理科1年 化学

物質の性質 気体 水溶液 状態変化

 物質の性質
 [要点-金属]
 
物体(ものを,外見から判断する場合)
物質(ものを,つくっている材料から判断する場合)
・金属の性質:
 ① みがくと光る(金属光沢)
 ② たたくとよくのびる
 ③ 電気や熱を通す(非金属でも電気を通すものもある))
・磁石に引きつけられるものとそうでないものがある。


ものを外見から判断する場合を物体というのに対し,ものを,つくっている材料から判断する場合を物質という。

金属に共通する性質は,
(1)みがくと光る、金属光沢
(2)たたくと,のばしたり,広げたりできる
(3)電流が流れやすく,が伝わりやすい の3つである。

鉄などは磁石に引きつけられるが,銅やアルミなどは引きつけられない。
したがって,磁石に引きつけられることは金属に共通の性質ではない

金属でないものは非金属という。


 物体と物質



ものを,外見から判断する場合は物体という。
これに対して,ものをつくっている材料から判断する場合は物質という。
例えば,コップには,プラスチック製,ガラス製などがある。
コップは物体であり,その材料のプラスチックやガラスは物質である。
また,スチールかんは物体であり,その材料の鉄は物質である。
シャープペンの芯は物体であり,その材料の炭素は物質である。

 金属の性質
 


①物質は金属と非金属に分けられる。
金属に共通な性質の中で最も重要なのは,電気をよく通すということである。
非金属は,炭素(鉛筆の芯など)をのぞけば一般に電気を通さない。
これに対し,磁石につくことは,金属に共通の性質ではない。
すなわち,鉄は磁石につくが,アルミニウムや銅は磁石につかない。



②金属は電気だけでなく,熱もよく伝える。
やかんやなべの材料として金属を用いるのは金属が熱を伝えやすいためである。
やかんの手で持つ部分は,熱を伝えにくい他の物質(プラスチックなど)が使われる。
金属をみがくと,金属特有の金属光沢が出ることも,金属に共通の性質である。
日本の弥生時代から古墳時代に使用されていた銅鏡(青銅器)は,
この金属光沢を利用したものである。
そのほかに,たたくとよく広がり,引っ張るとのびるという共通の性質がある。

 [要点-物質の密度]
 
(1) 上皿てんびん

 

・調整ねじで調節→針が左右に等しく振れればつりあっている。
・右ききの場合操作するものを右にのせる
 (薬品をはかりとる場合は,両方の皿に薬包紙をのせ,薬品を右にのせる。
 物体の質量をはかるときは分銅を右にのせる)。(分銅はピンセットであつかう)。
・分銅は重いものから先にのせる。(1g=1000mg)
・しまうときは,一方の皿を他方の皿に重ねておく。

(2) メスシリンダー

 

・目の位置は液面と同じ高さ。液面のへこんだ部分を真横から読む。
・1めもりの10分の1まで読む。

(3) 密度
・ふつう1cm3あたりの質量(g)で表す。
 物質によって密度が異なるので物質を見分けることができる。

 

 (上皿てんびん) 
   
まず,水平な台の上に置き皿をのせる。
次に,何ものせていない状態で,Bの調節ねじでAの針の振れ幅が,左右等しくなるように調節する。

右利きの人が物体をはかる場合,物体をの皿にのせ,右手で操作しやすいように分銅をの皿にのせる。
また分銅は重いものからのせていく。

粉末の物質をはかるときには,皿に直接のせず,両方の皿に薬包紙をしいておく。
右手で操作するのは薬品なので,薬品を右の薬包紙にのせ,左に分銅をのせる。
使い終わったら,皿を片方に重ねておく。

 (メスシリンダー) 
   
メスシリンダーの目盛りは,図のbの方向からCの位置を読む。

めもりは目分量で1めもりの10分の1まで読みとる。

この図の場合は9.20 cm3と読める。
  (密度) 

密度は,(質量)÷(体積)で計算する。

たとえば,体積が5cm3で質量が20gの物質の密度は,(20÷5=4g/cm3) である。

同じ物質では密度は同じで,物質が異なれば密度は異なる
 

 上皿てんびんの操作
 


まず,水平な台の上に置き,皿をのせる。
次に,うでを静かに振らせて,指針(ししん)のふれが左右同じになるように,
調節ねじを回して調節する。
(静止させた状態で針が中央を指していてもつり合っていないことがあるからである) 
分銅(ふんどう)は重い方からのせていく。

分銅と物質(薬品や物体)のどちらを右にのせるかは,次の2つの場合によって異なる。
1) ある物体の質量をはかる場合(右利きの人の場合)
はかろうとおもう物体を左の皿にのせる。
物体の質量より少し重いと思われる分銅を右の皿にのせる。
分銅のほうが重かったら,1つ軽い分銅にとりかえる。
分銅を右側にのせるのは,ピンセットを右手に持って分銅をあつかうので,
右の皿のほうが操作しやすいためである。
2) 薬品を一定量はかりとる場合(右利きの人の場合)
左右の皿に薬包紙をのせ,左側の皿にはかりとる質量の分銅をのせる
(薬包紙をおかないと皿に薬品が付着してしまう)。
右の皿に薬品を少しずつのせて,つりあわせる。
右の皿に薬品をのせるのは,右手でさじを使って薬品をあつかうので,
右の皿のほうが操作しやすいためである。
使い終わったら,上皿てんびんのうでが動かないように,皿を片方に重ねておく。

