高校化学の教材；分子と結晶模型の「ベンゼン屋」

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  生徒実験：コロイド溶液の性質（レポート）

  生徒実験：コロイド溶液の性質(実施)→1/29ブログ昨日の実験のレポートが提出されました。良いものはこんな感じちょっと、誤解もあったようでうが、明日授業で解説します。そのほかのレポートの多くは気に入りません。以下に気に入らない点を記します。昨日の実験のテーマは「結果を考えて、知識を動員して実験する」です。実験にあたっては仮説を持つこと、それを超える事実が出たら研究のヒントになる。①それがレポートに現れていない生徒のレポートが多かった。②日本語が読めない・書けない　問われていることを答えていない。「色は？」と聞かれて「変化なし」と答える　主語が書いていないので、何がどうなったのか伝わってこない（どうなったかは書いてある）　文章にして書いて欲しい。単語の羅列ではわからない自然科学では、現象を相手に正確に伝えるために、記述が大切なスタートです。日本語や記述ツールの数学などかなり気を使わなければなりません。生徒は高校の実験のレポートなどやっつけ仕事でやっているのだろうと思いますが、いやしくも理系であり、これから自然科学の学徒になろうとしている生徒さんは今、ここで訓練が大切かと思います。明日は彼らにその覚悟を持ってもらえるよう伝えたいと思っています。

  2018.01.30

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  埼玉は大雪警報。雪の日は暖かい話題を授業で

  埼玉も東京も大雪警報が出ています。明日朝までに大宮で10-15cm,東京で5-10cmの積雪が予想されています。私の勤務校は3:40までに完全下校。明日は9:30から登校となりました。そんな中、授業では「反応熱」の授業第１時間目です。寒いですが、少しは暖かい話を２つ。①「昔から、雪の降る日は暖かい」と言われているがなぜ？融解熱から考えると、水が氷になるのは発熱反応。H2O(液)＝H2O(固)+6KJということで、熱が出るので少しは暖かい。なんてね。「諸説があり、厚い雲で放射冷却が抑えられる」とか言われることもあります。溶解熱のカイロ。バレンタインぴったり！【大人気】プチプレゼントとしても最適★癒しのエコカイロ価格：216円（税込、送料別) (2018/1/22時点)【使い方】カイロの中の金属ボタンを軽く押し曲げます。すると透明な液体が白く結晶化し熱を発します。約４０度の暖かさが約２０分持続します。【再利用方法】沸騰したお湯の中に入れ、白い結晶が完全になくなるまで（約5分程度）煮てください。完全に液体に戻ったら流水等で冷やし、熱がなくなれば再利用できます。※完全に熱が冷めてからボタンを押すと再度結晶化し発熱します。チオ硫酸ナトリウムと酢酸ナトリウムの濃厚溶液を厚手PVCの袋に収めたものです。②試験管にチオ硫酸ナトリウムの結晶Na2S2O3・5H2Oを４cmほど入れて(他は何も入れず)、炎でゆっくり加熱します。結晶水によって溶液になります。そのままそっと保存し、室温まで下げても溶液のままです。溶解度をはるかに超えていますが、過飽和溶液です。授業では、教室に３本ほど持っていき過飽和状態の試験管を回覧。その後、チオ硫酸ナトリウムの結晶を落としてやると一気に結晶が析出します。その際、発熱します。これは、チオ硫酸ナトリウムの溶解熱（解けるときは吸熱反応）です。見た目でも、面白く。結晶の析出によって発熱するのは、生徒には未経験で「不思議だ」と興味深く見てもらえます。生徒は濃硫酸の溶解熱については中学校の時に印象があるようです。反応熱の種類を講義する時に使ってます。

