０４．７
林 正幸
実験を通して
楽しくわかる化学の授業づくり
実験は「知識や理論」を理解する基礎です。また実験は思考力を育成する道具です。
ここに紹介するのは、いずれも私がかなり入れ込んだ実験です。今回は講座プラン「化
学的変化はどちらに向かうか」に関する実験を多くしました。
項 目
・演示（１０分）
１．ミニ熱気球
・電池・電解（５０分）
２．マンガン乾電池、３．ヨウ素電池、４．簡単燃料電池、５．染め分け
・「化学的変化はどちらに向かうか」（８０分）
６．塩化アンモニウムの分解と生成、７．酢酸エチルの合成、８．浸透、
９．フェノールフタレインの合成と変色、１０．蒸気圧の計測
備考：今回は時間の都合で一部簡略化しています。全体については私のホームページの
「講座プラン」の中を閲覧してください。
http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/
・その他（４０分）
１１．ヘスの法則、１２．水をかけると緑の火柱、１３．シランの発生と燃焼
実 験
１．ミニ熱気球
今回は自己紹介の代わりに、製作したミニ熱気球を上げます。
薄手のごみ袋の口にピアノ線を張って広げ、アルミ箔で作った燃焼皿をエナメル線（ポ
リエステル線）で吊します。ティッシュを芯にしてエタノールを燃焼させます。
エタノールの燃焼ガスの平均分子量は空気（２８.９ｇ/ｍｏｌ）とほとんど同じです。
任意の温度におけるそれぞれの密度は気体の状態方程式から計算できるので、ごみ袋の体
積を見積もって浮力や上昇力が計算できます。
２．マンガン乾電池
＜解説＞
主要な反応式は次のようです。
負極 ４Ｚｎ ―→ ４Ｚｎ2+ ＋ ８ｅ-
４Ｚｎ2+ ＋ ８Ｈ2Ｏ ―→ ４Ｚｎ(ＯＨ)2 ＋ ８Ｈ+
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４Ｚｎ(ＯＨ)2 ＋ ＺｎＣｌ2 ―→ ＺｎＣｌ2・４Ｚｎ(ＯＨ)2
正極 ８ｅ- ＋ ８ＭｎＯ2 ＋ ８Ｈ+ ―→ ８ＭｎＯ(ＯＨ)
１５分以上豆電球が点灯します。
＜準備＞
・亜鉛板（１５０×４５ｍｍ）、バット
・炭素板（１７０×４０×５ｍｍ ターミナル付き）
・セロハン（１９×１０ｃｍ）、下記の塩化亜鉛水溶液を入れたバット
・カット綿（１５×５ｃｍ）
（商品をさらに２枚にはがして、幅５ｃｍに切る ０.７５ｇ）
・５０ｍｌビーカー、ガラス棒
・塩化アンモニウムを加えた塩化亜鉛水溶液
（結晶塩化亜鉛１５ｇと塩化アンモニウ３ｇに水８２ｍｌを加えて溶解する）
・二酸化マンガン（「電マン」と呼ばれるタイプ）、黒鉛粉末、天びん
・豆電球、クリップコード
（かたづけ）
カット綿とセロハンは水に洗い出して重金属廃液とする。
＜操作＞
（１）バットの底を上にして亜鉛板を置く。
注意：底からすこしはみ出させるとクリップを接続しやすい。
（２）「塩化アンモニウムを加えた塩化亜鉛水溶液」で濡らしたセロハンを被せ、カット
綿を置く。
（３）５０ｍｌビーカーで、二酸化マンガン１ｇと黒鉛粉末５ｇに（２）と同じ塩化亜鉛
水溶液１３ｍｌを加えてガラス棒で混ぜ、全体に広がるようかける。
（４）炭素板を被せて、豆電球を接続する。
（５）カット綿とセロハンは廃棄容器（バット）に入れる。
３．ヨウ素電池
＜解説＞
陽イオンではなく、非金属単体が電子を奪うタイプの電池です。
負極 Ｚｎ ―→ Ｚｎ2+ ＋ ２ｅ-
正極 ２ｅ- ＋ Ｉ2 ―→ ２Ｉ-
（ ２Ｉ- ＋ ２Ｉ2 ―→ ２Ｉ3- ）
＜準備＞
・亜鉛板、炭素板、バット
・クッキングペーパー（５×１４ｃｍ）２枚