 メスシリンダー
 


目の位置は液面と同じ高さ。
液面のへこんだ部分を真横(イの方向)から読む。
メスシリンダーのめもりは1 cm3なので,
1目盛りの10分の1の0.1 cm3の位まで読む。
したがって,35 cm3では間違い。
35.0 cm3と0.1 cm3の位まで読んだことが分かるように表す。

 物質の密度の測定
 


ある物質が他の物質とくらべて重いとか軽いとかいう場合,
同じ体積の質量をくらべなければならない。
ふつう物質1 cm3あたりの質量をくらべる。
物質1 cm3あたりの質量を,その物質の密度という。
(密度)=(質量)÷(体積)で計算する。
密度は物質によって異なっているので,
密度が同じならば,同じ物質と判定できる。

 [要点-有機物と無機物・プラスチック]
 
(1) ガスバーナーの操作
 
 

火のつけ方:ガス調節ねじと空気調節ねじが閉じていることを確認する→元せんを開く→マッチに火をつけてからガス調節ねじをゆるめ,火をななめ下から近づける→炎の大きさを調整する→炎は最初赤色(空気が少ないから)。
空気調節ねじで炎を青色の三角形にする。

・炎が赤くすすが多いとき,空気の量が不足しているので空気調節ねじを開く方向に回す。
炎が大きすぎるときは,まず空気調節ねじを回して空気の量を減らしてからガス調節ねじを回してガスの量を減らす。

火の消し方:空気調節ねじを閉める→ガス調節ねじを閉める→元せんを閉める。

(2)有機物と無機物
・炭素が燃えると二酸化炭素が発生する。
 二酸化炭素は石灰水を白くにごらせる。

・生物体を作っているものは,炭素を主成分にしているため,燃やすと黒くこげて,二酸化炭素 が発生する。
 炭素を含む物質を有機物という。有機物以外の物質を無機物という。

・実験:砂糖や小麦粉を加熱→黒くこげる,二酸化炭素が発生→石灰水を白くにごらせる。

・有機物の例:植物から作ったもの:砂糖(サトウキビ),紙(パルプ),ろう,エタノール

・化石燃料(昔の生物):石油,プロパンガス,石油から作ったプラスチック

・無機物の例:食塩,金属(鉄,アルミなど),ガラス,水,酸素など

(3) プラスチック
・プラスチックは石油を精製して得られるナフサという物質を原料としている。
 石油は,大昔の生物の死骸が海底や湖底に堆積し化石化したもので,有機物である。
 有機物である石油を原料とするプラスチックも有機物で,炭素と水素を主成分としている。

・有機物であるプラスチックを燃やすと,炭素と空気中の酸素が結びついて二酸化炭素(石灰水を白くにごらせる)が発生する。
 また,水素と酸素が結びついて水ができる。
 なお,プラスチックを燃やすと,二酸化炭素以外に,有害な気体が発生することがあるので,換気をよくすることが必要である。

 (ガスバーナーの操作) 
   
ガスを点火するときの手順は,
(1) 空気調節ねじA,ガス調節ねじBが閉じていることを確認して元せんを開く。

(2) Bの方向にゆるめて火を近づける。

(3) Bで炎の大きさを調節する。

(4) 最初空気が少なく炎が赤色になっているのでAをの方向に回し,炎を青色の三角形にする。

 (有機物と無機物) 
 
砂糖,ろう,エタノール,小麦粉などの有機物は,炭素の化合物であるため,燃やすと二酸化炭素が発生する。

二酸化炭素であることを確認するためには石灰水に通して,白くにごることを確認すればよい。

加熱しても二酸化炭素を発生させない金属などを無機物という。
  (プラスチック) 

有機物である石油を原料とするプラスチックも有機物で,炭素と水素を主成分としている。

有機物であるプラスチックを燃やすと,炭素と空気中の酸素が結びついて二酸化炭素(石灰水を白くにごらせる)が発生する。

また,水素と酸素が結びついて水ができる。

なお,プラスチックを燃やすと,二酸化炭素以外に,有害な気体が発生することがあるので,換気をよくすることが必要である。
 


 有機物と無機物-ガスバーナー
 


A,Bのうちガスの元栓(もとせん)(C)に近いBがガス調節(ちょうせつ)ねじで,
Aが空気調節ねじである。
AもBも問題の図のイの方向に回すと,取り入れ口が開き,
空気(またはガス)が出る。





