Microsoft PowerPoint - lecture_2019_HP用

全体講義

■

_講義内容



_{実験の安全と環境保全}



_{実験ノート、レポートの書き⽅}



無機定性分析実験︓属分離の原理



_{容量分析実験︓有効数字}

標準偏差と変動係数



有機化学実験︓酸解離定数

反応機構の書き⽅

テキスト

と

ノート

・

筆記具

を準備して、

講義に臨んでください

実験分野と実験室

２号館１階

２号館２階

化学実験室３

無機定性分析

化学実験室２

グループA

化学実験室１

理系総合

実習室

容量分析

グループB

化学実験室４

有機化学

グループC

地震や火災が起こったら



⼿元のガスバーナーを消⽕し、安全

確保に努める。



担当者の指⽰に従い、落ち着いて避

難する。



この講義が終わったら実験室に移動

します。実験室では、次のことを確

認してください。

① 防災ヘルメット



各実験台の引

き出しに⼊っ

ています。



地震などで避

難するときに

着⽤する。



折りたたみ式



着⽤⽅法を確認

すること。

２号館１階

② 避難経路・非常口

非常口

２号館２階

避難先：

吉田南グラウンド

（担当者が指示する）

避難経路：実験室の掲示を確認する

２号館１階

② 避難経路・非常口

非常口

２号館２階

実験室４の非常口と

避難はしご

避難先：

吉田南グラウンド

（担当者が指示する）

事故・出火時の対処



周りの⼈に助けを求める

。



⼤量の⽔で洗う。



薬品が付いたとき



ガラスで切ったとき



⽕傷を負ったとき



担当者に知らせる。



担当者の指⽰に従い、落ち着いて

⾏動する。

洗浄用水道・洗眼用器具

洗浄用水道

（実験室内に設置）

ホースを曲げて、洗眼や腕

などの洗浄に利⽤できる

洗眼用器具

（実験室１に設置）

下部を押し潰すように閉じて、

上向きに⽔を出し洗眼に利⽤

できる

緊急シャワー

２号館１階

２号館２階

緊急シャワー

（各階男性トイレ前に設置）

⼤量の薬品がかかったときに使う

実験中の事故と防止（例）



_{試薬瓶の転倒による薬傷}



_{転倒防⽌のため使⽤した試薬は}

すぐに元の箱に戻す。



ガラス器具破損による怪我



_{ピペットの破損による刺傷}



_{⼒のかかる部分の近くを保持}

する。



直⽕加熱時のガラス器具の破損による

刺傷および⽕傷



_{加熱前に器具に傷がないか確かめる。}

環境保全



実験廃液・廃棄物を

減らす

。



_{試薬は指⽰された量を測りとって使⽤する。}



廃液を

薄めない

。



_{器具は必要最⼩量の⽔ですすぐ。}



_{量が増えると処理にかかる⼿間・費⽤も増える。}



_{廃液や廃棄物は}

_{分別して回収・処理する}

_。



_{実験テーマによって廃液容器・処理⽅法が異なるので}

注意する。



_{排⽔基準を定める法律や条例に違反すると⼤学全体が}

実験停⽌となる場合がある。



_{詳細は実験時に説明する。}

実習を始める前に



_{専⽤の実験ノート}

_{を⽤意する。}



_{予習する。}



教科書を読み、実験ノートに予習内容を

まとめる。



関連する実験操作の動画資料を⾒ておく。



教科書QRコード → YouTube



_{京都⼤学OCW動画コンテンツ}



_{化学系実験ホームページ}

実験ノート

■

形式



_実験⼿順



フローチャート

や

測定値を書き込む表

を準

備



実験操作、測定値と観測事実



_実験⽇時



_{実際の操作（}

_反応時間

_、

_試薬の量

_、

_⾊の変

化

、

沈殿の有無

など）を詳細に記⼊



_{検討と考察}



_データを

_解析

_し、