・５％食塩水、ヨウ素（乳鉢で細かくしたもの）
・豆電球、クリップコード
・ピンセット
（かたづけ）
ヨウ素の付着した黒鉛板とペーパーは、５％チオ硫酸ナトリウム水溶液で処理する。
- 2 -
＜操作＞
（１）バットの底を上にして亜鉛板を置き、クッキングペーパー２枚を載せて５％食塩水
１５ｍｌを染み込ませる。
（２）ペーパーの上にヨウ素をまんべんなく振りかけ、黒鉛板を被せる。
注意：ヨウ素がこぼれていないか留意する。
（３）豆電球を接続する。
（４）ピンセットも使い、黒鉛板とペーパーを、回収容器、廃棄容器（いずれも１[ｌ]ビ
ーカー）に入れる。
４．簡単燃料電池
＜解説＞
簡単でかつ比較的パワーのある燃料電池です。
負極 ４ＯＨ- ＋ ２Ｈ2 ―→ ４Ｈ2Ｏ ＋ ４ｅ-
正極 ４ｅ- ＋ ２Ｈ2Ｏ ＋ Ｏ2 ―→ ４ＯＨ-
＜準備＞
・炭素板２枚、バット
・クッキングペーパー（５×１４ｃｍ）２枚
・１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液
・手まわし発電機（ゼネコン）
・メロディテスター、ソーラーモーター、クリップコード
・ピンセット
（かたづけ）
ペーパーはホウ酸などで中和処理する。
＜操作＞
（１）バットの底を上にして炭素板を載せる。
（２）クッキングペーパー２枚を被せ、１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液１５ｍｌを染
み込ませる。
（２）もう１枚の炭素板を乗せて手まわし発電機に接続し、２分ほど電気分解をして、す
ぐに発電機のクリップを外す。
参考：発電機は右まわしするとコンセントの上側が正極になる。たとえば上の炭素板がプ
ラス極になるように決めておく。
（３）そしてメロディテスターを接続する。
注意：メロディテスターは極性がある。
（４）続いてソーラーモーターを接続する。
（５）終わったらペーパーは廃棄容器に入れる。
５．染め分け
＜解説＞
水の電気分解において、水溶液中では水素イオンと水酸化物イオンが生成することを確
認します。
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陽極 ２Ｈ2Ｏ ―→ ４Ｈ+ ＋ Ｏ2 ＋ ４ｅ-
陰極 ４ｅ- ＋ ４Ｈ2Ｏ ―→ ４ＯＨ- ＋ ２Ｈ2
＜準備＞
・ステンレス板（０.５ｍｍ厚 １５ｃｍ角）２枚、バット
・ろ紙（Ｎｏ.２ φ１１０ｍｍ）４枚
・硫酸ナトリウム水溶液にＢＴＢを加えた溶液
（２％硫酸ナトリウム水溶液に、その体積の１０％のＢＴＢ溶液を加える）
・２００ｍｌビーカー、手まわし発電機
・ピンセット
＜操作＞
（１）バットの底を上にしてステンレス板を置き、その上にろ紙４枚を載せる。
（２）これに「硫酸ナトリウム水溶液にＢＴＢを加えた溶液」１５ｍｌをまんべんなく染
み込ませる。
（３）もう１枚のステンレス板を被せて、水を半分入れた２００ｍｌビーカーをおもしと
して置く。
注意：ステンレス板のそりに注目して、上下が接触しないようにする。
（４）上のステンレス板が陽極になるように接続して、手まわし発電機を３分まわす。
注意：ステンレス板をすこしずらして重ねると、クリップで上下のステンレス板がショー
トすることがない。
（５）上のステンレス板をとり外し、ピンセットでろ紙を１枚ずつはがして色を調べる。
６．塩化アンモニウムの分解と生成
＜解説＞
化学反応が可逆的であることを導入するための実験です。
ＮＨ4Ｃｌ ←→ ＮＨ3 ＋ ＨＣｌ
＜準備＞
・塩化アンモニウム
・乾いた試験管、脱脂綿
・１０ｃｍに切ったｐＨ試験紙、ガラス棒
