理科【基本】気体の性質と発生方法

問１

□に当てはまる言葉、または数字を答えなさい。

（１）空気には、\(\boxed{ア}\)、\(\boxed{イ}\)、\(\boxed{ウ}\)、アルゴンなどの気体がふくまれています。\(\boxed{ア}\) は空気中に最も多く、約 \(\boxed{エ}\) %ふくまれています。\(\boxed{イ}\) は動物や植物が呼吸するときに使う気体で、空気中に約 \(\boxed{オ}\) %ふくまれています。\(\boxed{ウ}\) は動物や植物が呼吸するとでき、植物が \(\boxed{カ}\) するときに吸収する気体です。

答え（１）

ア：ちっ素　イ：酸素　ウ：二酸化炭素　エ：78　オ：21　カ：光合成

（２）酸素

① 酸素の性質

酸素は、色は \(\boxed{ア}\) で、\(\boxed{イ}\) 臭の気体です。重さは空気より少し \(\boxed{ウ}\) です。水に \(\boxed{エ}\)。酸素中では、物は空気中よりも \(\boxed{オ}\) 燃えます。

答え（２）- ①

ア：無色透明　イ：無　ウ：重い　エ：ほとんどとけません　オ：はげしく

解説（２）- ①

ウ：空気の約1.1倍の重さ
オ：酸素自身は燃えないが、物が燃えるのを助ける働きがある（助燃性じょねんせい）。

② 酸素の発生方法

酸素は、\(\boxed{ア}\) 水（オキシドール）と \(\boxed{イ}\) を混ぜると発生します。\(\boxed{ア}\) が分解されて、\(\boxed{ウ}\) と酸素に分かれることで発生します。

答え（２）- ①

ア：過酸化水素　イ：二酸化マンガン　ウ：水

解説（２）- ①

イ：二酸化マンガンは黒い固体で、自分自身は変化せず分解を助ける。このような働きをする物質を触媒しょくばいという。

（３）二酸化炭素

① 二酸化炭素の性質

二酸化炭素は、色は \(\boxed{ア}\) で、\(\boxed{イ}\) 臭の気体です。重さは空気より \(\boxed{ウ}\) です。水に \(\boxed{エ}\)。二酸化炭素だけが入った容器に火のついた線香を入れると、線香の火は \(\boxed{オ}\)。\(\boxed{カ}\) に通すと、白くにごります。

答え（３）- ①

ア：無色透明　イ：無　ウ：重い　エ：とけます　オ：消えます　カ：石灰水

解説（３）- ①

ウ：空気の約1.5倍の重さ
エ：水に二酸化炭素がとけたものを炭酸水という

② 二酸化炭素の発生方法

二酸化炭素は、\(\boxed{ア}\) と \(\boxed{イ}\) を混ぜると発生します。\(\boxed{ア}\) と \(\boxed{イ}\) は反応して、二酸化炭素と \(\boxed{ウ}\) と \(\boxed{エ}\) ができます。また、\(\boxed{オ}\) を加熱することでも発生します。

答え（３）- ②

ア：塩酸　イ：炭酸カルシウム（石灰石）　（順不同）
ウ：水　エ：塩化カルシウム　（順不同）
オ：重ソウ（炭酸水素ナトリウム）

問２

（１）表は気体の性質についてまとめたものです。ただし、重さは空気と比較した場合を考えます。空欄①～⑯に当てはまる言葉を、ア～サから選びなさい。（同じ言葉を繰り返し選んでもよい）

ア. 軽い　イ. 重い　ウ. ほとんど同じ

エ. なし　オ. 刺激臭

カ. 燃える　キ. 燃えない　ク. 燃えるのを助ける

ケ. よくとける　コ. とける　サ. ほとんどとけない

答え（１）

① ア　② エ　③ カ　④ サ　⑤ ア　⑥ オ　⑦ キ　⑧ ケ　⑨ イ　⑩ オ　⑪ キ　⑫ ケ　⑬ イ　⑭ オ　⑮ キ　⑯ ケ

解説（１）

水素：火をつけると「ポッ」と音を立て燃え、水ができる。水素自身が燃え（可燃性の気体）、酸素のように物を燃やす働きはない。
塩化水素：水とけたものを塩酸という。
二酸化硫黄：排気ガスや火山ガスにふくまれている。水にとけたものを亜硫酸ありゅうさんという。

