最近の更新履歴 九州高等学校理科教育研究会 （ 九高理 ）

ポイントチェック

⑴　蒸気圧降下……不揮発性の溶質を溶かした溶液の蒸気圧は，純溶媒の蒸気圧より低くなる現象。

⑵ 　沸点上昇・凝固点降下…不揮発性の物質が溶けた溶液では，純粋な 溶媒より沸点は（^ア　　　）し，凝固点は（^イ　　　）する。溶媒と 溶液との沸点の差を沸点上昇度（Dt），凝固点の差を凝固点降下度

（Dt）という。

⑷ 　沸点上昇・凝固点降下・浸透圧の溶質が電解質の場合：これらの現象は，溶質粒子の総物質量 に依存する。電解質の場合，電離して生じたイオンを含めた濃度に比例する。

例：0.1 mol/kgのCaCl₂水溶液 C

0.1mol aCl2→ C

0.1mol a^2＋＋2

0.2mol

Cl^－ 完全に電離した場合，溶質粒子は0.3 mol/kgとなり， D t，P は非電解質水溶液の場合の3倍になる。

■解答　　ア．上昇　イ．降下　ウ．質量モル濃度　エ．モル濃度　オ．絶対温度　カ．nRT

⑶　浸透圧

⒜　半透膜：溶媒などの小さい粒子は通すが，大きな溶 質粒子は通さない膜。例：セロハン，ぼうこう膜

⒝　浸透：溶媒粒子が，半透膜を通って溶液側に移動す る現象。

⒜　沸点上昇度，凝固点降下度… 　非電解質溶液では，溶質の種類に関 係なく，溶液の（^ウ　　　　　　）に 比例する。

D t_＝Km

D t：沸点上昇度（凝固点降下度）〔K〕 K： モル沸点上昇（モル凝固点降下）

〔K･kg/mol〕

溶媒1 kgに溶質1 molを溶かしたと きの，沸点上昇度（凝固点降下度） m：質量モル濃度〔mol/kg〕

⒞　浸透圧：半透膜を通って溶媒が溶 液中に浸透するのを防ぐために溶液 側に加える圧力。

　浸透圧 P は溶液の（^エ　　　　）Cと

（^オ　　　　）Tに比例し､ 気体定数 をRとするとP＝CRTと表すこと ができる。ここでC＝_Vn 〔mol/L〕 であるから，PV＝（^カ 　 　 　 ） とも表される。

⒝　溶質の分子量の求め方 　溶媒の質量をW〔g〕， 溶質の質量をw〔g〕，溶 質の分子量をMとする

と，質量モル濃度mは，次のように表される。

m W

M w mol

M W w

1000

1000 kg ^#

= = #

] ]