①ガス調節ねじと空気調節ねじを一度ゆるめて軽く閉じる
(この操作をしていないと点火の時,調節ねじがかたくて回りにくくなることがある)
②元栓を開く。
(ガス調節ねじを閉め忘れていると,元栓を開いたとたんにガスが出てきてしまう)
③マッチに火をつけて火を下から近づけ,ガス調節ねじを開き点火する。
(ガスを出してからマッチをすると,あふれ出たガスに引火するおそれがある。)
④ガス調節ねじで炎の大きさを調節する。
⑤炎は最初赤色(または黄色)(空気調節ねじは閉まっており,空気が十分でないから)。
空気調節ねじを開いて炎を青色の三角形にする。
空気調節ねじを開くとき,ガス調節ねじがいっしょに回らないようにガス調節ねじを手でおさえておく。
空気を入れすぎると,炎がバーナーの中に引き込まれて,
ゴーッという音を出すので,このときは,いったん元栓を閉じて,最初からやり直す。

 消火の手順
 


火を消すときは,空気調節ねじAを閉める→ガス調節ねじBを閉める→
元栓を閉める という順で操作を行う。
ガス調節ねじを先に閉めると,ガスの量に対して空気の量が多くなりすぎ,
炎の勢いが強くなりすぎてポッと音を出して消えてしまうことがある。
また,元栓を先に閉めるとバーナーやガス管の中に火がもどる危険がある。

 有機物の加熱
 


植物は光合成によってデンプンなどの有機物をつくる。
この有機物は炭素を主成分にしているため,燃やすと炭素と空気中の酸素が反応し,
黒くこげて,二酸化炭素が発生する(炭素+酸素→二酸化炭素)。
二酸化炭素を石灰水に通すと石灰水は白くにごる。
有機物にはいろんな種類のものがあるが,その源をたどればすべて植物にたどりつく。
有機物の例としては,砂糖(サトウキビ),小麦粉,テンプン,バター,卵白などの食物がある。
食物はほとんど有機物であるが,食塩は有機物ではない (加熱しても変化はない)。
そのほかの有機物としては,紙(木),ろう,エタノール,
そして,石油などの化石燃料(昔の生物の遺骸),石油から作ったプラスチックなどがある。
有機物以外の物質を無機物という。
無機物は炭素を含んでいないため,加熱しても二酸化炭素は発生しない。
無機物の例としては,食塩,金属(鉄,アルミニウムなど),ガラス,水,酸素などがある。

 白い粉末の判別
 


 プラスチック-石油が原料→有機物
 


ほとんどのプラスチックは石油を精製して得られるナフサという物質を原料としている。
石油は,大昔の生物の死骸が海底や湖底に堆積し化石化したもので,有機物である。
有機物である石油を原料とするプラスチックも有機物で,炭素と水素を主成分としている。
有機物であるプラスチックを燃やすと,
炭素と空気中の酸素が結びついて二酸化炭素(石灰水を白くにごらせる)が発生する。
また,水素と酸素が結びついて水ができる。
なお,プラスチックを燃やすと,二酸化炭素以外に,
有害な気体が発生することがあるので,換気をよくすることが必要である。

 プラスチックの性質
 


プラスチックは石油を原料として作られる有機物なので,燃えて二酸化炭素を発生させる。
そのほかのプラスチックに共通の性質としては,電気を通さない,
軽い,さびたりくさったりしにくい,加工しやすい,薬品による変化が少ないなどがある。

 ペットボトルの本体とフタ
 


ペットボトルは2種類のプラスチックからできている。
本体は,ポリエチレンテレフタラート(PET)でできており,水に入れると沈む。
キャップは,ポリプロピレン(PP)でできており,水に浮く。

 プラスチックの種類
 


 実験
 



プラスチックに関する実験でよく出題されるのは,
①水に浮くかどうか,②燃やすとどうなるかの2点である。
①については,PEやPPは水に浮くが,PETやPVCやPSは沈む。
②については,プラスチックは有機物である石油からつくられるので,
石油と同じく有機物に分類され,炭素を主成分の1つとしている。
したがって,燃やすとこの炭素と空気中の酸素が結びついて二酸化炭素が発生する。
二酸化炭素の有無を検出するためには石灰水を使う。
問題の図のB,Cのように,プラスチック片を集気びんの中で燃焼させ,
その後,石灰水を入れてふたをし,よく振ると,石灰水は白くにごる。
なお,プラスチックを燃やすと,二酸化炭素以外に,
有害な気体が発生することがあるので,換気をよくすることが必要である。

 有機物・無機物・金属
 


物質は有機物と無機物に分類される。
有機物にはいろんな種類のものがあるが,その源をたどればすべて植物にたどりつく。
植物は光合成によってデンプンなどの有機物をつくる。
有機物は炭素を主成分にしているため,燃やすと炭素と空気中の酸素が反応し,
黒くこげて,二酸化炭素が発生する(炭素+酸素→二酸化炭素)。
有機物の例としては,砂糖,小麦粉,テンプン,
バター,卵白などの食物がある。
そのほかの有機物としては,紙(木),ろう,エタノール,
そして,石油などの化石燃料(昔の生物の遺骸),石油から作ったプラスチックなどがある。
有機物以外の物質を無機物という。
無機物は炭素を含んでいないため,加熱しても二酸化炭素は発生しない。
無機物は,さらに,金属(鉄,アルミニウム,亜鉛など)と非金属に分類される。
金属に共通の性質としては,電気を通す,金属光沢をもつ,たたくとのびるなどがある。
非金属としては,ガラス,水,酸素などがある。

