SPP（サイエンス・パートナーシップ・プロジェクト）

マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介

報告書
２００８年 ８月７日 (木)，８日（金）主催・国際基督教大学教養学部アーツ・サイエンス学科
共催・日本化学会、化学教育協議会、
マイクロスケール化学研究ワーキンググループ
後援・独立行政法人 日本科学技術振興機構(JST)2008------

１． はじめに目次------------------------------------------------------------------- 1

２． 研修プログラムとスケジュール実行体制 ------------------------- 2
３． 実施体制------------------------------------------------------------ 4

４． 申請・準備・実施までの日程 -------------------------------------- 5
５． TA（実験助手）の仕事 ------ ------------------------------------- 6
６． マニュアル (挿入) --------------------------------------------------- 8
１.はじめに今年のSPP研修の趣旨と概要

２．講師、スタッフ紹介
３．研修プログラムとスケジュール
４．ICUキャンパスの案内
５．マイクロスケール化学実験について

荻野和子教授６．ワークショップ(１)『電気分解と電池』

荻野和子教授７．ワークショップ(２)『金属イオンの定性分析』

芝原寛泰教授８．事例紹介（１）「高分子についての実験」

東海林恵子(秀光中等教育学校)（２）「SPPマイクロスケール化学実験実践例」奥村直（神奈川県青少年教育センター）（３）「アルコールと水の混合に関するMCE実験」中川徹夫（電気通信大学）（４）「電荷量を取り入れた簡便な水の電気分解実験」本橋健次（東京農工大学）（５）「イオン化傾向と起電力」原田茂治（静岡県立大学短期大学）（６）「ヨードホルム反応」堀内晶子（国際基督教大学）（７）「ベンゾフェノンの光二量化実験」吉野輝雄（国際基督教大学）
９．マイクロスケール化学・ホームページ（HP）とメーリング・リスト(ML)の活用法について
１０．参考資料

７． SPP 2008 写真による記録 ----------------------------------------10
８． 工夫した点、反省と評価 -----------------------------------------12
アンケートへの回答 -----------------------------------------------15
９． 謝辞------------------------------------------------------------------24

はじめに

国際基督教大学は，平成 15 年度から平成 20 年度まで 6 年間、計５回サイエンス・パートナーシップ・プログラム（プロジェクト、以下 SPP）を実施してきた．平成 15 年度は物理分野で，平成 16 年度は物理，数学，化学，生物の分野
で，それぞれ複数の高校と連携して行い，平成 18 年度は，SPP 講座型学習活動（整理番号：講 B・大 529）「マイクロケミストリーで見る化学の世界」を，自由学園高等科，立教女学院高校と連携して実施した．平成 19 年度は，SPP 理数
系教員指導力研修（希望型，整理番号：教大 1029）「中高理科の活性化を目指した理科教員のためのマイクロスケール化学実験」を，オーストリア・グラーツ
大学教授のオーベンドラウフ博士を主講師として招聘し、東京都・神奈川県・千葉県の各教育委員会と連携して実施した．
これらの経験を踏まえ，今年度平成 20 年度は、マイクロスケール化学実験の中高等学校・理科教育現場への普及と実施経験者間の交流を目的として SPP 講
座型学習活動「マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介」（整理番号：教大 81033）を夏休みの２日間を利用して実施した。主講師には、これまでも 2 年間ご指導下さった荻野和子先生，芝原寛泰先生にお願いし、さらに、高等学校で長年マイクロスケール化学実験による教育経験をもつ
東海林恵子先生をはじめとする何人かの先生からデモ実験・事例紹介を行って頂き、充実したプログラムを持つことができた。
この企画において，献身的にご指導を頂いた荻野和子先生，芝原寛泰先生，
またご指導とともにさまざまな準備、実施に参加協力頂いた国際基督教大学の教員，学生，職員の方々，科学技術振興機構に厚く御礼申し上げたいと思う．
主催者を代表して

吉野輝雄

2.

研修プログラムとスケジュー ル

研修プログラムのねらい
マイクロスケール化学実験の普及を目指し現場の教員を対象として講演と研修を実施する。マイクロスケール化学は、日本に広く普及しているとは言えないが、実験と通した化
学教育の改善に大きく貢献するであろうことがこれまでの実施経験と研修に参加した中高教員からの評価とコメントから明らかである。そこで、2008 年度は、研修と事例発表をとおしてマイクロスケール化学の拡がりを目指すことにした。

プログラムの内容
第１日

8/7（木）

午前中は、荻野和子講師からマイクロスケール化学(MCE)による新しい教育法の理念と基本的な方法について講演を行う。引き続き同講師の指導により「電気分解」と「電池」をテーマとしたワークショップを行う。ここでは、装置の組み立て、マニュアルに従った方法で実験を行った後に、新たな電池つくりを課題とする。
午後は、芝原寛泰講師の指導により、「金属イオンの定性分析」についてのワークショッ
プを行う。まず既知試料について実験を行い、その後、未知試料の分析を行う。
その後、副講師が司会して研修の成果を発表、両主講師を交えて討論の時間をもつ。

第２日

8/8（金）

まず、マイクロスケール化学研究グループメンバー（東海林恵子教諭）が MCE 教育の経験と研究成果を発表。続いて、中高大学で MCE を実施・研修されている先生方から事例報告をしていただき、教育効果、問題点、改善法などについて討論する。また、本学教員（吉野輝雄、堀内晶子）が大学における MCE の実施例を紹介する。
また、MCE のホームページ(http://science.icu.ac.jp/MCE)の活用法（司会：荻野和子
講師、説明：吉野輝雄講師）、メーリングリストによる相互の情報交換・活用法（司会：芝原寛泰講師）について意見交換を行う。
プログラムの最後に、学内のアラムナイハウス（同窓会会館）に場所を移し、意見交換会
を開き、マイクロスケール化学実験の開発、実施など理科教育の苦労・喜びなどを自由に分かち合う機会をつくる。

1

2008 ICU SPPプログラム�スケジュール「マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介」
��8/7（木） ���
9:30 開場
10:00 歓迎の挨拶
開会の挨拶

日比谷潤子学務副学長
北原和夫教授ICU理学館�N332教室

10:15 オリエンテーション

吉野輝雄教授10:20 講演：「マイクロスケール化学実験について」
ワークショップ（1）�「電気分解と電池」

荻野和子教授12:30 昼食

予約のお弁当または新D館で130分（ICU案内）13:30

N231, N232教室

60分も利用できますワークショップ（2）�「金属イオンの分析」

15:30 ワークショップについての質疑・応答

芝原寬泰教授120分

司会：吉野輝雄

20分

16:00 自由交流
16:15 終了�（後片付け）

��8/8（金）9:30 開場
10:00 MCE事例紹介（1）から(5)N332教室
司会：北原和夫

12:30 昼食

150分

お弁当または新D館でN231, N232教室

60分も利用できます13:30 事例紹介（6）から(7)14:40

司会：北原和夫

70分

司会：荻野教授 、芝原教授

60分

�ー�休憩�ー

15:00 マイクロスケール化学HP, MLの活用法
16:00 意見交換会／交流会

アラムナイハウス

120分（1）「高分子についての実験」�東海林恵子(秀光中等教育学校)