（２）気体の発生方法について答えなさい。

① 水素は、塩酸とある固体が反応することで発生します。ある固体として正しいものをア～ウから1つ選びなさい。

ア. 二酸化マンガン

イ. アルミニウム

ウ. 炭酸カルシウム

答え（２）- ①

イ

解説（２）- ①

塩酸はアルミニウムの他、亜鉛あえん、鉄とも反応して水素を発生する。

② アンモニア、塩化水素、二酸化硫黄を発生させる方法を、それぞれ答えなさい。

答え（２）- ②

アンモニア：アンモニア水を加熱する
塩化水素：塩酸を加熱する
二酸化硫黄：硫黄を燃やす

問３

図は気体の捕集方法の分類を表しています。□に当てはまる言葉を答えなさい。ただし、ア～オは気体の名前を、カ～キは気体の捕集方法を答えなさい。

答え

ア：酸素　イ：水素　（順不同）
ウ：アンモニア
エ：塩化水素　オ：二酸化硫黄　（順不同）
カ：水上　キ：上方　ク：下方

解説

二酸化炭素は水にとける気体であるが、少ししかとけないので、水上置換法で捕集されることもある。特にきれいな二酸化炭素を集めるときは水上置換法で捕集する。

問４

表はある気体A、Bを発生させる方法とその性質を示したものです。

（１）気体A、Bはそれぞれ何ですか。

答え（１）

A：水素　B：二酸化炭素

（２）気体AまたはBでいっぱいにした試験管に、それぞれ火のついた線香を入れると、その火はどうなりますか。ア～エから1つ選びなさい。

ア. Aのときは炎を出して燃え続け、Bのときはすぐに消える。

イ. Aのときはすぐ消え、Bのときは炎を出して燃え続ける。

ウ. AのときもBのときも炎を出して燃え続ける。

エ. AのときもBのときもすぐに消える。

答え（２）

エ

解説（２）

水素（気体A）：水素自身が「ポッ」と音をたてて燃えるが一瞬で消える。物が燃えるのを助ける働きはないため、線香の火はすぐ消える。
二酸化炭素（気体B）：物が燃えるのを助ける働きはないため、線香の火はすぐ消える。
※物が燃えるのを助ける働きがあるのは「酸素」

（３）次の文の中から正しいことを述べているものを、ア～オからすべて選びなさい。

ア. 気体Aは空気中に約20%ふくまれる。

イ. 気体Bは空気中に最も多くふくまれる。

ウ. 空気中には気体AよりBの方が多くふくまれている。

エ. 気体Aは地球温暖化の原因と考えられる気体である。

オ. 気体Bは石灰水を白くにごらせる。

答え（３）

ウ、オ

解説（３）

ア：酸素
イ：ちっ素で、約78%ふくまれている
ウ：水素（気体A）は約0.00005%、二酸化炭素（気体B）は約0.04%ふくまれている
エ：二酸化炭素（気体B）
オ：二酸化炭素（気体B）

問５

2種類の物質を反応させて、気体を発生させる実験をしました。

（１）①～⑤の2種類の物質の組み合わせで、気体が発生する場合はその気体を答えなさい。気体が発生しない場合は×を書きなさい。

① 塩化アンモニウムと水酸化カルシウム

② 鉄くぎとうすい塩酸

③ たまごのからとうすい塩酸

④ 石灰石と水酸化ナトリウム水溶液

⑤ 二酸化マンガンと過酸化水素水（オキシドール）

答え（１）

① アンモニア　② 水素　③ 二酸化炭素　④ ×　⑤ 酸素

解説（１）

① アンモニア + 水 + 塩化カルシウム
② 水素 + 塩化鉄
※鉄以外にも、アルミニウムや亜鉛あえんでも発生する
③ 二酸化炭素 + 水 + 塩化カルシウム
※たまごのからの主成分は炭酸カルシウム。その他に炭酸カルシウムを多くふくむものには、石灰石、大理石、チョーク、サンゴ、貝殻などがある。
④ 反応しない
⑤ 酸素 + 水
※二酸化マンガンは分解を助ける働きをするため変化しない ⇒ 触媒

（２）発生した気体を集めるには、ア～ウの方法があります。発生した気体が酸素、アンモニアのとき、集めるのに最も適した方法を、それぞれア～ウから選びなさい。

答え（２）

酸素：ア　アンモニア：ウ

解説（２）

水上置換法：水にとけない気体の捕集
下方置換法：水によくとけ、空気より重い気体の捕集
上方置換法：水によくとけ、空気より軽い気体の捕集
酸素：水にとけない気体
アンモニア：水によくとけ、空気より軽い気体