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 気体
 [要点-気体の性質]
 
気体の集め方

 

水にとけない気体→水上置換法
水にとけて空気より重い気体→下方置換法
水にとけて空気より軽い気体→上方置換法

  酸素 水素 二酸化炭素 アンモニア
 製法  過酸化水素水(オキシドール)+二酸化マンガン  亜鉛などの金属+うすい塩酸  石灰石(貝殻)+うすい塩酸(湯に発泡入浴剤)  塩化アンモニウム+水酸化カルシウム
 水にとけるか  とけない  とけない  少しとける  よくとける
 空気と比べて  少し重い  非常に軽い  重い  軽い
 捕集法  水上置換法  水上置換法  水上置換法
下方置換法
 上方置換法
 におい  なし  なし  なし  刺激臭
 水溶液の性質  中性  中性  酸性  アルカリ性
 見分け方  火のついた線香が燃え上がる  火を近づけると「ポン」と燃える  石灰水が白くにごる  特有の刺激臭

  (気体の発生方法) 
 
二酸化炭素を発生させる方法としては,
(1)石灰石に塩酸を加える。
(2)炭酸水素ナトリウムを加熱する。
(3)入浴剤をお湯に入れる などがある。

亜鉛に塩酸を加えると水素が発生する。
二酸化マンガンにうすい過酸化水素水(オキシドール)を加えると酸素が発生する。
塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜて加熱するとアンモニアが発生する。

 (気体の集め方) 
   
水素,酸素など水にとけにくい気体は水上置換法で集める。

水に非常によくとけるアンモニアは水上置換法では集められない。
空気より軽いので上方置換法で集める。

二酸化炭素は水に少しとける程度なので水上置換法で集めるか,空気より重いので下方置換法で集める。
最初に発生する気体は空気が混ざっているのでしばらくして集める。
 (気体の性質) 
 
酸素は火のついた線香を近づけると線香が燃え上がる。

水素は火を近づけると「ポン」と音を出して燃える。

二酸化炭素石灰水に通すと石灰水が白くにごる。
また,水に少しとけて炭酸になり,酸性を示す。

アンモニア刺激臭があり,水に非常によくとけて,アルカリ 性を示す。


 気体の製法・性質-各気体の製法



(1) 酸素は,二酸化マンガン(固体)にオキシドール(過酸化水素水を水でうすめたもの)(液体)を加えると発生する。
このとき,二酸化マンガン自体は変化せず,オキシドールが分解する反応を促進するだけである。
酸素自身は燃えないが,物質が燃えるのを助けるはたらきがあり,
火のついた線香を近づけると,線香は燃え上がる。
(2) 二酸化炭素は,石灰石にうすい塩酸を加えると発生する。
石灰石のかわりに貝殻,卵の殻,大理石を使うこともできる。
そのほか,発泡入浴剤を湯に入れたり,炭酸水を加熱しても二酸化炭素を発生させることができる。
二酸化炭素を石灰水に通すと,石灰水は白くにごる。
(3) 水素は,金属(亜鉛,マグネシウム,アルミニウム,鉄など)に
うすい塩酸(うすい硫酸でもよい)を加えると発生する。
水素は最も軽い(密度が最も小さい)気体で,火を近づけると「ポン」という音を出して燃える(爆発する)。
(4) アンモニアは,アンモニア水を加熱したり,
塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜたものを加熱すると発生する。
アンモニアは激しく鼻をさすような特有の刺激臭がある気体である。
アンモニアを水にとかしたアンモニア水はアルカリ性を示す。


 各気体の捕集法



気体を集める方法には,水上(すいじょう)置換(ちかん),上方(じょうほう)置換,下方(かほう)置換がある。
この3つのうち,水上置換がもっともすぐれており,水にとけない気体は水上置換で集める。
水上置換の場合,集気びんの中は最初水に満たされているが,
発生した気体が入ってくると,気体は水をおしのけてびんの上部にたまる。
空気などがほとんど混じらず,たまった気体の量が一目で分かるという利点がある。
水にとけやすい気体の場合は水上置換で気体を集めることができない。
空気より軽い場合は上方置換で,空気より重い場合は下方置換で集める。
例えば,アンモニアは非常によく水にとけるため,水上置換では集めることができない。
アンモニアは空気よりも軽いので上方置換を使って集める。
この場合,集気びんの中には最初空気が入っており,
アンモニアが上の方にたまって空気は下の方へ押し出されていく。
二酸化炭素も少し水にとけ,空気より重いので下方置換で集める。
ただ,二酸化炭素の場合は水に少しとけるだけなので水上置換で集めることもできる。
水上置換法では得られる気体の量が減るという欠点はあるが,
純粋な二酸化炭素を集めることができる利点がある