_{化学反応式}

_{と共に実験結}

果を考察

予習

実習

中

実習

中

実習

後

実習

後

教科書

p. 27

ビュレットの読 み（mL） 1 2 3 4 5 始め 終わり 差

実験ノート・予習例１

1. 溶液の調製（共通試薬を使う） ・試料溶液：約0.1 mol/L HCl水溶液 ①約1 mol/L HCl水溶液を約15 mL取る． ②ここから10 mLをホールピペットで容量フラスコに… ・標準溶液：0.05000 mol/Lシュウ酸標準水溶液を約70 mL取る． ・滴定液：… 2. NaOH水溶液の標定 ・滴定液：NaOH水溶液（ビュレットに入れる．入れた後漏斗は外す） ・被滴定液：シュウ酸標準溶液 （ビーカーに10 mL取る．ホールピペット使用） フェノールフタレイン指示薬数滴を加える． 酸塩基滴定

_実験題目

表1. NaOH水溶液の標定

手順の予習

・フローチャート

・箇条書き

等

教科書の丸写しはしない！

「労多くして功少なし」

結果を書き込む表など

を用意しておく

・電熱式水浴で加熱し、変化を見る

実験ノート・予習例２

安息香酸，1-ナフトール，2,4-ジクロロアニリン， 2-アセチルナフタレン

3 mol/L NaOHaq.，6 mol/L HClaq. 飽和NaHCO3aq.，蒸留水

固体試料（…） 溶解性試験

蒸留水1 mL

(A) 3 mol/L NaOHaq. 2滴 (B) 6 mol/L HClaq. 1滴 (A) NaOH反応液 (B) HCl反応液 6 mol/L HClaq. ・かき混ぜて変化 を見る 3 mol/L NaOHaq.

実験題目

試薬の確認

手順の予習

・フローチャート

・箇条書き

等

見開きを使って、左ページに予習、右ページに実験

事実、観察事項を記録するなど、分かりやすく。

教科書の丸写しはしない！

実験ノート・記録例

安息香酸，1-ナフトール，2,4-ジクロロアニリン， 2-アセチルナフタレン

3 mol/L NaOHaq.，6 mol/L HClaq. 飽和NaHCO3aq.，蒸留水

固体試料（…） 溶解性試験

蒸留水1 mL

(A) 3 mol/L NaOHaq. 2滴 (B) 6 mol/L HClaq. 1滴 (A) NaOH反応液 (B) HCl反応液 6 mol/L HClaq. ・電熱式水浴で加熱し、変化を見る ・かき混ぜて変化 を見る 3 mol/L NaOHaq. 14:30 試料（…）に蒸留水 x mLを加えた． xx ℃で、y 分間加熱した． ・… は ～した． ・… は ～ 14:40 …に3 mol/L NaOHaq. x 滴を加えた． ・… は ～ した． （これは−− による ～～．） 20xx/yy/zz

・実験事実

（実際に加えた試薬の量・

反応時間・温度等）

日付・時刻は

忘れず記録

詳しく記録する

（レポート作成に必須）

・観察結果

（色・状態の変化や、そこ

から考察できること等）

実験ノート・記録例

安息香酸，1-ナフトール，2,4-ジクロロアニリン， 2-アセチルナフタレン

3 mol/L NaOHaq.，6 mol/L HClaq. 飽和NaHCO3aq.，蒸留水

固体試料（…） 溶解性試験

蒸留水1 mL

(A) 3 mol/L NaOHaq. 2滴 (B) 6 mol/L HClaq. 1滴 (A) NaOH反応液 (B) HCl反応液 6 mol/L HClaq. ・電熱式水浴で加熱し、変化を見る ・かき混ぜて変化 を見る 3 mol/L NaOHaq.

「決まった書き方」「正しい書き方」はないが、

自分や第三者が後から見て分かるように記録する。

14:30 試料（…）に蒸留水 x mLを加えた． xx ℃で、y 分間加熱した． ・… は ～した． ・… は ～ 14:40 …に3 mol/L NaOHaq. x 滴を加えた． ・… は ～ した． （これは−− による ～～．） 20xx/yy/zz

