この教材で学ぶこと
到達目標
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代表的な気体の発生反応を答えられる
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気体の性質から捕集法を判断できる
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水上置換・上方置換・下方置換を区別できる
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気体の確認法を説明できる
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NH₃、CO₂、H₂、O₂、Cl₂、SO₂、H₂Sなどの性質を整理できる
前提知識
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気体の性質
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酸・塩基
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酸化還元
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無機化学
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実験操作
1
気体発生反応のポイント
無機化学では、気体を発生させる反応がよく出ます。
気体発生反応では、何から何の気体が出るか、発生した気体の性質、捕集法、確認法をセットで覚えることが大切です。
気体の性質には、水に溶けやすいか、空気より重いか軽いか、有毒か、においがあるかなどがあります。
特にNH₃、CO₂、H₂、O₂、Cl₂、SO₂、H₂Sは頻出です。
気体発生反応で覚えること
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項目
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内容
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発生方法
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どの物質を反応させるか
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性質
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色、におい、水への溶けやすさ、有毒性
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捕集法
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水上置換、上方置換、下方置換
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確認法
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石灰水、リトマス紙、火のついた線香など
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確認ポイント
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気体発生反応では発生方法・性質・捕集法・確認法をセットで覚えることを理解できる
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代表的な気体を挙げられる
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2
気体の捕集法
気体の捕集法には、水上置換、上方置換、下方置換があります。
水に溶けにくい気体は、水上置換で集められます。
空気より軽く、水に溶けやすい気体は、上方置換で集めます。
空気より重く、水に溶けやすい気体は、下方置換で集めます。
捕集法は、気体の水への溶けやすさと空気に対する密度で判断します。
気体の捕集法
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捕集法
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使う条件
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例
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水上置換
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水に溶けにくい
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H₂、O₂、N₂
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上方置換
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空気より軽く、水に溶けやすい
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NH₃
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下方置換
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空気より重く、水に溶けやすい
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CO₂、Cl₂、HCl、SO₂
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確認ポイント
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水上置換・上方置換・下方置換を区別できる
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気体の性質から捕集法を判断できる
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3
水素 H₂
水素 H₂ は、金属と酸の反応などで発生します。
たとえば、亜鉛 Zn に希塩酸 HCl を加えると水素が発生します。
水素は無色・無臭で、水に溶けにくく、空気より軽い気体です。
水に溶けにくいため、水上置換で集められます。
水素は燃える気体で、火を近づけるとポンという音を出して燃えることがあります。
亜鉛と塩酸
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
金属と酸の反応で水素が発生します。
水素の性質
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項目
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内容
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色・におい
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無色・無臭
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水への溶けやすさ
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溶けにくい
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空気との比較
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軽い
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捕集法
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水上置換
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確認法
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火を近づけるとポンと音を立てて燃える
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確認ポイント
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金属と酸で水素が発生することを説明できる
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水素の捕集法と確認法を答えられる
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4
酸素 O₂
酸素 O₂ は、過酸化水素水の分解などで発生します。
過酸化水素 H₂O₂ は、二酸化マンガン MnO₂ を触媒として分解し、酸素を発生します。
酸素は無色・無臭で、水に溶けにくい気体です。
そのため、水上置換で集められます。
酸素は助燃性をもち、火のついた線香を激しく燃え上がらせます。
過酸化水素の分解
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
MnO₂は触媒として働きます。
酸素の性質
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項目
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内容
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色・におい
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無色・無臭
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水への溶けやすさ
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溶けにくい
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捕集法
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水上置換
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性質
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助燃性
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確認法
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火のついた線香が激しく燃える
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確認ポイント
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過酸化水素の分解で酸素が発生することを説明できる
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酸素の助燃性を説明できる
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5
二酸化炭素 CO₂