 各気体の性質



(集め方) 水上置換法は,混じりものが入らず,
たまった気体の量が一目で分かるという利点があるので,
水にとけない気体はすべてこの方法で集める。
酸素と窒素は水にほとんどとけないので水上置換法で集める。

(色) ここにあげられている酸素・二酸化炭素・窒素・アンモニア・水素はすべて無色透明である。

(におい) この中でにおいがあるのはアンモニア(刺激臭)のみである。

(空気と比べた密度) 水素は一番軽い気体である。二酸化炭素は空気より重い。
(空気より重いので下方置換法で集める)

(とけ方) 酸素・二酸化炭素・窒素・アンモニア・水素のうち,
水にとけるのはアンモニアと二酸化炭素で,あとの気体はほとんど水にとけない。
アンモニアは非常によくとける。二酸化炭素は少しとける。窒素はとけない。

(水溶液の性質) 二酸化炭素は水にとけると炭酸になり酸性になる。
アンモニアは水にとけてアルカリ性を示す。

(その他) 酸素はものが燃えるのを助けるはたらきがある。
窒素は空気の約8割をしめる気体である。
水素⑮は火を近づけるとポンと音を出して燃え水ができる。


 気体の判別



 二酸化炭素



石灰石にうすい塩酸を加えると二酸化炭素が発生する。
石灰石のかわりに貝がら,卵の殻,大理石を使うこともできる。
また,発泡入浴剤を湯につけても二酸化炭素が発生する。

二酸化炭素は水上置換または下方置換で集める。
二酸化炭素は水に少しとけるため水上置換法では
得られる気体の量が減るという欠点はあるが,
純粋な二酸化炭素を集めることができる利点がある。
できるだけ多くの二酸化炭素を集めるためには下方置換を使う。
(空気より重いので下方置換を使う)
二酸化炭素の検出のためには石灰水を使う。
二酸化炭素を石灰水に通すと石灰水は白くにごる。
二酸化炭素を水にとかすと炭酸になり弱い酸性を示す。
酸性なので,青色リトマスを赤色に変える。
また,BTB溶液を加えると黄色に変わる。
(BTB溶液は酸性では黄色,アルカリ性では青色,中性では緑色になる)

 水素
 


金属(マグネシウム,亜鉛,鉄,アルミニウム)にうすい塩酸(またはうすい硫酸)を加えると
水素が発生する。
水素は水にほとんどとけない。
水にとけない気体は水上置換で集める。
(水上置換のほうが,純粋な気体を集めることができる。また,集まった気体の量も一目で分かる)
マッチの火を近づけると,水素はポンという音を立てて燃えて(爆発して),水ができる。

 酸素
 



二酸化マンガンにオキシドール(過酸化水素水を水でうすめたもの)を加えると,酸素が発生する。
このとき,二酸化マンガン自体は変化せず,
分解反応を促進するはたらきをする。(このようなはたらきをする物質を触媒という)
酸素は水にとけにくいので,水上置換で集める。
また,酸素は空気の約20%をしめ,空気より少し重い。
酸素はものが燃えるのを助けるはたらきがあり,
火のついた線香を近づけると線香は燃え上がる。酸素自身は燃えない。

 アンモニア
 




アンモニアは,アンモニア水を加熱したり,
塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜたものを加熱すると発生する。
このとき,アンモニアのほかに水も発生するが,
図のように試験管の口が下になるように傾けていないと,
発生した水滴が,試験管の加熱部分に流れ試験管が割れるおそれがある。
アンモニアは非常によく水にとけるため,水上置換では集めることができない。
アンモニアは空気より軽いので上方置換で集める。
アンモニアは激しく鼻をさすような特有の刺激臭がある気体である。
アンモニアを水にとかしたアンモニア水はアルカリ性を示すので,
赤色リトマスをふれさせると青色に変化する。




アンモニアは水に非常にとけやすい。
スポイトを通して水を少し入れると,フラスコ内のアンモニアが水にとけ,
フラスコ内の圧力が低くなって,下から水をすい上げる。
すい上げられた水にフラスコ内のアンモニアがとけ,さらに圧力が下がって水をすいあげる。
この実験でビーカーの中にフェノールフタレイン溶液をあらかじめ入れておく。
フェノールフタレイン溶液は,アルカリ性では赤色に変化する。
ビーカーからすい上げられた水にアンモニアがとけてアンモニア水ができるが,
アンモニア水はアルカリ性なので,すい上げられた水は赤色に変わる。

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 水溶液
 [要点-水溶液の性質]
 
(1)水溶液
・溶液(例:食塩水),溶質(例:食塩),溶媒(例:水)
・溶液は透明。
・溶質は均一に分布(濃度は上と下で同じ)。
・時間がたっても均一なまま。

(2)溶解度



・A→(温度低下)→B(飽和)→(温度低下)→C(40gが結晶として出てくる)
・再結晶:固体を一度液体にとかし,ふたたび結晶として取り出す方法。

 (水溶液) 
   