10:00-10:30

30 分＃（2）「学校で行うMCE実験」奥村�直（神奈川県青少年教育センター）

10:40-11:10

30 分＊＃（3）「アルコールと水の混合に関するMCE実験」中川徹夫（電気通信大学）

11:20-11:40

20 分＃（4）「電荷量を取り入れた簡便な水の電気分解実験」本橋健次（東京農工大学）

11:45-12:05

20 分＃（5）「イオン化傾向と起電力」原田茂治（静岡県立大学短期大学）

12:10-12:30

20 分＃（6）「ベンゾフェノンの光二量化実験」吉野輝雄（国際基督教大学）

13:30-14:00

30 分＃（7）「ヨードホルム反応」堀内晶子（国際基督教大学）

14:10-14:40

30 分＊＃（司会：堀内晶子）
18:00 終了
事例紹介

＊5分間の直前の実験準備、＃5分間討論を含む

5

３．実施体制a) 講師●荻野和子 東北大学名誉教授●芝原寛泰 京都教育大学教授b) 本学講師●北原和夫：本学オスマー記念（物理学）教授●吉野輝雄：本学物質科学教授●堀内晶子：物質科学上級准教授c)TA（実験助手）●小川藍子：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●磯村洵子: 国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●樋口ゆたか: 国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●相原絵美：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●武井里紗：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●鷹野泰志：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●谷本瑞香：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●伊藤嘉奈子：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●大谷徹也：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●藤澤裕佳：東京大学大学院 総合文化研究科修士２年生

d) 職員
佐藤

雅昭

大学総務グループ高井雅一

大学総務グループ横澤進

理学館事務職員

曽根朋子

北原教授秘書理学館職員e) 後援／共催 ：日本科学技術振興機構(JST)
日本化学会、化学教育協議会、
マイクロスケール化学研究ワーキンググループ

4. 申請・準備・実施までの日程
SPP「理数系教員指導力向上研修事業（希望型）」に応募、申請

2008年2月

書類をJST（科学技術振興機構）に提出
3月

採択の報告を受ける。採択件名「マイクロスケール化学実験による中学
高校教員研修と経験の共有」<教大81033>
講師を荻野和子先生、芝原寛泰先生に依頼。
文科省の科学技術週間のホームページに案内を掲示
MCE（マイクロスケール化学実験）ウエブサイト、メーリングリストを通じても案内5 月「化学と工業」誌、「化学と教育」誌に案内を申込み、７月号に掲示。
「化学教育ディビジョン」メーリングリストに案内を送信。
参加受付を開始。
東京都、神奈川県、埼玉県、千葉県の各教育委員会に後援依頼を送付
6 月 実施計画書、予算要求書等の書類を JST に提出
交流会会場（学内アルムナイハウス）を予約。ケータリング会社に予約。
7月

実施計画、予算要求が受理され、必要物品を購入。
担当一般職員と運営について打合せ
ICU の担当教員が実験器具、試薬類を用意。
マニュアル（４６ぺーじカラー版）を印刷・作成し、７月下旬に参加者に送付（受講者 23 名、講師 2 名)、ウエブサイト(MCE ホームページ)にも掲
載。

８月６日

予備実験
講師（荻野和子先生、芝原寛泰先生）と ICU の担当教員、TA が実験キット
を作成、予備実験を行う。研修会場を設置。案内板、配布資料、アンケー
ト(JST 版と独自版)、茶菓飲料水などを用意。

８月 7 日

研修第１日（プログラム参照）

８月 8 日

研修第２日（プログラム参照）

８月

旅費、交通費、手当などの書類を JST に提出
アンケートを JST に提出

12 月

実施報告書を JST に提出

５．2008 年度 SPP:TA の仕事

8/6 以前○

名札作り：名刺用紙に印刷→8/6 に横澤さんに確認（名札は預かっている）○

記帳用紙（堀内）○

案内板に貼る文章作り→吉野済み

8/6（水）

10：00

2Ｆ

実験室集合

（一斉休暇中）○試薬作りとキット作成（全）○予備実験（荻野先生、芝原先生と共に）（全）

○

会場作り

○

案内板に標識を貼り、どこが見やすいかを確認する→横澤さんと調整 （2）○記録用ウェブカメラの確認：1 日目と 2 日目を記録する（2）→吉野先生と（Ｎ332）（5）

相談○

8/8 の発表時の手元を移すウェブカメラの確認→Mac 用（吉野）あり、
Windows との互換性を確認する必要あり

8/7（木）SPP 第一日目

8：45

（1）

集合

本番：9：00~16：00○

受付：記帳、名札、キャンパスツアーの希望をつのる（3）○ウェブカメラ記録班→吉野先生と相談（2）○

意見交換会（懇親会）の登録と費用集め（1-2）

○

資料配布

1）hand-out(もって来なかった人に)と supplement2）PR Office からの資料（1-2）3）JST からのアンケート→あり4）ICU○

ＮＳからのアンケート→吉野先生作成中

参考資料の展示及び希望者に名前を書いてもらう→北原先生に確認
展示の責任

○

（1）

ワークショップの間、受講者に問題がないか見て回る。必要に応じて対応する。（全）

○

希望者にキャンパスツアー→昼休みに 1 名担当○

昼食中に Alumni House の備品を確認し、8 日のお茶の準備をする。（堀内・磯村+2）○

回収：名札、アンケート(毎回行う)（2）○

持ち帰り用 MCE 実験キットを渡す（2）○16：00 から後かたづけ（全） お茶は NS 事務がお世話する お弁当（お茶を含めて 800 円）は直接東京ケータリングが販売する
7 日 19 個、8 日 22 個

8/8（金）SPP 第二日目

注文済み

8：45

集合

本番：9：00~16：00○

受付：記帳、名札、キャンパスツアーの希望をつのる+意見交換会（懇親会）の登録と費用集め（3）

○

資料配布

（1）

○

ウェブカメラ記録班→吉野先生と相談（2）○

発表用に Web camera を操作する→Mac 用（吉野）あり、Windows との互換性を確認する必要あり（1）○

事例紹介に参加し、積極的に関わる（全）○

意見交換会に参加し積極的に関わる（全）○希望者にキャンパスツアー→昼休み（1）○Alumni House での意見交換会の為の飲み物作りとケータリングの受け取り（冷たい麦茶、お湯とティーバック、インスタントコーヒー、クリープ、砂糖）サンドイッチ、ケーキ、果物をケータリング（3：15~3：30 には届く予定）→3 時すこし前から~（4~5）→大きなポットは理学館事務室から○受付、案内板などの片づけ（2）○16：00 からの意見交換会に参加し積極的に関わる→（全）○

後かたづけ（全）SPP（サイエンス・パートナーシップ・プロジェクト）

マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介
２００８年 ８月７日 (木)，８日（金）於： 国際基督教大学理学館

主催・国際基督教大学教養学部アーツ・サイエンス学科
共催・日本化学会、化学教育協議会、
マイクロスケール化学研究ワーキンググループ
後援・独立行政法人 日本科学技術振興機構(JST).

サイエンス・パートナーシップ・プロジェクト SPP at ICU in 2008

マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介

目次

１．はじめに 今年の SPP 研修の趣旨と概要 -------------------------------------- 2
２．講師、スタッフ紹介 ------------------------------------------------------------------ 2
３．研修プログラムとスケジュール --------------------------------------------------- 4
４．ICU キャンパスの案内 --------------------------------------------------------------- 6
５．マイクロスケール化学実験について
荻野和子教授 -------- 8
６．ワークショップ(１) 『電気分解と電池』
荻野和子教授 ------- 10
７．ワークショップ(２) 『金属イオンの定性分析』 芝原寛泰教授 ------ 18
８．事例紹介 ---------------------------------------------------------------------------------- 25（１）「高分子についての実験」 東海林恵子(秀光中等教育学校)（２）「SPP マイクロスケール化学実験実践例」奥村直（神奈川県青少年教育センター）（３）「アルコールと水の混合に関する MCE 実験」中川徹夫（電気通信大学）（４）「電荷量を取り入れた簡便な水の電気分解実験」本橋健次（東京農工大学）（５）「イオン化傾向と起電力」原田茂治（静岡県立大学短期大学）（６）「ヨードホルム反応」堀内晶子（国際基督教大学）（７）「ベンゾフェノンの光二量化実験」吉野輝雄（国際基督教大学）

９．マイクロスケール化学・ホームページ（HP）とメーリング・リスト(ML)の活用法について ----------------------------------------------------------------- 42
１０．

参考資料

------------------------------------------------------------------------- 45● マイクロスケール化学研究会のロゴマーク

1

1.