模写・図を用いる

のも良い方法

レポート用紙



レポートの

１枚⽬

には、実験終了時に

配布する

所定の⽤紙

を使⽤し、名前等

を記⼊する。



⾜りない場合は、各⾃で

A4

のレポート

⽤紙を追加して、散逸しないようステ

ープラーで綴じる。



表紙は必要ない。

レポートとは



レポートは、実験内容を

第三者に正し

く

伝えるためのものである。



⾃分の実験結果

に基づいて

各⾃で

作

成する。



読んで

実験を再現できる

もの。



_{読み⼿を意識した}

_{簡潔で分かりやす}

い表現

で。

教科書

p. 28 ~

良いレポートを書くために



事実と推論を混同しない。



考察の内容

を充実させる。



_{実験の原理}



_{実験結果の妥当性}



_{誤差の検討}



失敗原因

など



教科書の記述に加え、さらに⾃⾝で調べ

た事柄を基にした考察

参考文献



引⽤した場合は

出典

を明らかにする。



webからの知識は

信頼性

と

普遍性

に⼗

分に留意。



_{質問サイト、掲⽰板など著者が明ら}

かでない情報を安易に信⽤しない。

（参考⽂献として不適切）



教科書本⽂は参考⽂献に挙げる必要は

ない（付録を除く）。

レポートの書き方



無機・容量・有機の

各分野に応じて、⼀応

のスタイルがある

。



_{教科書記載の例を⾒ながら、書く際の注意}

点を説明する。



⼀般的な注意点



各分野に特有の注意点

レポート例 教科書

p. 32 ~ 35

黄色で表示

赤色で表示

題名 Fe3+_、Al3+_{の基本反応} ⽬的 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_、Al3+_{の基本的性質を理解し、これ} らの分離および確認反応を⾏う。この実習を通じて、スポイト、pH 試験紙の使⽤法や遠⼼分離の⽅法など、無機定性分析の基本技術を 習得する。 ⽅法と結果 遠⼼管に0.1 mol / L Fe(NO3)3⽔溶液10滴を取り、蒸 留⽔を加えて2 mLとした。3 mol / L NaOH⽔溶液6滴を加えると、 溶液の上層部が⾚褐⾊に濁った（反応式1）。よく撹拌した後... （中略） 考察 ⽅法と結果に記した反応の反応式は以下の通り表される。 反応式 1︓ Fe3+_{+ 3OH}-_{→ Fe(OH)3↓} 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_は...

レポート例（無機）

「方法と結果」「結果と考察」の

ようにまとめて書くこともある

形式を守る

題目 目的

結果 考察

題名 Fe3+_、Al3+_{の基本反応} ⽬的 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_、Al3+_{の基本的性質を理解し、これ} らの分離および確認反応を⾏う。この実習を通じて、スポイト、pH 試験紙の使⽤法や遠⼼分離の⽅法など、無機定性分析の基本技術を 習得する。 ⽅法と結果 遠⼼管に0.1 mol / L Fe(NO3)3⽔溶液10滴を取り、蒸 留⽔を加えて2 mLとした。3 mol / L NaOH⽔溶液6滴を加えると、 溶液の上層部が⾚褐⾊に濁った（反応式1）。よく撹拌した後... （中略） 考察 ⽅法と結果に記した反応の反応式は以下の通り表される。 反応式 1︓ Fe3+_{+ 3OH}-_{→ Fe(OH)3↓} 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_は...

レポート例（無機）

時制

に注意

方法、結果→

過去形

時制

に注意

目的、考察

→

現在形

時制

に注意

目的、考察→

現在形

題名 Fe3+_、Al3+_{の基本反応} ⽬的 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_、Al3+_{の基本的性質を理解し、これ} らの分離および確認反応を⾏う。この実習を通じて、スポイト、pH 試験紙の使⽤法や遠⼼分離の⽅法など、無機定性分析の基本技術を 習得する。 ⽅法と結果 遠⼼管に0.1 mol / L Fe(NO3)3⽔溶液10滴を取り、蒸 留⽔を加えて2 mLとした。3 mol / L NaOH⽔溶液6滴を加えると、 溶液の上層部が⾚褐⾊に濁った（反応式1）。よく撹拌した後... （中略） 考察 ⽅法と結果に記した反応の反応式は以下の通り表される。 反応式 1︓ Fe3+_{+ 3OH}-_{→ Fe(OH)3↓} 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_は...

