先進科学塾１日コース
Advancing Science Workshop
「科学（理科）をわくわくしながら勉強する」にはどうしたらよいだろうか。
先進科学塾はそれに答えようとする企画です。
元素を自分で取り出してみよう
化合物は元素からできています。それから、鉄、銀、鉛、硫黄、ヨウ素などの元素（単
体）を、自分で取り出してみます。粉末の中からピカピカ光る銀色の玉が出現したり、無
色の水溶液から黄色の固体が登場したり・・・これは化学ドラマの体験です。また取り出
した元素（単体）の性質を調べてみます。
日 時 １２月１０日（土） １０時〜４時
場 所 名古屋市科学館の８階科学実験室
氏名：
- 1 -
０５．１２．１０
講師：林 正幸
元素を自分で取り出してみよう
自己紹介
３６年間、高校の化学の先生を勤め、０３年３月に退職しました。そして自由になって
ますます「理想の化学教育」を追求できると燃えています。
ホームページは９６年から開設しています。
http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/
そして高校生などからメールで質問を受けています。
masasuma@water.sannet.ne.jp
目 次
実 験
実験１「鉛」
２「鉄」
３「リチウム」
４「銀」
５「ヨウ素」
６「水素」
７「硫黄」
知識と理論
［ａ］元素とは何か
［ｂ］元素を取り出すには
T 金属元素を取り出す
［ｃ］鉛 Ｐｂ
［ｄ］鉄 Ｆｅ
［ｅ］リチウム Ｌｉ
［ｆ］銀 Ａｇ
U 非金属元素を取り出す
［ｇ］ヨウ素 Ｉ2
［ｈ］水素 Ｈ2
［ｅ］硫黄 Ｓ
参考メモ
実験の準備
実 験
実験の取り組み方
（１）危険防止のため安全めがねをかける（実験着も）。
（２）積極的に取り組み、協力し合う。
（３）文章を読んで予め操作を頭に描き、分からないときは先生に確かめる。
（４）よく観察し、その意味を考察し、できるだけ疑問を見つける。
（今回は実験ごとに１つは疑問を書き出そう。）
（５）「Ｄ」記号がある操作はドラフトで行う。
（６）実験中に気分が悪くなったらすぐに申し出る。
（７）廃棄物に配慮し、器具を洗浄し、机上を雑巾で拭く。
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実験１「鉛」
（元素（単体）の取り出しとその性質）
（１）酸化鉛(U)５ｇと細かくした木炭粉１ｇを、半紙の上で薬さじで混ぜる。
Ｄ（２）これをるつぼに入れて三脚に乗せた三角架に斜めに置き、始めは中火で、１分し
たら強火にして加熱する。
参考：強火の炎は小さめで、るつぼの底が強熱されるようにする。
Ｄ（３）そして２５ｃｍほどの針金でかき混ぜ続ける。
Ｄ（４）１０〜１０数分ほどして、銀白色の鉛の玉が大きくなったら火を止める。そして
るつぼばさみで金網の上に降ろす。
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（５）冷めたら鉛を取り出し、水で洗う。
（６）テスターで電導性や調べ、金床（かなとこ）の上で金づちでたたいて変形させてみ
る。
（７）るつぼの混合物は重金属処理びんに入れる。
＜私の疑問＞
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実験２「鉄」
（元素（単体）の取り出しとその性質）
（１）５００ｍｌビーカーの底にろ紙２枚を押し込み、水約５００ｍｌを入れ、三角架を
乗せた三脚の下に置く。
注意：反応はベニヤ板の上で起こす。
（２）酸化鉄(V)８ｇとアルミニウム粉末３ｇを計る。そしてそれぞれが磁石に付くか調
べる。
（３）これを用紙の上で薬さじのはらを使って、数分よく混ぜる。
（４）ろ紙２枚を重ね、２回折って円錐形に開き、水で濡して三角架に入れる。
注意：ろ紙は２重になる部分と６重になる部分ができるように重ねる。反応混合物は２重
の方を焼き破って落下するので、それを受けるビーカーの位置を加減する。
（５）混合物をろ紙に入れて、その中にマグネシウムリボンを立てる。
（６）バーナーでリボンに点火し、少し離れて様子を観察する。
（７）海底火山が収まったらかたまりを取り出し、「けら」を落とし、生成した鉄の玉に
磁石に近づけてみる。
＜私の疑問＞
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テキストの関連部分へ
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実験３「リチウム」
（元素（単体）の取り出しとその性質）
（１）木の板に乾いたステンレス板（陰極用）を置き、クッキングペーパーを乗せる。
（２）試験管にエチレンカルボナート３ｇを入れ、テトラヒドロフラン６ｍｌを加え、バ
ーナーで加熱して溶解する。
（３）これに塩化リチウム０.２ｇを加え、ときどき加温しながら２、３分ほど振り混ぜて
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できるだけ溶解させ、水道水で冷却する。
注意：水道水はよく拭き取っておく。
