7 学習展開の具体例
7.3 化石燃料消費と光化学スモッグ，酸性雨の関係
■ 横断する教科 理科，社会，技術，家政
■ 学習・達成目標
1) 国際社会が抱える諸課題について関心を高め，様々な資料を適切に収集，選択して多面的，多角的 に考察し，その解決のための国際的な努力について理解する。（社）
2) 国際社会における日本の役割やあり方について考える。
3) インターネット，写真や統計資料等のメディアから，化石燃料の消費，光化学スモッグ，酸性雨と その影響について読み取り，内容を把握する。（社，技家）
4) 産業発展に伴う経済活動が，人間生活の維持，向上のために欠かすことのできないものである一方 で，国境を越えた汚染問題に発展することに気付く。（社，技家）
5) 持続可能な社会をめざすために，これまで学んだエネルギー変換に関する技術を評価し，活用しよ うとする態度を身に付ける。（技家）
6) 環境条件と大気の関係を考察し，人間の活動が自然界に及ぼす影響を理解する。（理）
7) 人間の活動が水や大気の組成に与える影響を知り，それを防ぐ対策の必要性を理解する。（理）
8) 酸性とアルカリ性の水溶液の性質を調べ，酸とアルカリの意味を理解する。（理）
9) 酸とアルカリのそれぞれの特性が水素イオンと水酸化物イオンによることを理解する。（理）
10) 酸性やアルカリ性の強さはpHで表されることを理解する。（理）
■ ナレッジウェブ
工業化，化石燃料，排気ガス，酸化物質，酸性雨，pH，酸度，光化学スモッグ，越境汚染等
アクティビティコード：
It = 情報伝達
Sw = シングルワーク Pl = プランニング
Co = コミュニケーション Tw = チームワーク
－ ミッション1 －
■ ステートメント
化石燃料を燃やすという行為によって，酸化物質（窒素酸化物や硫黄酸化物）が発生し，産業革命以 降このような酸化物質の排出は伸び続け，酸性雨や光化学スモッグを引き起こすことが知られている。
アジア諸国は近年その排出量が増し，日本への影響も出ることが懸念されていることから，ここではい くつかの調査を行い，その実態を知る。
■ 学習展開（例）
実行1（It,Tw-2）： 15分
化石燃料を燃やすことによって発生する酸化物質に，窒素酸化物や硫黄酸化物がある。これらはNOxやSOx と呼ばれ，NO/NO2もしくは SO/SO2といった物質を示す。これら酸化物質が水中に溶けると，硝酸や硫酸を生 じ，その水は酸性傾向になる（雨に溶ければ酸性雨の原因となる）。また，太陽光（紫外線）によって光化学オキシ ダントに変化することで，強い酸化力を持ち，高濃度になると眼やのどが刺激を受ける他，呼吸器への影響も出る ことがある。
メディアを通じその現状を観察し，1）酸性雨や光化学スモッグの発生条件，2）その発生原因，3）生活への 影響の３点をカードに記載し，グループで意見をまとめる。
http://www.nhk.or.jp/eco-channel/jp/history/theme/06.html [テーマから学ぶ環境問題 - NHK]
実行2（It,Tw-2,3）： 15分
窒素酸化物の発生源別排出量や車種別排出量を調べ，どのような場所から汚染物質が排出されるのか を調べる。
http://www.env.go.jp/air/car/pamph2 [自動車NOX・PM法の手引き - 環境省]
コンピテンシーコード：
1. 創造性・イノベーションスキル 3. メディア・情報リテラシー
2. 協働性・コミュニケーションスキル 4. 科学的スキル
外部支援による実地検証教科横断型の学習展開社会的背景の調査教育リソースの投入と活用議論と提言
（例）NOxの主な発生源は自動車であり，全体の排出量の半分を占める。その中でも，バス，トラック 等大型車のディーゼルエンジンがその主要な排出源である。ディーゼルエンジンは，燃料を空気と均一 に混じらせてから発火させるガソリンエンジンと異なり，圧縮した空気に燃料を吹き付け自然発火させ るために，シリンダ内で不均一な燃焼が起きやすい。
実行3（It,Tw-2,3）： 15分
東アジア圏での，窒素酸化物の年間排出量等を調査し，どの地域で増加傾向にあるかを知る。
http://envgis5.nies.go.jp/eastasia/ [東アジアの広域大気汚染マップ - 国立環境研究所]
（例）東アジア全体でみると，NOx年間排出量は，過去30年間で3倍のペースで増加している。日本 は排気ガス規制等の結果年々減少傾向にあるものの，近年隣国の排出量の伸びは著しい。偏西風により 酸化窒素成分が西から東に流れると，日本における光化学スモッグや酸性雨を引き起こすことがある。
このような汚染の形態を越境汚染という。
― ミッション2 ―
■ ステートメント
このミッションでは，まず，吸光度を測定する比色センサの取扱いと検量線の作成方法を学ぶ。その 上で，ザルツマン試薬を調合し，車の排気口から汚染されたガスを集め，窒素酸化物NOXの濃度を測定 する手順を考え，それを実行する。
■ 学習展開（例）
実行1： 50分
▽ 実験のポイント（It,Tw-1,2）
1) 車の排気口からどのように排気ガスを採取したら良いだろうか。
2) 100 mLのザルツマン試薬を調合するために，どの試薬をどのように調合したら良いだろうか。
3) 検量線をどのように作成したら良いだろうか。
4) 吸光度測定には，何色の光を利用したら良いだろうか。
アクティビティコード：