  2018.01.22

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  希薄溶液の蒸気圧降下の演示と回覧

  3学期始まりました。２年生最初の授業は「希薄溶液の性質＝沸点上昇・凝固点降下・浸透圧」です。沸点上昇では「溶液の蒸気圧降下」から始めますが、教科書や図説に載っている写真では実感をつかめないので、実際に写真のようにU字管で接続した試験管を教室に持っていきます。左は純溶媒ベンゼン５g、右はベンゼン５gにナフタレン2.4gを溶かしてあります。しかし、室温18℃に１時間放置してもU字管内の水は同じ高さで変化がありませんでした。手でそれぞれの試験管の液部を握り30℃程度に温めたところ暖めるとすぐにU字管内の水面に変化が起き始め、上の写真のように溶媒の蒸気圧が溶液の蒸気圧より高くなり（溶液の蒸気圧が降下した）、右側のU字菅内の水面が上がりました。水面の高さを同じにして教室へ持っていき、手で温めて水面に差が出ること確認したところで、回覧しました。18℃だろうと30℃だろうと、気液平衡が起こっているわけで、水面に差が出ると思うのですが、この「暖めると変化が起きる」現象の原因は今の所わかりません。調査や研究してみたいと思います。ご存知の方、教えてください。

  2018.01.10

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  2学期期末テスト 「気体の法則・溶液・溶解度」マインドマップ２

  2学期期末テスト 「電気分解・気体の法則・溶解度」マインドマップ１⇦１１／２８ブログへのリンク2学期期末テストの試験範囲は 「電気分解・気体の法則・溶液・溶解度」です。昨日11/28のブログで「電気分解」のマインドマップを掲載しました。今日は、「電気分解・気体の法則・溶液・溶解度」です。この中で、最も矢印が伸びている（理解の基礎となっている）のは「分子間力」であることがわかります。

  2017.11.29

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  2学期期末テスト 「電気分解・気体の法則・溶解度」マインドマップ１

  ​​勤務校では化学基礎・化学を２年生４単位・３年生３単位です。私は２年生に化学基礎・化学を教えています。定期試験前に試験範囲のマインドマップを作り配布しています（写真）。その一部「電気分解：ファラデーの法則」です2学期の中間試験以下です。①電気分解「ファラデーの法則」②物質の状態「気体の法則」③固体と気体の溶解度②・③は後日アップします。生徒にとって、範囲が広く苦労する内容です。せめて①項目間の関連性を構造的に理解してもらいたい②わからない項目がある場合、どこに戻れは理解の手助けになるかわかる以上の目的で作っています。​​

  2017.11.28

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  ボイル・シャルルの法則、PVT３次元グラフ模型の修理

  ボイル・シャルルの法則、PVT３次元グラフ模型 ←11/15ブログ長い間、日にさらされていたので中の色糸が弱くなり、ちょっとしたことで切れてしまいますので、レース用の色糸を100円均一で２色買い補修しました。色糸は針に通して、アクリル板で作った20cmの立法体の箱にラケットのガットを張るように通していきます。全長７mの糸を２重にして（３.５m）使いました。赤と黄色にしたかったのですが、なかったので緑にしました。体積Vと温度Tの赤糸からはりました。＜シャルルの法則＞縦軸体積1目盛5L、横軸温度1目盛50Kにしてあります。そして、圧力Pと温度Tの緑糸。緑糸；横軸温度T、縦軸圧力Pとなります。温度と圧力は比例（体積）一定圧力は1目盛0.2atm。1atmごとにテプラで数値を貼りました。箱内の黒線はボイルの法則で200Kごとに１枚づつアクリル板で作って箱内にはり、マジックインク黒で着色しています。レース糸（太）１つ１０８円を２本にして使ってグラフが強調されるようにしました。

