《3-1 座:溶解・濃度・飽和》
溶解に関するさまざまな用語の学習。いや、い っぱいあること。溶解・溶質・溶媒・溶液・電解 質・水和・質量%濃度・飽和・溶解平衡・・・。 頭がパンクしそうです。がっばってよ!!水とベン ゼンを試験管に入れ、ヨウ素、過マンガン酸カリ ウムを溶かし、上だけに溶ける、下だけに溶ける を演示。また、エタノールとペンタノールの水の 溶解を確かめること(親水基と疎水基)も演示し ました。
《3-2 実:固体・液体の溶解》
氷砂糖の溶解の様子を観察したあと、硝酸カリ ウムの溶解度曲線を全班協力で完成させました。 (暖めて完全に溶解するのは何度?冷やして析出す るのは何度?平均が溶解度。各班に異なる質量の 硝酸カリウムを与えておく)。
《3-3 座:溶解度・気体の溶解》
前回の実験を受けて、溶解度曲線を使った多少 の練習問題(析出するのは何g?)のあと気体の 溶解へ、いったんエアマジックで沸騰させた80度の お湯は、次にはなかなか沸騰しません。これを演 示で示した後、液体にも気体が溶けている。ホラ、 コーラだって同じこと。この研究をした人がヘンリーって いうんだよ。炭酸が抜けないように上から圧をか けているのが100円均一で売っているフィズキ ーパー。メチルオレンジを入れた水の入ったビー カーにドライアイスを入れて、二酸化炭素が溶け、 酸性へ変わる様子を観察します。
《3-4 実:沸点上昇・凝固点降下》
なぜ沸点が上がるのか。それは溶質が溶媒が蒸 発しようとするのを邪魔するから。基本は蒸気圧 降下です。この点は演示のみでした。ベンゼン・ベンゼン+ナフタレン をとじこめ、ガラス管を付け2本の試験 管をともに水槽につけ、お湯を少々かけていきま す。ガラス管の中でベンゼン+ナフタレンよりベンゼンのみ の方がキューンと上がってきます。ヨウ素で色を付け ておきました。実験は塩と氷で寒剤を作り、−1 0度でも凍らないことを確かめます。
《3-5 座:浸透》
教室でキャベツをザクザクと切り、塩を入れて もみます。キャベツだけでもむより、大量の水が 出てきます。ここが浸透現象の導入です。フィル ムケースを加工して、浸透圧測定キットを自作。 ケースの中の砂糖水はインクで色をつけて、ガラ ス管は1mlのメスピペットを使用しました。浸 透圧のポイントはその気密性にあります。これなら グングン上がっていくことが観察されます。
《3-6 実:コロイドの性質》
線香をたいてレーザーポインターでチンダル現 象を観察します。チオ硫酸ナトリウムと塩酸で各 班硫黄コロイドを作り、ミョウバンを入れれば、 いきなりヅドンと沈殿(凝析)、黄色ポスターカ ラーと顕微鏡を使ってブラウン運動の観察。最後 に光の散乱の具合も見せようと、チオ硫酸ナトリウム +塩酸で青、濃くすると赤を演示しました。夕焼けの 仕組みはわかってくれたかな?
《3-7 実:とうふづくり》
疎水コロイドは前の時間やったので、今日は親水コ ロイドの代表、豆腐づくりです。豆乳は生協のも のを、にがりは硫酸カルシウムを使って、ろうとを利用 した三角豆腐を作りました。でもたべるには、ち ょっと・・・だれか勇気のある奴はいないか?
