第31時
実験７：有機物の燃焼
2012 7 10（火）、11（水）、12（木）
理科室
はじめに
本時のテーマ、タイトルは『有機物の燃焼』です。燃焼は中学１年で扱う内容ではありませんが、私はタイトルまで格上げしました。なぜなら、有機物（有機化合物）の定義が曖昧だからです。化学分野は『炭素を含む化合物（例外：炭素、二酸化炭素など）』、生物学分野は『生物由来の物質』です。もちろん、研究分野によってそれぞれの分類方法があります。したがって、私は『有機物と無機物の分類』より、加熱による変化に焦点を当てることにしました。有機物の燃焼です。
燃焼は『ある物質が光や炎を出して酸化する現象』です。これは、生徒実験から生徒が推論できる範囲にあります。上手く行けば、有機物に含まれる炭素が完全に酸化したときは二酸化炭素、不完全に酸化したときは一酸化炭素、酸素と化合しなかったときは炭素や炭、になることまで持ち込めるのではないか、と期待しています。中学１年の化学にとって必要なことは、肉眼レベルの物体（物質）を肉眼で見えない小さな粒子の集合としてイメージすることです。
自然界にはいろいろな物質があるな、は小学レベルです。学習指導要領はプラスチックを取り上げていますが、私は理科から削除すべきだと考えています。これは技術家庭科の範囲であり、理科の教材として不適切です。私は自著『中学理科の化学2012年』でも仕方なく扱いましたが、もっと理科の特性にあった教材を精選しなければ、多様な自然を相手にする理科は路頭に迷います。すみやかな削除を求めます。プラスチックは現代社会で重要な物質なので外せないものですが、技術家庭科の範囲です。
上：綿を完全燃焼させると、２つの気体（二酸化炭素と水）に変化して消えてしまうように見えることを確かめる生徒
本時の目標 |
準 備
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授業の流れ
（１） 本時の内容紹介
授業の前半は有機物の燃焼、後半は７種類のプラスチックについて調べます。前後半とも、それぞれ加熱・燃焼実験を行います。生徒が持参したペットボトルは後半で使います。
（２） 燃焼とは何か？ 有機物とは何か？
「前の時間は、いろいろな物質を加熱しました。加熱するとどうなったかな？ ・・・燃えた？ ・・・燃えなかったものはありましたか？ ・・・そうですね、食塩やアルミホイルは燃えませんでした。ということは、加熱することと燃焼することは違うわけですが、燃焼って何でしょう？ 正しく説明できる人はいますか？ ・・・（中略）・・・ということで、燃焼とは『ある物質が酸素と化合して光や炎を出すこと』です。」
「これを式で表すと、酸素を化合することですから、（＋酸素と板書して）ある物質プラス酸素、となります。有機物を加熱したのですから、ある物質は有機物なので、ある物質とのところに有機物と書きます。（有機物と板書して）では次に、有機物とは何か、正しく説明できる人はいますか？ ・・・はい、その通りです。有機物は炭素を含む物質です。」
上：板書
上：他クラスでの板書
（３） 有機物を加熱すると、含まれている炭素はどうなるか？
「有機物を空気中で加熱すると、あるものができます。何ができるかわかる？ ・・・えっ、酸素は違います。酸素と化合するんだから、、、・・・水素も違います。水素ができたら爆発の危険があります。そんな危険なものは発生しません。みなさんがよく知っているものができます。落ち着いて考えください。有機物は炭素を含む物質で、それに酸素が化合すると、酸素プラス炭素だから・・・大正解！ 二酸化炭素です。」
「二酸化炭素は完全燃焼した場合にできますが、実際の実験では酸素が足らないことが多く、違うものが発生します。何ができるのか考えてみましょう。みなさんなら、きっとできるはずです。では、問題！ 炭素に２個じゃなくて、１個の酸素が化合したものは何ですか？ ・・・その通り、一酸化炭素です。閉め切った部屋でストーブを使うと、一酸化炭素が発生し、中毒死する危険性があります。これは二酸化炭素ではなく、危険な一酸化炭素ができたからです。ただし、一酸化炭素は不安定な物質で、簡単にはできません。簡単にはできませんが、できたしまった時は大事故に繋がります。炭をつくる実験、炭素を直接加熱する場合は十分に注意してください。何かを燃焼させる時は、換気をよくしましょう。」
参考資料：有機物から炭をつくる（中学理科の化学2011年）
「さて、さらに酸素が不足すると、分解した有機物の炭素だけが残ります。前のプリントを見てください。（前回の学習プリントに添付された燃焼後の有機物を観察させる）真っ黒になっているものが１つでもある人は手を挙げてください。・・・それは、加熱した物質が熱によって分解されて残った炭素、炭です。灰ともいいます。・・・とうことで復習すると、酸素がない場合は炭素、酸素１つと化合すると一酸化炭素、酸素２つと化合すると二酸化炭素になります。」