二酸化炭素 CO₂ は、炭酸カルシウム CaCO₃ に希塩酸を加えると発生します。
二酸化炭素は無色・無臭で、空気より重い気体です。
水に少し溶け、酸性を示します。
捕集法としては下方置換が使われます。
二酸化炭素は石灰水を白く濁らせることで確認できます。
炭酸カルシウムと塩酸
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂
炭酸塩に酸を加えるとCO₂が発生します。
石灰水との反応
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
CaCO₃の白色沈殿により石灰水が白く濁ります。
二酸化炭素の性質
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項目
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内容
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色・におい
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無色・無臭
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空気との比較
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重い
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捕集法
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下方置換
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水溶液の性質
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弱酸性
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確認法
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石灰水を白く濁らせる
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確認ポイント
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炭酸塩と酸でCO₂が発生することを説明できる
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CO₂が石灰水を白く濁らせることを覚える
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6
アンモニア NH₃
アンモニア NH₃ は、アンモニウム塩に強塩基を加えて加熱すると発生します。
たとえば、塩化アンモニウム NH₄Cl と水酸化カルシウム Ca(OH)₂ を混ぜて加熱するとNH₃が発生します。
アンモニアは無色で刺激臭があり、水に非常によく溶けます。
空気より軽く、水に溶けやすいため、上方置換で集めます。
湿った赤色リトマス紙を青色に変えることで確認できます。
アンモニアの発生
2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃
アンモニウム塩に強塩基を加えて加熱します。
アンモニアの性質
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項目
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内容
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色・におい
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無色・刺激臭
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水への溶けやすさ
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非常によく溶ける
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空気との比較
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軽い
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捕集法
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上方置換
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確認法
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湿った赤色リトマス紙を青色に変える
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確認ポイント
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アンモニウム塩と強塩基でNH₃が発生することを説明できる
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NH₃を上方置換で集める理由を説明できる
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NH₃が塩基性を示すことを理解できる
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7
塩素 Cl₂
塩素 Cl₂ は、酸化剤を使って塩化物イオン Cl⁻ を酸化すると発生します。
実験室では、さらし粉や二酸化マンガンと塩酸を使う方法が扱われます。
塩素は黄緑色で刺激臭があり、有毒な気体です。
水に少し溶け、空気より重いため、下方置換で集めます。
塩素には漂白作用と酸化作用があります。
二酸化マンガンと塩酸
MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂
Cl⁻が酸化されてCl₂になります。
塩素の性質
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項目
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内容
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色・におい
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黄緑色・刺激臭
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毒性
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有毒
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空気との比較
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重い
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捕集法
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下方置換
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性質
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酸化作用、漂白作用
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確認ポイント
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Cl₂が黄緑色で有毒な気体であることを覚える
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Cl₂に酸化作用と漂白作用があることを説明できる
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8
二酸化硫黄 SO₂
二酸化硫黄 SO₂ は、亜硫酸塩に酸を加えると発生します。
SO₂は無色で刺激臭があり、有毒な気体です。
水に溶けて酸性を示します。
SO₂は還元作用を示すことが多く、酸化剤によって硫酸イオン SO₄²⁻ に酸化されます。
また、漂白作用をもつ気体としても扱われます。
亜硫酸塩と酸
SO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + SO₂
亜硫酸塩に酸を加えるとSO₂が発生します。
二酸化硫黄の性質
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項目
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内容
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色・におい
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無色・刺激臭
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毒性
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有毒
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水溶液の性質
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酸性
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主な性質
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還元作用、漂白作用
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捕集法
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下方置換
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確認ポイント
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亜硫酸塩に酸を加えるとSO₂が発生することを説明できる
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SO₂に還元作用と漂白作用があることを理解できる
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9
硫化水素 H₂S
硫化水素 H₂S は、硫化物に酸を加えると発生します。
H₂Sは無色で腐卵臭があり、有毒な気体です。
腐卵臭とは、腐った卵のようなにおいのことです。
H₂Sは水に少し溶け、弱酸性を示します。
金属イオンと反応して硫化物沈殿を作るため、金属イオンの系統分離で重要です。
硫化鉄と塩酸
FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S
硫化物に酸を加えるとH₂Sが発生します。
硫化水素の性質
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項目
