  • 銅の質量:酸化銅の質量=4:5
  • 銅の質量:酸素の質量=4:1

酸化マグネシウムの化合

マグネシウムの質量と化合する酸素の質量は、銅と同様の実験マグネシウムで行うと原点を通る直線が得られます。

  • マグネシウムの質量:酸素の質量=3:2

化合する物質の物質量の比
2つの物質が化合するときの質量の比は、物質の組み合わせによって一定になる。

化学反応式と質量の比
化学反応式は、化学変化する分子や原子の個数の関係を表している。どちらかが一本の物質の量が多いと、多いの方の物質が反応せずに残る。たとえば、銅と酸素の化合の場合、銅原子と酸素原子が決まった割合が1:1で結びつくため、銅と酸素はいつも一定の質量の比で化合することになります。

  • 銅+酸素→酸化銅 2Cu+O2→2CuO

金属と酸素の質量比の計算問題

装置を用意して、いろいろな質量の銅の粉末をステンレスの皿に広げて加熱し、 完全に酸化させた。下の図は、このときの銅の質量と酸化物の質量の関係をグラフに示したものである。これについて、あとの問いに答えなさい。

銅の質量と酸化物の関係のグラフ

銅の質量と酸化物の関係のグラフ

  1. 銅の質量と加熱後の酸化物の質量の比を、もっとも簡単な整数の比で答えなさい。銅:酸化物の順に書きなさい。
  2. 2.0gの銅と化合する酸素の質量は何gか。
  3. 銅の質量と化合する酸素の質量の比を、もっとも簡単な整数の比で答えなさい。銅:酸素の順に書きなさい。
  4. 1.6gの銅が完全に酸化したとき、化合する酸素の質量は何gか。
  5. 銅を完全に酸化させた酸化物 3.0gには、銅は何gふくまれているか。
  6. 銅4.8gを完全に酸化させたときの酸化物の質量と、そのとき化合した酸素の質量はそれぞれ何gか。

金属と酸素の質量比の計算問題解答

金属と酸素の化合の質量比は、「化合した酸素の質量(g)=酸化物の質量(g)-金属の質量(g)」で、化合した酸素の質量を求めることがポイントです。

  1. 4:5
  2. 0.5g
  3. 4:1
  4. 0.4g
  5. 2.4g
  6. 酸化物6.0g 酸素1.2g
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