レポート例（無機）

全ての化学反応式

を書く

完結した文章

題名 Fe3+_、Al3+_{の基本反応} ⽬的 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_、Al3+_{の基本的性質を理解し、これ} らの分離および確認反応を⾏う。この実習を通じて、スポイト、pH 試験紙の使⽤法や遠⼼分離の⽅法など、無機定性分析の基本技術を 習得する。 ⽅法と結果 遠⼼管に0.1 mol / L Fe(NO3)3⽔溶液10滴を取り、蒸 留⽔を加えて2 mLとした。3 mol / L NaOH⽔溶液6滴を加えると、 溶液の上層部が⾚褐⾊に濁った（反応式1）。よく撹拌した後... （中略） 考察 ⽅法と結果に記した反応の反応式は以下の通り表される。 反応式 1︓ Fe3+_{+ 3OH}-_{→ Fe(OH)3↓} 第Ⅲ属カチオンであるFe3+_は...

レポート例（無機）

全ての化学反応式

を書く

完結した文章

時制

に注意

方法、結果→

過去形

⽅法︓

教科書の⽂章を写すのではなく、実際に

⾃分が⾏った実験操作を具体的かつ簡潔

に記載する

実験ノートの記録を⾒て、実験事実を記

載する

教科書中の「約10 mL」「1〜2滴」等の

記述は実験事実ではない

題名 酸塩基滴定 ⽬的 酸塩基滴定の原理を学ぶとともに、その実験操作法を習得する。 同時に、測定値の信頼性を吟味し、その取り扱いを学ぶ。 ⽅法 標準溶液には共通試薬のシュウ酸標準溶液（0.05000 mol / L） を⽤いた。滴定液には... （中略） 結果 表1にNaOH⽔溶液の標定結果を⽰す。 表1 NaOH⽔溶液の標定 (中略) シュウ酸との反応式は式1であるので、式2よりNaOH⽔溶液の濃 度は有効桁数を考慮すると9.901×10-2_{mol / Lとなる。次に、...} 考察 今回の実験結果の妥当性について考察する。NaOH⽔溶液の....

レポート例（容量）

1回目 2回目 3回目 4回目 5回目 平均 NaOH滴下量(mL) 10.08 10.11 10.09 10.10 10.12 10.10

タイトル

も忘れずに

表・・

上

に 図・・

下

に

表

や

図

を用いてわかり易く

題名 酸塩基滴定 ⽬的 酸塩基滴定の原理を学ぶとともに、その実験操作法を習得する。 同時に、測定値の信頼性を吟味し、その取り扱いを学ぶ。 ⽅法 標準溶液には共通試薬のシュウ酸標準溶液（0.05000 mol / L） を⽤いた。滴定液には... （中略） 結果 表1にNaOH⽔溶液の標定結果を⽰す。 表1 NaOH⽔溶液の標定 (中略) シュウ酸との反応式は式1であるので、式2よりNaOH⽔溶液の濃 度は有効桁数を考慮すると9.901×10-2_{mol / Lとなる。次に、...} 考察 今回の実験結果の妥当性について考察する。NaOH⽔溶液の....

レポート例（容量）

1回目 2回目 3回目 4回目 5回目 平均 NaOH滴下量(mL) 10.08 10.11 10.09 10.10 10.12 10.10

有効数字

に注意

(特に容量，後に詳説）

容量：

結果の信頼性（誤差）

に

ついて考察（後に詳説）

レポート例（有機・合成）

題名 アセトアニリドの臭素化 ⽬的 芳⾹族化合物の臭素化を題材に取り、有機化合物の取り扱いを 体験し、有機合成の実験操作を習熟する....反応機構を考察する。 ⽅法と結果 臭化カリウム 0.70 g（5.9 mmol)を 100 mL三⾓フラ スコに⼊れ、....次に、6 mol / L 塩酸 2 mL（12 mmol）とアセトア ニリド 0.40 g（3.0 mmol）を...した。 （中略） ...4-ブロモアセトアニリド（0.40 g、収率 63％）が得られた．結晶 の⼀部をさらに乾燥して，融点を測定した．mp 158〜160℃（⽂献 値 168℃）． 考察 ➀収率が期待したほど⾼くなかった理由としては、...

