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オープニング
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(オープニングタイトル)

scene 01割りばしを燃やすと軽くなる?
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天秤(てんびん)がつりあっています。片方の皿には割りばしがのっています。この割りばしを燃やすと、どうなるのでしょう。割りばしに火をつけると、つりあっていた天秤が傾いていきます。割りばしのほうが軽くなったのです。どんな変化が起こっているのでしょう。

scene 02割りばしの中の炭素の変化
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小さく切った割りばしの質量を量ります。0.40gです。この割りばしに火をつけます。少し燃やしたあともう一度質量を量ると、質量は0.35gに減りました。これは、割りばしの中の炭素が、空気中の酸素と反応し、二酸化炭素となって空気中に出ていったのが主な原因です。では、二酸化炭素が逃げていかないようにすると、質量はどうなるのでしょう。

scene 03質量保存の法則
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割りばしを、密閉した状態で燃やしてみましょう。巻いたニクロム線に割りばしを入れ、丸底フラスコに酸素と一緒に入れて、密閉します。このときの質量は、164.32gです。これを、ニクロム線に電気を流して加熱すると、割りばしがこげて煙が出てきました。全体の質量はどうなったのでしょう。量ってみると、164.32g。炭素と酸素が反応して二酸化炭素になっても、全体の質量は変わらないのです。どんな物質でも、化学変化の前と後で、全体の質量は変わりません。これを「質量保存の法則」といいます。

scene 04銅を加熱して酸化銅を作る
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今度は、銅を加熱し、酸化銅を作ってみましょう。最初に、銅の質量を量ります。皿は、加熱しても質量が変わらないように、一度熱したものを使います。銅の質量は、1.00g。この銅を加熱すると、1分ほどで黒く色が変わりました。質量は、冷ましてから量ります。1.09g。重くなりました。これは、銅が酸素と化合して酸化銅となり、その酸素の分、質量が増えたからです。これを薬さじで細かくつぶし、もう一度加熱します。すると質量は、1.15g。先ほどよりも重くなっています。さらに加熱を続けると、質量は増えていくのでしょうか。

scene 05銅を完全に酸化させるには
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加熱した回数と質量をグラフにしていきましょう。1回目、2回目、3回目の質量は、右上がりのほぼ直線上に並びました。4回目の質量は、1.23g。加熱する回数をさらに増やし、質量を測定した結果をグラフにしてみると、4回目あたりから質量があまり増えなくなっています。そして6回目からは変化がなくなり、一定の値になりました。銅を完全に酸化させるには、つぶして加熱することを十分繰り返す必要があるのです。

scene 06結果のばらつき「実験誤差」
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1.00gの銅を使って、何度も加熱して酸化銅にしたときの質量を調べます。同じ条件で繰り返し実験を行い、測定をしました。それぞれをグラフにすると、結果にばらつきが見られます。質量を変えた場合はどうなるのか、0.60gの銅で実験してみます。結果をグラフにしてみると、こちらにも結果にばらつきがあります。しかし、いずれもばらつきはある程度の幅の中にあることがわかります。実験のやりかたによって生じる結果のこのようなばらつきを、「実験誤差」といいます。

scene 07実験誤差を補正するには
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実験誤差の原因はいろいろあります。バーナーの火が弱く、すべて酸化しきれなかった。固まりをつぶしきれず、銅のまま残った部分がある。酸化銅などが実験に使ったさじについていたり、こぼれたりしてしまった…などです。実験誤差を補正するには、かけはなれた数値を除外した上で、平均をとるなどする必要があるのです。

scene 08酸化銅の銅と酸素の割合は?
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銅を加熱すると酸化銅になります。完全に酸化させたときの銅と酸素の割合を調べましょう。銅は、質量0.40gから、0.20gきざみで1.80gまで用意しました。銅と酸化銅の質量にはどのような関係があるのでしょう。それぞれの銅を加熱して得た酸化銅の質量の結果をもとに、グラフに点を打っていきます。それぞれの点のあいだを通るように線を引くと、直線になります。このことから、銅と酸化銅の質量は、比例関係にあることがわかります。

scene 092種類の物質は一定の質量の割合で化合する
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もとの銅の質量はわかっているので、酸素の質量は、酸化銅の質量から銅の質量を引いた値になります。銅と酸素の質量を比べると、銅が1.00gのとき、1:40gのとき、そして1.80gのとき、いつもその比は4対1です。銅と酸素の場合だけではありません。酸化鉄(鉄:酸素=7:3)、酸化マグネシウム(マグネシウム:酸素=3:2)など、2種類の物質が化合する場合、どのような物質でも、いつも一定の質量の割合で化合するのです。

10min.ボックス  理科1分野
化学変化と質量
化学変化の前後の物質の質量を測定し、反応物の質量の総和と生成物の質量の総和が等しいことを理解する。

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