はじめに

今年の SPP 研修の趣旨と概要「マイクロスケール化学実験(MCE、Microscale Chemistry Experiment)」とは、微量の試薬を用いて小さな器具で実験を行う方法である。設備の整った実験室がなくても、通常の教室ですべての生徒が実験に参加できる MCE は、有効な化学教育の方法として今注目されている。特に中高生の化学教育で大きな効果をあげている。また、使用する試薬が微量であるため環境にもやさしい教材であり、実験を通した環境教育法である。さらに、持ち運びが容易なので、僻地あるいは発展途上国における教育にも活用できる可能性をもつ。欧米、韓国、中国では MCE 教育研究が活発で、化学教育の現場に広くとりいれている。昨年の本 SPP では、オーストリアからオーベ
ンドラウフ教授をお招きし、見事な MCE のデモ実験を見せて頂いた。
本学では 2003 年以来毎年実施して来た SPP を継続することが重要との認識に立ち、今年度は、マイクロスケール化学実験による教育法の研修と経験を共有する SPP を実施することになった。具体的には、日本のマイクロスケール化学教育の指導的立場で活躍中の荻野和子教授と芝原寛泰教授を講師として招いて、理念と方法についての講演を頂き、さらに２種類のマイクロスケール化学実験ワークショップの指導を行って頂く。また、マイクロスケール研究グループのメンバーからデモ実験付きの発表をして頂く。さらに、教育現場においてマイクロスケール化学実験を取り入れている中学高校の教員から事例報告を行って頂き、教育効果、改善策、可能性について意見交換するという研修プログラムを企画した。
また、マイクロスケール化学のホームページ(http://science.icu.ac.jp/MCE)の活用法、メーリングリスト(ML)による相互の情報交換による MCE の普及について意
見交換を行う。プログラムの最後に意見交換会を開き、マイクロスケール化学実験の開発、実施など理科教育の苦労・喜びなどを自由に分かち合いたい。

２．講師、スタッフの紹介
■■■■■

講師の紹介

■■■■■

●荻野和子教授：東北大学名誉教授、日本におけるマイクロスケール化学の代表的存在。長年にわたり科研費グループマイクロスケール化学実験研究グループの代表。日本化学会化学教育賞受賞(1997)。グリーンサステイナ
ブル化学(GSC)賞受賞(2008)。日本国内だけでなく海外でもマイクロスケール化学の講演、発表、研修会をされている。

●芝原寛泰教授：京都教育大学教授。関西地区で活発にマイクロスケール化学の研究、普及、 研修を続けてこられている。京都マイクロスケール実験研究会を結成。研究会のホームページを開設し、 開発されたマイクロス
ケール化学実験、研究活動を紹介し、活発に発信されている。

2

本学講師
●北原和夫：本学オスマー記念（物理学）教授。専門は非平衡過程の理論物理学。
●吉野輝雄：本学物質科学教授。専門は糖鎖の有機化学。
●堀内晶子：物質科学上級准教授。専門は、考古学分析化学、脂質生物有機化学。

TA（実験助手）●小川藍子：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●磯村洵子: 国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●樋口ゆたか: 国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●相原絵美：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●武井里紗：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●鷹野泰志：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●谷本瑞香：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●伊藤嘉奈子：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●大谷徹也：国際基督教大学教養学部理学科 化学専修４年生●藤澤裕佳：東京大学大学院 総合文化研究科修士２年生

連絡先〒181-8585 東京都三鷹市大沢 ３­１０­２
国際基督教大学教養学部アーツサイエンス学科
北原和夫 0422-33-3252 E-mail kazuo@icu.ac.jp
吉野輝雄 0422-33-3281 E-mail yoshino@icu.ac.jp
堀内晶子 0422-33-3280 E-mail horiuchi@icu.ac.jp
事務：横澤 進 理学館職員 0422-33-3261 (N202 室)
竹本麻子 理学館職員 0422-33-3261
FAX: 0422-33-1449 (理学科共通)

後援：日本科学技術振興機構(JST)

この研修プログラムは、JST からの財政支援によって実施可能となりました。
心より感謝申し上げます。

共催：日本化学会、化学教育協議会、
マイクロスケール化学研究ワーキンググループ

3

３.

研修プログラムとスケジュ ール

第１日

8/7（木）

午前中は、荻野和子講師からマイクロスケール化学(MCE)による新しい教育法の理念と基本的な方法について講演をしていただきます。引き続き同講師の指導により「電気分解」と「電池」をテーマとしたワークショップを行います。ここでは、装置の組み立て、マニュアルに従った方法で実験を行った後に、新たな電池つくりを課題とします。
午後は、芝原寛泰講師の指導により、「金属イオンの定性分析」についてのワークショッ
プを行います。まず既知試料について実験を行い、その後、未知試料の分析を行います。 その後、副講師が司会して研修の成果を発表、両主講師を交えて討論します。

第２日

8/8（金）

まず、マイクロスケール化学研究グループメンバー（東海林恵子教諭）が MCE 教育の経験と研究成果を発表します。続いて、中高大学で MCE を実施・研修されている先生方から事例報告をしていただき、教育効果、問題点、改善法などについて討論します。また、本学教員（吉野輝雄、堀内晶子）が大学における MCE の実施例を紹介します。
また、MCE のホームページ(http://science.icu.ac.jp/MCE)の活用法（司会：荻野和子
講師）、メーリングリストによる相互の情報交換・活用法（司会：芝原寛泰講師）について意見交換を行います。
プログラムの最後に、学内のアラムナイハウス（同窓会会館）に場所を移し、意見交換会を開き、お菓子と軽い飲み物を頂きながらマイクロスケール化学実験の開発、実施など理科教育の苦労・喜びなどを自由に分かち合います。

＊ICU キャンパスの案内をご希望の方には、昼食時間を利用して学生が案内を致します（約 30 分）。事前に吉野輝雄までご連絡下さい。なお、「ICU 入学案内」が受付に用意されていますので、ご自由にお持ち帰り下さい。

ご理解とご協力のお願い
１） この夏休み期間中、理学館内のトイレの改修工事が行われるため、たいへんご不便をおかけ致します。女性は 2,3 階の東側トイレを、男性は 1 階東側トイレと外の仮設トイレを使って下さるようお願い致します。
２） 学内食堂が建てかえ工事中のため使用できません。事前にお弁当を予約頂いていますが、新 D 館（芝生の先の建物／角にガラス屋根がある）内でお弁当が、また、三省堂でパンを買うことができますのでご利用下さい。

42008 ICU SPPプログラム�スケジュール「マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介」
��8/7（木） ���
9:30 開場
10:00 歓迎の挨拶
開会の挨拶

日比谷潤子学務副学長
北原和夫教授ICU理学館�N332教室

10:15 オリエンテーション

吉野輝雄教授10:20 講演：「マイクロスケール化学実験について」
ワークショップ（1）�「電気分解と電池」

荻野和子教授12:30 昼食

予約のお弁当または新D館で130分（ICU案内）13:30

N231, N232教室

60分も利用できますワークショップ（2）�「金属イオンの分析」

15:30 ワークショップについての質疑・応答

芝原寬泰教授120分

司会：吉野輝雄

20分

16:00 自由交流
16:15 終了�（後片付け）

��8/8（金）9:30 開場
10:00 MCE事例紹介（1）から(5)N332教室
司会：北原和夫

12:30 昼食

150分

お弁当または新D館でN231, N232教室

60分も利用できます13:30 事例紹介（6）から(7)14:40

司会：北原和夫

70分

司会：荻野教授 、芝原教授

60分

�ー�休憩�ー

15:00 マイクロスケール化学HP, MLの活用法
16:00 意見交換会／交流会

アラムナイハウス

120分（1）「高分子についての実験」�東海林恵子(秀光中等教育学校)

10:00-10:30

30 分＃（2）「学校で行うMCE実験」奥村�直（神奈川県青少年教育センター）

10:40-11:10

30 分＊＃（3）「アルコールと水の混合に関するMCE実験」中川徹夫（電気通信大学）

11:20-11:40

20 分＃（4）「電荷量を取り入れた簡便な水の電気分解実験」本橋健次（東京農工大学）

11:45-12:05

20 分＃（5）「イオン化傾向と起電力」原田茂治（静岡県立大学短期大学）

12:10-12:30

20 分＃（6）「ベンゾフェノンの光二量化実験」吉野輝雄（国際基督教大学）

13:30-14:00

30 分＃（7）「ヨードホルム反応」堀内晶子（国際基督教大学）

14:10-14:40

30 分＊＃（司会：堀内晶子）
18:00 終了
事例紹介

＊5分間の直前の実験準備、＃5分間討論を含む

5

ICU（国際基督教大学へ案内地図）

アラムナイハウス6

理学館内の配置図
SPP 受付は２階ホール、研修会場は N332 教室

階段

7

５．

マイクロスケール化学実験について

荻 野 和 子１

百聞は一 見に如 かず， 百見は 一体験 に如 かず

化学の対象である物質は，原子・分子からできている。目に見えない小さな粒子である原子分子の世界のイメージを描くには，目でみる，さらには自分で実験することが重要である。
19 世紀初めに Liebig が化学の学校をつくって以来，化学の教育は実験つきで行われてきた。
２．化学実 験を行 う上で の問題 点
実験を取り入れると教育効果があるとしても，学校の授業で生徒実験を行うにはいろいろ困難な点がある。時間がかかり授業の進度が遅れる，費用がかかる，準備がたいへんであるなどである。大学の学生実験では，廃棄物の処理にもかなりの費用を要する。
3．マ イクロ スケー ル実験 で問題 を解決 しよう
以上の問題点を解決する一つの方向がマイクロスケール実験（スモールスケール実験ともいう）である。マイクロとは「微小」あるいは「微少」を意味するが，マイクロスケール実
験（以下 MC と略する）とは，通常よりはるかに少ない量の薬品を使った実験である。マイクロスケール化すると，当然薬品が少量になり，薬品購入の費用が少なくて済む。現在では実験廃棄物処理の費用が薬品購入の費用を上回るのが一般的だが，使用薬品が少なければ当然廃棄物も少なくなり，その費用も少なくなる。実験にかかる時間も大幅に短縮される。
少量なので，危険も少なく，通常の実験では絶対あってはならない「爆発」も安全に生徒に体験させることができる。
４．マイク ロスケ ール実 験の長 所
以上 MC の利点は次のようにまとめることができる。
1）試薬の節減
2)