  2017.11.27

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  ボイル・シャルルの法則、PVT３次元グラフ模型

  気体の物性について高校「化学」ではボイル・シャルルの法則を学びます。P(圧力)、V(体積)、T(絶対温度)の３つの変数により気体は変化します。下の図は、Excelを使って描いた３次元のグラフですが、視点を変えることでボイルの法則やシャルルの法則が現れることを説明したかった。しかし、伝わりにく気がします。そこで、手に取ってグリグル回しながら観ることのできる３Dグラフの模型を作りました。付せんで見る方向のメモをはり、教室で生徒は順に回覧します。この間、他の生徒は授業と問題演習をしています。写真の左下(矢印の方向)から観るとボイルの法則の反比例のグラフが並びます。黒の曲線です。この時T軸は見えません。奥に行くほどPV(圧力X体積)値が高くなり、曲線は上の方に行きますが、これはT(温度)が大きくなるためです。さらに別の方向から見ると、シャルルの法則になります。下の写真の黄色い糸です。写真では（ちょっと見にくい）黄色い直線がV(体積：縦軸)とT(絶対温度：横軸)が比例していること表しています。P(圧力：手前から奥へ)軸は見えません。しかも、奥へ行くほど(P圧力が小さくなるほど)傾きが大きくなる様子もわかります。生徒は一人一人じっくりと眺めてくれました。３次元のグラフを理解するのはたいへんでしょう。「オオゥ！」響いてくれる生徒が一人でもいれば、作って回覧したかいが有ります。ほとんど自己満足なんですけど…これは、以前に作ったものですが、かなり大変でした。アクリル板をカットしてボイルの曲線を出すのが最も大変でした。立方体は結晶模型と同じように作り、方眼をカッターナイフで傷つけて描きます。あとは1mmのドリルで穴を開け、色糸を通して止めていきます。これはコツコツとやるしかない。

  2017.11.15

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  生徒実験「ファラデー定数を求める」生徒のレポートから<その２>

  硫酸銅(Ⅱ)の水溶液を両極に銅を使って定電流で電気分解し、銅電極の質量変化からファラデー定数を求める実験です。生徒実験「ファラデー定数を求める」生徒のレポートから←ブログ11/3へのリンクの２回目投稿(最終回)です。生徒実験の詳細については以下生徒実験「ファラデー定数を求める」実施しました←ブログ11/1へのリンク２クラス分の生徒レポートが出てきましたので全体をまとめます。結果は以下でした。実験番号は１から１９。２年理系１クラス目１〜９班、２クラス目１０〜１９班の結果です。緑・黄緑・青・灰色の欄が実験で求めたファラデー定数です。さらにその右に理論値9.649E+4からの誤差を示しました。12班の実験値の誤差が陽極＋10.09%、陰極+8.67%とやたら大きいですが、電極同士が触れてしまったことが原因だと思われます。（定電流電源ですので電極間が触れ、ショートしても電流値は変わりません）あとはそこそこいい値を出しています。この生徒実験はうまくいきます。是非やってみてください。定電流電源の作り方は以下のリンクから電気分解用1500円定電流装置の配線と設定←ブログ9/6へのリンク定電流電源装置を一台1500円で作ります ←ブログ9/5へのリンク定電流電源の校正についてはファラでーの法則生徒実験；電流計校正と予備実験←ブログ10/28へのリンク

  2017.11.07

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  生徒実験「ファラデー定数を求める」生徒のレポートから

  生徒実験「ファラデー定数を求める」実施しました11/1ブログの生徒レポートから、生徒実験の結果をアップします。２年１クラス9班（1班4人）の結果です。実験の取り組み方も様々ですが、次の表の結果を得ました。黄色が１F＝96485Cからの誤差です。銅陰極の増加分、銅陽極の減少質量からそれぞれ求めています。「電気量」は電気分解した時間X電流値、「変化量」は電気分解によって増減した銅の物質量、「ファラデー定数」（緑と青）は実験によって求められた１Fです。実験器具、実験方法、定電流電源については冒頭のリンクから11/1のブルグをご覧ください。

  2017.11.03

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  生徒実験「ファラデー定数を求める」実施しました

  ファラデーの法則生徒実験；電流計校正と予備実験10/28ブログでは定電流電源電流計の再校正を行いました。今日(11/1)2年生１クラスで実験を行いました。説明用の白板です。さらに実験装置。実験プリントです。生徒は、7分ほど白板で理論と操作の説明を受けたのち、30分前後で操作と片付けをして、10分で結果の整理・計算をします。レポートは明日(11/2)提出です。なお、銅板の質量は１mgまで測れる精密天秤１台で順に測定します。銅板の洗浄・乾燥は1.純水で水洗い2.アセトンにつけて脱水3.ヘアードライヤーの温風で乾燥、という順に行い、すぐに精密天秤で質量をはかります。続いて、実験プリントです。この結果は、レポートを評価次第ブログにアップします。今日はここまで。