物質が液体に溶けることを溶解という。
この物質を溶質,液体を溶媒といい,つくった液を溶液という。

水に硫酸銅(固体)を入れて放置すると,硫酸銅がとけてしだいに青色が広がる。

水溶液は透明であり,色の濃さは一様である。

 (溶解度) 
   
一定の水にとかすことのできる物質の量の限度を溶解度という。
溶質が固体の場合,温度が高くなると溶解度は大きくなる。
限度いっぱいの量の物質がとけている水溶液を飽和水溶液という。

アの水溶液が60℃で飽和の状態になっているとき,水100gあたり110gの硝酸カリウムがとけているが,温度を10℃まで下げると,(110-20=90)gが結晶として出てくる。

固体を一度水にとかしてから,温度を下げて,ふたたび固体として取り出すことを再結晶という。
ウの食塩は温度による溶解度の差が少ないため,温度を下げても出てくる結晶は少ない

図のAの結晶はミョウバン,Bは硫酸銅,Cは食塩である。


 水溶液の性質-溶質・溶媒・水溶液



物質が液体にとけることを溶解という。
この物質を溶質,液体を溶媒といい,つくった液を溶液という。
溶媒が水のとき,この溶液を水溶液という。
たとえば,砂糖水の溶質は固体の砂糖で,溶媒は水である。
食塩水の溶質は固体の食塩(塩化ナトリウム)で,溶媒は水である。
固体だけでなく,気体や液体も溶質となる。
塩酸は塩化水素を水にとかしたもので,溶質は気体の塩化水素である。
また,炭酸は二酸化炭素を水にとかしたもので,溶質は気体の二酸化炭素である。
食酢は酢酸を水にとかしたもので,溶質は液体の酢酸である。

 水溶液の性質



①砂糖に静かに水をそそぐと,最初は底に固体がかたまった状態になっている。
砂糖のように水にとける物質の場合,水が砂糖の粒子と粒子との間に入り込み,
砂糖の粒子は水の中に拡散していく。
さらに時間がたてば,砂糖の粒子は全体に均一に広がり,
水のどの部分をとっても同じ濃さになる。このような液を水溶液という。
いったん,均一になってしまった後は,再び砂糖が底に沈殿したり,
底のほうの濃度が濃くなったりすることはない。



②水溶液は透明である(色のついたものもある。コーヒーシュガーを水にとかしたものは透明な茶色)。
水溶液が透明である理由は,溶質(砂糖など)が水にとけると,
ふつうの顕微鏡では見えないくらいの非常に小さな粒子にまで分かれ,
光をさえぎることがないためである。
これに対し,デンプンなどは水にとけないので,デンプンの粒子の間に水が入り込むことがない。
デンプンを水に入れてかき混ぜた場合も,デンプンの粒子が多数集まった大きな粒になって,
水の中をただよっている。
1つ1つの粒が大きいため,光をさえぎり,不透明である。
また,一度,水の中に広がっても,時間がたつと沈殿してしまう。

 ろ過



①コーヒーシュガーは水にとけるので,水溶液となる。
水溶液中の溶質(コーヒーシュガー)の粒子は非常に小さいため,
ろ紙のすき間を通過し,ろ紙には残らない。
したがって,ろ液を加熱すると,水分が蒸発して溶質のコーヒーシュガーが残る。
これに対し,デンプンは水にとけないので,粒子のかたまりが大きく,
ろ過するとろ紙の網の目に引っかかってしまい,
ろ紙にデンプンがたまり,ろ液の中には含まれない。
したがって,ろ液を加熱しても何も残らない。



②ろ過にあたっては,次の点に注意する。
・ろ紙を水でぬらして,ろうとにぴったりとはりつける。
・液はガラス棒に伝わらせてろ紙にそそぐ。
 これは,注いだ液がろうととろ紙の間に入るのをふせぐためである。
・ろ紙が破れても実験が続けられるように,ろ紙の重なった部分にガラス棒をつける。
・ろうとの足は長い方をビーカーの内側のガラス壁につける。
 これはろ液がはねて飛び散るのをふせぐためである。
ろ紙からこされて出てきた液をろ液という。

 水溶液の濃度

この濃度の式は食塩水以外にも使う。濃度を求める式は次のようになる。



なお,ここでいう濃度は,正確には,質量パーセント濃度という。
 溶解度・飽和水溶液



ある温度で一定量の水にとける物質の質量は物質ごとに異なる。
物質がそれ以上とけることができなくなったとき,
飽和(ほうわ)したといい,その水溶液を飽和水溶液という。
ある物質を100gの水にとかして,飽和水溶液にしたときの,
とけた物質の質量を溶解度という。
一般に,溶解度は温度が上がれば大きくなる。
逆に温度を下げれば,溶解度は小さくなるので,
とけきれなくなった物質は結晶として出てくる。
このように,固体の物質を水にとかしたのち,
再び固体(結晶)として取り出すことを再結晶という。

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 状態変化
 [要点-物質の姿と状態変化]
 
(1) 物質の状態変化
 
 