実験廃棄物の少量化

3）安全性の確保：危険が少なく，事故が防止できる
4)

操作の簡略化

5）実験環境の改善
6）省資源，省エネルギー7）実験時間の短縮
8）経費の節減
9）以上のことを通して環境問題についての生徒の関心を深めることができる

10)

1 グループの人数が少ないので一人ひとりが積極的に実験に参加する

11)

少量しか使わないので，高価あるいは希少な試料を実験に使うことが可能

12）小さい器具は破損しにくい―8―

５．マイク ロスケ ール実 験は面 白い
小さい器具を使って，単に試薬の量を少なくするのでは，実験は面白くない，教育効果は高くないという印象をもたれがちである。しかし，スケールを小さくすると，安全性が増す
ので，通常スケールでは不可能ないろいろな爆発をともなう現象等を生徒自身に行わせることができる。通常スケール以上に教育効果の高い「面白く楽しい」実験は，アイデアや工夫の産物で，世界各国の MC 研究者は情報と経験を交換して，すぐれた教材を共有し，魅力的で学生・生徒の学力向上に役立つ化学教育を広めようとしている。
６．マイ クロス ケール 実験は 演示に も向い てい る
MC はデモ実験に向かないという印象をもたれがちであるが，決してそうではない。適切な機材を使うと実験を大スクリーンに映しだすことができる。世界でもっともすぐれたデモ実験を行うことで知られるオーストリアの V. Obendrauf 教授の実験はマイクロスケールである。器具が小さいので，いろいろな多彩なデモ実験器具を世界各地の会場に運ぶことが可能なので，大ホールのステージで数百人の参加者を魅了する。
７．世界 各国で 行われ ている マイク ロスケ ール 実験
少量の薬品で実験しようとする試みは古くから行われてきた。しかし，個々の実験にとどまっていた。1980 年代に入り，系統的・組織的な実験のスケールダウンがアメリカの大学の化学実験で始まりまった。この動きは初中等教育の化学実験にひろがるとともに，世界各国でも行われるようになった。環境問題，例えば実験廃棄物への規制の強化は普及を後押しした。多くの国ではマイクロスケール実験用の器具がキット化されている。例えば米国では，
大学有機化学実験の共通摺合せの小さな器具のキットが数社から市販されている。
８．安全 を第一 に考え よう
マイクロスケール実験は、安全性は高いが，不測の事故の可能性はある。とくに生徒が顔を器具に近づけて観察することが多いので，溶液の飛沫が目に入らないよう保護めがねが必要である。器具が小さくて通常の教室で実験することが可能だが，その際は，手に試薬がついたときどうするか，試薬びんを倒したり，落としたりしないよう等工夫が必要である。
9. 探究型活 動への 活用

MC の特記すべき長所に，学生・生徒自身が，方法を考案して実験する探究型活動に適していることがある。マニュアルどおりの操作を行う実験ばかりではなく，学生・生徒の創意工夫を促す探究型実験は今後重要性が高まると考える。これは，知識を整理，有機的に再構成するとともに創意工夫を促すものであり，MC を通して学生・生徒の化学への興味を高めることができるのではないだろうか。
10． グリー ンサス テイナ ブルケ ミスト リーの 教 育との結 びつき

現在，化学者は有用化合物を作るにあたり， グリーンサステイナブルケミストリー（GSC）の理念で，廃棄物の削減，省資源，省エネルギー，有害物質の不使用，など環
境負荷の小さい方法を開発，実施しようとしている。これらは，MC の理念でもあり，
MC 実施に際して GSC の概念を導入することができる。これは，科学・技術に対するポ
ジティブな見方を養成することに有用であり，地球環境保全ならびに持続可能な社会への積極的な態度を育成するのに役立つと考える。
―9―

６． 電気分解と電池
荻 野

和 子

I. 電気分解
１． 実験の概要
水の電気分解の際，陽極では次のように+
2 H2O → 4H + O2 + 4 e
水素イオンを生じるので酸性になる。陰極では
2 H2O + 2e-→ 2 OH- + H2

水酸化物イオンを生じるのでアルカリ性になる。両極の反応を合わせると2H2 O → O2 + 2 H2となる。この実験で発生した気体に火を近づけてみよう。
水は電気をほとんど通さない。
そのため電気分解のときには電解質を加える。電解質としては，
水酸化ナトリウム、硫酸や硫酸ナトリウムがよく使われる。電解質によっては、電気分解を受ける。いろいろな電解質水溶液を電気分解するとどのような反応が起こるか考え、確かめる実験をしよう。

２． 実験器具等
飽和 NaCl,1 mol/L CuSO4，1 mol/ L CuCl２，1 mol/ L Na2SO4 飽和 Na2CO3, シャボン玉液（2 倍に薄めたもの）あるいは台所洗剤，シャンプーなど，12-ウェルセルプレート

1 枚, ツベ

ルクリン用１ｍL プラスチック注射器，電解支持板１枚，ツベルクリン用１ｍL プラスチック注
射器２本，２ｍL 注射器 1 本，３方活栓 2 個，あめゴム管２ｃｍ１本，導線 2 本、プラスチックピ
ペット、ステンレス待ち針４本、テープ，ろ紙、

乾電池（あるいはその他の３V〜９V の直流電源）、点火器具，炭素棒 3 本、ユニバーサルｐ
Ｈ試験紙、色素液

３． 実験の手順
１） スポ イト の中 で 水を 電気 分 解し よう（爆鳴気とは？）
この 実験は まわり の人に 知らせ てから 行う。
ア．プラスチックピペットに Na2SO4 あるいは Na2CO3 溶液1）を肩のところまで吸い上げる。
イ．待ち針 2 本をプラスチックピペットの肩に垂直に刺す。互いに接触しないようにセロテープでピペットに固定する。
ウ．セルプレートの一つのウェルに水道水を九分目と洗剤５滴（あるいは水を入れずにシャボン玉
2 倍希釈液）を入れる。
エ．プラスチックピペットを同じセルプレートの一つのウェルに立て，先端を洗剤の入ったウェル
炭酸ナトリウム Na2CO3 はアルカリ性である。飛まつが目に入ると失明の危険がある。必ず眼鏡をかけること。手に触れたときは，すぐに手を洗う。
—10―
1）

に入れる。

（図１参照）

オ．待ち針を乾電池につなぎ，電解を開始する。

カ．洗剤を加えたウェルに泡が盛り上がったら火を近づける。大きな音で爆発が起こる。爆鳴気と名づけられている気体である。
キ．10 秒ほどたって泡が再び盛り上がったらまた火を近づける。

２） 電気 分 解で でき る気 体 の体 積比 を 調べ よ う
ア．超小型電解装置の組み立て：①電解支持板の二つの穴にツベルクリン用プラスチック注射器のシリンダーを下から通す。
②シリンダーの縁をカッターで適宜切り落とし，１２ウェルセルプレートの一つのウェルに、右の写真のように乗せられるようにする。
③注射器の先に活栓をつける。
④2 本の注射器の 0.80 ｍL の目盛のところに待ち針をゆっくり刺し込んで電極とする。針を手に刺さぬよう気をつける。
⑤一度組み立てると，この器具は半永久的に繰り返し使うことができる。
イ．セルプレートの一つのウェルに Na2CO3 水溶液約 3.5 ｍLを入れ，その上に注射筒つきの電解支持板を固定する。
ウ．注射筒の上の活栓にゴム管を用いて 2 mL 注射器を接続し，活栓を開いて１ｍL 注射筒に Na2CO3 水溶液を吸い上げ2）
活栓を閉じる。チューブと 2 ｍL 注射器を外す
エ．2 本の注射筒を Na2CO3 水溶液で満たしたら，待ち針に乾電池を接続して電気分解を開始する。

