銅とマグネシウムの酸化｜結びつく質量の比をグラフで確かめる教材
中学2年 / 第1分野 (4)化学変化と原子・分子 (ウ)化学変化と物質の質量
銅の粉を加熱して質量をはかる実験は、1班で1つの質量しか試せません。班のデータを黒板に集めて点を打つところまでやって、やっと直線が見えます。時間割の都合でそこまで届かないことがあります。
このツールは、金属の質量を変えながら「結果を記録する」を押すと、点がグラフにたまっていきます。原点を通る直線が自分の手で見えてきます。加熱の回数も動かせるので、「変わらなくなるまでくり返す」という手つづきの意味も見えます。
この単元で つまずくところ
- 質量がふえるのは、結びついた酸素のぶん。 金属が「重くなった」のではありません。空気中の酸素が加わっています。
- 比は決まっている。 銅は4：1、マグネシウムは3：2。2倍の金属には2倍の酸素が結びつきます。だからグラフは原点を通る直線になります。
- 加熱は1回では終わらない（銅）。 外側にできた酸化銅がふたになって中まで届きません。まん中に赤褐色の銅が残ります。かき混ぜて何度もくり返します。
- マグネシウムはほぼ1回で終わる。 まぶしい光を出して激しく燃えます。銅と同じ回数くり返す必要はありません。
- 「質量が変わらなくなる」が終わりの合図。 何回加熱するかを決めるのは時間ではなく、質量の変化です。
このツールで 何が見えるか
- ステンレス皿と電子てんびん
- 皿の中身は粉の層です。反応した部分から外側が酸化物の色に変わり、まん中に未反応の金属が残ります。
- 加熱のようす
- 銅は静かに黒くなります。マグネシウムはまぶしい光を出して燃えます。
- 金属の質量→質量のグラフ
- 酸化物の質量と、結びついた酸素の質量が、どちらも原点を通る直線になります。
- 結果を記録する
- 今の金属の質量での結果を点として残します。班ごとに違う質量を持ちよって直線を見つける、教科書の実験そのものの形です。
- 加熱の回数→皿の質量のグラフ
- 何回目で変わらなくなるかが読めます。銅は6回目、マグネシウムは2回目です。
- 比の表示
- 「いまの皿では 1.6 g : 0.40 g」から「約分すると 4 : 1」まで並べてあります。
授業での使い方
銅0.4gと0.8gを記録して、酸素の質量もちょうど2倍になることを見せます。
班ごとに違う質量を割りあて、記録した点を持ちよって1本の直線にします。傾きが「1gに結びつく酸素」であることまで。
銅とマグネシウムを両方やり、比が違うことを確かめます。原子1個の質量の比まで進めるなら、64：16と24：16につなげられます。
どの使い方でも、動かした条件はそのままURLに入ります。 画面の「リンクをコピー」を押して配れば、生徒の端末でも同じ画面が開きます。 生徒が見つけた条件のリンクを提出させれば、そのまま記録になります。
すぐ使える条件
- 銅 4.0 g → 5.0 g結びついた酸素は1.0g
- マグネシウム 3.0 g → 5.0 g酸素は2.0g・1回でほぼ終わる
- 班のデータの例4点で直線が見える
あえて入れていないもの
中学校で教える形を優先して、省いている条件があります。 教科書や資料集の数値と合わないことがあるので、先に書いておきます。
- 加熱1回あたりの進みかたは目安です。教科書に数値はありません。銅は6回目、マグネシウムは2回目で質量が変わらなくなります。
- 原子や分子の粒は出しません。原子の数と質量保存は「原子・分子と化学変化」で扱えます。
- 金属の質量は0.2〜3.0gです。
- 皿そのものの質量は差し引いた値で表示しています。
よくある質問
「原子・分子と化学変化」とどう使い分けますか？
あちらは原子の数と質量保存（てんびんが動かない）、こちらは結びつく質量の比（てんびんがふえる）です。同じ加熱の実験でも、見せたい問いが違います。
なぜ銅は何度も加熱するのですか？
外側にできた酸化銅がふたになって、中まで酸素が届かないからです。皿の中身を見ると、まん中に赤褐色の銅が残っているのが分かります。
記録した点は保存されますか？
URLに入ります。「リンクをコピー」で配れば、同じ点が並んだ状態で開けます。班のデータを配るのに使えます。
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直してほしいところは 改善の要望 から。ツールの画面の「要望を送る」を押せば、そのとき見ていた条件のURLが付いた状態で開きます。