・温度を上げると,固体→液体→気体と変化。質量は一定
 液体→固体と変化するとき,体積は減少(ろうなど)(例外:水→氷の場合,体積は増加)
・固体→液体になる温度を融点,液体→気体になる温度を沸点という。

(2) 水,エタノールの混合物の蒸留

 

・沸点の違いを利用して蒸留によって混合物を分離。
・沸騰石は急激な沸騰をさけるためにいれる。
・フラスコ内では液体→気体。試験管内では気体→液体(冷たい水は冷却用)
・a~b:主としてエタノール(+少量の水)→燃える,手につけるとひんやりする。
・b~c:エタノールがほとんどなくなったために温度が上昇。
・c~ :おもに水が出てくる。
・火を消すとき:ガラス管を試験管の液体から取り出した後で火を消す。

 (状態変化) 
   
温度が高くなるにつれて,固体→液体→気体と変化するが,これを物質の状態変化という。

状態変化で質量は変化しないが,体積は一般に,固体<液体<気体と増加する。

液体のろうが固体になると体積が減るので図ののようになる。

水は例外で,液体の体積<固体の体積で,水を凍らせると体積が増えのようになる。

 (蒸溜) 
   
物質が液体の状態から気体の状態に変わるときの温度を沸点という。
混合物の液体を加熱して気体にし,それを冷やして純粋な液体に分ける方法を蒸留という。実験で(沸騰)石を入れるのは急激な沸騰をさけるためである。

水とエタノールの混合液を加熱すると80℃をこえたa点でおもにエタノールが沸騰し,冷たい水で冷やされて液体に戻り試験管にたまる。

エタノールがほとんど出てしまうb点でふたたび温度が上昇し,100℃近くで今度はが沸騰し,試験管にたまる。

このように沸点の違いを利用して混合液を分ける方法を蒸留という。

 (融点) 
   
固体の状態のパルミチン酸を加熱すると,点Bでとけ始める
このときの温度を融点という。

BC間は固体と液体が混ざった状態であるが,固体が完全にとけ終わるまで温度は一定である。

とけ終わると再び温度が上昇するCD間

融点は物質によって決まっており,質量を2倍にしたり,加熱の仕方を変えても融点は変わらない

 物質の状態変化-粒子の運動と状態変化



温度を上げると,固体→液体→気体と変化するが,このような変化を状態変化という。
温度を上げると固体→液体→気体と物質の状態変化が起こる理由については,
次のように説明することができる。
物質の温度は,粒子の運動(振動を含む)の激しさによって決まる。
固体の状態のときは,物質をつくっている非常に小さい粒子(分子など)は互いに引き合っているため,
粒子はたがいにつながった状態で振動している。
外部から熱を加えると,この振動がだんだん激しくなり,ある一定の温度(融点)になると,
振動の激しさによってつながりが切れてしまい,それぞれの粒子は自由に動き回るようになる。
これが液体の状態である。
液体が自由に形を変えることができるのは,粒子が自由に位置を変えることができるからである。
さらに熱を加えてやると,この粒子の運動が激しくなり,ある一定の温度(沸点)に達すると,
粒子は広い範囲を飛び回るようになる。
このとき,粒子間の間隔は大きく開き,全体の体積は非常に大きくなる。
(水→水蒸気の場合,体積は約1700倍になる)
逆に温度を下げていくと,気体→液体→固体と状態が変化する。
物質の状態変化は粒子の運動のようすが変わるだけであって,粒子そのものの性質が変わったり,
粒子の数が変化したりすることはない。
質量は,粒子の質量の和なので,全体の質量は変化しない

 状態変化と加熱・冷却



温度を上げると,固体→液体→気体と変化するが,このような変化を状態変化という。
逆に温度を下げていくと,気体→液体→固体と状態が変化する。

 状態変化と体積・質量



①固体→液体→気体と状態変化するとき,一般に粒子の運動する範囲は広がるので体積は増える。
固体から液体に変化するとき体積は少し増える(水は例外で,固体→液体に変化するとき体積は減少する)。
液体→気体に変化するとき,粒子間の間隔は大きく開き,全体の体積は非常に大きくなる。
(水→水蒸気の場合,体積は約1700倍になる)
物質の状態変化は粒子の運動のようすが変わるだけであって,
粒子そのものの性質が変わったり,粒子の数が変化したりすることはない。
質量は,粒子の質量の和なので,全体の質量は変化しない。

②固体・液体・気体と状態変化しても物質そのものの質量は変化しない。
体積は一般に,(固体の体積)<(液体の体積)<(気体の体積)と変化する。
密度=質量÷体積で,質量が一定で体積が変化するので,密度は状態変化によって変わる。