g g

これをDt ＝Kmに代入すると　M^{= 1000}_{Dt W:}^{K w:}

⒟　浸透圧による溶質の分子量の求め方 溶質の質量をw〔g〕，分子量をMとすると， 溶質の物質量n＝_Mw 〔mol〕となり

これを⒞の式に代入し，変形すると M＝^wRT_PV となる。

５．希薄溶液の性質

温  

  度

溶液の沸点 沸点上昇度 Dt 純溶媒の沸点

純溶媒の凝固点 凝固点降下度 Dt 溶液の凝固点

半透膜 浸透 溶媒

溶媒溶質 溶液

半透膜 浸透 浸透圧に相当

溶媒 溶液

〔基本問題〕

46.（希薄溶液の性質）次の文の空欄に適する語を記入せよ。

⑴　ある不揮発性の溶質が，ある溶媒に溶けているとき，その溶液の蒸気圧は純粋な溶媒に比

― 24 ―　第１章　物質の状態

べて（

　　　）くなる。これは溶液の場合，単位時間に蒸発する溶媒分子の数が溶媒だけ

の場合に比べて（

　　　）なるからである。溶液が沸騰するということは，溶液の飽和蒸

気圧が外圧と（

　　　）なり，溶液内部からも蒸発が起こることである。したがって溶液

の沸点は，溶媒に比べて（

　　　）くなる。

⑵　ある溶液と溶媒とを（

　　　）膜で仕切ると（

　　　）は膜を通って（

　　　）の中

に入りこもうとする。この現象を（

　　　）という。（

　　　）が入りこむのを止めるには，

溶液側に圧力を加えなければならない。この圧力を（

　　　）といい，溶液１ L中に含ま

れる（

　　　　）の物質量に比例する。また，（

　　　　）にも比例する。

47.（沸点上昇度）右図は，水 500 gにスクロース 34.2 gを溶かしたスクロース溶液，水 500 gに

グルコース 27.0 gを溶かしたグルコース溶液および水の蒸気圧曲線で

ある。スクロースおよびグルコースの分子量を，それぞれ 342，180

として，次の各問いに答えよ。

⑴　スクロース溶液とグルコース溶液の質量モル濃度を求めよ。

⑵　スクロース溶液の蒸気圧曲線はA，Bのうちどちらか。

⑶　水のモル沸点上昇を 0.520 K・kg/molとするとa，bは何℃になるか。

48.（電離と凝固点降下）次の物質 １gを，それぞれ水 200 gに溶かした水溶液がある。凝固点が

最も低いものと最も高いものはどれか。ただし，電解質は完全に電離するものとする。また， （　）

の中は分子量または式量を表している。

ア　グルコースC

H

O

（180） イ　塩化カリウムKCl（74.5）

ウ　尿素CO （NH

）

（60） エ　塩化マグネシウムMgCl

（95）

49.（浸透圧）右図のように，デンプン水溶液と水をセロハン膜で隔てて放置すると，デンプン

水溶液側に水が移動し，デンプン水溶液の液面が上昇した。水面とデ

ンプン水溶液の液面の高さの差が，ある値hになったときにこの液面

の上昇が停止した。次の各問いに答えよ。

⑴　セロハン膜のように小さい分子のみを通すような性質をもつ膜を

何というか。

⑵　両液の液面の高さの差に相当する圧力を何というか。

⑶　デンプン水溶液の濃度を大きくすると，hの高さはどう変化するか。

50.（逆浸透法）図に示すような装置を利用して，海水から純粋な水を

取り出すには，どのような操作を行えばよいか。50字程度で答えよ。

セロハン膜 水

水溶液 デンプン h

半透膜 溶液 溶媒

５．希薄溶液の性質　― 25 ―

〔標準問題〕

51.（凝固点降下・沸点上昇と分子量）次の各問いに答えよ。ただし，水のモル凝固点降下は

1.86 K・kg/molとする。

⑴　水500 gにグルコースC

H

O

（分子量180）60.0 gを溶かした溶液の凝固点は何℃か。

⑵　水200 gに塩化ナトリウム（式量58.5）1.17 gを溶かした溶液の凝固点は何℃か。ただし，

塩化ナトリウムは完全に電離しているものとする。

⑶　硫黄の結晶5.35 gを二硫化炭素（CS

）100 gに溶かした溶液は，46.8 ℃で沸騰した。二硫

化炭素の沸点を46.3 ℃，モル沸点上昇を2.40 K・kg/molとして，次の①②に答えよ。

　①この硫黄の分子量はいくらか。

　②この硫黄の分子式は次のどれか。

　　ア S　イ S

　ウ S

　エ S

　オ S

52.（浸透圧）ヒトの血液の浸透圧は 37℃で 7.5 × 10

Pa である。同じ温度でヒトの血液と浸

透圧が等しい食塩水を生理食塩水といい，麻酔薬や注射剤の希釈，傷口の洗浄などに用い

られる。生理食塩水 1.0 L に含まれる塩化ナトリウムの質量は何 g か。ただし，気体定数

_{=8.3 × 10}

Pa･L/（mol･K），NaCl の式量は 58.5 とする。

53.（過冷却）次の文章中のア〜オに適切な語句を記入し，以

下の各問いに答えよ。

　ある純溶媒の冷却曲線は右図のＡのように表される。この

溶媒にある非電解質を溶かした後，この溶液をゆっくりと冷

却したところ，右図のＢの冷却曲線が得られた。

　これら２つの冷却曲線にみられるように，凝固点以下の温

度になっても凝固しない現象を（

　　　）という。また，

純溶媒に比べて溶液の凝固点が低くなる現象のことを

（

　　　　　）といい，非電解質の希薄溶液では，その低

下の度合いは溶液の質量モル濃度に比例する。このとき，その比例定数は（

　　　）の種類

に関係せず，（

　　　）の種類によって決まる。

　ⅡからⅢ，あるいはⅡ'からⅢ'において温度は急激に上昇する。その後，溶液ではⅢ'から温

度が下がりながら凝固が進む。これは溶液中の（エ）だけが先に凝固し，残った溶液の濃度が

（

　　　）なるためである。

⑴　この溶液の凝固点は図中のａ，ｂ，ｃ，ｄのどれか。記号で答えよ。

⑵　下線部の理由を，15字以内で記せ。

⑶　この溶液の凝固点降下度を記号ａ〜ｅを使って表せ。

温度

冷却時間

a

Ⅱ '

Ⅲ'

Ⅱ'

Ⅲ _A

B

― 26 ―　第１章　物質の状態

さらに温度を上げなくてはならない（右図③）。した がって，溶液の沸点は上昇することになる。

⑵半透膜とは，小さな溶媒粒子は通すが，大きな溶質 粒子は通さない膜。（例：セロハン，ぼうこう膜）溶 液（溶媒＋溶質）と純溶媒とを半透膜で仕切ると半透膜 を隔てて，純溶媒側から溶液側へ通り抜ける溶媒分子 の単位時間当たりの移動量が，逆向きの移動量より大 きくなり，見かけ上純溶媒中の溶媒分子が半透膜を 通って溶液の中に入り込もうとする現象が起こる。こ の現象を浸透というが、溶媒が溶液側に入り込もうと するのを止めるには，溶液側にある圧力を加えなけれ ばならない。この圧力を浸透圧という。