・バーナー
＜操作＞
（１）乾いた試験管の底に塩化アンモニウムを薬さじ軽く１杯入れる。
（２）ｐＨ試験紙を水で湿らせ、ガラス棒を利用して試験管の内壁の口に近い方に貼り、
脱脂綿でせんをする。
（３）試験管を水平に、試験紙が横になるように持って、２ｃｍほどの炎で底を加熱し、
試験管内の変化を観察する。
（４）試験管は洗剤を使って洗う。
７．酢酸エチルの合成
＜解説＞
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化学反応が完結せずに停止する（平衡状態）ことを認識するための実験に選んでいます。
ＣＨ3ＣＯＯＨ ＋ Ｃ2Ｈ5ＯＨ ←→ ＣＨ3ＣＯＯＣ2Ｈ5 ＋ Ｈ2Ｏ
実際には反応時間を１分と１０分のふたつにしていますが、今回は時間の都合で反応時間
を３分ひとつにします。なお触媒の濃硫酸２ｍｌを中和するのに必要な炭酸ナトリウムの
量（これは４ｇ）を確認することも省略します。もちろんこれはエステルの実験教材にも
なります。
＜準備＞
・乾いた太い試験管（φ３０ｍｍ）
・３００ｍｌビーカー、ガラス棒
・酢酸、濃硫酸、エタノール
・製氷器でつくった氷
・炭酸ナトリウム（無水）、天びん
・５ｍｌピペット、脱脂綿、広告
（かたづけ）
酢酸エチルは燃焼処理する。
＜操作＞
（１）２枚の薬包紙に炭酸ナトリウム４ｇずつを計り採る。
（２）３００ｍｌビーカーに水約３０ｍｌと氷１ブロック（約２０ｇ）を入れておく。
（３）乾いた太い試験管に、酢酸７ｍｌと濃硫酸２ｍｌをこの順に入れて振り混ぜる。
（４）これにエタノール８ｍｌを加えて振り混ぜ、溶け合ったら時間を確認する。
参考：酢酸の密度１.０５ｇ/ｍｌ、エタノールの密度は０.７９ｇ/ｍｌ
酢酸のモル質量は６０ｇ/ｍｏｌ、エタノールのモル質量はは４６ｇ/ｍｏｌ
酢酸に対してエタノールが少し過剰になる。
（５）３分経ったら反応混合物を３００ｍｌビーカーの氷水に注いで反応を停止させる。
（６）これに炭酸ナトリウム４ｇを少しずつ加えてガラス棒でよくかき混ぜる。
参考：これで硫酸の中和は完了する。
（７）残りの４ｇを少しずつ加えてガラス棒でよくかき混ぜ、さらに泡立つかどうか調べ
る。
（８）泡立たなくなったら太い試験管にもどし、上層の酢酸エチルのにおいと量を調べる。
参考：酢酸エチルの密度は０.９０ｇｍ/ｌ、モル質量は８８ｇ/ｍｏｌ
（９）最後に酢酸エチルをピペットで採って脱脂綿に染み込ませ、広告のカラー印刷を拭
き取ってみる。
（１０）残った酢酸エチル層は廃棄容器（２５０ｍｌ試薬びん）に入れる。
８．浸透
＜解説＞
フィルムケースを利用すると、簡単に半透膜を張ることができ、失敗が少ないです。
＜準備＞
・フィルムケース
（底の部分を切り落とし、ふたは枠を残して円形に切り取る）
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・セルロースチューブ（φ２０ｍｍ）
（５ｃｍに切り、広げられるように側面の一方を切る）
・ガラス管（内径２ｍｍ、外径７ｍｍ、長さ２５ｃｍ）付きゴムせん
（ガラス管に小さい輪ゴムをはめ、付け根にワセリンを塗っておく）
・３００ｍｌビーカー
・１ｍｏｌ/ｌショ糖水溶液
・ワセリン、ティッシュペーパー
＜操作＞
（１）側面の一方を切ったセルロースチューブを水に浸しながら広げ、ふたに被せフィル
ムケース本体を押し込んでぴんと張る。予め、ケースの口の内側にワセリンを塗って水漏
れが起こりにくくする。
（２）できた容器に１ｍｏｌ/ｌショ糖水溶液を一杯まで注ぎ、これにガラス管の付いたゴ