It = 情報伝達
Sw = シングルワーク Pl = プランニング
Co = コミュニケーション Tw = チームワーク
▽ 利用可能な実験器具・試薬
スタンド，クランプ，ビーカー（100 mL），三角フラスコ（200 mL），ロート，ビニルチューブ，ゴ ム栓，ペットボトル，キュベット，洗浄瓶，ホットプレート，水槽，比色センサ（吸光度測定），マルチ 化学センサ（温度測定），ステンレス温度プローブ，試薬（スルファニル酸，リン酸溶液，ナフチルエチ レンジアミン溶液）
▽ シナリオ作成（Tw,Pl-1,2）－上記各ポイントに対応（グループによって異なる）
1) ゴムチューブの片方の先にロートを取り付け，もう片方をペットボトルの奥まで差し込む。ロート を排気口に近づけ，排気ガスをペットボトルに送り込み，内部の空気と排気ガスを置換させる。
2) スルファニル酸，リン酸溶液，ナフチルエチレンジアミン溶液を用いて，ザルツマン試薬を調合す る。
3) 濃度の異なる亜硝酸ナトリウム溶液を調合し，それぞれにザルツマン試薬を入れ，10分程度放置す る。発色した溶液を比色センサで測定する。
4) 色相環を用いて，発色した色と対称にある色（補色）を選択し，光源として使用する。
実行2（Tw）： 20分
実験に必要なザルツマン試薬を調合する。
1) 純水50 mLを三角フラスコに入れて加熱し，約90 ℃まで温める。
2) スルファニル酸0.5 gを加え，完全に溶解させる。
3) 溶液を約30 ℃に冷ます。
4) リン酸溶液 3 mLを加える。
5) ナフチルエチレンジアミン5 mgを加える。
6) 純水を加え，全量を100 mLにする。（冷水中で冷やして保管）
実行3（Tw）： 20分 検量線を作成する。
1) 亜硝酸ナトリウムを用いて，0，10，40，70，100 ppmの濃度の標準溶液をビーカーに用意する。
2) 5つのキュベットそれぞれに，ザルツマン試薬 7 mLを入れる。
3) 5つのキュベットそれぞれに，異なる濃度の標準溶液1 mLを入れる。
4) 発色が完了するまで10分程度待つ。
5) 発色が完了した溶液を比色センサに入れ，吸光度を測定する。
6) 吸光度と濃度（ppm）の関係をグラフ（検量線）にする。
コンピテンシーコード：
1. 創造性・イノベーションスキル 3. メディア・情報リテラシー
2. 協働性・コミュニケーションスキル 4. 科学的スキル
外部支援による実地検証教科横断型の学習展開社会的背景の調査教育リソースの投入と活用議論と提言
標準溶液の濃度と吸光度の関係（検量線）
▽ 実験手順の実行（吸光度と窒素酸化物濃度の測定）（Tw-2,4）（グループによって異なる）
1) ガソリン車の排気ガスをペットボトルに採取する。
2) ペットボトルにザルツマン試薬を20 mL入れ，よく振る。
3) ザルツマン試薬と排気ガスの反応が完了するまで，10分程度待つ。
4) ブランク溶液（0 ppm）の入ったキュベットを比色センサに入れ，ゼロ化する。
5) ピペットを使いペットボトル内の溶液を空のキュベットに移す。
6) 溶液の入ったキュベットを比色センサに入れる。
7) 適切な色を用いて，溶液の吸光度を測定する。
8) 検量線を用いて窒素酸化物濃度を読み取る。
9) 同様に，ディーゼル車の排気ガスを測定する。
アクティビティコード：
It = 情報伝達
Sw = シングルワーク Pl = プランニング
Co = コミュニケーション Tw = チームワーク
― ミッション3 ―
■ ステートメント
日本では，近年厳しい環境規制のなか，酸化物質の排出が制限されてきたが，急速に発展している諸 国から，酸化物質が国境を越えて飛来してくる例がある。酸化物質が空気中の水分に溶け，酸性雨や酸 性雪が生じる原因となっていることを示す実験の手順を考え，それを実行する。
■ 学習展開
実行1（It,Tw-3）： 10分
自動車や工場から排出される窒素酸化物，硫黄酸化物が国境を越え日本にやってくる事例を参考に，
このような汚染物質が，生態系へどのような影響を及ぼすかを知り，日本のとるべき方策について考え てみる。
http://cgi4.nhk.or.jp/eco-channel/jp/movie/play.cgi?movie=j_kankyo_20011103_1794 [酸性雨 解明すすむ生態系へ の影響 - NHK]
実行2（It）： 10分
二酸化窒素は雨水等の冷水に溶けると，硝酸と亜硝酸になることを説明する。
2NO2 ＋ H2O → HNO3 + HNO2
実行3： 50分
▽ 実験のポイント（It,Tw-1,2）
1) 窒素酸化物をどのように発生させたら良いだろうか。
2) 発生する窒素酸化物をどのように採取し，水に溶かし込んだら良いだろうか。
3) 水のｐH変化をどのように測定したら良いだろうか。
▽ 利用可能な実験器具・試薬
スタンド，クランプ，気体発生用試験管，ビーカー（300 mL），フラスコ，撹拌子，スターラー，洗 浄瓶，シリンジ，銅片，試薬（濃硫酸），マルチ化学センサ（pH測定），pHプローブ
▽ シナリオ作成（Tw,Pl-1,2）－上記各ポイントに対応（グループによって異なる）
1) 濃硝酸と銅の反応から，窒素酸化物を試験管内で発生させる。
2) シリンジを用いて，窒素酸化物を含んだガスを吸い込み，それを水中に溶かし込む。
3) pHセンサをフラスコ内部に差し込むことで，窒素酸化物を送り込むにつれ変化するpHを観察する。