ファントホッフの法則PV＝nRT

　P〔Pa〕：浸透圧，V〔L〕：溶液の体積，n〔mol〕： 溶質の物質量

　R〔Pa･L/（mol･K）〕：気体定数，T〔K〕：絶対温度 したがって，浸透圧Pは，溶質の物質量nに比例， 絶対温度Tに比例する。

47．⑴スクロース溶液　0.200 mol/kg， 　グルコース溶液　0.300 mol/kg

⑵A

⑶ a 100.104 ℃　b 100.156 ℃

〔解説〕（1）スクロース溶液：

質量モル濃度〔mol/kg〕＝^{溶質の物質量}_{溶液の質量]}^]_kg^mol_g^g 　　　　　　＝

.

1000 500 342 34 2

kg

mol＝0.200 mol/kg

グルコース溶液：

質量モル濃度〔mol/kg〕＝^{溶質の物質量}_{溶液の質量]}^]_kg^mol_g^g 　　　　　　＝

.

1000 500 180 27 0

kg

mol＝0.300 mol/kg

⑵溶液の質量モル濃度が大きいほど，蒸気圧降下が 大きくなる。⑴より，質量モル濃度は，グルコース溶 液よりスクロース溶液の方が小さい。したがって，ス クロースの蒸気圧曲線は，蒸気圧降下の小さい方の Ａである。

蒸気圧

1013

〔hPa〕

水

・Aの蒸気圧降下

A B

100 a b

蒸気圧

1013

〔hPa〕

水

・Bの蒸気圧降下

A B

100 a b

⑶沸点上昇度 D t ＝ Kb^m　Kb：水のモル沸点上昇， m：質量モル濃度，スクロース，グルコースともに

非電解質であるのでmに溶質の濃度をそのまま代 入してよい。

スクロース水溶液D t＝Kb^mに代入して

　D t＝0.520 K･kg/mol×0.200 mol/kg＝0.104 K 　この温度は水の沸点（100 ℃）に比べて上昇する温 度であるから，スクロース水溶液の沸点は，a＝ 100＋0.104＝100.104 ℃

グルコース水溶液　D t＝Kb^mに代入して 　D t＝0.520 K･kg/mol×0.300 mol/kg＝0.156 K したがって，グルコース水溶液の沸点は， b＝100＋0.156＝100.156 ℃

48．最も低いものエ，最も高いものア

〔解説〕凝固点降下度 D t＝Km の式において，m（溶 液中の粒子の質量モル濃度）が大きいほど，D tも大き くなり凝固点は低くなる。また，沸点上昇･凝固点降 下は，溶質粒子の総物質量に依存する。つまり，電 解質の場合，電離するためイオンの総物質量で考え なければならない。

ア C6H12O6の構成元素は，すべて非金属元素（C，H，O） なので，分子からなる物質である。したがって，電離 しないので，分子の物質量で考える。

m_{〔mol/kg〕＝}

kg^mol 溶媒の質量 溶質の物質量

] ]

g

gより，

k g m o l m

1000 200 180

1

180

= = 1 _{×5 mol/kg}

イKClの構成元素は，金属元素（K）と非金属元素

（Cl）である。したがって，イオン結晶からなる電解 質で，次のように電離する。K

（1mol）^{Cl → K}1mol

＋ _{＋ C}

1mol^l

－

イオンの総物質量である２倍で考える。 　

kg . mol m

1000 200

1 2

1 74 5

37

# ]

= _{×5 mol/kg}

ウCO（NH2）2の 構 成 元 素 は， す べ て 非 金 属 元 素

（C,H,O,N）なので，分子からなる物質である。した がって，電離しないので，分子の物質量で考える。 　

kg mol m

1000 200

1

1 60

= =60_{×5 mol/kg}

エMgCl2の構成元素は，金属元素（Mg）と非金属元 素（Cl）である。したがって，イオン結晶からなる 電解質で，次のように電離する。MgCl2 → Mg^2＋

＋ 2Cl^－ イオンの総物質量である３倍で考える 　

kg mol m

1000 200 1 3

1 95

32

# ]

= _{×5 mol/kg}

質量モル濃度が最も大きいエが凝固点降下度も大き

― ₁₈ ― 解　　　答　　　編

く，凝固点が最も低い。質量モル濃度が最も小さい アが凝固点降下度も小さく，凝固点が最も高い。

〔別解〕物質はすべて水 200 gに溶かしているの だから，質量モル濃度を 計算する必要はない。そ れぞれの物質量（mol）だ けで比較すればよい。

ア₁₈₀¹ mol　イ_{74 5}¹_. ^{# ]2} ₃₇¹ mol　ウ₆₀1 mol

エ₉₅^{1 # ]3} ₃₂¹ mol

物質量が一番大きいのはエ，物質量が一番小さいの はアである。

49．⑴半透膜　⑵浸透圧　⑶高くなる。

〔解説〕⑴水（溶媒）は小さい粒子で，デンプンは大 きな粒子である。水のような小さい溶媒分子のみを 通すのは半透膜である。

⑵

⑶PV＝nRTにおいて，濃度を大きくする（nを大 きくする）と浸透圧Pも大きくなる。浸透圧Pが大 きくなるということは，水がより多く浸透するため， h_{の高さは高くなる。}

