中学理科「いろいろな気体の性質と発生方法」

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中学理科「いろいろな気体の性質と発生方法」についてまとめています。

酸素の性質

空気中にふくまれている酸素は、空気中に体積比で約20a%含まれている。

➊助然性がある
物質が燃えるのを助ける性質がある。空気中より酸素の割合が多い気体のなかでは、物質は空気中よりも激しく燃える。空気中では燃えない鉄線も酸素中では線香花火のように燃える。

➋水にはあまりとけない
20°Cで、水1cm3に0.03cm3しかとけない。水中で生きている生物は、このわずかにとけた酸素をとりこんで呼吸している。

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酸素の発生方法

➊二酸化マンガンにオキシドール(過酸化水素水)を加える
二酸化マンガン(黒色、固体)には、オキシドール (過酸化水素水)が分解して酸素を発生するのを助けるはたらきがある。このようなはたらきをする物質を触媒という。

➋酸化銀を加熱する
酸化銀(黒色,固体)を加熱すると、酸化銀が分解して酸素が発生する。この製法は、おもに実験室で酸素を得るときに用いられる。

➌液体空気の分留
空気を冷却して液化させ、それにふくまれるさまざまな成分を、沸点のちがいによってとり出す。酸素を工業的に得るには、この方法が用いられている。

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。

二酸化炭素の性質

空気より重い空気の密度の約1.5倍。

  • 助燃性がない…二酸化炭素は、ろうそくのロウなどの有機物が燃焼すると生じる物質のため、物質が燃焼するのを助ける役目はないとわかる。
  • 水には、やや溶ける…20°Cで、水1cm3に0.88cm3とける。二酸化炭素が水にとけたものを、炭酸水といい、この炭酸水は酸性を示す。
  • 石灰水を白くにごらせる…石灰水に二酸化炭素を通すと、炭酸カルシウム(白色、固体)が沈殿するため、白くにごる。石灰水に通すと石灰水が白くにごりますが、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

  • 石灰石(大理石)や炭酸水素ナトリウムに塩酸を加える…石灰石(白色、固体)や炭酸水素ナトリウム(白色、固体) にうすい塩酸(無色、液体)を注ぐと、二酸化炭素が発生する。
  • 炭酸水素ナトリウムを加熱する
  • 石灰石を加熱する…二酸化炭素を得るには、石灰石を加熱するか、デンプンの発酵を用いている。

水素の性質

  • もっとも軽い気体…さまざまな気体のなかで、もっとも密度が小さな気体(空気の密度の約0.07倍)で拡散する速度が最大である。
  • 可燃性がある…空気中では無色の炎を上げて、水素自身が燃える。水素と酸素が体積比で2:1の割合で混ざり合うと、もっとも激しく燃焼(爆発)するので、この混合比の気体を水素爆鳴気という。
  • 助燃性がない…純粋な水素のなかにろうそくの炎を入れると、ろうそくの炎は消えてしまう。
  • 水にはほとんど解けない…20°Cで、水1cm3に約0.02cm3だけ溶ける。

水素の発生方法

亜鉛などの金属に塩酸や硫酸を加える…亜鉛・鉄・アルミニウム・マグネシウムなどの金属にうすい塩酸や硫酸を加える。

  • 水を電気分解する…水は電気を通しにくいので、水に硫酸や水酸化ナトリウム水溶液を加えてから電気分解すると、陰極で水素が陽極で酸素がそれぞれ発生する。

アンモニアの性質

  • より軽い…空気の密度の約0.6倍。
  • 刺激臭がある…粘膜を強く刺激するので、目、鼻。口に直接触れないようにする。
  • 家によくとける…20°Cで、水1cm3に約760cm3とける。とけた水溶液はアルカリ性を示す。
  • 塩化水素と反応して白煙を生じる…濃アンモニア水に、濃塩酸を近づけると、白煙が生じる。

アンモニアの発生方法

  • 塩化アンモニウムに水酸化カルシウムを加え、加熱する…塩化アンモニウム(白色、固体)に水酸化カルシウム(白色、固体)を加え、混合し加熱する。実験室ではこの方法を用いている。
  • 窒素と水素を混合して高圧で触媒を用いて反応させる…工業的にはこの方法によって得ている。

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

塩化水素

塩化水素は、火山ガス中にも存在する。塩酸は塩化水素の水溶液である。胃液もうすい塩酸である。

塩化水素のつくり方

塩化水素は、食塩と濃硫酸の反応、塩素と水素の合成による方法があります。

  • 食塩(塩化ナトリウム)に濃硫酸を加えてゆるやかに加熱する。
  • 濃塩酸に濃硫酸を滴下する。

などで生成する。食塩(塩化ナトリウム)に濃硫酸を加えるときの化学反応式

  • NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl
  • 塩化ナトリムム + 塩化水素 → 硫酸ナトリウム + 塩化水素

塩化水素の性質

  • 刺激臭のある無色の気体
  • きわめて(よく)水にとけやすい (1Lの水に20°C・1気圧で442Lとける)。
  • 空気中で発煙する。

塩化水素の確認方法

  • 特有の刺激臭。
  • アンモニアNH3と反応して、塩化アンモニウムNH4Clの白い煙を生じる。
  • 塩化水素の水溶液(塩酸)に硝酸銀AgNO3の水溶液を加えると、白い塩化銀AgClが沈殿する。HCl + AgNO3 → AgCl + HNO3

塩化水素の用途

化学調味料・しょうゆ・染料・医薬・合成ゴムなどの原料としてきわめて用途が多い。

そのほか酸性の水溶液

酸性の水溶液は、名称に「〇〇酸」とつく場合が多いです。また、なめると酸っぱかったり、シュワシュワとする性質があります。

 酸性の水溶液 溶質(溶けているもの)  その他覚えること
塩酸 塩化水素(気体)  刺激臭
硫酸 硫酸(液体)
炭酸 二酸化炭素(気体)
雨水 二酸化炭素など
レモン汁(クエン酸) クエン酸

塩酸(HCl)

塩酸は、塩化水素(気体)を水にとかしたもの 気体である塩化水素を水にとかしたものなので、加熱すると気体(塩化水素)を生じる。このように気体を発生しやすいので、揮発性の酸とされる。

  • 塩化水素…火山ガス中にも存在する。塩酸は塩化水素の水溶液である。胃液もうすい塩酸である。

無色刺激臭

無色で、こいものには刺激臭がある 濃塩酸は白煙(塩化水素が空気中の水分にとけたもの)を生じる。

刺激臭といえば、アンモニア。粘膜を強く刺激するので、目、鼻。口に直接触れないようにする。塩化水素と反応して白煙を生じる

白い沈殿

硝酸銀水溶液に加えると、白色の沈殿を生じる白色沈殿は塩化銀である。

加熱する

温度が高くなると、気体の溶解度は一般に小さくなるの で、塩酸を加熱すると塩化水素(気体)が発生する。固体の溶解度は気体の溶解度とは逆に、温度が高くなったほうが大きくなるから、硫酸は加熱してもその成分(三酸化硫黄)が発生することはない。

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