こんにちは！ばっしーです！(^^)/
前回からスタートした２年生の内容ですが
化学の分野、物質の成り立ちについてです(^^)b
ここは少し範囲が広くなってしまうので、『物質の成り立ち』は前回と今回の２回でまとめています。
前回は酸化銀、炭酸水素ナトリウム、水の電気分解についてやりましたので
今回は硫化鉄、酸化銅の還元についてやります！
一緒に載せている学習プリントのKYD！(これさえやっときゃー大丈夫！)プリントも、ぜひ取り組んでみてくださいね(^^♪
はじめに確認
今回の指導要領の改訂で、いくつかの重要語句が削除されました！
生徒は「やったー！覚える語句減ったー(^皿^)」って感じるでしょうが、非常に簡単な語句たちです(^^;)
教える方としては、結構大変で
「短く言えるのに、いちいち長い言い回しをしなくちゃいけないのかー( ；∀；)」って感じです。
ブログで書くと、長い文章になり、かなり伝わりにくくなるなと感じます…
なので、ここで紹介しておきますので、覚えてください！！(^^;)
出典：諌山創「進撃の巨人」より
エレンもびっくりですが大丈夫！非常に簡単です。
２語だけです(^^)/
まずは化合！
物質どうしが結びつくことです(^^)
例えば「水素と酸素は結びついて水」になりますよね？
水素と酸素が『化合』するわけです。
銀と酸素が化合すれば、酸化銀になるし
炭酸ナトリウムと二酸化炭素と水が化合すると、炭酸ナトリウムになるわけです(^^)
次に酸化！
酸素と化合することです(^^)
先ほどの例で「水素と酸素は結びついて水」になりますと書きましたが
水素が『酸化』して、水ができるわけです(^^)
銀が酸化して、酸化銀になり
炭素が酸化して、二酸化炭素になります(^^)/
金属において酸化というのは、さびることです。
例えば銅なんかはすぐさびて、黒ずみますよね？(^^;)
銅が酸化して、酸化銅になっているわけです！
他にも、さびた鉄は「酸化鉄」、さびた銀は「酸化銀」です(^^)
逆に考えると、酸素がなければ、さびないということですね(^^)/
鉄と硫黄の混合物を加熱する実験
加熱直前まで
これはチョーくさい！びっくりするほどくさい実験ですね！！( ;∀;)
実験すると盛り上げること間違いなし！忘れられない思い出になります(^^;)
まず、鉄はこちら！
鉄の性質は、金属につくということ。
金属なので、塩酸に入れると水素が発生するということが挙げられます。
続いて硫黄です！
よく硫黄というと、「クサイ！」といわれたりもしますが、実は硫黄自体は無臭です(^^)
火山や温泉などで匂う、『卵がくさったようなにおい』というのは、実は硫化水素のにおいなのです(^^)/
あの独特なくさいにおいは「腐卵臭(ふらんしゅう)」と呼ばれます！
そのまんま、「腐った卵の臭い」というわけですね(^^)
この実験では鉄粉(1.4g)と硫黄(0.8g)を乳鉢、乳棒でよくかき混ぜます。
そのうち1/4をアの試験管に入れ、3/4をイの試験管に入れます。
アはこのまま何もしないのですが、イの方は加熱します。
なぜアの試験管を作るかというと、加熱後の物質(イの方でできた物質)と比較するためです(^^)
だから生成する硫化鉄は、約1.65g程度になります！
量的にはわずかなんですが、それでもくさいですよね～(^^;)
加熱中～
さて、イの方は、写真のように装置を組み立て、上部を加熱します。
しばらくたつと、加熱部分が赤くなります！
赤くなったら炎を遠ざけ、すぐ加熱をやめてください!(^^)!