（４）上澄み液をペーパーに浸み込ませ、もう１枚のステンレス板（陽極用 さびてい
る）を被せ、木のおもりを乗せる。
（５）上の板を陽極に下の板を陰極にして、時計を見て２分３０秒ほど、乾電池６Ｖで電
気分解する。
参考：電流計で、電流が０.５Ａ前後であることをチェックする。
（６）上のステンレス板を外し、ペーパーはピンセットでドラフトに持っていく。
注意：ステンレス板などからのフランの蒸気が気になるなら、蒸発するまで１分ほど机か
ら離れる。
（７）下のステンレス板の表面に生成したリチウムを観察し、一部を薬さじでこそげて自
然発火する様子を観察する。
注意：無色の結晶はエチレンカルボナートである。
（８）１ｍｌピペットで滴々と水をかけ、さらにフェノールフタレイン１、２滴を加える。
（９）試験管、ステンレス板、木の板とおもりは洗剤を使って洗う。
＜私の疑問＞
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参考メモの関連部分２へ
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実験４「銀」
（元素（単体）の取り出し）
（１）ＰＥＴ板の片側の保護膜をはがし、その面を上にして０.５％タンニン酸水溶液に５
分（以上）浸ける。
注意：ＰＥＴ板の表面には触れない。
ときどきパックを傾けて液を移動させる。操作（２）も同じ。
（２）割りばしでＰＥＴ板を取り出し、液を切ってはがした面を上にして、０.０２％塩化
パラジウム水溶液に５分（以上）浸ける。
（３）この間合計１０分の時間を利用して、新しいとうふパックに、２％硝酸銀水溶液
１５ｍｌと３ｍｏｌ/ｌアンモニア水２.５ｍｌを入れて、振り混ぜる。
（４）また、５０ｍｌビーカーに１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌとブドウ糖
（グルコース）０.２ｇを入れて、振り混ぜて溶解する。
（５）（２）の時間が終了したら、（３）のパックに（４）の水溶液を加えて振り混ぜ、
すぐに割ばしでＰＥＴ板を取り出し、同じく液を切ってはがした面を上にしてパックの反
応混合物に浸ける。
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（６）数分の間、パックをゆっくり揺らし、銀液が流れ続けるようにする。
（７）反応混合物が透明になったら、エッジを指で持ってＰＥＴ板を取り出し、静かに水
道水で洗う。途中で残りの保護膜をはがしてさらに洗う。
注意：銀が付いた面に触れるとはがれる。
備考：はがした保護膜は次の実験に使用する。
（８）保護膜を後ではがした方の面が鏡面である。鏡になっているか確かめる。
（９）銀が付いた面を２分ほどヘアドライヤーで乾燥する。
（１０）別室で、水性白色ペイントを薄くスプレーしてもらい、再びドライヤーで乾燥す
る。
（１１）銀廃液は重金属処理びんに入れる。
（元素（単体）の性質）
（１）シャーレセットに銀の付いた保護膜を入れる。また別に金箔の入ったシャーレセッ
トも準備する。
注意：金属箔を表側にする。
（２）それぞれに、右１／３に濃塩酸３滴をかけて様子を観察する。
（３）次にそれぞれに、左１／３に濃硝酸３滴をかけて様子を観察する。
注意：反応が始まったら、すぐにふたをする。
（４）最後に金箔に対して、ガラス棒で２種の薬品が混ぜてすぐにふたをする。
（５）シャーレの混合物はドラフトに入れる。
＜私の疑問＞
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実験５「ヨウ素」
（元素（単体）の取り出し）
注意：ヨウ素が皮膚に付くと褐色になるので、ゴム手袋をする。
（１）乾いた５０ｍｌビーカーに、ヨウ化カリウム１ｇと過マンガン酸カリウム０.５ｇを
入れて振り混ぜる。
（２）外をペーパーで拭いた５０ｍｌ三角フラスコに約２０ｍｌの水を入れておき、濃硫
酸１.５ｍｌを手早くビーカーに注ぎ、すぐに三角フラスコでふたをする。
（３）全体を金網に載せ、２ｃｍほどの炎で穏やかに加熱する。
注意：短い炎でも空気を入れるようにする。
（４）ビーカーの下半分が赤紫色で透明になったら加熱を止め、水を高さで２／３入れた
トレイに全体を浸けて冷やす。
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（５）シャーレに５％チオ硫酸ナトリウム水溶液を半分近く注いておき、（４）の赤紫色
が収まったら三角フラスコをビーカーから外し、その底をこれに浸けてかき混ぜる。
注意：変化が完了したら、水洗いする。
（６）ビーカー壁のヨウ素をルーペで観察する。
（７）蒸発皿に乾いたガラス棒でヨウ素をかき出す。
参考：このヨウ素は、次の実験で使う。
（８）ビーカーの混合物に５％チオ硫酸ナトリウム水溶液約３０ｍｌを加え、ガラス棒で
かき混ぜてから、ドラフトに持っていく。
元素（単体）の性質
（１）試験管に２％ヨウ化カリウム水溶液５ｍｌを入れ、ヨウ素の一部だけをガラス棒に
付けて溶かしてみる。
（２）別の試験管に水約４ｃｍを入れ、かたくり粉耳かき１杯分を加え、振り混ぜながら