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左：小麦粉を空気中で加熱すると、炭素、二酸化炭素、水が発生することを示した板書
右：ちょっと多過ぎる小麦粉を加熱している様子
（４） 演示実験１：都市ガスは完全燃焼すると、二酸化炭素と水になる
ガスバーナーを点火し、燃焼後に何も残っていないことを示します。臭いもなくなります。これは、都市ガスが酸素と結合し、二酸化炭素を水に変わったからです。二酸化炭素を確かめるために集気びんの中で燃焼させる実験は、小学校で行っています。水を確かめる方法は簡単です。炎の上にビーカーをかざせば、その内側に水滴ができます。今回の授業では、500mlビーカーをガスバーナーの炎の上にかざす演示実験を行いました。生徒の「わっ、本当だ」という歓声とともに、大量の水蒸気を確かめました。
参考資料：ガスバーナーを完全燃焼させよう（中学理科の化学2011年）
（５） 演示実験２：脱脂綿は完全燃焼すると、二酸化炭素と水になる
脱脂綿をピンセットにはさみ、ガスバーナーで加熱します。すると、最終的に何もなくなるように見えます。原理は都市ガスと同じです。目に見えない気体の二酸化炭素と水に変わるからです。
（６） 演示実験３：エタノールは完全燃焼すると、二酸化炭素と水になる
脱脂綿をピンセットにはさみ、エタノールが滴るぐらいにたっぷりしみ込ませます。それをガスバーナーで加熱すると、都市ガスや脱脂綿と同じ結果になります。原理も全く同じです。注目ポイントは、エタノールが燃焼している時、脱脂綿が全く変化しないことです。脱脂綿は白い綿のまま、何も変化しません。燃焼しているのはエタノールという有機物だけです。エタノールが燃え尽きると、脱脂綿が燃焼し始めます。初めは茶色や黒にこげたように見えますが、十分な酸素がある炎、あるいは、空気中で軽く息を吹き掛けてやると、酸素と化合して跡形もなく消え去ります。脱脂綿はふわふわなので、酸素と化合しやすのです。
（７） 生徒実験：脱脂綿、小麦粉の燃焼
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生徒全員に脱脂綿と小麦粉の燃焼実験をさせました。燃焼後の物質（ニ酸化炭素と水）は、目に見えない気体の状態になり、空気中に拡散します。酸素を化合できなかった炭素は、炭素（炭、灰）として残ります。
上２枚：脱脂綿を加熱したときの様子 右の脱脂綿の燃え残りを過酸素の炎に入れると、跡形もなく消え去るように見えます。ゆっくりと息を吹き掛けても同じ結果になります。この実験なら家庭でもできるかな。ただし、子どもだけではやらないこと！
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上：板書
ここから後半です。
（８） プラスチック７種類をまとめる
プラスチックを７種類に分類します。ただし、生徒実習の時間を確保するため、教科書に記述してある内容の説明は大幅にカットしました。
上：完成されていない板書
実習時間を確保するため、全クラスで板書を省略しました。板書したものは、これから加熱実験するPET、PP、PVCの３つ、および、生分解プラスチックです。その他のものは、教科書に記載されている内容を写せば十分です。大切なことは、プラスチックにもいろいろな種類があること、それらは異なる性質があることを知ることです。そして、それらの多くは人類が化学的に合成したものなので、リサイクルしなければいけないことを教えることです。
上：生徒の学習プリント
持参したペットボトルのラベルを切りとって、添付してあります。今日、添付できなかった生徒は宿題です。教科書にある内容を写してくることも宿題です。さらに、生分解プラスチックを含むその他のプラスチックも、見つけたら添付しておくように指示しました。なお、PVCの添付してある赤いものは、私が生徒全員に配付した電流の実験に使うリード線です。
上：生徒が持参したペットボトルのラベル
ラベルを良く見ると、プラスチックの種類が明記されている。同時に、リサイクルや分別方法も記載されている。
上：PET（ポリ・エチレン・テレフタラート）とPP（ポリ・プロピレン）のリサイクルマーク
（９） 生徒実験：プラスチック３種類を加熱する
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持参したペットボトルを加熱実験します。加熱するものはペットボトル本体とラベルの２種類です。また、電流の実験で使う銅線を３cm／人ずつ配付します。この銅線の皮膜は、難燃性のプラスチック『ポリ塩化ビニール』です。そのまま学習プリントに添付しても良いし、一部だけ加熱しても良いです。
左：ペットボトルの一部を切り出す生徒 右：ペットボトル本体を加熱する様子
左：リード線（銅線＋ポリ塩化ビニール）を加熱する様子（PEVだけが燃焼する） 右：銅の炎色反応で緑色になった炎 |
上：板書
上：Ｂ君の学習プリント
上：Ｃ君の学習プリント