50．海水を溶液側に，純水を溶媒側に入れ，溶液 側から浸透圧より大きい圧力を加えると，溶媒側に 純水が得られる。（句読点含み51字）

〔解説〕海水を溶液側，純水を溶媒側に入れたまま だと，溶媒側から溶液側に水分子が浸透する。この 浸透を防ぐには，溶液側に浸透圧をかけなければな らないが，浸透圧より大きい圧力を加えると，溶液 側から溶媒側に水分子が浸透する。この方法を逆浸 透法といい，実際に海水から淡水を得る方法として 利用されている。

51．⑴－1.24 ℃　⑵－0.372 ℃　⑶①257，②オ

〔解説〕沸点上昇度，凝固点降下度はD t＝Km

⑴D tを求める 　質量モル濃度mは 　m〔mol/kg〕＝ _.

. 0 50 180 60 0

kg

mol＝₃² mol/kg

　∴ D t＝Kf^m　より

　D t＝1.86 K･kg/mol×₃2 mol/kg ＝ 1.24 K 水の凝固点は 0 ℃で，溶液の凝固点は 0 ℃よりさ らに 1.24 K下がるので

凝固 点 降下 度

0℃水の凝固点 の凝固点

の凝固点 MgCl2 C6H12O6

液面の高さの差に よる圧力＝浸透圧 h

∴0－1.24＝－1.24 ℃

⑵NaClは，NaCl → Na^＋＋Cl^－のように完全に電 離するので，イオンの総物質量は２倍になる。質量 モル濃度mは

m_{〔mol/kg〕＝} ^.

. 2

1000 200 58 5 1 17

kg mol

#

＝0.200mol/kg 凝固点降下度D t＝Kf^mに代入して

D t＝1.86 K･kg/mol×0.200 mol/kg＝0.372 K したがって，凝固点は，　0 K－0.372 K＝－0.372 ℃

⑶①モル質量をM〔g/mol〕，硫黄の質量をw〔g〕， 二硫化炭素の質量をW〔g〕とすると，質量モル 濃度mは，

m W

M w

MW w 1000

= =1000

　沸点上昇の式　D t＝Kb^m　に上の式を代入し 　　D t＝Kb×¹⁰⁰⁰_MW^w=1000_MW^{K wb}

　　M＝¹⁰⁰⁰_Dt・^{K w}_W^{b =1000 2 40}_（^#_{46 8. K}^{. K kg/mol}₋^・_{46 3. K)#}^#₁₀₀^{5 35.}_g ^g 　　　＝256.8≒257 g/mol　分子量に単位はない ので257

