気体の発生と性質
酸素・二酸化炭素・水素・アンモニアなど、中学化学で扱う代表的な気体の発生方法と性質を学びます。
基本知識
酸素 (O2): 二酸化マンガンに過酸化水素水(オキシドール)を加えて発生。色・におい無し、水に溶けにくい。ものを燃やすはたらき(助燃性)。
二酸化炭素 (CO2): 石灰石に塩酸を加えて発生。色・におい無し、水に少し溶けて酸性を示す。石灰水を白く濁らせる(検出法)。
水素 (H2): 亜鉛に塩酸を加えて発生。色・におい無し、最も軽い。火を近づけるとポンと音を立てて燃え水になる。
アンモニア (NH3): 塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜて加熱。刺激臭、水によく溶けアルカリ性、空気より軽い(上方置換)。
気体の集め方は3つ: 水上置換(水に溶けにくい気体)、下方置換(空気より重い)、上方置換(空気より軽い)。
📘 重要用語
助燃性（他のものを燃やす性質。酸素の特徴）
石灰水（水酸化カルシウム水溶液。CO2で白濁する）
水上置換法（水と置き換えて集める。水に溶けにくい気体に使う）
下方置換法（空気より重い気体を下から集める）
上方置換法（空気より軽い気体を上から集める）
BTB溶液（酸性で黄、中性で緑、アルカリ性で青に変わる指示薬）
助燃性（他のものを燃やす性質。酸素の特徴）
石灰水（水酸化カルシウム水溶液。CO2で白濁する）
水上置換法（水と置き換えて集める。水に溶けにくい気体に使う）
下方置換法（空気より重い気体を下から集める）
上方置換法（空気より軽い気体を上から集める）
BTB溶液（酸性で黄、中性で緑、アルカリ性で青に変わる指示薬）
深掘り (背景・意義)
気体ごとの性質は、後に学ぶ分子の構造から理解できます。アンモニア(NH3)は極性が大きく水と水素結合を作るため水に非常によく溶け(1Lの水に約700L溶ける)、酸素や水素は無極性で水に溶けにくいのです。
気体の集め方は性質に合わせて選びます。水素を下方置換すると、空気より軽いので逃げてしまいます。逆に塩素のような有毒で空気より重い気体を上方置換すると、室内に充満して危険です。安全と効率を両立させるための実験の知恵がここにあります。
💡 ポイント
- 酸素＝オキシドール+二酸化マンガン、助燃性
- 二酸化炭素＝石灰石+塩酸、石灰水を白濁
- 水素＝亜鉛+塩酸、最軽量、ポンと燃える
- アンモニア＝刺激臭・水によく溶ける・アルカリ性
- 水上置換＝水に溶けにくい(O2, H2)
- 下方置換＝空気より重い(CO2, 塩素)
- 上方置換＝空気より軽い(NH3)
注意点 (混同しやすい)
① 酸素は助燃性であって自身が燃えるわけではない。燃えるのは水素。② 二酸化炭素は水に少し溶けるので水上置換もOKだが、より純粋には下方置換。③ アンモニアは水によく溶けるため水上置換は不可。④ 石灰水(Ca(OH)2水溶液)と石灰石(CaCO3)は別物。
練習
- 二酸化炭素を石灰水に通すとどうなるか。
- アンモニアの集め方を、その理由とともに答えなさい。
- 水素に火を近づけるとどうなるか。