図２

超小型電解装置

オ．待ち針から気体の発生が観察される。注射筒の目盛で気体の体積を読み記録する。

３）陽極と陰極での反応を観察しよう
プレートを洗い，水をぬぐって次の実験を行う。
ア．

硫酸ナト リウム 中の水 の電気 分解①電解シートに指示されているウェルに硫酸ナトリウム溶液約 2 mL と BTB 試験液を 5 滴入れる。
②ウェルを２分するようにろ紙片を立てる。
③その上に電極板を置き，2 本の炭素電極がろ紙の両側にくるように立てる。
④導線を使って，電極を乾電池に正負を間違えないように繋ぐ。
⑤気体の発生，ろ紙の両側の色の変化を観察する。においはどうか。結果をシートに記入する。
どうしてこのような変化が起こるかシートの反応式と見比べて説明考察しよう。
⑥電気分解後，両極を隔てていたろ紙を除き，液をかき混ぜ液性を調べる。
2）

安全のために濃い炭酸ナトリウムを避けたいときは、２mol/L 硫酸ナトリウムに少量の炭酸ナト
リウムを加えたものでもよい。また、離れたところからみやすくするために、色素を加えて着色するのもよい。
—11―

イ． 塩化 ナト リ ウム 溶液 の電 気 分解 3 )①シートに指示されているウェルに塩化ナトリウム溶液約 2 ｍL と食紅液を 5 滴入れる。
②ウェルを２分するように、ろ紙片を立てる。
③その上に電極板を置き，そこに炭素電極を２本立てる。
④導線を使って乾電池に正負を間違えないようにつなぐ。
⑤気体の発生，色の変化を観察する。においはどうか。どうしてこのような変化が起こるか説明しよう。
ウ．

任意 の電 解 質水 溶液 の電 気 分解

用意してある

酢酸ナトリウム,硫酸銅(II），塩化銅(Ⅱ), 塩化カリウム、硫酸マグネシウムなどの電解質から適宜選び、電気分解の際どのような反応が起こるか予想してみよう。ア、イ．と同様に実験して確かめよう。電極で起こっている反応を化学反応式で表そう。
食紅、ｐH 指示薬など適宜加えて予想を確かめよう。

銅の析出した炭素電極について：銅塩の電解後、炭素電極には金属銅が付着する。そのため銅塩の電解は最後に行う。析出した銅は希硝酸で溶かし、電極をしばらく純水に入れて酸を除く。あるいは、銅の析出した電極を陽極にして電解を行う。そうすると陰極に金属銅を集めることができる。これは銅の電解精錬と関係付けて説明できる。

II 電池をつくろう
１． 実験の概要
電気分解では，電気的エネルギーが化学エネルギーに変換されるのに対し，電池（太陽電池，
熱電池などと区別するために化学電池，ガルバニ電池ということもある）では，化学エネル
ギーが電気エネルギーに変換される。ここでは，高校の教科書に必ず出てくるダニエル電池，
鉛蓄電池，燃料電池を、セルプレートを使ってつくる。

２． 実験器具等
1 mol/L CuSO4，1 mol/L ZnSO4， 1 mol/ L Na2SO4， 1 mol/ L MgSO4，3.0 mol/L H2SO4，
2 mol/L NaOH, 金属薄板（いずれも 6 ｍｍｘ30 mm 程度）：銅、亜鉛，マグネシウム、鉛。テスター、IC メロディー、テスター，プロペラつき小型モーター、半透膜（セルロース透析チューブ）、ろ紙、炭素棒

３． 実験の手順
１） ダニ エ ル 電 池
ダニエル電池は教科書には図３のように描かれている。素焼きと書いてある壁は正極の部分と負極の部分を分けるもので，イオンを通す。マイクロスケ
ール実験では，素焼きの代わりに透析チューブを使
図３
3)

ダニエル電池の模式図

ここでは飽和食塩水を使う。希薄な食塩水を使うと，水の電気分解と食塩水の電気分解が同時に
起こる。
—12―

う。ここでは化学エネルギーが電気エネルギーに変わるが，電気エネルギーを音のエネルギーに変換したり，運動のエネルギーに変換しよう。

ア． シート 2 に記されているように一つのウェルに 1 mol/L CuSO4 を約 2 mL とる。
イ． 長さ 6 cm ほどの透析チュ‐ブを純水で湿らせて柔らかくし，一端を縛り（結び目をつくる）
袋状にして4）1 mol/L ZnSO4 約 1 mL を入れる。
ウ． この袋を CuSO4 の入ったウェルに立てる。
エ． 1 mol/LCuSO4 中には銅板を，1 mol/L ZnSO4 中には亜鉛板を立て，これらの電極の電圧5)をテスターで測定する。
オ． 電子メロディーやプロペラモーターにつないでみよう。
カ． 各金属では、どのような反応が起こっているか。
キ． 全体ではどのような反応が起こっているか。
ク． 教科書によって、素焼きの隔壁ではなく、塩橋を使うダニエル電池がある。30ｍｍｘ5mm ほどの細長いろ紙に硫酸ナトリウム水溶液をしみ込ませて塩橋にすることができる。隣りあった 2個のウェルの硫酸銅溶液と硫酸亜鉛溶液をこの塩橋でつないでマイクロスケールのダニエル電池をつくろう。
探究実験
１．ダニエル電池では、硫酸銅(II)‐金属銅、硫酸亜鉛‐金属亜鉛を使ったが、いずれか一方を硫酸マグネシウム‐金属マグネシウムにすると電池になるだろうか。予想をたて、実験してみよう。
２．ダニエル電池の起電力の原因となっているのは、酸化還元反応である。小型試験管中で、硫酸銅(II)水溶液に少量の金属亜鉛を加えるとこの反応は起こるだろうか。電気的なエネルギーは見られるか。見られないとしたらそのエネルギーはどこにいったのだろう。実験して考察し
よう。

２）

鉛蓄電池

シート３

鉛蓄電池の放電では次の反応が起こっている。
負極：

Pb

正極：

PbO２

＋

SO４２‐

→

PbSO4

＋

２ｅ‐

4 H＋

＋

SO４２‐

＋

2ｅ‐

＋

→

PbSO４

＋

2 H 2O

充電時にはその逆の反応が起こる。
①

鉛蓄 電池を つくる

ア．プレートの一つのウェルに 3.0 mol/L H2SO4

を 2.5 mL 取る。

イ．鉛板 2 枚を互いに接触しないようにこのウェルに立てる。
ウ．これらの鉛板を９V 乾電池に接続する。
エ．乾電池のプラス極に接続した鉛板の表面の変化を観察すること。
オ．数分たったら、乾電池をはずして、2 枚の鉛板の電圧を調べよう。
約２V あれば鉛蓄電池として使うことができる。
②

放電

上の鉛蓄電池に電子メロディーやプロペラモーターにつなぎ、そのとき電流がどのように流れるのか考えよう。
③
充電
4)

この袋は繰り返し使うことができる。実験後、水道水で洗って、純水中にしばらく放置後、取り出し自然乾燥させる。こわれないように、適切な容器に保存する。
5） ダニエル電池の標準電位は 1.10V である。
—13―

放電の結果、モーターが回らなくなったら、乾電池を接続して充電しよう。

３）

燃料電池の原理

燃料電池は、発電装置の 1 種である。水素を使う燃料電池は、「水の電気分解」と逆の原理で発電する。水の電気分解は、水に外部から電気を通して水素と酸素に分解するが、燃料電池
はその逆で、水素と酸素を電気化学的に反応させて電気をつくる。
①

電池をつくるア．12 ウェルプレートの一つのウェルに２mol/L 水酸化ナトリウム溶液約 2.5 mL を入れ、電解指示板を載せる。
イ．電解支持板の二つの穴に炭素電極をそれぞれ入れる。
ウ．炭素電極に９V 乾電池をつなぎ、約 1 分電解する。乾電池をはずし、2 本の炭素棒間の電圧を測ってみよう。
② 放電
再度約 1 分電解する。乾電池をはずし、電子メロディーをつないでみよう。
このとき、両電極で起こっている反応を式に書いてみよう。