②硫黄の分子式をS^xとするとS＝32　M＝32x 　M＝257だから　32x＝257　∴x≒8　したがっ て，S8

52．8.5g

〔解説〕浸透圧も，溶質粒子の総物質量に依存する。 NaClは電解質で

（1mol）N^{aCl → N}1mol^a

＋ _{＋ C}

1mol^l

－ のように電離するので， イオンの総物質量は２倍になる。

生理食塩水のNaClのモル濃度を x 〔mol/Ｌ〕とする と，イオンのモル濃度は 2 x 〔mol/Ｌ〕となる。 浸透圧P＝CRTより，P＝2x×R×T

したがって，7.5×10⁵＝2x×8.3×10³×（273＋37） x＝0.1457≒0.146 mol/L

NaCl＝58.5より，生理食塩水1.0 L中のNaClの質量は， 0.146 mol/L×1.0 L×58.5 g/mol＝8.54≒8.5 g

〔別解〕PV＝nRTにおいて，V＝1.0 L，n＝2x〔mol〕 だから

7.5×10⁵ Pa×1.0 L＝ 2x×8.3×10³ Pa･L/（mol･K）

×（273＋37）K x＝0.1457≒0.146 mol

0.146 mol×58.5 g/mol＝8.54≒8.5 g 53．ア過冷却　イ凝固点降下　ウ溶質

エ溶媒　オ大きく（高く）

⑴ｃ

⑵多量の凝固熱を放出するから。（句点含み14

― ₁₉ ― 解　　　答　　　編

ポイントチェック

解答　　ア．NH3　　イ．黄^{おうりょく}緑　　ウ．下方　　エ．腐卵　　オ．弱塩基 　　　　カ．赤褐　　キ．NH3　　ク．ソーダ石灰

７．気体の発生

　気体の 法　水に溶けるか溶けないか，空気より いか いかで決まる。 ある気体

　気体の製法と性質　　 ：よく溶ける　 ：溶ける　 ： し溶ける　×：溶けない

化学反応の 理

①　弱酸（または弱塩基）の塩に強酸（または強塩基）を作用させて， 弱酸（弱塩基）を発生させる。

（弱酸の 離，弱塩基の 離）

②　揮発性の酸の塩に不揮発性の酸（濃硫酸）を加え加熱し，揮発性の酸を 離させる。

③　酸化還元反応を利用して発生させる。

④　 水反応を利用して発生させる。

　気体の 　　捕集する気体と中和反応や酸化還元反応を起こさない乾燥剤を選 。 水に溶けにくい

水に溶けやすい

水上置 　例：H2，O2，CH4

空気より い 空気より い

（分子量が空気の 分子量（29）より小さい）

（分子量が空気の 分子量（29）より大きい）

上方置 　例：（^ア 　　　　）のみ 下方置 　例：Cl2，CO2，HCl

気体 H² O2

Cl2

HCl H2S SO2

NH3

NO NO2

CO2

CO

分子量 ２ 32 71 36.5

34 64 17 30 46 44 28

捕集法 水上 水上

（^ウ　） 下方 下方 下方 上方 水上 下方 下方 水上

反応の理 臭い色

無色無臭 無色無臭

（イ　　）色 刺激臭無色 刺激臭無色

（エ　　 ）臭 刺激臭無色 刺激臭無色 無色－－－

（カ　　）色 刺激臭無色

無臭無色 無臭

水溶性液性 中性× 中性×

酸性 強酸性 弱酸性 弱酸性

（オ　　）性 中性×

強酸性 弱酸性× 中性

M O2

H2SO4

H²SO⁴→ SO⁴ H² 2H2O2→2H2O O2

M O2 4HCl→M Cl2 2H2O Cl2

NaCl H2SO4→NaHSO4 HCl F S H2SO4→F SO4 H2S C 2H2SO4→C SO4 2H2O SO2

2NH4Cl Ca（OH）2→CaCl2 2H2O 2NH3

3C 8HNO³→3C（NO³）² 4H²O 2NO C 4HNO3→C（NO3）2 2H2O 2NO2

CaCO3 2HCl→CaCl2 H2O CO2

HCOOH→H²O CO

気体発生の化学反応式

酸性の 気　体 中性の 気　体 塩基性 の気体

気体の種類 適する乾燥剤・適さない乾燥剤

酸性の濃硫酸，酸性酸化物のP4O10，中性のCaCl2を使用する。

（濃硫酸（酸化剤）はH2S（還元剤）と酸化還元反応を起こすので不 ） すべての乾燥剤（P4O10，CaCl2， ー 石灰，CaO，濃硫酸）を使用できる。 塩基性の（^ク 　　　　　），塩基性酸化物のCaOを使用する。