なんとこの実験、加熱をやめても反応が進んでいくのです！
これは、鉄と硫黄が反応するときに、光と熱を出すからです！
自ら出した熱によって、炎で加熱しなくても、次から次へと反応が続いていくわけです( ﾟДﾟ)
このように、加熱をやめてもちゃんと全て反応しきりました(^^)/
このような反応を発熱反応といいます！
発熱反応は実はそれほど珍しいものではありません(^^)
先ほど書いた、鉄と塩酸の反応も、なんと発熱反応なのです(^^)/
触ってみると熱いですよ～
加熱後
この実験によってできた物質は硫化鉄といいます。
もちろん硫化鉄は、鉄とも、硫黄とも全く違うものです。
実際に比べてみましょう！
写真のように、磁石につきにくいです。
左が鉄・硫黄の混合物であるアの試験管。
右が反応させてつくった硫化鉄、イの試験管です！
鉄は磁石に付きますから、比べると違いがわかりますね(^^)/
次に、塩酸を入れます！
鉄・硫黄のアに入れると発生するのは…
当然水素ですね！
先ほども書きましたが、鉄と塩酸の反応で、水素が発生します(^^)
一方、硫化鉄に塩酸を入れると、発生するのはなんと硫化水素です！
前述のとおり、あの超～クサイやつです( ;∀;)
くさいので盛り上がりますが、一応有毒ですので、においすぎはやめましょう(^^;)
においをかぐときは『手であおぐようにかぐ』ですね！
換気もしっかりと行いましょう(^^)/
他にも硫化鉄は、電流を通さないけれど、鉄と硫黄の混合物の方は鉄が入っていますので、電流を通します。
鉄・硫黄と硫化鉄というのは、全く別の物質であるということがわかりますね(^^)
ちなみに、物質が硫黄とくっつく(化合する)ことを硫化といいます！
また、硫化してできた物質を硫化物といいます。
今回は鉄を硫化させ、硫化鉄という硫化物を作ったわけですね(^^)/
まとめると、今回起こした化学反応は「鉄 ＋ 硫黄 → 硫化鉄」です！
化学反応式で書くと「Fe ＋ S → FeS」となります。
(ちょこっと補足)銅と硫黄の反応
補足ですが、銅も硫黄と反応します。
常温でも反応するし、加熱すると激しく反応します！
生成する物質は『硫化銅』となります(^^)
「銅 ＋ 硫黄 → 硫化銅」と書け
化学反応式で書くと「Cu ＋ S → CuS」となります！
銅が硫化し、硫化銅という硫化物が生成するわけです(^^)/
酸化銅を炭で還元する実験
加熱まで
続いては酸化銅と炭を混ぜ、加熱する実験です(^^)/
酸化銅がこちらで( ..)φ
炭がこちらです(^^)/
どっちも黒い！(^^;)
特に炭は、手に付くと、手まで真っ黒です．．．
これらを混ぜて、加熱します！
この反応は酸化銅 ＋ 炭素 → 銅 ＋ 二酸化炭素の反応です！
化学反応式で書くと『２CuO → C ＋ ２Cu ＋ CO₂』ですね(^^)
二酸化炭素が発生するので、下の写真のような装置を作ります(^^)/
写真のように、管の先には石灰水を入れておきます。
こうすることで、発生した二酸化炭素が、石灰水を白くにごらせます(^^)/
実際に実験してみると、下の写真のような感じで白くにごりました！
白くにごっていますね！
二酸化炭素が発生したことがわかります(^^)
加熱をやめてから
加熱をやめる前に、ゴム管の先を石灰水から抜いておきましょう(^^)
この実験だけではなく、加熱の実験ではいつものことですね！
抜いておかないと、石灰水が逆流してしまいますので、最悪試験管が割れます(^^;)
「なぜ割れるのですか？」とたまに聞かれることがあったので、詳しく書いておきますね！
ただ、ここまで詳しく問われるテストはなかなかないと思いますが…
必要なければ飛ばしてください…(^^;)
割れるまでの流れとしては
② 冷えると試験管内の気圧が下がる
③ 気圧が下がると、試験管内に空気を吸い込もうとする
(下がった気圧を戻そうとする)
④ 石灰水が吸い込まれる
⑤ 常温の石灰水が、試験管内の熱い加熱部に触れる
⑥ 加熱部が一気に冷える
⑦ ガラスが一気に冷え、縮む
(熱いものは膨張し、冷たいものは収縮するため)
⑧ 縮む力に耐えられず、ガラスが割れる
というかんじです！
長いストーリーになりましたね(^^;)
本題とは少しそれましたね…
スルーしてもいいと思いますが、知っておいて損は絶対にありませんよ！(^^)/
加熱後、残る物質(できる物質)は銅です。