感想や反省を書きたいとき

は考察に入れず別項目で

有機：

反応式

は実験題名を端的に表現

必ず記載する

有機：用いた物質の

モル

数を書く

無機定性分析実験 実習内容

第１回 1.1 Fe

3+

_、Al

3+

_（

_第Ⅲ属

_{）の基本反応}

第２回 1.2 Ag

+

_、Pb

2+

_（

_第Ⅰ属

_{）の基本反応}

1.3 Cu

2+

_、Bi

3+

_（

_第Ⅱ属

_{）の基本反応}

第３回 1.4 Ni

2+

_、Co

2+

_、Mn

2+

_、Zn

2+

（

第Ⅳ属

）の基本反応

第４回 1.5

未知試料

の分析

教科書

p. 36 ~

定性分析と定量分析



定性

分析 … 試料中の成分の

種類

を調べる

無機・有機定性分析実験



定量

分析 … 試料中の⽬的成分の

量

を調べる

容量分析実験

一般的

には、成分が未知の試料にはまず

定性分析

を行い、その後、目的の成分に

ついて

定量分析

を行う。

属分離

無機定性分析



_{無機定性分析の流れ}



カチオン（陽イオン）の分離

…

•

_{適当な試薬を加えて⽬的カチオンを}

_沈殿

として分離



_確認反応

_…

⽬的のカチオンに

特有の反応

で確認する

※ここでの「属」とは、元素周期表の「族」

と無関係

属分離

属内分離

確認反応

属分離

属 カチオン種 試薬と条件 沈殿 第I属 Pb2+_{, Ag}+_{, Hg} 22+ Cl － 塩化物 PbCl2, AgCl, Hg2Cl2 第II属 Cu2+_{, Bi}3+_{, (Pb}2+_), Hg2+_{, Cd}2+_{, Sn}2+_, Sn4+ S2－ HCl酸性 硫化物 CuS, Bi2S3, PbS, HgS, CdS, SnS, SnS2 第III属 Fe3+_{, Al}3+_{, Cr}3+_, Fe2+ OH- _水酸化物

Fe(OH)3, Al(OH)3, Cr(OH)3, Fe(OH)2 第IV属 Ni2+_,Co2+_,Mn2+_, Zn2+ S2－ NH3アルカリ性 硫化物 NiS, CoS, MnS, ZnS 第V属 Ca2+_{, Sr}2+_{, Ba}2+ _CO

32－ 炭酸塩 CaCO3, SrCO3, BaCO3 第VI属 Mg2+_{, Li}+_{, Na}+_{, K}+_, NH4+ なし

教科書

p. 37

分離系統図

教科書

p. 39 ~

イオン分離の原理

教科書

p.140 ~ 付録A「無機定性分析実験にお

けるイオン分離の原理」を予習しておくこと

AgCl (s)

Ag

+

_{(aq) + Cl}

-

_(aq)

K = 一定 =

溶解度積

K

_sp

= [Ag

+

_][Cl

−

_]

[Ag

+

_][Cl

−

_]

[AgCl (s)]