沸とうするまで加熱し、水道水で冷やす。
（３）これに（１）の溶液１滴をガラス棒で加え、振り混ぜて様子を観察する。
（４）続いて（１）の試験管に亜鉛粉末小さじ１杯を加えて、振り混ぜる。
（５）蒸発皿のヨウ素にも、亜鉛粉末をうすく振りかけ、１ｍｌピペットで水を滴々とか
けて、様子を観察する。
参考：蒸発皿の混合物はドラフトに持っていく。
＜私の疑問＞
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実験６「水素」
（元素（単体）の取り出しとその性質）
（１）５０ｍｌ三角フラスコに亜鉛板８枚（約３ｇ）と３ｍｏｌ/ｌ硫酸１５ｍｌを入れる。
（２）気体の発生が激しくなったら、ポリ袋につながったガラス管付きゴムせんをする。
（３）ほぼ反応が終わったら、ゴムせんを抜き、シャボン玉吹きを付ける。
注意：ガラス管の先がぬれているときは、ティッシュで拭く。
（４）シャボン液で水素シャボン玉をつくり、上昇させ、かつチャッカマンで点火する。
（５）三角フラスコの混合物は重金属処理びんに入れる。
（元素（単体）の性質）
（ａ）簡易ボンベから水素を簡易ユージオメーターに注入して、酸素と化合させる。
（ｂ）水を張ったアルミ皿のスタンドに乗せた黒色の物質を、バーナーで赤熱し、これに
水素が入った集気びんを被せる。
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参考：（ａ）（ｂ）の実験は、先生が紹介する。
＜私の疑問＞
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テキストの関連部分へ
実験の準備の関連部分へ
実験７「硫黄」
（元素（単体）の取り出し）
（１）１００ｍｌビーカーで、硫化ナトリウム４.８ｇと亜硫酸水素ナトリウム１.０ｇを
水約３０ｍｌに溶かす。
Ｄ（２）別の１００ｍｌビーカーに３ｍｏｌ/ｌ塩酸約２０ｍｌを注ぎ、ガラス棒でかき混
ぜながら（１）の水溶液を滴々とピペットで加えていく。
（３）混合物をバーナーで加熱して１分ほど煮沸し、ろうとと三角フラスコを使ってろ過
する。
（４）硫黄はろ紙ごとぺーパーで水分を吸い取り、次の実験に使用する。
（５）ろ液は中和処理のビーカーに入れる。
（元素（単体）の性質）
（１）集気びんに水を高さで約１ｃｍ入れ、これにＢＴＢ（指示薬）０.５ｍｌを加える。
Ｄ（２）燃焼さじに上の硫黄を乗せ、バーナーの炎に入れて点火し、それを集気びんに差
し入れ、ガラス円板でできるだけふたをして、燃焼させる。
参考：硫黄は液体になり、黒っぽくなったら、見えにくくても点火している。
注意：燃焼さじが水に触れないようにする。
Ｄ（３）白煙がこもったら燃焼さじを取り出し、水をかけて火を消す。
注意：炎が見えなくても燃えている。発生する二酸化硫黄は呼吸器に影響する。
（４）集気びんはガラス円板でふたをし、振り混ぜて様子を観察する。
＜私の疑問＞
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知識と理論
実験を通して生まれた疑問が、以下のテキストと話し合いによって、どこまで解決する
だろうか。あるいは深まるだろうか。
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［ａ］元素とは何か
［１］古代から人間は、この世の根源は何かという疑問を持ってきた。化学的に言うと
「さまざまな物質をつくる元になるのは何か」である。それが「元素」である。
たとえば、紀元前６世紀にタレスは「万物の根源は水である」と言った。もちろんこれ
は化学的には間違いである。しかし、水は天から雨となって降り、地から泉となって湧き、
動植物は水を得て生き続けることができ、水は蒸発して空気のようになり、凝固して岩の
ようにもなる。
［２］「元素探しの旅」は長い寄り道をしながら、１８世紀にフランスの化学者ラボアジ
ェは、質量を計測することを重視し、化合と分解を明確にして、「元素とはそれ以上分解
できない物質である」という考え方を確立した。
［３］元素は原子として存在することが明らかになり、ロシアの化学者メンデレーエフに
よって、元素は周期表にまとめられた。そして現在では１００種あまりの元素が発見ない
し合成されている。
さらに原子をつくる素粒子が探求され、現在では物質は６種のクォークとそれらを結び
つけるレプトンからできていることが分かっている。
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［ｂ］元素を取り出すには
［１］化学では純物質を単体と化合物に分類する。単体とはただ１種の元素からできてい
る物質であり、化合物とは２種以上の元素が化合してできている物質である。厳密には、
元素と単体は区別されるべきであり、取り出されるのは単体の方である。したがってこの
講座ではよく「元素（単体）」という表現を使う。しかし話をするときは、元素を取り出
したと言って構わない。
［２］自然界では多くの元素（単体）は、化合物としてのみ存在している。したがって元
素（単体）は、化学反応を起こして取り出す必要がある。
