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水溶液と気体
気体の性質②
💧 基本のしくみ

水素とアンモニアの基本のしくみ

💧 水素はどんな気体?

水素は、無色・無臭(においがない)で、気体の中でももっとも軽い気体です。 水にはほとんどとけません。亜鉛や鉄、アルミニウムなどの金属にうすい塩酸などを反応させると発生する、実験でおなじみの気体です。

確認法:試験管に集めた水素へ、火のついたマッチをそっと近づけてみよう。 ポンといった軽い音を立てながら燃え上がり、燃え終わったあとの内側には細かな水てきが残る。この反応こそが水素を見分ける決め手になる!

水素の確認実験水素マッチの火「ポン」!内側に水てきがつく音を立てて燃え、水ができる → 水素の合図!

🔥 「自分が燃える」と「他を燃やす」はちがう

水素は自分自身が燃える性質(可燃性・かねんせい)を持ちますが、 酸素のように他の物を燃えやすくする性質(助燃性・じょねんせい)は持ちません。 「よく燃える気体=助燃性がある」と思いこむと、入試でひっかかるので注意しましょう。

整理しよう:
水素 → 可燃性はある/助燃性はない(自分は燃えるが、他は燃やさない)
酸素 → 助燃性はある/可燃性はない(他を燃やす手助けをするが、酸素自身は燃えない)

🌬️ アンモニアはどんな気体?

アンモニアは、無色で鼻につんとくる刺激臭(しげきしゅう)のある気体です。 空気より軽く、そして水にひじょうによくとけるという、他の気体にはない特ちょうを持っています。 水にとけた水溶液はアルカリ性を示します。

覚え方:アンモニアは「軽い」+「とけやすい」+「アルカリ性」の3点セットで覚えよう。 水にとけやすい気体はいくつかあるが、アンモニアのとけやすさはその中でもずばぬけて大きい。

📝 このセクションのまとめ

  • 水素:無色無臭・水にとけにくい・気体中もっとも軽い・可燃性(助燃性なし)
  • 水素の確認法:火のついたマッチをそっと近づけるとポンと音を立てながら燃え、水ができる
  • アンモニア:無色・刺激臭・空気より軽い・水に非常にとけやすい・水溶液はアルカリ性
🧪 水溶液と気体気体の性質②

水素とアンモニアの基本のしくみ

💧 水素はどんな気体?

水素は、無色・無臭(においがない)で、気体の中でももっとも軽い気体です。 水にはほとんどとけません。亜鉛や鉄、アルミニウムなどの金属にうすい塩酸などを反応させると発生する、実験でおなじみの気体です。

確認法:試験管に集めた水素へ、火のついたマッチをそっと近づけてみよう。 ポンといった軽い音を立てながら燃え上がり、燃え終わったあとの内側には細かな水てきが残る。この反応こそが水素を見分ける決め手になる!

水素の確認実験水素マッチの火「ポン」!内側に水てきがつく音を立てて燃え、水ができる → 水素の合図!

🔥 「自分が燃える」と「他を燃やす」はちがう

水素は自分自身が燃える性質(可燃性・かねんせい)を持ちますが、 酸素のように他の物を燃えやすくする性質(助燃性・じょねんせい)は持ちません。 「よく燃える気体=助燃性がある」と思いこむと、入試でひっかかるので注意しましょう。

整理しよう:
水素 → 可燃性はある/助燃性はない(自分は燃えるが、他は燃やさない)
酸素 → 助燃性はある/可燃性はない(他を燃やす手助けをするが、酸素自身は燃えない)

🌬️ アンモニアはどんな気体?

