（通巻第１５２９号）

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指導資料

理科 第256号−中学校，高等学校，盲・聾・養護学校対象−

平成1８年10月発行

鹿児島県総合教育センター

化学実験のマイクロスケール化の工夫
中・高等学校学習指導要領理科の目標には，マイクロスケール化とは，実験スケール「…観察，実験などを行い，科学的に調べる（規模）を従来の方法より小さくすること（高等学校はであり，これにより次のような利点が生じ探究する）能力と態度を育てるとともに，自然の事物・現象についてのる。

理解を深め…」と記されている。すなわち，①

実験時間を短縮することができ，授理科教育においては，問題解決的な学習や体業時間内に考察やグループ討議の時間験的な学習を通して，自然の中に潜む自然のを確保できる。

きまりを発見し，科学的な見方や考え方を②実験に使用する器具を，市販されて養っていくことが求められているのである。

いる安価なプラスチック容器等で代用

この目標を達成するためには，授業に多くする工夫をすることで，実験器具を多の観察，実験を取り入れることが必要である

く準備でき，生徒一人一人が実験に参が，次のような課題も発生する。

加することができる。

①

観察，実験の時間や観察，実験後の考③

試薬を少量しか使わないので，経費の節減と廃液の少量化が可能である。

察等の時間の確保②

実験器具や試薬等の経費の確保③

実験後に生じる廃液の処理④

実験スケールが小さいので，実験の安全性を確保することができる。など

そこで，本稿では，これらの課題を解決す

特に，生徒一人一人が自ら実験を行う機るための一つの方法として，「化学実験のマ会が増えることにより，実験に対する個々イクロスケール化」（以下「マイクロスケーのモチベーションが高まり，化学的に探究ル化」という。）の工夫について述べる。

する方法をよりよく習得することが可能と１なるなどの効果が期待できる。また，セルマイクロスケール化とはプレート（ディスポ反応板など）を使用す
マイクロスケール化の取組は，1980年代

ることで，プレート上で複数のスケールダアメリカの大学から始まり，日本でも中・ウンした反応 実験 を実施できること から，高等学校での事例が報告されている。

反応結果の比較が容易となる。

‑ 1 ‑

２

写 真 ２ の デ ィ ス ポ 反 応 板 は ， 縦 81mm

マイクロスケール化の実際例

×横156mm，セルの直径18mmのもの（中ここでは，高等学校化学で取り扱う内容を基に，マイ クロ スケール化の例を 示す。

村理科工業）。
③

Ｃは５滴，Ｄ〜Ｆは２滴ずつディス(1) 鉄イオンの反応

ポ 反 応 板 の 各 セ ル に 左 か ら 順 番 に 加 え，【準備】

沈 殿 生 成 や 色 を 観 察 す る （ 写 真 ３ ）。

点眼ボトル，ディスポ反応板【試薬】
硫酸鉄（Ⅱ）水溶液：Ａ
硝酸鉄（Ⅲ）水溶液：Ｂ

Ｃ

水酸化ナトリウム水溶液：ＣＤ

ＥＦ

ヘキサシアノ鉄（Ⅱ）酸カリウム水溶液：Ｄヘキサシアノ鉄（Ⅲ）酸カリウム水溶液：Ｅ
チオシアン酸カリウム水溶液：Ｆ
各水溶液の濃度は，Ａ，Ｂ：0.2mol/l，

写真３Ｃ：１mol/l，Ｄ，Ｅ，Ｆ：0.1mol/l

実験結果

実験結果を基に，上下あるいはクロス【方法】

でセルを比較することで，加えた試薬に①対する鉄(Ⅱ)イオンと鉄(Ⅲ)イオンの反各水溶液を調整し，点眼ボトルに入れる（写真１）。

応性の違い（沈殿の生成や色など）を確認することができる。
無機物質の分野では，各イオンの性質や反応を理解 する ことは重要であるが，ややもすると教科書や図説を中心とした取扱いになってしまい，生徒も知識の暗記になりがちである。ところが，マイク

写真１②

点眼ボトルに準備した実験試薬

ロスケール化は，教室でも実施可能なの点眼ボトルは，容量５ml及び10mlので，授業の中で講義と並行して実験を組ものを使用した。写真１は容量５ml。

み込むことができる。生徒は，実験を通Ａ，Ｂを各３滴ずつディスポ反応板してそれぞれの反応を実感としてとらえに４箇所取る（写真２）。

ることができるので，知識の確実な定着を図れる。
また，マイクロスケール化での試薬の使用量は，教科書で一般に提示されている実験法の10分の１以下である。
(2) 二クロム酸カリウムと過酸化水素の反