元素は金属と非金属に分類できる。金属は酸化されて化合物になっている。したがって
金属元素を取り出すには、化合物を還元する必要がある。還元する能力を持つ物質は還元
剤と呼ばれる。
化合物 ＋ 還元剤 ―→ 金属元素
そして非金属は還元されて化合物になっていることが多い。したがって非金属元素を取り
出すには、化合物を酸化する必要がある。酸化する能力を持つ物質は酸化剤と呼ばれる。
化合物 ＋ 酸化剤 ―→ 非金属元素
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これは基本的な考え方であるが、とくに非金属はそれほど単純でない事例も多い。また
酸化と還元の内容は複雑ですぐに全体を理解することは困難である。したがって今回はほ
どほどの説明に留めたい。
［３］元素（単体）を自分で取り出す実験を通して、物質を見る目を養ってほしい。物質
は実に多様である。また化学反応を扱う技を体得してほしい。化学反応は一筋縄ではいか
ない。そして素朴な疑問を膨らませてほしい。これは化学を勉強していく基礎力になる。
T 金属元素を取り出す
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［ｃ］鉛 Ｐｂ（実験１）
［１］黄色の酸化鉛(U) ＰｂＯ と黒色の木炭（主成分は炭素 Ｃ ）の混合物を強熱する
と、銀白色の液体の鉛の玉ができた。
酸化鉛(U)と反応するのは炭素ではない。かき混ぜると、木炭が空気中の酸素と不完全
燃焼して一酸化炭素 ＣＯ ができる。
２Ｃ ＋ Ｏ2 ―→ ２ＣＯ （１）
一酸化炭素
参考：いきなり化学式や反応式を記憶する必要はない。
これが酸化鉛(U)の酸素原子を奪って二酸化炭素 ＣＯ2 になる。そして鉛 Ｐｂ ができる。
ＰｂＯ ＋ ＣＯ ―→ Ｐｂ ＋ ＣＯ2 （２）
酸化鉛(U)
［２］鉛の玉は冷えて固体になった。鉛の融点は３２８℃である。
鉛の電気抵抗はわずかであり、電気をよく通す。また金づちでたたくと平らになった。
これは展性と呼ばれる。鉛は柔らかい金属である。
［３］酸素原子を奪うのは「還元する」ことである。一酸化炭素は還元剤としてはたらく。
ちなみに酸素原子を与えるのは「酸化する」ことである。
酸化する：酸素原子を与えること
還元する： 〃 奪うこと
［４］鉄については次で説明するが、工業的には鉄も一酸化炭素を使って取り出している。
かつては木炭が使っていたが、現代では同じく主成分が炭素のコークス（石炭を乾留した
もの）が使っている。鉱石が赤鉄鉱（主成分が酸化鉄(V) Ｆｅ2Ｏ3 ）の場合は次の反応
になる。
Ｆｅ2Ｏ3 ＋ ３ＣＯ ―→ ２Ｆｅ ＋ ３ＣＯ2 （３）
酸化鉄(V) 一酸化炭素
最近は環境対策のため、還元剤としてプラスチックも加えている。
［５］鉛は自動車のバッテリーやはんだ（鉛とスズの合金）などに利用される。ただし鉛
は毒性が強いので、はんだは鉛フリーに向かっている。
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＜メモ＞
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［ｄ］鉄 Ｆｅ（実験２）
［１］赤褐色の酸化鉄(V) Ｆｅ2Ｏ3 と銀色のアルミニウム粉末 Ａｌ の混合物は、マグ
ネシウムの燃焼熱で高温にすると、火柱を上げて反応した。
Ｆｅ2Ｏ3 ＋ ２Ａｌ ―→ ２Ｆｅ ＋ Ａｌ2Ｏ3 （４）
酸化鉄(V) 酸化アルミニウム
アルミニウムは酸化鉄(V)から酸素原子を奪って酸化アルミニウムになるので、アルミニ
ウムが還元剤としてはたらく。そしてこの反応から、鉄よりアルミニウムの方が酸素原子
と化合しやすい、つまり酸素原子を奪いやすいことが窺える。
［２］赤熱状態の反応混合物は、ろ紙を焼き破ってビーカーに落下し、海底火山のように
まわりの水を沸とうさせた。鉄の融点は１５３５℃である。取り出して黒色の「けら」を
落とすと、灰白色の固体の鉄のかたまりが得られた。反応物質である酸化鉄(V)やアルミ
ニウムと違って、鉄は磁石に付く。鉄のこのような性質は強磁性と呼ばれる。ちなみに主
成分が酸化アルミニウムであるけらは磁石に付かない。
［３］鉄は他の金属に比べて桁違いに多く生産される（０２年で１５億トン）。
溶鉱炉（高炉）から流れ出た鉄は銑鉄(せんてつ)と呼ばれ、硬くてもろい。これには数％
の炭素が含まれる。転炉（や電気炉）によって、この炭素を１％ほどないしそれ以下に減
らしてできるのが鋼(はがね)である。このとき回収されたくず鉄も加えられる。これは大
きな弾性を持ち、建物、橋、自動車などに広く利用される。
＜メモ＞
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［ｅ］リチウム Ｌｉ（実験３）
［１］白色の塩化リチウム ＬｉＣｌ をエチレンカルボナートとテトラヒドロフランの混
合溶媒に溶かし、電気分解すると陰極のステンレス板の表面に灰色の金属リチウムが生成
した。
［２］電気分解では電流が、陽極で電子を奪い、陰極で電子を与える反応が起こす。電子
は負の電気を持ち ｅ- と表される。