《小テスト(溶液分野)25分》
余った時間でコロイド関連として、スライムづくり (赤・青・黄・緑の4色、ホウ砂の飽和溶液+ せんたくのり)
《4-1 座:熱化学方程式》
方程式ばかりならべてもしょうがありません。 やっぱりここは化学かいろのしくみ(鉄+活性炭 +食塩水)と吸熱反応(硫酸ナトリウム+硝酸アンモニウム) でしょう。演示で示したキンキンに冷えていく化学反 応にはみんなビックリでした。
《4-2 実:ヘスの法則》
[NaOH(固)+H2Oの反応熱]+[NaOHaq+HClaq の反応熱]=[NaOH(固)+HClaq]になるか。化学 反応の経路によらず反応熱は一定のヘスの法則の 謎にせまります。みんなで手際良くポリカップを かき回していました。これはスタンダードな実験 ですね。
《4-3 座:酸・塩基の定義、分類》
アレーニウスとブレンステッドの話の後、同じ濃度の塩酸と 酢酸を用意し、同じ長さのマグネシウムリボンを入れると、 でてくる水素は、激しさの違いはあれまったく同じ 量が出てきます。「あれ、酢酸が追い着いた!なん で?」これが電離度の違いなんだよ。強酸弱酸はそ の酸の分子の数の違いではなく、H+の数の違いなん だ。
《4-4 実:pHの定義、酸化物のpH》
水のイオン積には一切触れず、定義を軽くやったあ といきなり万能試験紙を使って測り出します。塩 酸1・0.1・0.01・0.001mol/lはpH1,2,3,4と変化する ことや、セッケン水はアルカリ性、炭酸水は以外と中性、 レモンは酸性を測定し、色見本を各班で作成しました。 最後にデジタルpH計を演示して、今じゃこんなに便 利になったんだよ。酸化マグネシウム、二酸化硫 黄を初めとする酸化物のpHは加水分解の範囲で すが、軽く演示で流しました。
《4-5 座:中和と滴定曲線》
中学校で基本的なことは学習してきているはず なんですが・・・・。なんてことは言いません。 彼らにとってはその場が始めてなのです。塩基と いう言葉になじみがないせいか、なかなかつたわ りません。でもいくら言葉で言っても、百聞は一 見に如かず、のことわざどおり、演示を1回見せ ればそれでOKなのです。塩酸にビュレットから 水酸化ナトリウムをたらして、簡単な滴定曲線を 書き、指示薬はどれが適当か選んでもらいましょう。
《4-6 実:中和滴定》
2時間かけて、高校化学最大の実験中和滴定を 実施しました。シュウ酸の0.05mol/l標準液を基準に して、ビュレット内の水酸化ナトリウムの濃度を決め、そ れをもとに食酢の酢酸濃度4.2%を滴定します。 全員にかした条件は、必ずホールピペットは全員吸え !!です。10mlピッタリっていうのは本当に難しい。 しかしこちらの予想をうらぎって、ものすごい真 剣な表情。ビデオにとっておきたいくらいの、い い実験でした。1滴の重さがわかったかな?
《4-7 座:塩の加水分解・遊離》
水素イオンも水酸化物イオンもないのに、水に溶かす とたちまち酸性・アルカリ性。その秘密が加水分解で す。8種類の塩を用意して、その水溶液にpH紙 をつけ液性を確認します。さて、この塩の親にあ たる酸・塩基はどれでしょう?あわせて、酢酸ナトリウム に塩酸を入れて、酢酸を遊離させること、塩化 アンモニウムに水酸化ナトリウムを入れアンモニ アを遊離させることも演示しました。
《4-8 実:酸化・還元の定義》
電子の移動で酸化還元を定義し直す。電子を与 える=酸化される=還元する=還元剤はわかって くれたかな?演示でさらし粉+濃塩酸=塩素を発 生させ、その中に熱っした導線を入れて、塩化銅 を作る、という激しい反応を演示しました。電子 の動きは見ることはできないけれど、この反応の 激しさはすんごい。緑の塩化銅ができあがります。 生徒実験は温かいメタノールに熱した銅線をいれ てキラキラの銅を見る(ホルムアルデヒドつくり) をやってもらいます。酸素が移っていく様子が一 発です。
《4-9 座:酸化還元と酸化数の変化》
ここは細かく入らないで、サラッ行きましょう。 電子の授受が酸化還元の定義になっているという、 概念が分かってくれたらいいのです。考え方ですか ら・・・酸化数は。水素+窒素→アンモニアの酸化 数の変化はわかったかな?