  2017.11.01

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  講義実験「様々な電気分解」を作成した電源装置で

  生徒実験ファラデー定数を求める：定電流電源装置12台完成9/25ブログで紹介した定電流電源を使って電解質の種類を変えて、炭素棒で電気分解する、講義実験をしました。テーマ：電気分解による生成物を予想し、実験で確かめる電解質は①塩化銅(Ⅱ)…発生する塩素は「ヨウ化カリウムでんぷん紙」で確認②塩化ナトリウム…塩素の確認③ヨウ化カリウム…発生するヨウ素は「でんぷん溶液」で確認④硫酸ナトリウム⑤硫酸銅(Ⅱ)…陰極に付着した銅を、陽極にして銅が溶け出すことを確認それぞれ、0.1mol/Lの濃度に調整しています。以上のことを、生徒は陽陰極で起こるであろう反応を反応式で書いて予想します。そして、実験です。下の写真は①塩化銅(Ⅱ)水溶液の電解。50mLビーカーに25mLの溶液を入れています。電圧は１２V、電流値は0.3Aでした。面白いことに⑤硫酸銅(Ⅱ)水溶液の電解では、0.07Aでした。「イオンの水中での移動速度かな？」「陰極は同じCu2+でも、陽極での反応が　①　2Cl- →Cl2+2e-     ②　4OH- →2H2O+O2+4e-で①の方が反応しやすいからじゃないの？」などと、生徒と議論し、かなり面白い授業になりました。電流計は不要な実験で、昨年は手回し発電機を使っていましたが、電流計がついているので面白い議論ができました。次はテキストの一部

  2017.10.12

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  講義実験「様々な電池」

  時々、講義実験をします。実際に生徒に実験操作させながら、順に解説します。生徒には、「理解しやすい、印象的」と好評です。今回は「様々な電池」です。テキストと実験を併記します。テスターはデジタルテスターを使いました。電位差を図りながら、プリント記入。ここから、イオン化傾向の復習、電池の導入をします。続いて、ボルタ電池です。教科書には＜参考＞扱いですが、電池の原理を説明するには単純で良い。モーターは少し回ります。水素が発生し、泡が割れるときに硫酸の霧が出てむせるので早々と終えて、電池の原理を説明します。そして、ダニエル電池。テキトー電池：ダニエル電池 で紹介したものを作ってもらい、モーターに接続。強く長く回って、ボルタ電池よりはるかに進化した様子を観察できます。さらに、鉛蓄電池です。２枚の鉛を50mLビーカーにセットし、1mol/Lの硫酸を適量加えて、手回し発電機「ゼネコン」で充電します。ゼニコンを外し、モーターにつなぐと勢いよく回ります。しばらくして、モーターが回らなくなったら、また充電。極板の色（PbO2やPb,PbSO4）を観察。充電のさなか、ゼネコンから手を離すとゼネコンの取っ手が回り出します。「発電機に電源を繋いだらモーターになっちゃった」モーター誕生の歴史などを話します。最後に水素酸素燃料電池を見てもらって終わりです。テキトー電池：水素-酸素燃料電池鉛蓄電池や燃料電池、その他、実用電池の話は次の時間に話します。電池は３授業時間（50分）で終えます。次の写真は板書です。

  2017.10.11

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  2学期中間テスト「酸化還元・酸塩基反応」マインドマップ

  勤務校では化学基礎・化学を２年生４単位・３年生３単位です。私は２年生に化学基礎・化学を教えています。定期試験前に試験範囲のマインドマップを作り配布しています（写真）。2学期の中間試験以下です。①酸と塩基；塩と加水分解、中和滴定、滴定曲線、指示薬②酸化還元反応；酸化剤と還元剤、酸化還元滴定、電池、電気分解生徒にとって、難しい内容ばかりですが、せめて①項目間の関連性を構造的に理解してもらいたい②わからない項目がある場合、どこに戻れは理解の手助けになるかわかる以上の目的で作っています。

  2017.10.05

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