（CaCl2はNH3と反応し，CaCl2･8NH3となるので使用不 ） Cl2，H2S，HCl

CO2，NO2，SO2

H2，N2，O2

CO，NO NH³ 固体

液体

酸　性 中　性 塩基性 酸　性

乾　燥　剤 適さない気体

酸化 リン（P⁴O¹⁰） 塩化カルシウム（CaCl2）

ー 石灰（CaO NaOH） ，酸化カルシウム（CaO） 濃硫酸（H2SO4）

塩基性の気体

（キ 　　　　　　） 酸性の気体 塩基性の気体，H2S

７．気体の発生　― 89 ―

〔基本問題〕

155.（気体の性質・製法）次の⑴〜⑸の性質・製法の気体を，下の物質群のうちから１つずつ選

び化学式で答えよ。また，下線部を化学反応式で表せ。

⑴　黄緑色で刺激臭のある気体で，酸化マンガン（Ⅳ）に濃塩酸を加えて加熱すると生じる。

⑵　希硝酸に銅を入れると発生する無色の気体。空気中で直ちに赤褐色の気体に変化する。

⑶　過酸化水素の水溶液に酸化マンガン（Ⅳ）を加えてつくる。この気体に紫外線を照射すると，

オゾンが発生する。

⑷　大気中に0.04％含まれており，水に溶けて弱酸性を示す。石灰石に希塩酸を作用させると

発生する。

⑸　白金製の容器中で，ホタル石 CaF

に濃硫酸を加え加熱する。この気体は水に溶けて弱酸

性を示す。

物質群　　塩素　　二酸化炭素　　一酸化窒素　　酸素　　フッ化水素

156.（気体の性質）次のア〜スの文は，下の物質群のうちどの気体について述べたものか。それ

ぞれ１つずつ選び，化学式で答えよ。

ア　淡青色で特異臭を持ち，強い酸化作用があるので，漂白・殺菌に用いられる。湿ったヨウ

化カリウムデンプン紙を青くする。

イ　無色刺激臭の気体で毒性があり，水に溶けて弱い酸性を示す。還元力をもち，色素を漂白する。

ウ　無色で水に溶けにくい。酸素と反応すると，すぐ赤褐色の気体になる。

エ　黄緑色で刺激臭をもち，水に溶け，酸化力が強い。

オ　無色無臭で，石灰水を白濁させ，水に溶けて弱い酸性を示す。

カ　無色刺激臭の気体で，水によく溶けて弱い塩基性を示し，濃塩酸を近づけると，白煙を生じる。

キ　無色無臭で，水に溶けにくい。火の付いた線香を入れると，炎をあげて燃える。

ク　無色腐卵臭の気体で，水に溶けて弱い酸性を示す。還元力をもち，酢酸鉛（Ⅱ）をしみこま

せたろ紙を黒変する。

ケ　無色刺激臭の気体で，湿った空気中で発煙し，アンモニアで白煙を生じる。水によく溶け

強い酸性を示す。

コ　無色無臭の気体で，有毒，水に溶けにくい。高温で還元剤として使われる。

サ　無色無臭の気体で，水に溶けにくい。空気との混合物に点火すると，爆発する。

シ　赤褐色刺激臭の気体で，水に溶けると，酸を生じる。

ス　水溶液は弱酸性で，ガラスを溶かす。

　物質群　　水素　　酸素　　オゾン　　塩素　　一酸化炭素　　二酸化炭素　　一酸化窒素

　　　　　　　二酸化窒素　　二酸化硫黄　　硫化水素　　アンモニア　　フッ化水素

　　　　　　　塩化水素

― 90 ―　第３章　無機物質

〔標準問題〕

157.（気体の発生に関する問題）次の各問いに答えよ。

⑴　下表の（　　）に分子式を記入し，それぞれ製法，発生装置，捕集方法を解答群より選び

記入せよ。また製法については，その化学反応式をかけ。

［製法］

ア　酸化マンガン（Ⅳ）に濃塩酸を作用させる。

イ　亜鉛に希硫酸を作用させる。

ウ　酸化マンガン（Ⅳ）に過酸化水素水を作用させる。

エ　硫化鉄（Ⅱ）に塩酸を作用させる。

オ　フッ化カルシウム（ホタル石）に濃硫酸を作用さ

せる。

カ　空気または，酸素中で無声放電をする。

キ　塩化アンモニウムに水酸化カルシウムを作用さ

せる。

ク　塩化ナトリウムに濃硫酸を作用させる。

ケ　銅に希硝酸を作用させる。

コ　銅に濃硝酸を作用させる。

サ　銅に濃硫酸を作用させる。

シ　石灰石に塩酸を作用させる。

⑵　①〜⑫の気体のうち，次の色の気体の名称をかけ。

　　　淡青色（　　　　　）　　　黄緑色（　　　　　）　　　赤褐色（　　　　　　　）

⑶　①〜⑫の気体のうち，乾燥剤に濃硫酸を使用できないものはどれか。すべて選び，番号で

答えよ。

⒜ ⒝ ⒞

［発生装置］

⒜ ⒝ ⒞

［捕集方法］

気体名（分子式） ^{製法 発生装置 捕集方法} 化学反応式

①　酸　　　素（　　　　）

②　水　　　素（　　　　）

③　塩　　　素（　　　　）

④　塩 化 水 素（　　　　）

⑤　アンモニア（　　　　）

⑥　一酸化窒素（　　　　）

⑦　二酸化窒素（　　　　）

⑧　フッ化水素（　　　　）

⑨　二酸化硫黄（　　　　）

⑩　硫 化 水 素（　　　　）

⑪　二酸化炭素（　　　　）

⑫　オ　ゾ　ン（　　　　）

７．気体の発生　― 91 ―

⑶①：C＋O2→ CO2

　②：CaCO3＋2HCl → CaCl2＋H2O＋CO2

　③：HCOOH 　　H2O＋CO

〔解説〕⑴一酸化炭素の燃焼：2CO＋O2→ 2CO2

　COの還元性：Fe2O3＋3CO → 2Fe＋3CO2

⑵CO2はいくらか水に溶け，空気より重い。（分子 量はCO2＝44で空気の平均分子量は約29である。） COは水に溶けにくい。

⑶②：弱酸（H2CO3）の塩であるCaCO3と強酸（HCl） により，弱酸遊離（H2O＋CO2）の反応が起こる。 　③：濃硫酸は，脱水作用を示す。

154．⑴CaCO3＋2HCl → CaCl2＋H2O＋CO2

⑵気体の発生や停止を簡単な操作でできる。

⑶石灰石の表面に難溶性の硫酸カルシウム CaSO4が生じるため。

〔解説〕⑴弱酸の塩に強酸を反応させると，強酸の 塩が生成し，弱酸が遊離する反応例である。

⑵固体と液体の反応によって気体を発生させると き，気体の発生や停止を活栓を開閉するだけで行う ことができる。

⑶はじめは気体が発生するが，水に溶けにくい硫酸 カルシウムが石灰石の表面を覆ってしまうため，反 応が止まり二酸化炭素が発生しなくなる。

⑷キップの装置は固体と液体の反応で気体を発生さ せたいときに使う。コックＤを閉じると，発生した 気体がＢにたまり，Ｂ内の圧力が大きくなるので， 液体がＢ→Ｃ→Ａと移動する。その結果，Ｂ内の石 灰石と希塩酸が接触しなく

