研究紀要第54号 「教育課程の実施に関する研究」 -025/071page

6. 石灰石と塩酸の反応の実験と考察

(1) 三角フラスコ (300ml) の容器を使用

１．教科書では,ポリエチレンの袋やポリエチレン製の広口びんを使用している。
　ポリエチレン製広口びんの場合,内ぶたにゴムパッキンなどを施さないと二酸化炭素がもれたり,容器が不透明なため気体発生のようすが観察できない欠点がある。利点としては,内圧が3気圧くらいになっても十分耐えられる。

２．三角フラスコの場合,ガラス容器のため破裂する危険性はあるが,塩酸に反応させる石灰石の量を１ｇ以下にして行えば安全であり,反応のようすを観察させながら,「観察できる能力や問題が発見できる能力」を高めることが可能となる。

３．ゴムせんのさしこみが不十分だと,気体発生に内部圧力増のため,ゴムせんがとぶおそれがあるので口をぬらさないように,ロートを使用して塩酸を入れる。

(2) 石灰石を約１ｇ以下にする理由

１．密せんした３００ｍｌ用三角フラスコの中で,約１ｇの石灰石を反応させると,内部圧力は約 1.6 〜 1.8 気圧になるので,使用する石灰石は１ｇ以下を限度とする。

２．下記の資料のように,容器の内部圧力が大きくなるので１ｇ以下で実験を行う。

容器の大きさ 石灰石	200ｍｌ	300ｍｌ	500ｍｌ
1.0ｇ	2.2気圧	1.8気圧	1.5気圧
2.0ｇ	3.4　〃	2.7　〃	2.0　〃
3.0ｇ	4.6　〃	3.4　〃	2.5　〃

＜資料＞三角フラスコの大きさとＣＯ ₂ 発生時の容器の内部圧力との関係
　　　(ただし,１気圧室温 ２０°C の場合)

(3) 反応物質の質量と生成物質の質量について

２ＨＣ１　＋　ＣａＣＯ ₃ → ＣａＣｌ ₂ 　＋　Ｈ ₂ Ｏ　＋ＣＯ ₂
２　×　36.5ｇ　100ｇ　　　　　111ｇ　　　18ｇ　　　44ｇ

１．石灰石１ｇに反応する塩酸の量は,上の反応式から計算によって求められる。
　石灰石と塩化水素の質量比は 100:73 だから, ( 100:73 ＝ 1:Ｘ ) より塩化水素は O.73ｇ となる。
　４Ｎ (約15％) の塩酸１ｃｍ ³ は,その中に塩化水素を O.15ｇ 溶かしているから, O.73ｇ ならば,　O.73 ÷ 0.15 ＝ 4.9ｃｍ ³ となる。
　したがって, 20ｃｍ ³ ならば十分な量といえる。

２．二酸化炭素の発生量は,上記の式から,石灰石と二酸化炭素の質量比は 1OO:44 だから, ( 100:44 ＝ 1:Ｘ )より二酸化炭素の発生量は O.44ｇとなる。

３．三角フラスコ内で反応がはじまり, O.24リットル ( 240ｃｍ ³ )が気体となる。
　すなわち,二酸化炭素の発生量は O.44ｇである。１気圧 ２０°C(常温)で気体の体積は１モルあたり 24リットル だから,( 44:24 ＝ 0,44 :Ｘ )よりO.24リットル ( 240ｃｍ ³ )のとなる。したがって, 300ml の三角フラスコでよい。

＜石灰石と塩酸の反応に関する実験データ＞

発生量 石灰石の質量	ＣＯ 2 の発生量　（ｇ）			ＣＯ 2 の発生量　（リットル）
	理論値	実験値	誤差	理論値	実験値	誤差
0.5ｇ	0.22 ｇ	0.20 ｇ	0.02	0.12 ｌ	0.11 l	0.01
0.6ｇ	0.26	0.24	0.02	0.14	0.13	0.01
0.7ｇ	0.31	0.29	0.02	0.17	0.16	0.01
0.8ｇ	0.35	0.32	0.03	0.19	0.17	0.02
0.9ｇ	0.40	0.39	0.01	0.22	0.21	0.01
1.0ｇ	0.44	0.41	0.03	0.24	0.22	0.02

※電子てんびん使用　実験時の室温２１度

(4) 反応時間を１０分程度にするため,約１５％の塩酸を使用する。高濃度のため,取扱いには注意を要する。

(5) 約 O.5ｇ の石灰石を約１０％の塩酸２０ml 中で反応させると,反応所要時間は約１５分である。