アンモニアは、無色で鼻につんとくる刺激臭(しげきしゅう)のある気体です。 空気より軽く、そして水にひじょうによくとけるという、他の気体にはない特ちょうを持っています。 水にとけた水溶液はアルカリ性を示します。

覚え方:アンモニアは「軽い」+「とけやすい」+「アルカリ性」の3点セットで覚えよう。 水にとけやすい気体はいくつかあるが、アンモニアのとけやすさはその中でもずばぬけて大きい。

📝 このセクションのまとめ

  • 水素:無色無臭・水にとけにくい・気体中もっとも軽い・可燃性(助燃性なし)
  • 水素の確認法:火のついたマッチをそっと近づけるとポンと音を立てながら燃え、水ができる
  • アンモニア:無色・刺激臭・空気より軽い・水に非常にとけやすい・水溶液はアルカリ性

集め方の使い分け

気体はそれぞれの性質に合わせて集め方を選びます。 ここでは、水素とアンモニアという性質のちがう2つの気体で、集め方がどう変わるかを見てみましょう。

① 水素 → 水上置換法(すいじょうちかんほう)

水素は水にとけにくいので、水と入れかえるようにして集めることができます。 発生した水素を水の入った試験管の中に導き、水を押し出しながらたまっていく様子を観察します。

水上置換法:水素は水にとけにくいから水と入れかえる水素水を追い出しながら、逆さの試験管に水素がたまる

② アンモニア → 上方置換法(じょうほうちかんほう)

アンモニアは水にひじょうにとけやすいので水と入れかえる方法は使えず、 空気より軽いので、口を下に向けた容器で集めます。 容器の閉じた奥(上側)から気体がたまっていき、空気は口(下側)からおし出されます。

上方置換法:軽くてとけやすいアンモニアは口を下にして集めるアンモニア(上にたまる)空気は下から出ていく閉じた奥(上)にたまり、口(下)から空気が出る

間違えやすい!「軽い気体だから容器を上向きに置いて集める」は誤り。 上方置換法では容器の口を下に向けて集める。軽い気体は容器の閉じた奥(上側)にたまっていくのがポイント。

📝 このセクションのまとめ

  • 水素:水にとけにくい → 水上置換法
  • アンモニア:空気より軽く、水にひじょうにとけやすい → 上方置換法(口を下に向ける)
  • アンモニアが上方置換法を使うのは「軽い」だけでなく「水にとけやすい」性質もあるから、2つの理由をセットで覚える

比較して覚えよう

📊 4つの気体まとめ比較表

水素・アンモニアに加え、塩化水素ちっ素の基本の性質も合わせて整理します。 「におい」「水へのとけやすさ」「空気と比べた重さ」の3つに注目すると、集め方まで見分けられます。

項目水素ちっ素アンモニア塩化水素
色・におい無色・無臭無色・無臭無色・刺激臭無色・刺激臭
水へのとけやすさほとんどとけないほとんどとけないひじょうによくとけるひじょうにとけやすい
空気と比べた重さもっとも軽い少しだけ軽い軽い重い
集め方水上置換法水上置換法上方置換法下方置換法
水溶液の性質アルカリ性酸性(塩酸)
その他の性質可燃性(助燃性なし)反応にとぼしい・空気の8割近く有毒有毒

覚え方のコツ:アンモニアと塩化水素はどちらも刺激臭で水にとけやすいのに、 集め方が上方と下方で逆になるのは空気と比べた重さが逆だから。 アンモニアは軽い、塩化水素は重い、とセットで思い出そう。

🔍 身の回りで使われている場所

燃料電池自動車の燃料水素
ロケットの燃料水素
肥料の原料アンモニア
工業用の大型冷凍庫の冷媒アンモニア
胃液にふくまれる胃酸塩化水素
お菓子の袋の充てんガスちっ素
食品の急速冷とう(液体)ちっ素

🎯 入試頻出(ひんしゅつ)Q&A

Q. 気体の中でいちばん軽いのはどれ?

A. 水素です。すべての気体の中でもっとも軽い気体です。なお、水素を水上置換法で集めるのは、軽いからではなく水にとけにくいからです。

Q. アンモニアと塩化水素はどちらも刺激臭で水にとけやすいのに、集め方が逆になるのはなぜ?

A. 空気と比べた重さが逆だからです。アンモニアは空気より軽いので上方置換法、塩化水素は空気より重いので下方置換法を使います。

Q. ちっ素はなぜ「変化しにくい」と言われるの?

A. 空気の中でもっとも多くをしめる気体なのに、ふつうの実験ではほとんど他の物質と結びつかず、性質が変わりにくいためです。

Q. 水素とアンモニア、どちらも「よく燃える」というイメージがあるが正しい?

A. 燃えるのは水素だけです。アンモニアは燃える気体ではなく、刺激臭・アルカリ性・水にとけやすいことが特ちょうです。混同しないようにしましょう。

実験で理解しよう

🧪 実験:アンモニアのふん水実験

アンモニアを満たした丸底フラスコに、ガラス管と小さなスポイトを取りつけたせんをはめこみます。 ガラス管のもう一方のはしは、フェノールフタレイン溶液を数てき加えた水(無色)を入れたビーカーの中にしずめておきます。 ここでスポイトの中身をほんの少しだけフラスコ内へ送りこむと、思いがけない現象が目の前で起こります。