塩化リチウムは、リチウムイオン Ｌｉ+ と塩化物イオン Ｃｌ- がイオン結合した物質
である。陽イオンは原子がいくつか電子を失ったもの、陰イオンは原子がいくつか電子を
得たものである。つまり、リチウムイオンはリチウムが電子を失ってできる。したがって
陰極では、リチウムイオンが電子を得る反応が起こる。
Ｌｉ+ ＋ ｅ- ―→ Ｌｉ （５）
リチウムイオン 電子
同じように、陽極では塩化物イオンが電子を失う反応が起こる。
２Ｃｌ- ―→ Ｃｌ2 ＋ ２ｅ- （６）
塩化物イオン
つまり塩素が発生する。
［３］電子を与えるのは「還元する」ことである。そして電子を奪うことは「酸化する」
ことである。
酸化する：電子を奪うこと
還元する：電子を与えること
今回は踏み込まないが、この定義は上の酸素原子を使った定義と矛盾しない。
［４］［ｂ］節で金属は、化合物を還元剤と反応させて取り出すことを学んだ。
化合物 ＋ 還元剤 ―→ 金属元素
鉛では炭素（正確には一酸化炭素）を、鉄ではアルミニウムを使った。そしてアルミニウ
ムは鉄より酸素原子を奪いやすいと説明した。それならアルミニウムという元素（単体）
は、どんな還元剤を使って取り出すのだろうか。きっと強力な還元剤が必要であろう。そ
してリチウムはさらに酸素原子と化合しやすい。つまり酸素原子を奪いやすい・・・。
実験から分かるように、これには電気分解が武器になる。電圧を高くすれば、起こりに
くい反応も実現できる。実際にアルミニウムは工業的には、ボーキサイト（主成分は酸化
アルミニウム Ａｌ2Ｏ3 ）を精製し、高温で融解して、電気分解によって生産される。
［５］リチウムを薬さじでこそげると、自然発火した。
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４Ｌｉ ＋ Ｏ2 ―→ ２Ｌｉ2Ｏ （７）
リチウムに滴々と水をかけると、気体が発生した。またフェノールフタレインを加える
と赤色に変化した。
２Ｌｉ ＋ ２Ｈ2Ｏ ―→ ２ＬｉＯＨ ＋ Ｈ2 （８）
水酸化リチウム
水酸化リチウム ＬｉＯＨ は、水酸化ナトリウム ＮａＯＨ と同じように、塩基性を示す。
リチウムはこのように水などとも反応してしまうので、今回の実験は、リチウムと反応
しない溶媒を使うことがポイントである。工業的にはリチウムも、塩化リチウムを高温で
融解して電気分解によって生産される。なおその場合は陽極には炭素を、陰極には鉄を使
う。
［６］リチウムは携帯電話の電源などに使うリチウムイオン電池などに利用される。リチ
ウムイオンは最も少ない質量で最も多くの電気を運ぶことができる。
＜メモ＞
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［ｆ］銀 Ａｇ（実験４）
［１］アンモニア水を加えた硝酸銀（ ＡｇＮＯ3 ）水溶液と、水酸化ナトリウム水溶液に
溶かしたブドウ糖（グルコースともいう 通常は Ｃ6Ｈ12Ｏ6 という化学式を使う）を混
ぜ合わせて「銀液」をつくる。これに前処理をしたＰＥＴ板を浸けると、銀液に生成した
銀が表面に沈着した。
［２］銀を取り出す反応は複雑であるが、銀元素に注目しよう。硝酸銀は、銀イオン
Ａｇ+ と硝酸イオン ＮＯ3- がイオン結合した物質である。［ｅ］節でも触れているが、
銀イオンは銀が電子を失ってできる。この反応では銀イオンが電子を得て銀になるはずで
ある。
Ａｇ+ ＋ ｅ- ―→ Ａｇ （９）
銀イオン 電子
そしてブドウ糖が銀イオンに電子を与える（その反応式は省略する）。つまりブドウ糖が
還元剤としてはたらくのである。
［３］作成した銀鏡は、透明なＰＥＴ板の裏に銀の薄い膜が付いている。一般に錆びてい
ない金属は金属光沢と呼ばれる光沢を持ち、光を反射しやすい。鏡は金属光沢を利用して
いる。昔は銅鏡や青銅鏡であった。昔の鏡は金属表面が空気にさらされているのですぐに
錆びて曇り、いつも磨く必要があった。
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ガラスの裏側に銀めっきすることは、鏡の画期的な改良であった。現在の鏡にはアルミ
ニウムが使われている。またガラスの代わりにプラスチックを使った鏡も誕生した。
［４］銀は濃塩酸とは反応しないが、濃硝酸とは反応して溶ける。金は濃塩酸とも濃硝酸
とも反応しないが、両者が混ざると反応し、水溶液が黄色になる。両者の混合物、正確に
は濃硝酸と濃塩酸を体積で１：３に混合した薬品は「王水」と呼ばれる。
金や銀は錆びにくい金属であるが、銀は濃硝酸には、金も王水にはかなわない。しかし
その王水に接しても、金箔を張り付けたＰＥＴシート（ポリエチレンテレフタラート）や
ガラスは平気である。物質の性質はこのように多様である。
［５］銀は臭化銀 ＡｇＢｒ にして、銀塩写真の感光剤として利用される。
＜メモ＞
U 非金属元素を取り出す
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［ｇ］ヨウ素 Ｉ2（実験５）
［１］白色のヨウ化カリウム ＫＩ と濃い赤紫色の過マンガン酸カリウム ＫＭｎＯ4 に、