_溶解度積



_{共通イオン効果}

沈殿の⼀⽅のイオンが過剰に存在しているとき、

他⽅のイオンの溶解度が低下する。

容量分析実験

教科書

p. 87 ~



容量分析とは

“濃度が

未知

” の試料を、

“濃度が

既知

” の

標準溶液

で滴定して

その濃度を決定する

容量分析実験 実習内容

第１回 キレート滴定

第２回 ヨードメトリー

第３回 酸化反応速度の測定

第４回 活性炭による

シュウ酸の吸着

 滴定に用いる反応の種類 …

赤字

 第3・4回の実習は、滴定により求めた濃度を用

いて、物理化学的定数を算出する応用的な内

容

錯形成反応

酸化還元反応

酸塩基（中和）反応

有効数字



テキストを参照し、

有効数字に注意して

実

験データを適切に処理する。



_{実習で使⽤する器具の}

_{有効数字の桁数}

（以下をノートに書き留めておくこと）

測定値の取り扱い 教科書

p. 30 ~

ホールピペット（5 mL）…

5.00 mL

（10 mL）…

10.00 mL

容量フラスコ （100 mL）…

100.0 mL

測定値の解析と評価

容量分析実験では、



_{精度（データのばらつき）}

_{を⽰す統計量で}

ある

標本標準偏差

と

変動係数

を⽤いて、実

験結果の妥当性を検討する。



_{レポートの考察では、これらの値を基に}

_⾃

⾝の測定結果の精度について

評価を述べる

こと。

付録G 教科書 p. 175 ~

調査方法と精度の評価

本実験は、母集団(水道水や漂白剤)の

一部

を取り出して

５回の繰り返し滴定を行うた

め、

標本調査

である。

精度の評価には

標本標準偏差

を⽤いる。

測定対象

（母集団）

全数

調査

対象

すべて

（総数n）を調査

標本

調査

⼀部

を取り出し、n回の測定

（n個の調査）を⾏う。

抽出

標本



_{標本標準偏差}



n-1

_は

_⾃由度

(-1となっているのは

x

_が



_{の推定値のため)}



x

_{が同じなら、}

s

_が

_{⼩さいほど精度が⾼い}

標本標準偏差

sample standard deviation



標本平均 x

_{（⺟集団の平均}



_{の推定値）}

変動係数

coefficient of variation



標本標準偏差から、

変動係数

が計算できる。



変動係数



x

_に対する

s

_{の割合（％）}

_{を求めることに}

より、平均値が⼤きく異なる測定間の精

度の⽐較ができる。

有機化学実験 実習内容

第１回 有機定性分析

第２回 有機化合物の物性と構造

－⾊素と蛍光－

第３回 4-メトキシアニリンのアセチル化

第４回 ニトロ化と加⽔分解



物質を合成→精製→同定するための基本的

な操作を習得する



第１・２回は有機化合物の性質を調べる



第３・４回は合成実験

溶解性試験

有機定性分析

※溶解するのは

イオンになって塩を作るとき

⼀般に有機化合物は⽔に難溶であるが、特定の

官能基

を持つ化合物は酸性または塩基性⽔溶液

に溶解する。

酸解離定数K

a

、pK

a

を考える。

酸性水溶液に

溶解

NaOH 塩 基 性

水溶液に溶解

カ ル ボ キ シ 基 （

-COOH ）

をもつカルボン酸など

アミノ基（-NR

₂

）

をもつアミン類

酸解離定数

K

a



Brønsted-Lowry

の酸塩基理論



_{酸としての強さ}

_は

_K

a

によって表される。

HA + H

₂

O

H

₃

O

+

_{+ A}

−

酸

共役塩基

[H

₃

O

+

_][A

−

_]

[HA][H

₂

O]

K =

[H

₃

O

+

_][A

−

_]

[HA]

酸解離定数

K

a

= K[H

₂

O] =

付録Ｅ 教科書

p. 167 ~

pK

a

とは



_{例えば、酢酸はKa = 1.8 × 10}

­5

_{であるが、}

この表⽰では扱いづらいので、

pK

a

= −log

₁₀

K

a

_{を定義すれば、}

pK

a

= 4.8

_{と簡単に表現できる。}



pK

a

が⼩さい程

、

強い酸

である。



実験で使⽤する酸・塩基のpK

a

を調べ、その

値から溶解性試験の結果について考察する

こと。

反応機構の表し方



_{反応機構は}

_{電⼦の移動}

_{で解釈される。}



反応に関わる結合の開裂・⽣成の順序を

電

⼦の移動を⽰す⽮印

で表す。

ルール：矢印は

電子対

（電子２つ）

を表し、

これが移動する方向に描く。



_{保護メガネ貸し出しには}

_{学⽣証が必要です}

_。

必ず持参の上、準備室に来てください。



レポートは散逸しないよう、

各⾃でステープ

ラーで綴じて

提出してください。



実験室内に忘れ物をしたときは、準備室に問

い合わせてください。



_{準備室に担当者が不在の場合は、扉に掲⽰さ}

れている指⽰に従ってください。

準備室は実験室１の隣です。

準備室からの注意