中学校理科の第1学年、第1分野「身の回りの物質」の「気体の発生と性質」の内容です。学習指導要領解説には、水への溶けやすさ、空気に対する密度の大小など気体によって特性があり、それに応じた捕集法があることを理解させる、と書かれています。水にとけにくい気体は、水と入れかえて集める水上置換法で集めます。空気がまざりにくく、集まった量も見やすい方法です。水にとけやすい気体は、空気より重いものを下方置換法で、空気より軽いものを上方置換法で集めます。このプリントでは、2つの気体を例にします。水素は、亜鉛などの金属にうすい塩酸を加えると発生し、物質の中でもっとも密度が小さい気体です。水にとけにくいので水上置換法で集め、火を近づけるとポンと音を立てて燃えて水ができます。アンモニアは、塩化アンモニウムと水酸化カルシウムの混合物を加熱すると発生します。刺激臭があり、空気より軽く、水に非常にとけやすいので上方置換法で集めます。水溶液はアルカリ性で、赤色リトマス紙を青色に変えます。気体の実験では、容器の破裂や火傷に注意し、理科室の換気にも気を配ります。アンモニアのような刺激臭のある気体では、とくに換気が必要です。実験は教科書や先生の指示に従って行います。

つまずきやすいところ

「水にとけるか」と「空気より重いか軽いか」の2つの条件を混ぜて判断してしまいます。まず水へのとけやすさで水上置換法かどうかを決め、次に空気との重さを見る、と順を決めると迷いにくくなります。
水素は空気より軽いので上方置換法、と答える間違いが見られます。水にとけにくい気体は、軽くても水上置換法で集めます(とけにくさを先に見る)。
上方置換法と下方置換法で、集める容器の向きを取り違えることがあります。軽い気体は上にたまるので、容器の口を下に向けて集めるのが上方置換法です。
二酸化炭素は水に少しとけるのに水上置換法でも集められる、という点に戸惑います。少ししかとけないので水上置換法でも集められ、空気より重いので下方置換法でも集められます。

教え方・声かけのコツ

気体ごとに「水へのとけやすさ」「空気より重いか軽いか」の2つを表にして、集め方との対応を一枚の表で整理すると、判断の順序が定着します。紙面の表(空気を1としたとき、水素 0.07、アンモニア 0.60、酸素 1.11、二酸化炭素 1.53)も手がかりになります。
集め方の図を見て、「この装置では、集まった気体が水と空気のどちらを押し出しているか」を言葉にすると、しくみの理解が深まります。
水素は火を近づけると燃え、アンモニアは刺激臭があるので、においは手であおいでかぐなど、実験の約束とセットで覚えさせます。
気体の性質の単元とあわせて、1つの気体ごとに「発生法・集め方・確かめ方」を1行にまとめると、知識がまとまります。

運営者の見方

この単元は「気体の集め方といろいろな気体」として、集め方の判断と、水素・アンモニアの2つの気体を組にしました。酸素と二酸化炭素は、ひとつ前の「気体の性質」の単元で扱っています。「ポイント」は、3つの集め方の図と条件、水素の発生と性質、アンモニアの発生と性質(噴水実験の補足と、空気を1とした密度の表)、例題の4つで、例題の補足には二酸化炭素・塩化水素・アンモニア・水素の集め方の理由をまとめました。この単元に公式や計算はありません。「問題」は、集め方の名前と水上置換法のよい点を問う大問、文から水素かアンモニアかを答える大問、上方置換法で集めた気体が赤色リトマス紙を青くした結果から気体と性質を考える実験・考察の大問の3つです。赤い字は赤シートで消える語句で、水上置換法・上方置換法・下方置換法、水素、アンモニアを確かめられます。

よくある質問

Q. 水上置換法で集められる気体は、どんな気体ですか。
A. 水にとけにくい気体です。水素や酸素などが代表的です。二酸化炭素は水に少しとけますが、水上置換法でも集められます。

Q. 上方置換法と下方置換法は、どう使い分けますか。
A. 水にとけやすい気体のうち、空気より軽いもの(アンモニアなど)は上方置換法、重いもの(塩化水素など)は下方置換法です。

Q. アンモニアを水上置換法で集めないのはなぜですか。
A. 水に非常にとけやすく、集める前に水にとけてしまうからです。空気より軽いので、上方置換法で集めます。