濃硫酸 Ｈ2ＳＯ4 を加えて、穏やかに加熱するとヨウ素ができた。ビーカーの下半分が気
体のヨウ素で赤紫色になり、ビーカーの上半分には黒紫色の固体のヨウ素が付いた。
生成するヨウ素は気体になり、ビーカーの上部で冷やされて直接に固体になった。この
ように気体が直接に固体になったり、また固体が直接に気体になったりすることは昇華と
呼ばれる。
［２］ヨウ素を取り出す反応はやや複雑であるが、ヨウ素元素に注目しよう。ヨウ化カリ
ウムは、カリウムイオン Ｋ+ とヨウ化物イオン Ｉ- がイオン結合した物質である。ヨウ
化物イオンはヨウ素が電子を得てできる。この反応ではヨウ化物イオンは電子を失う。
２Ｉ- ―→ Ｉ2 ＋ ２ｅ- （１０）
ヨウ化物イオン
したがって過マンガン酸カリウムと硫酸が、ヨウ化カリウムの中のヨウ化物イオンから電
子を奪う（その反応式は省略する）。つまり過マンガン酸カリウムと硫酸は共同で酸化剤
としてはたらく。ヨウ素を取り出す反応は、［ｂ］節の
化合物 ＋ 酸化剤 ―→ 非金属元素
に当てはまる事例である。
［３］ヨウ素は、無色のヨウ化カリウム水溶液に溶けて（水自身には溶けにくい）、赤褐
色になった。ヨウ素を取り出すときの三角フラスコの底も、同じ理由で赤褐色になった。
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このヨウ素・ヨウ化カリウム水溶液（通称はヨウ素液）を加えると、無色半透明のデン
プン水溶液は青色になった。この反応はヨウ素・デンプン反応と呼ばれ、デンプンの検出
や、逆にヨウ素の検出に利用する。
ヨウ素・ヨウ化カリウム水溶液に灰色の亜鉛粉末を加えると、無色にもどった。次の反
応が起きてヨウ素が消費され、ヨウ化亜鉛 ＺｎＩ2 が生成する。
Ｚｎ ＋ Ｉ2 ―→ ＺｎＩ2 （１１）
ヨウ化亜鉛
また蒸発皿のヨウ素に亜鉛粉末を振りかけて水をかけると、赤紫色の気体が発生した。こ
のときも反応（１１）が起きる。したがってこの反応は水によって促進されることが分か
る。またこの反応は発熱するので、未反応のヨウ素が昇華して赤紫色の気体になった。
［４］三角フラスコの底をチオ硫酸ナトリウム水溶液に浸けると、ヨウ素は安全なヨウ化
ナトリウムに変化する。ちなみにこのとき黄白色に濁るのは、副次的にチオ硫酸ナトリウ
ムが分解して硫黄が生成するためである。このような後処理も、実験の大切な一部分であ
ると心得ておこう。
［５］日本はヨウ素の生産世界一を誇ってきたが、現在ではチリにその座を譲っている。
日本では工業的には、ヨウ化カリウムを含む「かん水」に、塩素を反応させて生産される。
ヨウ素はうがい薬に利用される。
＜メモ＞
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［ｈ］水素 Ｈ2（実験６）
［１］銀白色の亜鉛 Ｚｎ に、無色の希硫酸 Ｈ2ＳＯ4 を加えると、無色無臭の気体の水
素が発生した。水素の大気圧の下での沸点は−２５３℃である。
Ｚｎ ＋ Ｈ2ＳＯ4 ―→ ＺｎＳＯ4 ＋ Ｈ2 （１２）
硫酸 硫酸亜鉛
ところで硫酸は水に溶けると水素イオン Ｈ+ と硫酸イオン ＳＯ42- に分かれている。
また硫酸亜鉛 ＺｎＳＯ4 は亜鉛イオン Ｚｎ2+ と硫酸イオンに分かれている。したがって
反応式は次のように書いてもよい。
Ｚｎ ＋ ２Ｈ+ ―→ Ｚｎ2+ ＋ Ｈ2 （１２'）
水素イオン 亜鉛イオン
［２］水素イオンは電子を得て水素イオンになる。
２ｅ- ＋ ２Ｈ+ ―→ Ｈ2 （１３）
- 14 -
もう気付くように、電子を与えるのは、つまり還元剤としてはたらくのは亜鉛である。
Ｚｎ ―→ Ｚｎ2+ ＋ ２ｅ- （１４）
こうして金属と同じように、水素は化合物を還元して取り出したわけである（このよう
に非金属は単純ではない）。
［３］水素は工業的には、石油などを酸素や水蒸気と反応させて、水素と一酸化炭素の混
合気体である「合成ガス」をつくり、それから分離して生産される。
水素は燃焼しても水ができるだけなので、燃料電池の燃料などクリーンなエネルギー源
として注目される。
［４］水素でシャボン玉をつくると上昇した。水素は空気より軽い。（同温、同圧の下に
おける）気体の密度の大小は、アボガドロの法則に依って、その分子量で比較できる。た
だし空気は混合物なので、その平均分子量２９.０を使う。すると水素の分子量は２なので、
水素の密度は空気の
２／２９ ＝ ０.０６９［倍］
である。
シャボン玉に点火すると燃焼した。その反応式はよく知られている。
２Ｈ2 ＋Ｏ2 ―→ ２Ｈ2Ｏ （１５）
［５］（実験ａ）ユージオメーターに水素を注入し、その半分の体積の酸素を追加して混
合し、点火すると液体の水になり、気体はほとんど残らなかった。つまり同温、同圧の下
で、水素と酸素は体積比２：１で過不足なく反応する。他の気体の反応でも体積比は簡単
な整数比になる。これは気体反応の法則と呼ばれ、アボガドロの法則が発見される元にな
った。
［６］（実験ｂ）赤熱した黒色の物質に、水素が入った集気びんを被せると、黒色の物質
が炎を上げ、やがて集気びんの中を水が上昇した。そして黒色の物質は肌色の物質に変化