問６

酸素を発生させるためには、図のように物質Aに物質Bを加えて、水上置換という方法で気体を集めます。

（１）物質Aと物質Bの正しい組み合わせはどれですか。ア～エから1つ選びなさい。

ア. A：うすい塩酸　B：スチールウール

イ. A：うすい水酸化ナトリウム水溶液　B：アルミニウム

ウ. A：過酸化水素水（オキシドール）　B：二酸化マンガン

エ. A：うすい塩酸　B：石灰石

答え（１）

ウ

解説（１）

発生する気体は、
ア. 水素（スチールウール = 鉄）
イ. 水素
エ. 二酸化炭素（石灰石 = 炭酸カルシウム）

（２）

① 水につけたガラス管の先から気体が出ていることを確認しましたが、すぐには集めず、しばらくしてから酸素を集めました。すぐに集めないのはなぜですか。

答え（２）- ①

最初にでてくる気体はフラスコの中にある空気だから

② 水上置換は水に溶けにくい気体を集める場合に利用されますが、上方置換や下方置換と比べて優れている点があります。水に溶けにくい気体を集めることができる点を除いて、優れている点を1つ答えなさい。

答え（２）- ②

・水蒸気を除いて、純粋な気体を集めることができる点
・どのくらいの量の気体が集まったかわかる点
など

問７

塩酸に炭酸カルシウムを加えると、炭酸カルシウムはとけて二酸化炭素が発生します。実験1、2をもとに、各問に答えなさい。

【実験1】

① 図のように、密閉された容器の中に塩酸を入れた試験管と炭酸カルシウムを入れ、混ぜる前の重さをはかりました。

② 次に、密閉したまま、容器をかたむけて塩酸と炭酸カルシウムを混ぜ合わせ、二酸化炭素を発生させました。二酸化炭素の発生が止まった後、再び重さをはかりました。

（１）二酸化炭素について正しく述べた文を、ア～オからすべて選びなさい。

ア. 割りばしを燃やすと、二酸化炭素が発生する

イ. 二酸化炭素が水に溶けている水溶液を、炭酸水という

ウ. 二酸化炭素が水に溶けている水溶液を、赤色リトマス紙につけると青色に変化する

エ. 二酸化炭素を石灰水に通すと、白くにごる

オ. 二酸化炭素が入ったびんに、火のついたろうそくをいれると、ろうそくの火ははげしく燃える

答え（１）

ア、イ、エ

解説（１）

ウ：二酸化炭素が水に溶けている水溶液は酸性なので、青色リトマス紙につけると赤色に変化する
オ：二酸化炭素が入ったびんに、火のついたろうそくをいれると、ろうそくの火は消える

（２）①と②の重さを比べました。ア～ウから正しいものを1つ選びなさい。

ア. ①の方が②より重い

イ. ①の方が②より軽い

ウ. ①も②も同じ

答え（２）

ウ

解説（２）

気体の発生は、化学変化（化学反応）によって起こる。化学変化が起こると、その前後で、物質をつくっているものの組み合わせが変わり、物質の性質が変化する。
しかし、化学変化の前後で、全体の重さは変化しない。⇒ 質量保存の法則

貝がらは主に炭酸カルシウムからできていますが、他にもさまざまなものをふくんでいます。そこで、貝がらにふくまれる炭酸カルシウムの重さを調べるために、実験2を行いました。このとき、貝がらにふくまれる炭酸カルシウムは塩酸にすべてとけ、炭酸カルシウム以外のものは塩酸にとけないものとします。

【実験2】

① 細かくくだいた貝がらを3.0g用意しました。

② 塩酸を入れたビーカーの重さをはかったところ、89.6gでした。

③ ビーカーの中に①の貝がらを入れ、二酸化炭素の発生が止まるのを待ちました。その後、再びビーカーの重さをはかったところ、91.4gでした。

（３）実験2の後、図のようにして、塩酸にとけずに残ったものを取り出しました。この方法を何といいますか。

答え（３）

ろ過

（４）実験2で発生した二酸化炭素は何gですか。

答え（４）

1.2g

解説（４）

二酸化炭素は水に溶けにくいので、発生後空気中に出ていったと考えられる。
ビーカーと塩酸と貝がらの重さの和は、89.6 + 3.0 = 92.6(g) であるが、二酸化炭素の発生が止まったあとの重さは91.4gに減少していた。この差が発生した二酸化炭素の重さであるので、
92.6 – 91.4 = 1.2(g)