《4-10 実:酸化剤と還元剤》
4つの生徒実験を実施しました。(1)KMnO4+SnCl2 (2)KI+KMnO4(フィルムケースとセロハンを使って簡 単な電池を作ってもらいます。検流計を見て、電子 の移動を確認)(3)H2O2+KI(ヨウ素が出てくる) (4)KMnO4+H2O2(酸化剤同士の対決) 色の変化で 電子の授受を見て、酸化剤はどっち?最後の(4)の酸 化剤どうしをぶつける実験では酸素がシュワと出て、 紫がたちまち無色になる反応にはみんなびっくりです。
《4-11 座:イオン化傾向》
例のかそうかな・・だけ、ではつまんないので、 6つの演示実験を実施しました。1.HCl+Mg 2.HCl+Zn 3.HCl+Cu 水素が出るのはどれ? 4.CuSO4+Fe 5.FeSO4+Cu 析出するのはどれ? 6.銀樹を見よう(AgNO3+Cu:スライドガラスの 銅線1本に硝酸銀1滴 6枚作って列ごとに見せ る) 最後の銀樹はやっぱり人気がありますね。 HCl+Cuでは水素が出ません。ここがボルタの導入 です。
《4-12 実:ボルタ・ダニエル電池》
希硫酸でひたした濾紙にCuとZnをつければ、た ちまちボルタ電池の完成。全員実施したあとに11 円電池をやってみます。イオン化傾向によって+−が 決まることもすんなりいきました。H2O2が減極剤 としてのはたらきがあることは演示です。あと、 浸透圧でつかったセロハン付フィルムケースを使ってダニエル 電池を全班作りました。
《4-13 座:鉛・マンガン・レモン・活性炭電池》
各種電池のしくみを勉強した後、マンガン電池、 鉛蓄電池、レモン電池、アルミホイルを使った活性炭電池 を演示。これは不思議がります。授業の最後に はみんなで充電放電したり、アルミホイルをつけたりは ずしたり楽しく授業ができました。
《4-14 実:電気分解》
これも各班で3つの実験を実施します。場所 は物理室(直流電源がパネル操作できるのです) です。(1)KIの電気文字 (2)(演示)NaSO4aqで水 の電気分解 (3)(講義)NaClaqでなぜナトリウムが電 気分解できないのか(隔膜法の話) (4)CuCl2で塩 素をヨウ化カリウムデンプン紙で確認 (5)ZnCl2を使って 鉄釘にZnをメッキ ここもおもしろいですね。トタン をお手軽につくりましょう。
《4-15 座:ファラデーの法則》
ファラデーの話はおもしろがって聞いてくれます。 みんな食いついてきました。やはり貧しい生い立 ち、クリスマスレクチャー、ファラデーのかご、電磁誘導、 ベンゼンの発見、ファラデーの法則、師匠デービーの話、科学者 の伝記といえばエジソン位しか知らなかった生徒達に とって、ファラデーは新しいヒーローでした。やっぱり理 科教育の中に科学者史は必要ですね。演示で硫酸 銅水溶液の中に銅を入れ、電気分解をした後、ア セトンにつけ、ドライヤーで乾かし、質量の増加 分と電気量の関係が法則通りなのを確認します。
《5-1 座:典型元素の分類、アルカリ金属元素》
教科書の扉写真を見ながら、典型元素の種類に ついて軽くふれた後、族ごとの分類方法について 学習します。そしてアルカリ金属元素の代表、ナ トリウムの切る、水と反応して激しく燃えること を演示しました。
《5-2 実:アルカリ金属元素》
