集めた気体を石灰水で調べると、白くにごりました。この結果から、「集めた気体は、全部が二酸化炭素だ」と言えるでしょうか。
二酸化炭素が含まれていることと、ほかの気体が含まれていないことは、別の話です。石灰水の性質を覚えたら、次は、その実験からどこまで言えるかを考えてみましょう。
白くにごるのは、何ができるから？
石灰水は、消石灰が水に溶けた水溶液です。二酸化炭素と反応すると、水に溶けにくい炭酸カルシウムができ、白くにごります。二酸化炭素という気体そのものが白く見えているわけではありません。
小学校や中学受験で扱う気体の確認実験では、この変化を二酸化炭素を調べる手がかりにします。「石灰水を使った」とだけ覚えず、「二酸化炭素を調べるため」と目的までつなげておきましょう。
吐いた息が、全部二酸化炭素になったわけではない
吐いた息を調べて石灰水が白くにごった場合、息に二酸化炭素が含まれていると考えます。ただし、吐いた息には窒素や酸素なども含まれています。
白くにごる反応が起きたことは、ほかの気体がないことの証明にはなりません。「二酸化炭素がある」と「二酸化炭素だけである」を、同じ意味にしないようにしてください。
「増えた」と言うには、比べる相手が必要
ろうそくを燃やした後の気体を調べ、石灰水が白くにごりました。この結果だけで、燃やす前より二酸化炭素が増えた、と説明してよいでしょうか。
「増えた」と言いたいなら、燃やす前の状態とも比べる必要があります。空気には、もともと二酸化炭素が含まれています。後の結果だけを見て、前の状態を勝手に決めないことです。
石灰水で比べる実験なら、石灰水の量や濃さ、調べる気体の量、振り混ぜ方などの条件をそろえます。問題文に比較実験があるときは、何をそろえ、何を変えたのかを確かめてください。
にごりの濃さを、そのまま百分率にしない
石灰水が白くにごったという観察だけで、気体に含まれる二酸化炭素の割合が何％かまでは決められません。
また、「にごりが2倍だから、二酸化炭素も2倍」と決めつけることもできません。気体の量や反応の進み方などが関わるためです。割合を求める問題なら、気体検知管の値や、問題で与えられた測定結果を使います。
最後に、一問だけ
ある袋に集めた気体を石灰水で調べると、白くにごりました。「この袋には酸素が入っていない」と判断してよいでしょうか。
判断できません。この実験は二酸化炭素を調べるもので、酸素が含まれないことまで確かめたわけではないからです。
実験結果から言えることを一つ書いたら、「そこまでは調べていないこと」も一つ挙げてみてください。知識を覚えるだけでなく、根拠に合う答えを選ぶ練習になります。
石灰水は薬品です。実験は先生などの管理のもとで行い、口に入れたり、吸い込んだりしないでください。
確認実験と、量を測る実験を分ける
石灰水の変化を使うときは、設問が「何の気体か」を聞いているのか、「どちらが多いか」を聞いているのかを先に読みます。気体の候補が酸素・窒素・二酸化炭素に限られ、同じ条件で試す問題なら、白いにごりは二酸化炭素を選ぶ根拠になります。一方、いろいろな気体が混ざった空気を調べるときは、同じ結果でも「二酸化炭素を含む」という説明になります。問題が置いた候補の範囲を飛び越えないことが大切です。 白いにごりを観察する実験は、正確な含有率を直接表示する装置ではありません。石灰水の量や濃さをそろえることは比較の出発点ですが、それだけでにごりと二酸化炭素の量がいつも比例するわけではありません。二酸化炭素を過剰に通すと、いったんできた白い沈殿がさらに反応して溶け、にごりが消える場合もあります。「透明だったから必ずゼロ」と判断しない理由も、ここにあります。
例題1：気体の量が違う比較
同じ石灰水を同量ずつ入れた二つの容器に、袋Aから気体を20mL、袋Bから気体を100mL入れ、同じように振りました。Bの方が白くにごったので、Bの二酸化炭素の割合が高いと結論してよいでしょうか。 答え：この比較だけでは結論できません。 調べた気体の量が違うので、割合が同じでも石灰水に入る二酸化炭素の量は違います。まず気体の量もそろえる必要があります。そのうえで、割合を数値で求めたいなら、問題で与えられた適切な測定方法やデータが必要です。 「条件をそろえる」と書くだけでは、どの条件かが伝わりません。この問題では20mLと100mLを囲み、「気体の体積を同じにする」と具体的に答えます。実験問題の記述は、何となくもっともらしい文ではなく、表にある違いを指して書く練習をしてください。
例題2：にごらなかった結果をどう読む？
気体を少しずつ通したとき、初めは白くにごり、その後さらに通し続けると透明になりました。最後の透明な状態だけを見た人が「二酸化炭素はなかった」と答えました。どの観察を補って説明すればよいでしょうか。 答え：途中で白くにごったという観察を補います。 二酸化炭素を過剰に通したことで、できた沈殿がさらに反応して溶けた可能性があります。終点の見た目だけで、途中の反応を消してはいけません。ただし、透明な液体を一つ見せられただけなら、この経過があったと勝手に推測することもできません。 最初、途中、最後を三つの欄に分けてメモすると、観察した事実と考えた理由を混ぜずに整理できます。反応の名前を多く覚えるより、今ある記録からどこまで言えるかを丁寧に選ぶことが、この種類の問題の得点につながります。