した。
問 何が起きたか、説明してみよう。
＜メモ＞
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［ｉ］硫黄 Ｓ（実験７）
［１］硫化ナトリウム Ｎａ2Ｓ と亜硫酸水素ナトリウム ＮａＨＳＯ3 の混合水溶液を、
- 15 -
塩酸 ＨＣｌ に滴下すると、黄白色の硫黄が沈でんした。ちなみに反応混合物を加熱する
のは、硫黄の粒子を大きくするためである。
この反応は２段階で考えよう。はじめに、硫化ナトリウムは塩酸と反応して硫化水素
Ｈ2Ｓ（すこし水に溶ける無色の気体で、悪臭がある）ができる。亜硫酸水素ナトリウムは
塩酸と反応して二酸化硫黄 ＳＯ2（よく水に溶ける無色の気体で、刺激臭がある）ができ
る。
続いて両者が反応する。
２Ｈ2Ｓ ＋ ＳＯ2 ―→ ２Ｈ2Ｏ ＋ ３Ｓ （１６）
硫化水素 二酸化硫黄
［２］これは火山地帯で硫黄ができる反応でもあり、重油を脱硫して硫黄を生産するとき
の反応でもある。
この反応では、硫化水素には二酸化硫黄が酸化剤としてはたらいて硫黄ができ、二酸化
硫黄には硫化水素が還元剤としてはたらいて硫黄ができる？！ この謎は、酸化と還元を
「酸化数」という数値を使って定義することで、解き明かされる。興味が湧く人はチャレ
ンジしてみてほしい。
備考：これは電子を使った定義でも理解できるが、いずれにしても難しい。
［３］黄色の硫黄を燃焼させると、無色刺激臭の二酸化硫黄が生成した。ちなみに硫黄の
Ｓ ＋ Ｏ2 ―→ ＳＯ2 （１７）
二酸化硫黄
そして水と振り混ぜると、次の反応が起きて、亜硫酸 Ｈ2ＳＯ3 が生成する。
ＳＯ2 ＋ Ｈ2Ｏ ―→ Ｈ2ＳＯ3 （１８）
亜硫酸
亜硫酸は弱酸性を示し、ＢＴＢが緑色から黄色に変化した。
ちなみに集気びんに白煙が生じたのは、二酸化硫黄が空気中の水蒸気と反応（１８）を
起こし、さらに水分子を引き寄せて亜硫酸水溶液のミストができるためである。
［４］二酸化硫黄は硫黄酸化物の１つであり、窒素酸化物と並んで大気を汚染しており、
ぜんそくなどの呼吸器障害を引き起こし、酸性雨をもたらしている。
［５］硫黄は、ゴムに加えて弾性を大きくしたり（「加硫」という）、硫酸 Ｈ2ＳＯ4 に
して工業薬品として利用される。
＜メモ＞
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資料「元素の周期表」は省略。
以下は講師用のメモです。
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参考メモ
実験４「銀」
＜準備・かたづけ＞
・ＰＥＴ板（８×５ｃｍ）
・０.５％タンニン酸水溶液
古い溶液は酸化されていて好ましくない。
・０.０２％塩化パラジウム水溶液
塩化パラジウム５０ｍｇを水２５０ｍｌに入れる。濃塩酸０.２ｍｌを加えて、スター
ラーでかき混ぜる。
・３ｍｏｌ/ｌアンモニア水
古い溶液はアンモニアの濃度が変化していて好ましくない。
・１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液
古い溶液は、炭酸ナトリウムのためか、銀の析出が少ない。
予めブドウ糖を溶かしておくと酸化される。
参考：タンニン酸、塩化パラジウムはとうふパックに３０ｍｌずつ入れる。
数回使ったら廃棄する。
塩化パラジウムは重金属処理にまわす。
銀廃液は、とうふパックを洗った濃硝酸を加えて酸性にし、重金属処理にまわす。
備考：むらのない鏡は、めっきを２回くり返すとよいかもしれない。
前処理は澤田(紳)さんのレポートを参考にした。
実験６「水素」
＜準備・かたづけ＞
・ポリ袋につながったガラス管付きゴムせん
ガラス管の長さ １５ｃｍ
ゴムせん ４号と１０号
ポリ袋 ２３×３４ｃｍ
ビニタイ
・シャボン玉吹き
ポリチューブを付ける
［ｅ］リチウム Ｌｉ（実験３）
・エチレンカルボナート（ Ｃ3Ｈ4Ｏ3 ）
炭酸とビニルアルコールの環状エステル
- 1 -
非プロトン性の高誘電率溶媒
・テトラヒドロフラン（ Ｃ4Ｈ8Ｏ ）
沸点 ６５℃
粘性を小さくする。
・リチウムイオン電池
負極：炭素（層間にリチウムイオンをドープできる）
正極：コバルト酸リチウム ＬｉＣｏＯ2（ ＣｏＯ2 層間にドープしたリチウムイオン
を脱ドープできる。）
電解液：非プロトン性の溶媒に過塩素酸リチウム ＬｉＣｌＯ4 などを溶かす。
充電するとリチウムイオンが炭素側に移って電池になる。
Ｌｉ(1-x)ＣｏＯ2 ＋ ＬｉxＣy ←→ Ｌｉ(1-x+dx)ＣｏＯ2 ＋ Ｌｉ(x-dx)Ｃy
正極 負極 （放電：―→）
［ｆ］銀 Ａｇ（実験４）
・銀を取り出す反応は次のようである。
２[Ａｇ(ＮＨ3)2]+ ＋ Ｃ5Ｈ11Ｏ5(ＣＨＯ) ＋ ２ＯＨ-
ジアンミン銀イオン グルコース（ブドウ糖）
―→ ２Ａｇ ＋ ３ＮＨ3 ＋ Ｃ5Ｈ11Ｏ5(ＣＯＯＮＨ4) ＋ Ｈ2Ｏ
グルコン酸アンモニウム
・王水は次の反応で塩化ニトロシルと塩素ができて金や白金を溶かす。
ＨＮＯ3 ＋ ３ＨＣｌ ―→ Ｃｌ2 ＋ ＮＯＣｌ ＋ ２Ｈ2Ｏ
全体の反応は次のようである。
Ａｕ ＋ ４Ｈ+ ＋ ＮＯ3- ＋ ４Ｃｌ-