（５）グラフは塩酸に加えた炭酸カルシウムの重さと、そのときに発生した二酸化炭素の重さを表したものです。加えた炭酸カルシウムはすべて塩酸にとけました。実験2で用いた3.0gの貝がらにふくまれていた炭酸カルシウムは、およそ何gですか。

答え（５）

2.7g

解説（５）

グラフより、加えた炭酸カルシウムと発生した二酸化炭素の重さは比例している。
3.0gの貝がらにふくまれていた炭酸カルシウムを□gとすると、
2：0.9 = □：1.2
0.9 × □ = 2 × 1.2
□ = \(\dfrac{24}{9}\) = \(\dfrac{8}{3}\) = 2.66…
よって、およそ2.7g

問８

図のような装置を用いて、ある金属Mとうすい塩酸を反応させ、気体Xを発生させました。ただし、試験管やガラス管、ゴム管にある空気は考えないものとします。

（１）

① 発生した気体Xの入った試験管に火のついた線香を近づけると、特徴的な音を出して燃えました。この気体Xの名前を答えなさい。

答え（１）- ①

水素

② 気体Xの特徴や性質として当てはまるものをア～クからすべて選びなさい。

ア. 空気より重い気体である。

イ. 空気より軽い気体である。

ウ. 無色の気体である。

エ. 有色の気体である。

オ. においのない気体である。

カ. においのある気体である。

キ. 石灰石や大理石をうすい塩酸と反応させると発生する気体である。

ク. 鉄や亜鉛をうすい塩酸と反応させると発生する気体である。

答え（１）- ②

イ、ウ、オ、ク

解説（１）- ②

キ：二酸化炭素が発生する

（２）金属Mを0.5gはかりとり、うすい塩酸を少しずつ加えていきました。表1は、加えたうすい塩酸の体積と発生した気体の体積の関係を表したものです。空欄①、②に当てはまる数値を答えなさい。

表1

答え（２）

① 80　② 160

解説（２）

加えた塩酸の体積と発生した気体の体積は比例しているので、
① = 40 × \(\dfrac{4}{2}\) = 80(mL)
加えた塩酸の体積が8mLと10mLでは発生する気体の体積が変わっていないことから、金属M 0.5gは塩酸8mLですべて反応して無くなると考えられる。よって、それ以上の塩酸を加えても発生する気体の体積は変わらないので、
② = 160(mL)

（３）加える塩酸のこさを2倍にして、（２）と同じ実験をしました。このとき、160mLの気体Xを発生させるのに必要な塩酸の体積は最小で何mLですか。

答え（３）

4

解説（３）

塩酸のこさを2倍にすると、同じ体積の気体を発生させるのに必要な塩酸の体積は\(\dfrac{1}{2}\)になる。よって、4mL

（４）不純物を20%ふくむ金属Mを0.5gはかりとり、（２）で用いたうすい塩酸を少しずつ加えていきました。加えたうすい塩酸の体積と発生した気体Xの体積の関係はどのようになりますか。表2の空欄③、④に当てはまる数値を答えなさい。ただし、不純物は塩酸とは反応しない物質とします。

表2

答え（４）

③ 40　④ 128

解説（４）

不純物を20%ふくむ金属M 0.5g中の金属Mの重さは、
0.5 × 0.8 = 0.4(g)
金属Mの重さと金属Mが完全に反応する塩酸の体積は比例するので、0.4gの金属Mが完全に反応するために必要な塩酸の体積は、
8 × \(\dfrac{0.4}{0.5}\) = 6.4(mL)
加えた塩酸の体積が6.4mLより少ないときは、発生した気体の体積は問３と同じになる。よって、③は40(mL)
加えた塩酸の体積が8mLのとき、0.4gの金属Mはすべて反応している。発生する気体の量は金属Mの重さに比例するので、
④ = 160 × \(\dfrac{0.4}{0.5}\) = 128(mL)