ムせんをしっかり押し込む。そしてガラス管を斜め下に向けてケースを押して余分な水溶
液を捨て、その高さがゴムせんから２ｃｍほどになるようにする。
注意：フィルムケース内に空気が入らないようにする。
ガラス管は押し込まない。
（３）３００ｍｌビーカーに水を２／５ほど入れ、外を水洗いした（２）のフィルムケー
スを漬ける。このとき一度全体を斜めにして、セルロースチューブ下の気泡が抜けるよう
にする。
注意：ビーカーの底から眺めて確認する。
（４）始めの水溶液の高さに輪ゴムを移動して、水溶液の動きを観察する。
注意：数分しても水溶液が上昇しないときは、セルロースチューブがうまく張れていない
ので、新しいセルロースチューブを使ってやり直す。
ガラス管の付け根から水溶液がしみ出すときは、ワセリンを補う。
（５）器具、ビーカーは洗剤を使って洗う。
９．フェノールフタレインの合成と変色
＜解説＞
水素イオンの濃度によって平衡が移動します。
Ｈ2Ａ ←→ ２Ｈ+ ＋ Ａ2-
（フェノールフタレインは２価の弱酸である）
＜準備＞
・乾いた試験管、バーナー
・２００ｍｌビーカー、ガラス棒
・無水フタル酸、フェノール（固体をかき削ったもの）、濃硫酸
・１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液、１ｍｏｌ/ｌ塩酸
＜操作＞
（１）乾いた試験管にフェノールと無水フタル酸を耳かき１杯ずつ入れる。
注意：フェノールは皮膚にやけどを引き起こす。
（２）器壁に伝わらないように濃硫酸２滴を加える。
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注意：試験管の口を指で軽く持って鉛直になるようにして、口の付近で滴を落下させると
うまくできる。
（３）バーナーのごく小さい炎（１〜２ｃｍ）で間欠的に１分ほど加熱する。
注意：温度が上がり過ぎないように、数秒加熱したらその倍くらい炎の外に出す。
（４）赤色になり、それに黒みがかかってきたら加熱を止め、冷える前に水道水を試験管
の７分目まで加える。
（５）これを２００ｍｌビーカーに移し、水を加えて約５０ｍｌにする。
（６）１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液を、ガラス棒でかき混ぜながら赤色になるまで
加える。
（７）次に１ｍｏｌ/ｌ塩酸を加えて無色にもどす。
（８）（６）（７）の操作をくり返す。
（９）試験管は洗剤を使って洗う。
１０．蒸気圧の計測
＜解説＞
蒸気圧は難しく、ぜひ実験を入れたいものです。この実験はすこし手間はかかるが、慣
れれば比較的よい計測ができます。今回は２つの温度における水の蒸気圧を計測しますが、
メタノールの蒸気圧も計測できます。
水の蒸気圧の文献値は次のようです。
３０℃ ０.０４２［ａｔｍ］
５５ ０.１５５
８０ ０.４６７
＜準備＞
・５ｍｌディスポーザル注射器２本（空気用、水用）
（ピストンにドリルで穴を開け、カードリングを通す。）
・ワセリン、温度計
・２［ｋｇ］バネばかり、スタンド（リング付き）
・１００ｍｌビーカー、バーナー、三脚、金網
＜操作＞
（１）スタンドにバネばかりを吊し、空気２ｍｌを入れた注射器（空気用）を引っかけ、
指にすこしワセリンを付けて穴を押さえて引っ張り、体積が４ｍｌになるときの目盛りを
読み取る。
参考：注射器中の２ｍｌの空気の圧力は大気圧と同じ１ａｔｍであるが、その体積が４
ｍｌになると０.５ａｔｍになる。つまりこのときの注射器のピストンは０.５
ａｔｍで引かれている。したがって読み取った目盛りの２倍が１ａｔｍに相当する。