写真２

ディスポ反応板(上段:A,下段:B)応（酸化還元反応）‑ 2 ‑(3) 過マンガン酸カリウムと過酸化水素の反【準備】

応（酸化還元滴定）

点眼ボトル，ディスポ反応板［予備実験１］【試薬】

点眼ボトルの１滴の体積を決定するため，0.2mol/l二クロム酸カリウム水溶液：Ｇオキシドール（市販のものを３倍に希釈）：Ｈ50滴分の体積をメスシリンダーで測定する

６mol/l硫酸：Ｊ（写真５）。

【方法】①

ディスポ反応板の各セルにＧを４滴ずつ入れる。

②

各セルにＪを１滴ずつ加える。

③

図１に示す滴数のＨを加えて変化を見る。
写真５０滴

１滴

２滴

３滴

４滴

予備実験１

予備実験１の結果から，１滴の体積は，0.06mlと決定した。

５滴

６滴

７滴

［予備実験２］８滴

過マンガン酸カリウム水溶液の濃度を，
図１

加えるオキシドールの滴数シュウ酸水溶液を用いて正確に決定する。

実験結果は，写真４のようになり，セル

予備実験２の結果，過マンガン酸カリウ内の溶液の色が，二クロム酸イオンの橙赤

ム水溶液の濃度は，正確に0.020mol/lと決色からクロムイオンの緑色に段階的に変化定された。

する様子を確認できるとともに，反応によ[酸化還元滴定]【準備】

る気体の発生も観察できる。

点眼ボトル，反応板（市販のパレットを使用）

また，オキシ ドー ルを滴下した直後は，溶液の色が濃い青色になり，反応が進行するに従って，色が変化する様子も確認できる。

【試薬】
過マンガン酸カリウム水溶液（正確に0.020mol/l）：Ｋ
オキシドール（市販のものを10倍に希釈）：Ｌ
６mol/l硫酸：Ｍ【方法】①

反応板の各セルにＬを10滴入れる。

②①と同様に各セルにＭを１滴加える。

③

一つのセルにＫを１滴ずつ加えていき，過マンガン酸イオンの赤紫色が消えなくなったところを終点とし（写真６），加写真４

段階的反応の様子

えた滴数を記録する。

‑ 3 ‑この方法を用いると，金属樹の生成の様子や硫酸銅（Ⅱ）とヘキサシアノ鉄（Ⅱ）酸カリウムの反応からヘキサ
写真６④

滴定の終点シアノ鉄（Ⅱ）酸銅が
写真８①〜③を３回繰り返し平均をとる。

【実験結果】（写真８）などを観察することができ

１回目 ２回目 ３回目 平
滴数

18

半透膜を形成する様子

1817る。

均17.67

平均滴数を，予備実験１で求めた１

これまで述べてきたように，マイクロス

滴 の 体 積 を 基 に 体 積 換 算 し ， さ ら に，ケール化のよさとしては，試薬の使用量や廃過マンガン酸カリウムと過酸化水素の液の量を最小限に抑えることができ，環境へ反応比からオキシドールのモル濃度をの配慮ができる（中学校学習指導要領解説理

求 め る と ， 0.884mol/lと な る 。 オ キ シ科編でも，「使用する薬品の量をできる限りドールの密度を１g/cm ３ と仮定して質量少なくした実験の機会を適宜設けることも考％ 濃 度 を 求 め る と 3.01％ と な り ， 市 販えられる」ことが明記されている。）ことやのオキシドールの質量％濃度とほぼ一生徒一人一人に実験をさせることが可能であ致する。

ることなどが挙げられる。

過マンガン酸カリウムを用いた酸化理科の学習においては，器具等を正しく操還元滴定では，重金属イオンを含む廃作できることも重要な資質であり，そのため液が出るため，生徒実験があまり実施には，生徒一人一人に試験管やビュレットなされていない。この方法を用いると廃どの器具等を用いて実際に実験をさせること

液 を ５ ml程 度 に 抑 え る こ と が で き る。

が有効である。よって，教科書に示されてい(4) ホールスライドガラス上での化学実験る一般的な化学実験を，一部マイクロスケー

マイクロスケールの化学実験としては， ル化するなど場面に応じて使い分けることで，ここに紹介したセルプレートを使用する実験を取り入れた効果的な授業を設計するこ

もののほかに，反とができ，生徒への知識の確実な定着が図れ応をホールスライるとともに，科学的に調べる能力や態度の育ドガ ラス上で行い,成が期待できる。

ビデオカメラを通【参考文献】

して，モニターで日本化学会『化学と教育観察する方法などもある（写真７）。

マイクロスケール化学実験論文集』（2003年）
写真７（教科教育研修課）‑ 4 ‑