なり，気体の発生が止まる。 逆にコックＤを開くと，Ｂ内 の圧力が小さくなり（大気圧 と等しくなる）液体がＡ→ Ｃ→Ｂと移動するので，固 体と液体が接触し再び反応 が起こり，気体が発生する。

155．⑴Cl2：MnO2＋4HCl→MnCl2＋2H2O＋Cl2

⑵NO：3Cu＋8HNO3→ 　 3Cu（NO3）2＋4H2O＋2NO　

⑶O2：2H2O2 　　2H2O＋O2

⑷CO2：CaCO3＋2HCl→　CaCl2＋H2O＋CO2

⑸HF：CaF2＋H2SO4→CaSO4＋2HF

〔解説〕⑴黄緑色の気体は塩素である。MnO2による HClの酸化でCl2が得られる。

⑵酸化剤である希_〰〰〰〰硝酸による銅の酸化である。希硝 酸自身は，還元されてNO（無色気体)になる。 　一酸化窒素は，空気に触れるとすぐに酸化されて， 赤褐色の二酸化窒素という気体になる。

　2NO＋O2→ 2NO2

注意：銅を濃硝酸と反応させた場合は，NO2が発生 H2SO4

→

A

B

栓 _C

D

MnO2

→

する。

　Cu＋4HNO3→ Cu（NO3）2＋2H2O＋2NO2↑

⑶　　 紫外線

　3O2→ 2O3　酸素中で無声放電をしてもオゾン を生じる。

⑷CO2＋H2O →_{← H}2CO3 →_{← H}^＋＋HCO3^－

石灰石（CaCO3）と塩酸の反応：「弱酸（H2CO3） の塩であるCaCO3」が「強酸（HCl）」により，「弱 酸（H2O＋CO2)」が遊離する反応

⑸「揮発性の酸（HF）の塩であるCaF2」に「不揮 発性の濃硫酸」を加え加熱することにより，「揮発 性の酸（HF）」が発生する。

156．アO3　イSO2　ウNO　エCl2

オCO2　カNH3　キO2　クH2S ケHCl　コCO　サH2　シNO2　 スHF

〔解説〕アオゾンO3は，淡青色・特異臭の気体で酸 化作用がある。オゾンは湿ったヨウ化カリウムデ ンプン紙中のヨウ化カリウムKI中のI^－を酸化して I2にする。さらにI2とデンプンのヨウ素デンプン反 応により，ヨウ化カリウムデンプン紙は青紫色に なる。