この数値をａ［Ｎ］とする。
注意：ピストンの移動には摩擦があるので、ゆっくり引っ張って４ｍｌになる数値とゆっ
くりゆるめて４ｍｌになる数値を読み取って、その平均値をデータとする。
手をゆるめたときに２ｍｌにもどらない場合はやり直す。
（２）１００ｍｌビーカーに水を半分入れ、加熱していく。
（３）温度計で３０℃を確認したら火加減し、その水約２ｍｌを注射器（水用）に採って
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同様に引っ張り、注射器内に空間（水蒸気）ができるときの目盛りを読み取る。この数値
をｂ［ｋｇｆ］とする。
参考：中の水蒸気の圧力（蒸気圧）は、次の式で計算できる。
（ａ−ｂ）／ａ［ａｔｍ］
注意：注射器に空気が残らないように、穴を水に付けて何度か出し入れする。
温度変化を避けるため手早く操作する。
空間がゆっくり拡がるときの数値と、ゆっくり縮むときの数値を平均せよ。
手をゆるめたときに空間が残る場合はやり直す。
（４）温度を８０℃にして、同様に計測する。
１１．ヘスの法則
＜解説＞
実験のイメージは次のようです。
コース１ コース２
水１００ｍｌに 水１００ｍｌに
段階ａ：水酸化ナトリウムを加える 段階ｃ：五酸化二リンを加える
段階ｂ：五酸化二リンを加える 段階ｄ：水酸化ナトリウムを加える
＊各段階の温度上昇を計測する。
各段階と全体の熱化学方程式は次のようです。
ａ：ＮａＯＨ ＋ ａｑ ＝ ＮａＯＨａｑ ＋ Ｑ1 ｋＪ
ｂ：(1/6)Ｐ2Ｏ5 ＋ＮａＯＨａｑ ＝ (1/3)Ｎａ3ＰＯ4 ａｑ＋(1/2)Ｈ2Ｏ(液)＋Ｑ2 ｋＪ
ｃ：(1/6)Ｐ2Ｏ5 ＋ (1/2)Ｈ2Ｏ(液) ＋ ａｑ ＝ (1/3)Ｈ3ＰＯ4 ａｑ ＋ Ｑ3 ｋＪ
ｄ：(1/3)Ｈ3ＰＯ4 ａｑ＋ＮａＯＨ ＝ (1/3)Ｎａ3ＰＯ4 ａｑ＋Ｈ2Ｏ(液)＋Ｑ4 ｋＪ
全体：
(1/6)Ｐ2Ｏ5 ＋ＮａＯＨ＋ａｑ ＝ (1/3)Ｎａ3ＰＯ4 ａｑ＋(1/2)Ｈ2Ｏ(液)＋ＱｋＪ
水溶液の比熱を水と同じ４.２Ｊ/ｇ・℃として温度上昇から、各段階の反応熱（や溶解
熱）も計算できます。
私はこの実験を、物質のエネルギーが状態量であることを確認するために使います。
＜準備＞
・水酸化ナトリウム、五酸化二リン（どちらも広口びんに入れて）
・薬包紙、天びん、はさみ
・５０ｍｌサンプル管２本、ピンセット
・ポリコップ（２００ｍｌ）４つ
・温度計付き発泡スチロール製ふた（自作）２つ
（温度計はサーミスタ温度計ならより扱いやすい）
・１００ｍｌメスシリンダー
・ＢＴＢ溶液
＜操作＞
（薬品の準備）
注意：どちらの薬品も皮膚に激しい作用を持つ。また吸湿性なので試薬びんのふたを取り
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っ放しにしない。
（１）水酸化ナトリウム４.０ｇを手早く計量し、薬包紙でおひねりにし、サンプル管に収
める。続いてもうひとつ同じおひねりをつくって収める。
（２）同様に手早く五酸化二リン２.４ｇのおひねりを２つ、別のサンプル管に収める。
（段階ａ）
（３）乾いたポリコップを２つ重ね、これにメスシリンダーで水道水１００ｍｌを注ぐ。
（４）温度計付き発泡スチロール製ふたをし、コップをまわすようにして振り混ぜ、温
度が安定したら読み取る。
注意：振り混ぜるときに水がこぼれ出ないように注意をする。
コース１のスタート温度（ ）℃
（５）ふたをとり、水酸化ナトリウムのおひねりをピンセットで取り出し、薬品のみを残
らず水に投入し、再びふたをする。