これも実験で押し通します。1.Naを切る 2Na+ 2H2O→H2+NaOH 2.Na2CO3は水に溶ける HClで CO2 3.NaHCO3は水に溶けない HClでCO2 熱分 解でCO2+H2O 残った物質がNa2CO3(水に溶ける) 4.NaOHの潮解 一連のナトリウムの性質です。 ソーダ灰と重曹の利用にもふれました。授業の最後に ソルベー法について。ガラス原料を大量に作る方法 を学習します。
《5-3 座:アルカリ土類金属元素》
実験をやる前に、カルシウムの化合物について系 統立てて学習します。薬品庫からさまざまなカルシ ウム化合物を持ってきて、次々と見せますが、どれ も白いのばかり。みずとりぞうさんをばらして塩化 カルシウム、体育館から消石灰、硫酸に塩化バリウ ムなどを演示?します。鍾乳洞についても、軽く化 学反応式を押さえておきます。
《5-4 実:アルカリ土類金属元素》
ここは実験で押し通します。1.Caを見る Ca+2H2O →Ca(OH)2+H2 2.CaCO3を燃やしてCaO 3.CaOを水に 溶かしてCa(OH)2 4.3.に呼気でCaCO3 5.4.に更に 呼気でCa(HCO3)2 6.CaCl2+Na2SO4でCaSO4(セッコウ) 最後に炎色反応ろうそく(学校祭で作ってあった)で アルカリ・アルカリ土類の色を見ます。これが一番うけました。
《5-5 座:アルミニウム・両性元素》
ここもアルミ実験のオンパレード!!塩酸に入れ る、水酸化ナトリウムに入れる、硝酸に入れる(不 動態)、のり状の水酸化アルミニムは塩酸・水酸化 ナトリウム両方に溶ける(両性元素)、ジュラルミ ンの利用、ミョウバン(複塩)、ボーキサイトから の融解塩電解法について学習します。
《5-6 実:窒素化合物(アンモニア)》
窒素の周期表の位置、分子は3重結合なのでイオ ンになりにくい点を確認します。塩化アンモニウム +水酸化カルシウムでアンモニアを発生させ、フェ ノールフタレインを入れた水の入ったビーカーにア ンモニアの入った試験を立て、グングン溶けていく 様子を観察します。ハーバーボッシュ法について学 習した後、もう一つの窒素化合物「笑気」をビデオ で見ます。
《5-7 座:窒素化合物(二酸化窒素と硝酸)》
教室で二酸化窒素を作るのは、とっても加減が大 切。希硝酸5ml 銅片 ゴムせんと誘導管を用意し、 いざ!!茶色い気体がモクモク。試験管2本にため て、水に溶かすと一酸化窒素と硝酸になる(メチル オレンジが赤くなることで確認)、オストワルド法 と硝酸の火薬への利用を学習します。
《5-8 視聴覚室 オゾンホール》
教育テレビで放映された、オゾン破壊のしくみを ビデオで学習します。成層圏の寒冷化、対流圏の温 暖化、硝酸付き氷など、オゾン破壊のメカニズムに ついて学習します。
《5-9 実:硫化水素と二酸化硫黄》
硫黄の周期表の位置や同素体の復習の後、あら かじめ作っておいた硫化水素を使って、ヨウ素溶 液の脱色(還元剤)、金属イオンの検出をやって もらいます。二酸化硫黄に関するものは演示実験 です。青い炎、亜硫酸づくり、ヨウ素溶液の脱色 硫化水素水と混ぜて硫黄を析出などです。
《5-10 座:硫酸の性質》
接触式硫酸製造法や硫酸の利用(鉛蓄電池・精 練・製紙・薬品)について学習した後、濃硫酸の 一連の演示実験を行いました。(水の試験管と濃 硫酸の試験管を振る(色・粘性・におい)・.濃 硫酸に銅を入れ加熱→二酸化硫黄の発生・溶液の 色→青へ(銅イオンの確認)・青リトマスが赤・ヨウ素濾紙 の脱色・炭化(脱水作用)・つまようじに濃硫酸 ・砂糖に濃硫酸) 希硫酸に関しては水との溶解熱・亜鉛で水素・塩 化バリウムで白沈殿・あぶりだしを演示しました。