イSO2は酸性酸化物で，水に溶けて亜硫酸になり， 弱い酸性を示す。

　SO2＋H2O→H2SO3

　また，SO2には還元性があり，漂白作用を示す。 ウ赤褐色の気体はNO2である。空気と反応してNO2

になるのは，NOである。 　2NO＋O2→2NO2

エ黄緑色の気体はCl2である。水に少し溶け，一部 は水と反応し塩酸と酸化力のある次亜塩素酸 HClO を生じる。

　Cl2＋H2O →← HCl＋HClO　

オ石灰水を白濁させるのは二酸化炭素である。石灰 水とは，水酸化カルシウム水溶液である。

　Ca（OH）2＋CO2→CaCO3↓＋H2O

（Ca（OH）2は塩基，CO2は酸性酸化物で，塩と水が 生じる。）

　二酸化炭素は水に溶けて弱い酸性を示す。 　H2O＋CO2 →_{← H}2CO3 →_{← H}^＋＋HCO3^－

カNH3は水によく溶け， 　NH3＋H2O →_{← NH}4^＋＋OH^－

のようにOH^－を生じ，弱い塩基性を示す。 　塩化水素HCl（気体）とは，

　NH3＋HCl→NH4Cl

のように塩化アンモニウムの白煙（固体）を生じる。 濃塩酸からは，揮発性の塩化水素（気体）が発生し ている。

キ物を燃やす働きがあるのは，酸素O2である。

― ₃₈ ― 解　　　答　　　編

ク腐卵臭といえばH2Sである。水に溶け 　H2S →_{← H}^＋＋HS^－，HS^－ →_{← H}^＋＋S^2－

の よ う に 電 離 す る。 強 い 還 元 剤 で あ る。Pb

（CH3COO）2とは，

　Pb^2＋＋S^2－→PbS↓（黒色） の反応が起こる。 ケアンモニアと反応して白煙を生じるのは，塩化水 素HCl（気体）である。

　NH3＋HCl→NH4Cl

　塩化水素の水溶液は，塩酸といい，強い酸性を示す。 　HCl→H^＋＋Cl^－

コ有毒で還元性があり，水に溶けにくいのはCOで ある。

　還元剤としての反応例：Fe2O3＋3CO→2Fe＋3CO2

サ空気つまり酸素O2と反応して，爆発するのは水 素H2である。

　2H2＋O2→2H2O

シ赤褐色の気体はNO2である。NO2は酸性酸化物で 水に溶け，硝酸を生じる。

　3NO2 ＋H2O→2HNO3＋NO↑

スガラス（SiO2）を溶かすのは，HFの水溶液である フッ化水素酸である。

　6HF＋SiO2→H2SiF6＋2H2O

ハロゲン化水素の水溶液のなかで，唯一の弱酸である。 157．⑴

分子式 製法 発生_装置 ^捕集_方法 化 学 反 応 式

① O2

② H²

③ Cl²

④ HCl

⑤ NH³

⑥ NO

⑦ NO²

⑧ HF

⑨ SO2

⑩ H²S

⑪ CO²

⑫ O³ ウ イ ア ク キ ケ コ オ サ エ シ カ

Ｂ Ｂ Ｃ Ｃ Ａ Ｂ Ｂ

Ｃ Ｂ Ｂ

ａ ａ ｂ ｂ ｃ ａ ｂ

ｂ ｂ ｂ

2H²O²→2H²O＋O² Zn＋H2SO4→ZnSO4＋H2

MnO²＋4HCl→MnCl²＋2H²O＋Cl² NaCl＋H2SO4→NaHSO4＋HCl 2NH4Cl＋Ca（OH）2

   →CaCl2＋2H2O＋2NH3

3Cu＋8HNO3

  →3Cu（NO3）2＋2NO＋4H2O Cu＋4HNO3

→Cu（NO3）2＋2NO2＋2H2O CaF2＋H2SO4→CaSO4＋2HF Cu＋2H²SO⁴

   →CuSO4＋2H2O＋SO2

FeS＋2HCl→FeCl2＋H2S CaCO3＋2HCl

  →CaCl2＋H2O＋CO2

3O2→2O3

⑵淡青色（オゾン），黄緑色（塩素）， 　赤褐色（二酸化窒素）

⑶⑤　⑩

〔解説〕⑴発生装置について：

�加熱が必要で，反応により水が生じる場合（試験 管を傾けておかないと発生した水により試験管が割 れる可能性がある）

�加熱は不要の反応の場合

C加熱が必要で，液体を用いる反応の場合

捕集法について：

水に溶けにくければ，水上置換⒜である。

水に溶けやすく，空気より重ければ下方置換⒝である。 水に溶けやすく，空気より軽ければ上方置換⒞である。 なお，空気の平均分子量は約29（標準状態で22.4 Ｌが約29ｇ）である。

①酸化マンガン（Ⅳ）は触媒である。反応に加熱は 必要ないので発生装置は�である。酸素O2は水に 溶けにくいので捕集法は⒜である。

　塩素酸カリウムに酸化マンガン（Ⅳ）を加え，加熱 するという方法もある。

　2KClO3→ 2KCl＋3O2↑

この場合も触媒としてMnO2を用いる。

②Znは，Hよりイオン化傾向が大きいので，一般 の酸（塩酸，希硫酸）と反応してH2を発生する。 反応に加熱は必要ないので発生装置は�である。水 素H2は，水に溶けにくいので捕集法は⒜である。

③MnO2による濃塩酸HClの酸化反応である。反応 に加熱が必要で，液体を使うので発生装置は⒞であ る。塩素Cl2は少し水に溶け，空気より重い（Cl2

＝71)ので捕集法は⒝である。

④揮発性の酸（HCl）の塩NaClが，不揮発性の濃 硫酸により，揮発性の酸（HCl）が発生する反応。 反応に加熱が必要で，液体を使うので発生装置はC である。塩化水素HClは，水に溶けやすく，空気よ り重い（HCl＝36.5）ので捕集法は⒝である。

⑤弱塩基（NH3）の塩NH4Clが，強塩基（Ca（OH）2）によ り，弱塩基（NH3）が遊離する反応である。固体どう しの反応の場合，加熱が必要である。また，反応に より水が生じるため，試験管は傾けていなければな らないので，発生装置は�である。アンモニアNH3

は，水に溶けやすく，空気より軽い（NH3＝17） ので捕集法は⒞である。

⑥Hよりイオン化傾向の小さいCuが酸化力のある 希硝酸に溶け，希硝酸自身は還元されて，NOが発 生する。反応に加熱は必要ないので発生装置は�で ある。一酸化窒素NOは，水に溶けにくいので捕集 法は⒜である。また，空気に触れるとすぐにNO2に なるので，空気に触れないように捕集しなければな らない。

⑦Hよりイオン化傾向の小さいCuが酸化力のある 濃硝酸に溶け，濃硝酸自身は還元されて，NO2が発 生する。反応に加熱は必要ないので発生装置は�で ある。二酸化窒素NO2は，水に溶け，空気より重い

（NO2＝46）ので捕集法は⒝である。

⑧揮発性の酸（HF）の塩CaF2が，不揮発性の濃硫 酸により，揮発性の酸（HF）が発生する反応。

⑨Hよりイオン化傾向の小さいCuが酸化力のある 熱濃硫酸に溶け，硫酸自身は還元されて，SO2が発

― ₃₉ ― 解　　　答　　　編