例題 1:ふん水になるしくみを説明する
アンモニアフェノールフタレイン溶液を加えた水(無色)水が勢いよく吸い上がるフラスコ内にふき上がった水は赤色になるアンモニアが水に一気にとけてフラスコ内の気圧が急に下がる

(1) スポイトの水をおし出すと、ビーカーの水がガラス管を通ってフラスコ内にふき上がった。この現象が起こるしくみを説明しなさい。
(2) ふき上がった水は何色になるか。またその理由を答えなさい。

とき方

  1. アンモニアは水にひじょうにとけやすいので、スポイトから出た少量の水にフラスコ内のアンモニアが一気にとけこむ
  2. 気体だったアンモニアが水にとけて体積が急にへるため、フラスコの中の気圧が急激に下がる
  3. フラスコの外(ビーカー側)の気圧の方が高くなるので、ビーカーの水がガラス管を通っておし上げられる …(1)の答え
  4. アンモニアがとけた水はアルカリ性になり、フェノールフタレイン溶液がアルカリ性で赤色に変わる性質を持つため、ふき上がった水は赤色になる …(2)の答え
例題 2:試験管の中の気体を確認する

試験管に集めた気体に火のついたマッチを近づけると、「ポン」と音を立てて燃え、試験管の内側に水てきがついた。
(1) この気体は何ですか。
(2) 燃えるイメージのある気体に酸素があります。酸素もこの気体と同じように、自分自身が燃えるのでしょうか。この気体と酸素のちがいを説明しなさい。

とき方

  1. 「ポン」と音を立てて燃え、水ができるのは水素の確認法そのもの …(1)の答え:水素
  2. 水素は自分自身が燃える(可燃性)が、他の物を燃やす助けをする性質(助燃性)は持たない。一方、酸素は他の物を燃えやすくする(助燃性)が、酸素自身は燃えない。この点が水素と酸素の大きなちがいである …(2)の答え
例題 3:4種類の気体を実験で見分ける

A~Dの4種類の気体があり、それぞれ水素・アンモニア・塩化水素・ちっ素のいずれかです。次の実験の結果から、A~Dはそれぞれ何か答えなさい。

  • 実験1:Aは上方置換法でしか集めることができなかった。
  • 実験2:Bに火のついたマッチを近づけると、「ポン」と音を立てて燃え、内側に水てきがついた。
  • 実験3:Cの水溶液を青色リトマス紙につけると、赤色に変わった。
  • 実験4:Dは4種類の中でもっとも反応しにくく、空気中にもっとも多くふくまれていた。

とき方

  1. 実験1:4種類の中で、水にとけやすくかつ空気より軽いために上方置換法でしか集められないのはアンモニアだけ → A=アンモニア
  2. 実験2:「ポン」と音を立てて燃え水ができるのは水素の確認法 → B=水素
  3. 実験3:水溶液が青色リトマス紙を赤色に変える(酸性)のは塩化水素の水溶液(塩酸) → C=塩化水素
  4. 実験4:もっとも反応しにくく空気中にもっとも多くふくまれるのはちっ素(空気の約8割)→ D=ちっ素

📝 実験問題を解く3つの手がかり

  • 手がかり1:火のついたマッチで「ポン」と音を立てて燃えるかどうか → 水素の合図
  • 手がかり2:集め方(水上・上方・下方のどれでしか集められないか)→ 水へのとけやすさと空気に対する重さがわかる
  • 手がかり3:水溶液をリトマス紙やフェノールフタレイン溶液につけたときの色の変化 → 酸性かアルカリ性かがわかる
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水素の入った試験管に、火のついたマッチを近づけるとどうなる?