《5-11 実:ハロゲン元素の性質》
塩素を知る実験(さらし粉+希塩酸、脱色・次 亜塩素酸)とヨウ素を知る実験(ヨウ化カリウム 溶液にヨウ素は溶ける、ヨウ素デンプン反応)を 生徒実験でやった後、有名なハロゲンの酸化力の 強さを見る実験(塩化カリ、臭化カリ、ヨウ化カ リ+塩素水、臭素水の6種類の組み合わせ)をお こない、ハロゲンの性質をまとめます。でもこの 酸化力の強さを見る実験はダイナミクスさにかけ ます。ここは演示のほうがいいかもしれません。
《5-12 座:ハロゲンの化合物と遷移元素・合金》
内容はハロゲン化合物の種類と性質、遷移元素と金 属、合金の種類ですがただ流してもしょうがないの で、ちょっと演示実験を行いました。教室で少量の 塩化水素(NaCl+H2SO4)を発生させ、アンモニア水につけた ガラス棒を近づけて塩化アンモニウムの白煙を見せます。 続いてさまざまな合金の話をします。青銅はもとも とは銀色なんだよ、やっぱり実物を見せないと信 憑性がありません。
《5-番外 実:金貨を作ろう》
簡単な金貨を作ろう、てわけで、銅片+亜鉛粉 +NaOHaqで亜鉛めっき、それをあぶって黄銅。 一つの銅が金・銀と変わる様を見せて、 練金術の話をしてまとめます。 実は平成8年度の青少年のための科学の祭典で私 が担当した実験です。反応が小学生と同じなのがほ ほえましいですね。この実験はIAの教科書に載っ ています。
《5-13 座:銅イオン》
CuSO4+スチールウールで銅を析出させ、少量のアンモニア水 で水酸化銅、多量のアンモニア水でテトラアンミン銅イオン、硫 化水素水で硫化銅、を試験管の中で実際に作りま す。演示とはいえ、大きな試験管をつかえば、注 意を引きつけておくこともできます。余った時間は 裏読み物を使って、顔料の種類を教えました。日本 古来から続くべんがらに代表される顔料は、金属イ オン特有の色によって成り立っているのです。
《5-14 実:鉄イオン》
硫酸鉄(2)は緑色、塩化鉄(3)は橙色。同じ鉄 でもイオンの種類が2タイプあり、それぞれに反応が 違います。アンモニア水でそれぞれの水酸化鉄、 フェリシアン化カリ、フェロシアン化カリでベルリンブルー、タンブンブルーを試験 管の中に各班で作ります。錯イオンの組立方をやっ ていないので、ちょっとつらいかな?インドネシア のほうで一時期はやった切れていないのに、内蔵を 取り出す手術の謎はこの分野で溶けるのだ?血の色 はどうやって作り出すのかな?
《5-15 座:銀イオンと錯イオンの種類》
銀の化合物を作るの流れ(AgNO3+導線で銀樹、 少量のアンモニア水で酸化銀、多量のアンモニア水でジアンミン 銀イオン、塩酸で塩化銀、硫化水素で硫化銀)は演示 で行いました。余った時間で、錯イオンの構造をふれ ましたが、なかなかその立体構造が板書できません。
《5-16 実:金属イオンの検出》
銅・銀・鉄のそれぞれのイオンが入っている溶液に 、何を入れれば何が沈殿するのか。今までの授業 の総まとめで考えます。塩酸・アンモニア・硫化水素・ 水酸化ナトリウムでそれぞれの沈殿物を漉過し、ろ液に は何が入っているかを考察させました。基本的な 温泉の成分調査はこの程度の実験でもわかるんだよ。 なんと平成8年のセンター試験の問題と同じ実験です。 あとで話すと、生徒はビックリ。なんでぇ大学入試の 試験といっても授業の延長じゃないか、わかったか な?