 状態変化の実験①:ろう・水



一般に,固体→液体→気体と状態変化すると物質の体積は増加する。
((固体の体積)<(液体の体積)<(気体の体積))
例えば,ロウの場合,(固体の体積)<(液体の体積)である。
したがって液体のロウを冷やして固体にすると体積は小さくなり,
上図のようにまん中の部分がへこむ。
これに対し,水は例外で(固体の体積)>(液体の体積)である。
水を凍らせると体積が増加し(約1.1倍),図のように,まん中の部分がもりあがる。
状態変化では物質のすがたが変わるだけであって,物質が別の物質に変わることはない。
(これに対し,別の物質に変わってしまう変化を化学変化という。) 
したがって,固体→液体→気体と状態が変化しても物質の質量は変化しない。

 状態変化の実験②:エタノール

下図のように,エタノールを少量入れたポリエチレンのふくろに熱い湯をかけると,
ふくろは大きくふくらむ。



エタノールの沸点は約78℃なので通常の温度では液体である。
ポリエチレンのふくろに熱い湯をかけると,ふくろの中の温度が上昇して,
エタノールは液体から気体に状態変化する。
液体から気体に変化するとき体積は非常に大きくなり,
ふくろは大きくふくらむが,質量は変化しない。
次に,ふくろを冷やしてやると,エタノールは気体から液体に戻り,
体積はもとどおりに小さくなる。

 状態変化するときの温度-融点と沸点
 
 

物質が固体から液体に変化するときの温度を融点,
液体が沸騰して気体に変化するときの温度が沸点である。



 融点と沸点の実験
 
次のグラフは固体のある物質10gをビーカーに入れて加熱していったときの温度変化を表している。

 



このグラフでは水平なところが0℃と100℃の2か所であるので,
0℃が融点(ゆうてん)で100℃が沸点(ふってん)であることがわかる。
したがって,この物質は水である。
(1) B点がとけ始めである。したがって5分後にとけ始めている。
(2) 20分後はDEの間である。したがって,ビーカー内は液体が沸騰して
  液体が気体に変わりつつある状態である。
(3) 物質の質量を変えても物質の融点や沸点は変わらないが,状態変化に要する時間は変化する。
  他の条件を同じにして物質の質量を2倍にすると,
  とけ始める時間,とけ終わる時間,沸騰し始める時間はそれぞれ2倍になる。
  したがって,とけ始める時間は10分,とけ終わる時間は20分になるので,
  15分後は固体と液体が混ざっている状態であることがわかる。


 純粋な物質と混合物の沸点・融点
 
図1のような装置で,ある液体を加熱し,時間と温度の関係を調べた。
図2はその結果を表したグラフである。




 

(1) 沸騰石には小さな穴が多数含まれており,
液体を加熱すると,その穴に含まれている多数の小さな泡を核として沸騰が起こる。
沸騰石を入れていない場合は,小数の泡を核として急に大きな沸騰が起こるおそれがある。
沸騰石は急激な沸騰をさけるために入れる。

(2) 純粋な物質では,沸騰している間に加えられた熱は,
すべて液体→気体の状態変化のために使われるので,沸騰している間は温度は変化しない。
すなわち,純粋な物質の沸点は一定である。
これに対し,混合物では沸騰している間にも温度が上昇し,沸点は一定ではない。
例えば,水とエタノールの混合物を加熱すると,約80℃で沸騰が始まり,
混合液中のエタノールの割合が少なくなっていくために,沸点もすこしずつ上がっていく。

 物質の定義
 
水,ブドウ糖,酸素,二酸化炭素などのように1種類の物質でできているものを純粋な物質といい,
いくつかの物質が混ざり合ったものを混合物という。
空気は,窒素,酸素,二酸化炭素などの混合物である。
また,食塩水は食塩(塩化ナトリウム)と水の混合物である。

 蒸留
 
水とエタノールの混合物を,次の図1のような装置で加熱した。
図2のグラフは,このときの温度変化を示したものである。

 



エタノールの沸点は約78℃で,水の沸点100℃より低い。
この混合液を加熱していくと,一定の割合で温度が上昇していくが,
80℃に近づいた時点で,温度上昇がゆるやかになる(図2のAの区間)。
これは混合液中のエタノールの沸騰が始まり,
エタノールが液体→気体に状態変化するのに熱の一部が使われるためである。
発生した気体を冷たい水につけた試験管内に送ると,
気体が冷やされて,気体→液体の状態変化が起こる。
その結果,試験管内におもにエタノールを含む液体がたまる。
水はまだ沸騰していないが,蒸発して水蒸気になったものが少し混ざっているので,
試験管内の液体には少量の水も混じっている。
この液体はほとんどがエタノールなので手につけるとひんやりし,
また,火を近づけると燃える。
さらに加熱を続けると,8分以降は温度上昇の割合が大きくなるが,
これはエタノールがほとんど気体として出てしまい,フラスコ内には水が残ったためである。
水の沸点100℃に達した時点で,今度は水の沸騰が始まり,試験管内にはおもに水がたまる。
(ほんの少しエタノールが混じっている) 
このように,液体を熱して気体にし,
その気体を冷やして再び液体にして取り出すことを蒸留という。
沸点の違いを利用して蒸留によって混合物を分離することができる。
これを分留という。
なお,実験のときにはフラスコ内に沸騰石を入れるが,
これは急激な沸騰をさけるためである。

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