（６）コップをまわすようにして振り混ぜ、水酸化ナトリウムを溶解させる。そして上昇
し切ったときの温度を読み取る。
参考：コップの底から溶解状態が観察できる。
段階ａの温度（ ）℃
（７）ふたをとってＢＴＢ０.２ｍｌを加え、変色を確認する。
（段階ｂ）
（８）続いて、五酸化二リンのおひねりを取り出し、はさみで上の部分を切り取ってすこ
し薬品が見えるようにする。そして薬包紙ごと水に浮かせて再びふたをし、振り混ぜて五
酸化二リンを反応させる。そして上昇し切ったときの温度を読み取る。
段階ｂの温度（ ）℃
（段階ｃ）
（９）別のポリコップ（２重）に水１００ｍｌを注ぎ、振り混ぜて温度が安定したら
読み取る。
コース２のスタート温度（ ）℃
（１０）同様に五酸化二リンを加えて、温度を読み取る。
段階ｃの温度（ ）℃
（１１）ふたをとってＢＴＢ０.２ｍｌを加え、変色を確認する。
（段階ｄ）
（１２）同様に水酸化ナトリウムを投入し、温度を読み取る。
段階ｄの温度（ ）℃
１２．水をかけると緑の火柱
＜解説＞
酸素原子をやり取りする酸化還元反応の一例です。
Ｚｎ ＋ ＮＨ4ＮＯ3 ―→ ＺｎＯ ＋ ２Ｈ2Ｏ ＋ Ｎ2
塩化アンモニウムと水で生じる塩化物イオンが触媒になります。
＜準備＞
・乾いた丸底蒸発皿、薬さじ
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・亜鉛粉末、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム
・１ｍｌピペット
（かたづけ）
反応混合物は集めて重金属廃液とする。
＜操作＞
（１）乾いた蒸発皿に硝酸アンモニウム薬さじ１杯と、その１／４の塩化アンモニウムを
とり、薬さじでよく混ぜてから、山にする。
（２）それに亜鉛粉末を、全体がうすく覆われるまで振りかける。
（３）１ｍｌピペットで、水０.２ｍｌをかけて、様子を観察する。
注意：プリントなどをまわりから退ける。
（４）蒸発皿はすこし水を入れた状態で返却する。
１３．シランの発生と燃焼
＜解説＞
ケイ素が関係する激しくて面白い実験です。反応式は次のようです。
ケイ化マグネシウムの合成：
ＳｉＯ2 ＋ ４Ｍｇ ―→ Ｍｇ2Ｓｉ ＋ ２ＭｇＯ
シランの発生：
Ｍｇ2Ｓｉ ＋ ４ＨＣｌ ―→ ２ＭｇＣｌ2 ＋ ＳｉＨ4
シランの燃焼：
ＳｉＨ4 ＋ ２Ｏ2 ―→ ２Ｈ2Ｏ ＋ ＳｉＯ2
＜準備＞
・二酸化ケイ素粉末、マグネシウム粉末、天びん
・乾いた試験管、スタンド、バーナー
・わら半紙、ピンセット
・２ｍｏｌ/ｌ塩酸、１００ｍｌビーカー
（かたづけ）
シランの発生が終わったら残査をこし分けて不燃物とし、塩酸は中和処理する。
＜操作＞
（１）二酸化ケイ素粉末０.６ｇとマグネシウム粉末１.０ｇを計り取る。
注意：量を間違えて多くするとたいへん危険になる。
（２）乾いた試験管にこれらを入れ、口を指で押さえて振り混ぜてから、スタンドに斜め
に固定する。
（３）バーナーの強火で加熱する。激しい反応が起きたら火を止める。
注意：試験管の口から、生成物質の一部が飛び出すことがある。
（４）２分ほど待つうちに試験管の底付近にひびが入る。これをわら半紙で包んでピンセ
ットの尻で軽くたたいて割る。
（５）１００ｍｌビーカーに２ｍｏｌ/ｌ塩酸約５０ｍｌを入れて、これに生成物質をガラ
ス破片ごと投入し、発生する気体の様子を観察する。
（６）観察が終わったらビーカーはそのまま返却する。
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