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中学 · 10分

化学反応を量る:質量保存の法則

天秤の上のフラスコで石灰石を酸と反応させ、次に開いたフラスコで繰り返し、その差を説明する。

目的

閉じた系で質量が保存されることを確かめ、開いた系で「失われる」質量の行方を特定する。

器具と試薬

石灰石(大理石片、CaCOX3\ce{CaCO3})、希塩酸 HCl\ce{HCl}、栓付き三角フラスコ、電子天秤。

手順

  1. 「反応前」を選び、CaCOX3\ce{CaCO3} と HCl\ce{HCl} が入った密閉フラスコの天秤の読みを記録する。
  2. 「反応後(密閉のまま)」に切り替える:泡立ったが、天秤の読みを最初と比べる。
  3. 「フラスコを開放」を選び、COX2\ce{CO2} が逃げるのを見て新しい質量を読む。
  4. 結論:平衡式 CaCOX3+2 HCl→CaClX2+COX2+HX2O\ce{CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O} を書き、すべての質量を説明する。

観察すること

  • 密閉フラスコでは泡立ちの前後で天秤の読みが同じ:m前=m後m_{\text{前}} = m_{\text{後}}。
  • 栓を開けると読みが約3.8 g 減る——逃げた COX2\ce{CO2} の質量にあたる。

解説

反応で原子は生成も消滅もせず、並び替わるだけ。密閉容器ではすべての生成物が天秤に残るので総質量は変わらない——質量保存の法則(ラボアジエ)。開けると気体が逃げ、天秤は残った分だけを量る。

ゆかりの化学者

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バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。