探究
なぜ近年燃料電池が話題になっているのだろうか。水素を燃焼させて熱エネルギ
ーを得るのと、燃料電池を用いてエネルギーに変えるのと、得失を比較しよう。

参考文献

水の電気分解でできる気体の体積比を示すマイクロスケール実験, 荻野和子，化学と教育，
55 巻，2 号，82‐83，2007
高校化学のスモールスケール生徒実験─簡単にできる電気分解，荻野 和子，東海林恵子，化学と教育, 46， 742-743，1998
電池に関するいくつかのスモールスケール実験，東海林恵子，荻野 和子，化学と教育，49，712（2001）

—14―

電気分解
電解質

電 極 反 応Na2SO4陽極

2H2O → 4H+ + O2 + 4 e

2 mL

陰極

2 H2O + 2e- → 2 OH- + H2

ｐH試験液5滴観察されたこと（気体、色の変化、におい など）
陽極
陰極
陽極

陰極

電極板

全反応 2H2O → O2 + 2 H2

NaCl

陽極

2Cl- → Cl2 + 2 e-

2 mL

陰極

2 H2O + 2e- → 2 OH- + H2

pH試験液5滴全反応

2Cl- + 2H2O → Cl2 + 2 H2 + 2 OH-

陽極

陽極

陽極

陰極

陰極

陰極
全反応

陽極

陰極

陽極
陰極
全反応

１．ウェルに試薬（硫酸ナトリウムあるいは食塩溶液）と試験液をとり、ろ紙を立てる。
２．電極板をのせる。
３．炭素電極を電極板の穴から、ろ紙の両側に1本ずつ立てる。
４．導線のミノムシクリップで電極をはさみ、導線の他端を乾電池につないで電気分解を始める。
感想

荻 野 和 子 電解 シート

ー 15 ーAug. 2008

１

ダニエル電池

透析チューブを使う方法
1. 長さ約6cmの透析チューブを水で濡らし,一端を縛り,袋状にする。
2. プレートのセルの一つに1 mol/L CuSO4
1 mＬと銅板を入れる。
3. 透析チューブの袋に 1 mol/L ZnSO4 1
mＬ と亜鉛板を入れる。
4. 透析チューブを2.のウェルに入れ、下のようにセットする。
5. 銅板と亜鉛板の電圧を調べる。

観察されたこと感想

テスター
ＩＣメロディー
プロペラモーター
これらの変化で、エネルギーはどのように変換されているだろうか。

この電池の正極、負極で起こっている反応
正極
負極
全体の反応
ー 16 ー

荻 野 和 子 電池 シート ２
Aug. 2008

鉛蓄電池

ウェルに ３ mol/L H2SO4 約 2.5 ｍL とり、鉛板２枚を互いに接触しないように浸す。９V乾電池に接続して約2分電解する。

このとき観察される電極のようす（

１）放電

）

メーター、モーター、電子メロディーなどを接続

反 応

２）充電

反 応

酸化数の変化

正極

陽極

負極

陰極

酸化数の変化観察されたこと
電子の流れ、電流の方向を図中に記入しよう。

ー 17 ー
荻 野 和 子 電池 シート ３
Aug. 2008

18

7. 金属イオンの定性分析（48 セル プレート用）

20 08-7 -2

概要
金属イオン反応の理解はイオンの分離・分析の基礎的知識である。主な金属イオンの反応を観察する。
48 セルプレートを用い，分析する金属イオンを精選して行う。これにより知識を整理し，ひとつひとつの反応についてしっかり考える事ができる。セルプレートを用いることにより、沈殿反応の結果を一覧することができるので実験結果の比較と考察が容易になり，未知試料の分析にも役立つ。またマイクロスケール実験で行うことにより少量の試薬でも実験が可能であり，従って廃液の量も減り，環境にも配慮することができる。

単元
高等学校化学Ｉ「水溶液中のイオンの反応」

準備物
48 セルプレート，シート（台紙），点眼ビン（試薬の数），スポイト，ビーカー（小），加熱器，安全
めがね

試薬
金属イオン
硝酸銀，硝酸鉛，硝酸銅（Ⅱ），硝酸鉄（Ⅲ），硝酸アルミニウム，硝酸カルシウム，
塩化鉄（Ⅲ）

各 0.2 mol/Ｌ水溶液

陰イオン等
塩酸 2 mol/Ｌ
アンモニア水 1 mol/Ｌ と 6 mol/Ｌ
水酸化ナトリウム水溶液 1 mol/Ｌと 6 mol/Ｌ
硫酸 2 mol/Ｌ
硫化水素水（固型硫化水素の粉末を加熱し発生した硫化水素ガスを水にとかし、点眼ビンに保管する）
硝酸（液性調整用）2 mol/Ｌ

実験方法
1．台紙に 48 セルプレートをのせる。
2．点眼瓶（Ａ〜Ｆ）の各金属イオンを含む溶液を，台紙上に示した該当するセルにそれぞれ６滴ずつ滴下する。
3. 点眼瓶（①〜⑧）の各陰イオンを，金属イオン溶液の入っているセルに、台紙に記された指示に従って滴下して、
その変化を観察する。１列試薬を滴下するごとにセルプレートを軽く揺すって撹拌する。
補足：□ ７列目にＨ２Ｓ水を滴下する場合、まず金属イオン溶液に白色の点眼瓶に入っている硝酸２滴を加えて酸性にしてからＨ２Ｓ水を２滴加える。
□(30)Ｆｅ３＋と(31)Ａｌ３＋の操作においては、酸性での反応を観察してから、その後 6 mol/L のＮＨ３水を加えて塩基性にして反応を観察する。

注意＊

実験中は必ず安全めが ねを装 着すること—18 —注：⑦、⑧列目は特別な操作が必要なので、別紙の実験方法を参照して行うこと。
1mol/Ｌ 6mol/Ｌ 1mol/Ｌ 6mol/Ｌ

1mol/Ｌ 6mol/Ｌ 1mol/Ｌ 6mol/Ｌ

HCl

NH3水 NH3水 NaOH NaOH H2SO4

H2S

２滴

２滴

４滴

２滴

４滴

２滴

２滴

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

熱水

⑧

Ag+ Ａ

Ag+ Ａ

Pb2+ Ｂ

Pb2+ Ｂ

Cu2+ Ｃ

Cu2+ Ｃ

Fe3+ Ｄ

Fe3+ Ｄ

Al3+ Ｅ

Al3+ Ｅ

Ca2+ Ｆ

Ca2+ Ｆー 19 ー

HCl

NH3水 NH3水 NaOH NaOH H2SO4

H2S

２滴

２滴

４滴

２滴

４滴

２滴

２滴

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

熱水

⑧

金属陽イオンの定性分析の実験操作（48セル用）教師用

2008-7-2
点眼ビンに金属イオンおよび陰イオンを含め溶液を準備する。操作は台紙に記されたように滴下すればよいが，詳しくは下記の表のようになる。

＜実験方法＞それぞれ0.2mol/Lの金属イオンを含む水溶液（Ａ〜Ｆ）６滴に、陰イオンを含む溶液等（①〜⑧）を下記の指示に従って加える．
※ただし，【】内はセル番号を示す．
〔１列〕ＨＣｌの反応(1)Ag＋ に2mol/L -HCl 2滴を加える．【Ａ１】(2)Pb２＋に2mol/L -HCl