問９

地球温暖化の原因の一つといわれている二酸化炭素について調べました。

（１）二酸化炭素が地球温暖化の原因であるといわれる理由を簡単に説明しなさい。

答え（１）

二酸化炭素は熱をためやすい性質があるから

（２）石灰水にうすい塩酸を加えて二酸化炭素を発生させました。

① 発生した二酸化炭素を集気びんに集める方法として適さないのはどれですか。ア～ウから選びなさい。

答え（２）- ①

ウ

② ①で選んだ方法が適さない理由を簡単に説明しなさい。

答え（２）- ②

二酸化炭素は空気より重いから

（３）水を入れたペットボトルに二酸化炭素を集め、ふたをしてよく振りました。どのような変化が観察できますか。簡単に説明しなさい。

答え（３）

ペットボトルがへこむ

解説（３）

二酸化炭素は水に少しとける。水にとけた二酸化炭素の分、気体の体積が小さくなり、ペットボトルがへこむ。

（４）二酸化炭素がとけた水溶液の性質を、BTB液、赤・青色リトマス紙を用いて調べました。このときの結果は表のようになりました。空欄①～③に当てはまる色を答えなさい。

答え（４）

① 黄　② 赤　③ 赤

解説（４）

二酸化炭素がとけた水溶液は酸性だから

（５）二酸化炭素が水にとけた水溶液を十分に加熱し沸騰させた後、水溶液の性質をBTB液で調べました。水溶液が何性になるか答えなさい。

答え（５）

中性

解説（５）

気体は温度が高いほどとけにくくなる。加熱沸騰することで、水溶液にとけていた二酸化炭素はとけきれなくなり空気中にでていく。そのため、水だけが残る。

問１０

a～dの文は、気体A～Dの発生方法を示しています。また、表はそれぞれの気体の集め方と特徴をまとめたものです。ただし、気体はA～Dは、酸素・二酸化炭素・ちっ素・水素・アンモニアのうちいずれかです。

a. 気体Aは、\(\boxed{1}\) にうすい塩酸を加えると発生する。

b. 気体Bは、\(\boxed{2}\) にうすい塩酸を加えると発生する。

c. 気体Cは、オキシドールに \(\boxed{3}\) を加えると発生する。

d. 気体Dは、塩化アンモニウムに水酸化カルシウムを加えて加熱すると発生する。

（１）気体A～Dはそれぞれ何ですか。

答え（１）

A：二酸化炭素　B：水素　C：酸素　D：アンモニア

解説（１）

表の特徴から推測できる。気体の集め方や発生方法に矛盾がないことを確認する。

（２）\(\boxed{1}\) ～ \(\boxed{3}\) に当てはまる物質を、ア～オから1つずつ選びなさい。

ア. 水酸化ナトリウム

イ. あえん

ウ. 石灰水

エ. 二酸化マンガン

オ. 食塩水

答え（２）

1：ウ　2：イ　3：エ

（３）それ自体は反応せず、他のものの反応を助ける物質を触媒といいます。物質 \(\boxed{1}\) ～ \(\boxed{3}\) のうち、触媒に当てはまるものを1つ選び、番号で答えなさい。

答え（３）

3

解説（３）

二酸化マンガンは、オキシドール（過酸化水素水）を酸素と水に分解するのを助ける。

（４）気体A～Dのうち、水に溶けやすく空気よりも軽い気体はどれですか。

答え（４）

D

解説（４）

アンモニアであるD
集め方が下方置換であるAは空気より重い気体である。集め方が水上置換であるBとCは水にとけにくい気体である。残ったDの集め方は上方置換なので、空気より軽い気体であり、矛盾はない。

（５）燃料電池に使われている気体はA～Dのうちどれですか。2つ選びなさい。

答え（５）

B, C

解説（５）

B（水素）：燃える気体である
C（酸素）：物が燃えるのを助ける気体である

問１１

図は二酸化マンガンにうすい過酸化水素水を加えた実験Aと、石灰石にうすい塩酸を加えた実験Bの操作の様子で、どちらも気体を集めています。

（１）実験Aと実験Bの四角で囲んだ部分は、同じ操作方法によって気体を集めています。この気体の集め方の操作方法の名称を答えなさい。

答え（１）

水上置換法

解説（１）

実験Aで発生する気体は酸素 ⇒ 水上置換法
実験Bで発生する気体は二酸化炭素 ⇒ 水上置換法または下方置換法

（２）物を燃やすはたらきのある気体は、実験A、Bで発生するどちらの気体ですか。記号と気体の名称を答えなさい。

答え（２）

A、酸素

（３）石灰水を白くにごらせる気体は、実験A、Bで発生するどちらの気体ですか。記号と気体の名称を答えなさい。

答え（３）

B、二酸化炭素