―→ [ＡｕＣｌ4]- ＋ ＮＯ ＋ ２Ｈ2Ｏ
［ｇ］ヨウ素 Ｉ2（実験５）
・ヨウ素を取り出す反応は次のようである。
１０ＫＩ ＋ ２ＫＭｎＯ4 ＋ ８Ｈ2ＳＯ4
―→ ６Ｋ2ＳＯ4 ＋ ２ＭｎＳＯ4 ＋ ８Ｈ2Ｏ ＋ ５Ｉ2
・イソジンなどのうがい薬
含まれる「ポピドンヨード」は、ビニルピロリドン（ Ｃ6Ｈ9ＮＯ １−ビニル−２−ピ
ロリジノン ピロリジノンはラクタムの１種）を重合したポリビニルピロリドンと、ヨウ
素の錯化合物である。ヨウ素は三ヨウ化物イオン Ｉ3- として存在する。
- 2 -
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実験の準備
２人１グループで、８グループとして
全 般
安全めがね
カラーテープとラベル
スクリューびんとチャック付きポリ袋（科学館のサンプルびんも）
薬品用５ｍｌピペットまたは薬さじとトレイ
ピペット立て（試験管１本と試験管立て）
机表示（黒板）
重金属処理容器
実験１「鉛」
（４人１グループで 机１つ）
酸化鉛５ｇ ×４ びん ×８
木炭１ｇ ×４
Ｂ５ ×４
るつぼ ×２
針金
金づち
・科学館
薬さじ ×２
三脚、バーナー、三角架（ドラフト）
るつぼばさみと金網（ドラフト）
金床
テスター
・処理
反応混合物を広口びんに
実験２「鉄」
（同時に２グループ 机２つ 準備用と実験用）
酸化鉄８ｇ ×８ びん ×１６
アルミ粉末３ｇ ×８
マグネリボンをポリ袋に ×１２
Ｂ４ ×８
金づち
磁石 ×２
・科学館
ベニヤ板
- 1 -
５００ｍｌビーカー ×３
ろ紙（φ１１０ｍｍ）
三角架 ×３
三脚、バーナー ×２
薬さじ ×３
実験３「リチウム」
エチレンカルボナート３ｇ ×８ びん ×１６
テトラヒドロフラン（ピペット立て）
塩化リチウム０.２ｇを薬包紙に包んでびんに
フェノールフタレイン びんとスポイト
木の板とおもり ×８
ステンレス板 ×１６
クッキングぺーバー（５×１５ｃｍ） ×１０
乾電池６Ｖ ×２
電流計 ×２
クリップコードセット ×４
１ｍｌピペット ×２
・科学館
薬さじ ×８
試験管 ×８
バーナー ×２
ピンセット ×３
洗剤と水切りかご
実験４「銀」
（同時に２グループで、鏡づくりは全員 机２つ）
ＰＥＴ板（８×５ｃｍ） ×１８
０.５％タンニン酸水溶液３０ｍｌをとうふパックに ×４
０.０２％塩化パラジウム水溶液３０ｍｌをとうふパックに ×４
２％硝酸銀水溶液２００ｍｌを細口びんに ×２
３ｍｏｌ/ｌアンモニア水５０ｍｌをＪＰボトルに ×２
１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液２００ｍｌを細口びんに ×２
ブドウ糖０.２ｇを薬包紙に ×１６
金箔（かなざわカタニに注文）をシャーレに ×８
とうふパック ×２２
ヘアドライヤー ×２
水性白色ペイントと新聞紙
・科学館
＊５ｍｌピペット ×８
- 2 -
５０ｍｌビーカー ×４
シャーレセット ×１６
割りばし ×４ぜん
ガラス棒 ×２
濃硝酸（ピペット立て）
濃塩酸（ピペット立て）
廃パック入れ
・処理
銀廃液を５００ｍｌビーカーに
実験５「ヨウ素」
（同時に３グループ 机３つ）
ヨウ化カリウム１ｇ ×８ びん ×１６
過マンガン酸カリウム０.５ｇ ×８
５％チオ硫酸ナトリウム水溶液２５０ｍｌを細口びんに ×２
２％ヨウ化カリウム水溶液１００ｍｌ
かたくり粉
亜鉛粉末
ゴム手袋
トレイ ×３
５０ｍｌ三角フラスコ ×３
１ｍｌピペット ×３
・科学館
ペーパー（フラスコ、ガラス棒を拭く）
５０ｍｌビーカー ×８
濃硫酸（ピペット立て）
三脚、金網、バーナー ×３
シャーレ ×３
ルーペ ×３
蒸発皿 ×８
ガラス棒 ×３
試験管２本と試験管立て ×３
試験管ブラシ、たわし、水切りかご
実験６「水素」
（同時に２グループ 机２つ 後半は４人１グループで 別に机１つ）
亜鉛板２０ｇ
３ｍｏｌ/ｌ硫酸２５０ｍｌ
水素簡易ボンベ ×２（とテドラーバッグの水素？）
酸素簡易ボンベ ×２
- 3 -
酸化銅
５０ｍｌ三角フラスコ ×２
ポリ袋につながったガラス管付きゴムせん ×３
ポリチューブ付きシャボン玉吹き ×２
チャッカマン ×２
簡易ユージオメーター
アルミ皿のスタンド ×２
集気びんと円板 ×２
・科学館
ティッシュ
シャボン液を１００ｍｌビーカーに ×２
バーナー
テスター
・処理
反応混合物を３００ｍｌビーカーに
実験７「硫黄」
（同時に３グループ 机３つ）
硫化ナトリウム４.８ｇ ×８ びん ×１６
亜硫酸水素ナトリウム１.０ｇ ×８
３ｍｏｌ/ｌ塩酸２５０ｍｌ
ＢＴＢ びんとスポイト
５ｍｌピペット ×３
集気びんと円板 ×３
燃焼さじ（自家製） ×３
・科学館
１００ｍｌビーカー ×３
ガラス棒 ×３
三脚、金網、バーナー ×３
ろうとと１００ｍｌ三角フラスコ ×３
ろ紙
ペーパー
バーナー（ドラフト）
炭酸ナトリウム
・処理
反応混合物を１Ｌビーカーに
- 4 -
林 正幸と主万子の始めの
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