2滴を加える．【Ｂ１】〔２列〕ＮＨ ３水（少量）の反応(3)Ag＋ に1mol/L -NH3水 2滴を加える．【Ａ２】(4)Pb２＋に1mol/L -NH3水 2滴を加える．【Ｂ２】(5)Cu２＋に1mol/L -NH3水 2滴を加える．【Ｃ２】(6)Fe３＋ に1mol/L-NH3水 2滴を加える．【Ｄ２】(7)Al３＋ に1mol/L-NH3水 2滴を加える．【Ｅ２】〔３列〕ＮＨ ３水（過剰）の反応(8)Ag＋ に6mol/L-NH3水 4滴を加える．【Ａ３】(9)Pb２＋に6mol/L-NH3水 4滴を加える．【Ｂ３】(10)Cu２＋に6mol/L-NH3水 4滴を加える．【Ｃ３】(11)Fe３＋ に6mol/L-NH3水 4滴を加える．【Ｄ３】(12)Al３＋ に6mol/L-NH3水 4滴を加える．【Ｅ３】〔４列〕ＮａＯＨ（少量）の反応(13)Ag＋ に1mol/L-NaOH水溶液 2滴を加える．【Ａ４】(14)Pb２＋に1mol/L-NaOH水溶液 2滴を加える．【Ｂ４】(15)Cu２＋に1mol/L-NaOH水溶液 2滴を加える．【Ｃ４】(16)Fe３＋に1mol/L-NaOH水溶液 2滴を加える．【Ｄ４】(17)Al３＋に1mol/L-NaOH水溶液 2滴を加える．【Ｅ４】(18)Ca２＋に1mol/L-NaOH水溶液 2滴を加える．【Ｆ４】〔５列〕ＮａＯＨ（過剰）の反応(19)Ag＋ に6mol/L-NaOH水溶液 4滴を加える．【Ａ５】(20)Pb２＋に6mol/L-NaOH水溶液 4滴を加える．【Ｂ５】(21)Cu２＋に6mol/L-NaOH水溶液 4滴を加える．【Ｃ５】(22)Fe３＋に6mol/L-NaOH水溶液 4滴を加える．【Ｄ５】(23)Al３＋に6mol/L-NaOH水溶液 4滴を加える．【Ｅ５】(24)Ca２＋に6mol/L-NaOH水溶液 4滴を加える．【Ｆ５】〔６列〕Ｈ ２ＳＯ ４の反応
(25)Pb２＋に2mol/L-H2SO4 2滴を加える．【Ｂ６】(26)Ca２＋に2mol/L-H2SO4 2滴を加える．【Ｆ６】←ゆっくり析出する

〔７列〕Ｈ ２Ｓの反応(27)Ag＋ に2mol/L-HNO3 2滴を加えて酸性にしH 2S水 2滴を加える．【Ａ７】(28)Pb２＋に2mol/L-HNO3 2滴を加えて酸性にしH 2S水 2滴を加える．【Ｂ７】(29)Cu２＋に2mol/L-HNO3 2滴を加えて酸性にしH 2S水 2滴を加える．【Ｃ７】(30)Fe３＋に2mol/L-HNO3 2滴を加えて酸性にしH 2S水 2滴を加える．【Ｄ７】(31)Al３＋に2mol/L-HNO3 2滴を加えて酸性にしH 2S水 2滴を加える．【Ｅ７】(32)Ca２＋に2mol/L-HNO3 2滴を加えて酸性にしH 2S水 2滴を加える．【Ｆ７】(33) (30)の操作後に，6mol/L-NH3 2滴を加えて塩基性にする．【Ｄ７】(34) (31)の操作後に，6mol/L-NH3 2滴を加えて塩基性にする．【Ｅ７】〔８列〕熱水の反応(35)HClで沈殿したAgClを少量取り，熱水を10滴加える．【Ａ８】(36)HClで沈殿したPbCl2を少量取り，熱水を10滴加える．【Ｂ８】
注意：H 2 S水は固形硫化水素粉末を試験にいれて加熱し，ガラス管を通して発生した気体を水に溶かす．非常に変化しやすいので，使用する直前に準備することが望ましい．
廃液の回収方法①トレイに紙タオルを数枚敷く．②実験後のセルプレートを紙タオルにたたきつけるようにして，セル内の沈殿物を含む溶液を出す．綿棒でセル内部を洗浄する．③紙タオルに約100mlの水を加え沈殿物を洗い落とし，紙タオルを絞って廃液とする．

主な金属イオンの反応
（

Ａ行

Ag+

Pb2+

Ｃ行

Cu2+

D行

3+

Fe

E行

Al3+

F行

Ca2+

）組（

）番 氏名（

）

１列

２列

３列

４列

５列

６列

７列

８列

HCl 2mol/Ｌ

NH3水 1mol/Ｌ

NH3水 6mol/Ｌ

NaOH 1mol/Ｌ

NaOH 6mol/Ｌ

H2SO4 2mol/Ｌ

H2S

熱水

２滴

２滴 (少量)４滴 (過剰量)

２滴 (少量)４滴 (過剰量)

２滴

２滴

１０滴

(1) 例) 白色沈殿
例)

Ｂ行

）年（

(2)

(3)

(8)

(13)

(19)

(4)

(9)

(14)

(20)

(5)

(10)

(15)

(21)

(6)

(11)

(16)

(22)

(7)

(12)

(17)

(23)

(18)

(24)

(27)

(35)

(28)

(36)

AgCl
(25)

(29)

(26)

★上段は実験番号の結果（色の変化や沈殿の有無・沈殿生成の条件など），
下段は化学式を記入せよ。
ー 22 ー

(30)

(33)

(31)

(34)

(32)

金属イオンの未知試料分析
未知試料にはＡｇ＋、Pｂ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋のいくつかが含まれています。まず，未知試料に全ての金属が含まれていると仮定して，未知試料を分析する為の実験手順を考え，下の実験予想の欄に記入
しましょう。ただし，用いてもよい試薬は下に指定した陰イオン溶液等から選んで使用してください。
沈殿はセライ トろ過 により取り除き，「沈殿はどのような物質であるか」，「ろ液にはどのような金属イオンが含まれているか」などを考察しながら実験を進めていきましょう。

準備物
12 セルプレート，点眼ビン（試薬の数），撹拌棒，注射器，針金，スポイト，ビーカー，セラミック
ヒータ，セライト，脱脂綿，安全めがね

試薬
塩酸 2 mol/Ｌ
アンモニア水 1 mol/Ｌ と 6 mol/Ｌ
水酸化ナトリウム水溶液 1 mol/Ｌ と 6 mol/Ｌ
硫酸 2 mol/Ｌ，硝酸 2 mol/Ｌ，熱水
実験予想

—

23

—

実験結果と考察実際に行った操作，生じた反応，得られた沈殿・ろ液等で気づいたことを観察し，記入しましょう。
それらの結果からどの金属イオンを含んでいたかを考察し，一番下の表に○を記入しましょう。

試料番号（

）

Pｂ２＋

Ａｇ＋

未知試料に含まれている
イオンに○をする

—

24

—

Ｆｅ３＋

Ｃａ２＋

25

金属陽イオンの定性分析【参考】（96 セルプレートを用いる方法）

芝原寛泰
概要
イオン反応の理解はイオンの推定，イオンの分離の基礎的知識である。主な金属イオンの反応を観察する。
96 セルプレートを用いることにより，少量のサンプルでも実験が可能であり，従って廃液の量も減り，環境にも配慮した実験を行うことができる。また沈殿反応の結果を一覧することができ，実験結果の考察が容易になり，未知試料の分析にも役立つ．

単元
高等学校化学Ｉ「水溶液中のイオンの反応」

実験時間
50 分間 （「未知試料の分析」も続けて行うと 100 分）

準備物□

96 セルプレート １個□□シート（台紙）別紙参照□

点眼ビン（試薬の数）

□

安全めがね

１枚

□

12 セルプレート（未知試料分析用） １個
かく拌棒

試薬
□

金属イオン
硝酸銀，硝酸鉛，硝酸銅（Ⅱ），硝酸カドミウム，硝酸鉄（Ⅲ），
硝酸アルミニウム，硝酸亜鉛，硝酸バリウム

□

陰イオン等
塩酸 2 mol/Ｌ
クロム酸カリウム水溶液 0.5 mol/Ｌ
アンモニア水 1 mol/Ｌ と 6 mol/Ｌ
水酸化ナトリウム水溶液 1 mol/Ｌと 6 mol/Ｌ
炭酸ナトリウム水溶液 0.1 mol/Ｌ
硫酸 1 mol/Ｌ
チオシアン酸カリウム水溶液 0.1 mol/Ｌ— 25 —

各 0.2 mol/Ｌ水溶液

26

ヘキサシアノ鉄（Ⅱ）酸カリウム水溶液 0.1 mol/Ｌ
ヘキサシアノ鉄（Ⅲ）酸カリウム水溶液 0.1 mol/Ｌ
硫化水素水
硝酸（液性調整用）2 mol/Ｌ

注意□ 実験中は必ず安全めがねを装着すること．

実験方法
1．台紙に 96 セルプレートをのせる。
2．点眼瓶（Ａ〜Ｈ）の各金属イオンを含む溶液を，台紙上に示した該当するセルにそれぞれ３滴ずつ滴下する。
3. 点眼瓶（①〜⑫）の各陰イオンを，金属イオン溶液の入っているセルに台紙に記された指示に従って滴下して、その変化を観察する。
補足：
滴下量の少量とは 1 mol/Ｌ溶液を 1 滴，多量とは 6 mol/Ｌ溶液を２滴程度をいう。
「過剰」に加える場合の反応は，6 mol/Ｌの溶液を２滴程度加えることにより行う．
また過剰の試薬で沈殿が溶ける場合は，特に攪拌が必要である。
デジタルカメラ等で実験結果を写真として残すと事後の学習にも有効である。

