『氷と濃硫酸』の実験

『氷と濃硫酸』の実験
岩手県立盛岡北高等学校 佐藤琢夫
※下記の内容は、
『理科教室』２００１年５月号に掲載された内容である。
『化学と教育』に「氷＋硫酸」は冷える
き氷器で作った
−寒剤の物理化学注）１という興味深い実
氷を入れる。写真
験が紹介されている。追試を行い授業に取
２、温度は０℃で
り入れてみた。追試を行う前、濃硫酸のも
ある。写真３、１
のすごい溶解熱が頭から離れないので、本
０ｍｌの濃硫酸
当に冷えるのかという半信半疑な気持ちが
を素早く加える。
先に立つ。実験のやり方と結果について、
写真４、温度計で
次の通りである。
「水分を少し含んだ製氷
撹拌する。写真５、
器のザラメ状の氷を
撹拌後の温度を確認する。−８℃であった。
１００ｍｌビーカーいっぱいに入れる。そ
授業での取り組み
こに濃硫酸１０ｍｌを一気に注ぎ、温度計
溶解 の授業の
でかき混ぜたら、２，３分間のうちに混合
後、熱化学の授業
物の温度は
でこの実験を取
−１０℃ま
り上げた。化学変
で下がった。 化（溶解も含め
ビーカーの
て）に熱の出入り
外壁にはま
が伴うことを、こ
ず水滴がつ
れまで事あるごとに指摘してきた。金属と
き、冷える
酸による水素の
につれてそ
発生の際など、必
れは霜のよ
ず試験管をさわ
うになって
らせる。物質の状
いった。
」
態変化に伴う熱
以下追試
の出入りを通し、
を行った内
ミクロの様子を
容である。
考えさせる試み
写真１につ
を行っている。
『発熱，吸熱の便り：ミクロ
いて。２０
（イオン，分子）の出会い（結合）はアツ
０ｍｌのビ
アツ（発熱）だ。ミクロの別れ（解離）は
ーカーにか
ヒエヒエえ（吸熱）だ』というルールを事
前に提示する。
「ルシャトリエの原理によれば氷を溶か
アツアツの例、ホッカイロ。鉄粉と酸素
すためには、生成した水を取り去ってしま
との出会い。ヒエヒエの例、腕にぬった消
えばよい。別の表現では水としての活量を
毒用のアルコールのなど。気化に伴うアル
減らせばよい。ＮａＣｌの添加は生成した
コールの別れ。
水にＮａＣｌが溶解することで水の活量を
実験１ 濃硫酸の溶解熱。試験管の水に
下げるのに役立っている。この原理による
濃硫酸を加えると、水温が２０℃から９
と水に溶けるものならばＮａＣｌでなくて
０℃まで上昇する。発熱だからミクロで何
も何でもこの作用があるといえる。寒剤と
と何が出会ったのかと問う。なお、既に水
しては氷−ＮａＣｌがよく知られているが、
和について学んでいる。
（中略）硫酸の系も寒剤として有効に働い
実験２（演示）濃硫酸と氷。２００ｍｌ
ていることに驚く。硫酸を水で希釈すると
のビーカーにかき氷器で作った氷を入れ、
多量の熱が出るため、まさかこれが寒剤に
濃硫酸を約１０ｍｌ加える。
（写真３）次の
なろうとは考えにくいが
予想に対して挙手させ、その後実験で確認
、実際氷に硫酸を注いでみると氷の融解熱
する。
が硫酸の希釈熱をうち消して、寒剤として
【予想】最初０℃であったものが、加える
の働きを示していることがわかる。
」
と０℃より
以上の内容は、寒剤の原理及び雪国の岩
１．あがる（１４名）
手にとって冬の道路に散布する融雪剤の働
２．変わらない（８名）
きを生徒にわかりやすく説明できるもので
３．下がる（０名）
ある。
実験１の溶解熱があまりにもインパクトが
あり、２０名ほどの生徒は判断できず挙手
しなかった。
この結果と実験１をもとに、氷が融ける
だけという単純なミクロの別れでないこと
に気づかせる。確認の質問する中で、２つ
の相反する変化、氷が融けることによる吸
熱と水和による発熱のそれぞれ大きさが違
うことで反応熱（溶解熱）が決まることを
参考文献
理解させる。
注）１ 木村 優
化学と教育 ４６ １８４ （１９９８）
寒剤について
注）２ 神谷 伸行
再度『化学と教育』より引用する。寒い
化学と教育 ４２ ７４０ （１９９４）
時の寒い話、暖かい話注）２に寒剤の話が
高校生でも理解できるルシャトリエの原理
で説明されている。