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内容
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色・におい
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無色・腐卵臭
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毒性
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有毒
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水溶液の性質
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弱酸性
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主な性質
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金属イオンと硫化物沈殿を作る
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捕集法
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下方置換
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確認ポイント
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硫化物に酸を加えるとH₂Sが発生することを説明できる
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H₂Sが腐卵臭をもつ有毒な気体であることを覚える
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10
塩化水素 HCl
塩化水素 HCl は、塩化ナトリウム NaCl に濃硫酸を加えて加熱すると発生します。
HClは無色で刺激臭があり、水に非常によく溶けます。
HClが水に溶けたものが塩酸です。
水に非常によく溶け、空気より重いため、下方置換で集めます。
湿った青色リトマス紙を赤色に変えることで酸性を確認できます。
塩化水素の発生
NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl
塩化物に濃硫酸を作用させるとHClが発生します。
塩化水素の性質
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項目
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内容
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色・におい
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無色・刺激臭
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水への溶けやすさ
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非常によく溶ける
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水溶液
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塩酸
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捕集法
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下方置換
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確認法
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湿った青色リトマス紙を赤色に変える
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確認ポイント
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NaClと濃硫酸でHClが発生することを説明できる
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HClが水に溶けて塩酸になることを理解できる
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11
気体発生反応まとめ表
気体発生反応は、反応物、発生気体、捕集法、確認法をまとめて覚えると効率的です。
問題では『何を加えると何の気体が発生するか』や『この気体の確認法は何か』がよく問われます。
代表的な気体発生反応
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気体
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発生方法
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捕集法
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確認法・特徴
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H₂
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金属 + 酸
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水上置換
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火でポンと音を立てる
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O₂
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H₂O₂の分解
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水上置換
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線香が激しく燃える
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CO₂
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炭酸塩 + 酸
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下方置換
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石灰水を白濁
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NH₃
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アンモニウム塩 + 強塩基
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上方置換
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赤色リトマス紙を青色
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Cl₂
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塩化物イオンを酸化
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下方置換
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黄緑色、有毒、漂白作用
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SO₂
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亜硫酸塩 + 酸
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下方置換
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刺激臭、還元作用
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H₂S
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硫化物 + 酸
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下方置換
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腐卵臭、有毒
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HCl
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塩化物 + 濃硫酸
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下方置換
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水に非常によく溶ける
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確認ポイント
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代表的な気体の発生方法を答えられる
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捕集法と確認法をセットで覚えられる
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12
気体発生反応まとめ例題
気体発生の問題では、発生方法、気体の性質、捕集法、確認法がセットで問われます。
特にNH₃、CO₂、H₂、O₂、Cl₂、SO₂、H₂Sは優先して覚えましょう。
例題：炭酸カルシウムに希塩酸を加えると発生する気体は何か。
答え：二酸化炭素 CO₂
炭酸塩に酸を加えるとCO₂が発生します。
例題：アンモニアを集める捕集法は何か。
答え：上方置換
NH₃は水に非常によく溶け、空気より軽いため上方置換で集めます。
例題：酸素の確認法を答えなさい。
答え：火のついた線香を激しく燃え上がらせる。
酸素には助燃性があります。
例題：二酸化炭素の確認法を答えなさい。
答え：石灰水を白く濁らせる。
CO₂がCa(OH)₂と反応してCaCO₃の白色沈殿を作ります。
例題：硫化水素のにおいの特徴を答えなさい。
答え：腐卵臭
H₂Sは腐った卵のようなにおいをもつ有毒な気体です。
確認ポイント
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代表的な気体の発生反応を答えられる
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気体の性質から捕集法を判断できる
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気体の確認法を説明できる
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