銅は、すぐ酸化してしまう(サビる)ので、加熱をやめた直後には、ゴム管をピンチコックでとじましょう。
ピカピカの10円玉って、なかなかないですよね？
銅はさびやすいからです(^^;)
せっかくできた銅ですが、空気が試験管内に入ってくると、また酸素とくっつきます(サビます)。
そしてまた酸化銅(サビた銅)に逆戻りです…(^^;)
それを防ぐためにピンチコックで、気体が入ってくるのをブロックします(^^)/
ピンチコックとは、こちら！
これでゴム管を閉じましょう(^^)/
空気が入ってこなくなります。
では銅を取り出しましょう！
写真のように、加熱後の物質を水の中に入れ、かき混ぜます。
かき混ぜると、軽い(水より密度が小さい)炭は浮きます！
反対に重い(水より密度が大きい)銅は沈みます。
これで炭と銅が分かれました(^^)
底に残ったものが銅になります！
炭の部分はいらないので捨ててしまいましょう(^皿^)
水と一緒に炭を流し、沈んでいる銅だけ残します。
銅の特徴は赤色の固体ということ。
それからこすると金属光沢を生じるということです(^^)
写真のように、赤色をしていますね！
ろ紙かなんかに取り出して、乳棒でこすると…
きらきら光りだします！
銅は金属ですので、金属光沢がありますね(^^)/
「赤色」、「金属光沢」という性質を確認することができました。
酸化と還元
先ほど、この実験は酸化銅 ＋ 炭素 → 銅 ＋ 二酸化炭素だと書きましたが
銅に注目すると、『酸化銅 → 銅』となっています(‘ω’)
化学式で書くと『CuOがCu』になっているわけです。
酸素がくっついていた(化合していた)銅から、酸素が取れていますね！
このことを還元といいます(^^)
だからこの実験では、酸化銅が還元されて、銅になっているということですね！
一方、炭素に注目すると『炭素 → 二酸化炭素』となっています(‘ω’)
化学式で書くと『CがCO₂』になっているわけです。
炭素に酸素がくっつきましたね！
このことを酸化といいます(^^)/
この実験では、炭素が酸化して、二酸化炭素になっているということです！
このように、酸化と還元はセットで起きます！
何かが酸化されれば、同時に違う何かが還元されているわけです!(^^)!
今回は炭素が酸化した代わりに、酸化銅が銅に還元されています。
炭素の方が、銅よりも酸化されやすいという性質をもっているため、今回のような反応を起こすことができるのです(^^)/
(ちょこっと余談)鉄の精錬
私たちの生活には、実は還元はなくてはならないものなのです！(・∀・)
代表的なものが製鉄！
鉄をつくるということです(^^)
鉄を作るためには、まず鉄鉱石という鉱石を掘ってきます！
鉄鉱石は、主にオーストラリアやブラジルから運ばれてきます。
100％の輸入依存度で、完全に輸入に頼っている状況です(^^;)
それにコークス(炭素)を加えます。
溶鉱炉の中で加熱し、鉄を取り出すのです！
この実験とまさに同じ！
酸化鉄 ＋ 炭素 → 鉄 ＋ 二酸化炭素の反応を起こすのです(^^)/
だから鉄を作るときには大量の二酸化炭素が発生します(‘_’)
地球にとってあまり喜ばしいことではありませんね。
実際、日本全体の年間の二酸化炭素排出量のうち、十数パーセントは製鉄によって出されているそうです(*_*)
製鉄会社も、もちろん排出の削減に努めていますが、近年は削減量も頭打ちになってきているようです。
大きな技術の革新がないと厳しいようです…
私たちの身の回りには鉄でできたものがたくさんありますが、大事にしていかなくちゃいけないですね！
KYD！プリント
今回もちょっと長くなりましたが
学習プリントのKYD！(これさえやっときゃー大丈夫！)プリントには大事な出るとこだけギュッ！とまとめています！
ぜひご活用ください！(^^)/
【問題プリント】
KYD② 物質の成り立ち②
【解答】
KYD② 物質の成り立ち② 解答
KYD！プリントの使い方については、私のオススメの方法を
KYD！プリントについて＆利用規約
に書いていますので、参考にしてください。
良いなと思ってもらえたら、人に紹介して頂いたり、ブックマークをして頂けると幸いです！
読んで頂きありがとうございました！(^^)/
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