— 26 —

金属イオンの反応 ワークシート
1mol/L 6mol/L 1mol/L 6mol/L

ＨＣｌ

K2CrO4 NH3NH3

NaOH NaOH Na2CＯ3 H2SO4 KSCN ﾍｷｻｼｱﾉ ﾍｷｻｼｱﾉ Ｈ２Ｓ

少量

過剰

少量

鉄(Ⅱ)酸 鉄(Ⅲ)酸
ｶﾘｳﾑ
ｶﾘｳﾑ

過剰

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫
+

Ag

Ａ

1

3

6

13

20

27

34

Pb2+ Ｂ

2

4

7

14

21

28

35

37

43

Ａ Ag+

44

Ｂ Pb2+

45

Ｃ Cu2+46

Ｄ Cd2+

47

Ｅ Fe3+

2+

Ｃ

8

15

22

29

2+

Ｄ

9

16

23

30

3+

Ｅ

10

17

24

31

Al3+ Ｆ

11

18

25

32

48

Ｆ Al3+

Zn2+ Ｇ

12

19

26

33

49

Ｇ Zn2+

50

Ｈ Ba2+Cu

Cd
Fe

Ba2+ Ｈ

5

40

39

36

41

42

38

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫
ＨＣｌ

K2CrO4 NH3NH3

NaOH NaOH Na2CＯ3 H2SO4 KSCN ﾍｷｻｼｱﾉ ﾍｷｻｼｱﾉ Ｈ２Ｓ

少量

過剰

少量

鉄(Ⅱ)酸 鉄(Ⅲ)酸
ｶﾘｳﾑ
ｶﾘｳﾑ

過剰

1mol/L 6mol/L 1mol/L 6mol/L

1mol/L 6mol/L 1mol/L 6mol/L

ＨＣｌ

K2CrO4 NH3NH3

NaOH NaOH Na2CＯ3 H2SO4 KSCN ﾍｷｻｼｱﾉ ﾍｷｻｼｱﾉ Ｈ２Ｓ

少量

過剰

少量

鉄(Ⅱ)酸 鉄(Ⅲ)酸
ｶﾘｳﾑ
ｶﾘｳﾑ

過剰

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫
Ag+ Ａ

1

3

6

13

20

27

34

Pb2+ Ｂ

2

4

7

14

21

28

35

Cu2+ Ｃ

8

15

22

29

Cd2+ Ｄ

9

16

23

30

Fe3+ Ｅ

10

17

24

31

Al3+ Ｆ11

18

25

Zn2+ Ｇ

12

19

26

Ba2+ Ｈ

43

Ａ Ag+

44

Ｂ Pb2+

45

Ｃ Cu2+46

Ｄ Cd2+

47

Ｅ Fe3+

32

48

Ｆ Al3+

33

49

Ｇ Zn2+

50

Ｈ Ba2+

5

37
40

39

36

41

42

38

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫
ＨＣｌ

K2CrO4 NH3NH3

NaOH NaOH Na2CＯ3 H2SO4 KSCN ﾍｷｻｼｱﾉ ﾍｷｻｼｱﾉ Ｈ２Ｓ

少量

過剰

少量

過剰

1mol/L 6mol/L 1mol/L 6mol/Lー 27 ー

鉄(Ⅱ)酸 鉄(Ⅲ)酸
ｶﾘｳﾑ
ｶﾘｳﾑ

主な金属陽イオンの反応 (96セル用）

Ａ行

Ag+

Ｂ行

Pb2+

Ｃ行

Cu2+

Ｄ行

Cd2+

Ｅ行

Fe3+

）組（

）番 氏名（

１列

２列

３列

４列

５列

６列

７列

８列

９列

１０列

１１列

１２列

HCl

K2CrO4NH3水 少量

NH3水 過剰NaOH 少量

NaOH 過剰

Na2CO3

H2SO4

KSCN

K4[Fe(CN)6]K3[Fe(CN)6]

H2S

1mol/Ｌ

6mol/Ｌ

1mol/Ｌ

6mol/Ｌ

（

(1)

(3)

(6)

(13)

(20)

(27)

(34)

(2)

(4)

(7)

(14)

(21)

(28)

(35)

(8)

(15)

(22)

(29)

(9)

(16)

(23)

(30)

(10)

(17)

(24)

(31)

）年（

）

(43)

(37)

(44)

(40)

(45)

(46)

(39)

(41)

(42)

(47)

(51)

＊＊＊＊＊

Ｆ行

Al3+

Ｇ行

Zn2+

Ｈ行

Ba2+

(5)

(11)

(18)

(25)

(32)

(12)

(19)

(26)

(33)

(48)

(49)

(36)

(38)

(52)

(50)
＊＊＊＊＊

★上段は実験番号の結果（色の変化や沈殿の有無・沈殿生成の条件など）、下段は化学式を記入せよ。
★ただし，空欄についても，沈殿反応を示すものもあるので注意すること。
ー 28 ー

29

30

31

2008（平成20）年8月8日
神奈川県立青少年センター
科学部
科学人材課
副技幹
奥 村
直

SPPマイクロスケール化学実験実践例

実験例１
１．

「電気分解を利用した銅めっき法」

目的

高校化学Ⅰの酸化と還元の単元の中で扱われている電気分解の利用法の一例として銅めっきの方法を紹介する。マイクロスケール化学実験により、廃液を出さず、時間もわずか５分弱で結果を見せることができる。
２． 実験方法
１） 陰極にはクリップを曲げて使用し、陽極には銅板を小さく切った物銅線で代用可）を使用する。これを100円ショップで購入した化粧クリームを入れる容器（４個で105円）に写真１のようにセットする。
２） 容器に1.0moℓ/ℓの硫酸銅水溶液を3mℓ入れる。写
真２３） 約5分後、陰極のクリップが写真３のように銅によってめっきされる。（左が銅めっきしたもの）

写真１

写真３

写真２

32

３．

実験結果
100円ショップで購入した容器は使いやすく、蓋をすることもできるた
め、今回使用した3mℓの硫酸銅水溶液は捨てずに次回にまた使用することが可能であった。試薬を滴びんに入れておくことにより、実験の準備から終了まで10〜15分と短時間ででき、また銅によってクリップの色が変化す
ることより電気めっきされたことがわかりやすかった。
電気分解の単元の補助実験として活用することができる実験と思われる。

実験例２
１．

「銀鏡反応による鏡の製法」

目的

高等学校「化学Ⅰ」で扱う有機化学分野の銀鏡反応をマイクロスケール
で行い、使用する試薬を極力少なくすることにより、銀イオンを含む廃液を減らし、実際に鏡を作成することを目的とする。
２． 実験方法
１）100円ショップで購入した化粧クリームを入れる容器（3個で105円）にカバーガラスを写真４のようにセットする。
２）0.1moℓ/ℓの硝酸銀水溶液、2moℓ/ℓ水酸化ナトリ
ウム水溶液、3moℓ/ℓアンモニア水、グルコース粉
末を用意する。
３）１）とは別のプラスチック容器に0.1moℓ/ℓ硝酸銀水溶液を20滴入れる。
４）３）に2moℓ/ℓ水酸化ナトリウム水溶液を4滴、滴下し褐色の沈殿を生成する。
５）3moℓ/ℓのアンモニア水を4〜6滴、滴下し容器をゆすって４）の褐色沈殿が小さい粒がわずかに残るようにする。
６）５）にグルコースの粉末を小さい薬さじで3杯入れて、容器をゆすり、混ぜる。
７）１）でカバーガラスを入れたプラスチック容器に、６）の溶液を全て入れる。しばらくすると、容器内の溶液が黒く変色し、 カバーガラスの表

33

写真４

写真５

面に銀が析出する。（写真５）８）カバーガラスを取り出し、銀の付着していな
い面を硝酸または硝酸鉄（Ⅲ）水溶液を綿棒の先につけ、磨くと写真６のようなカバーガ
ラスの鏡ができる。

写真６
３．

実験結果

容器はプラスチック製なので、銀はくっつかず、キムワイプ等で簡単に拭き取れ、燃えるゴミとして処理できた。
この実験は高校の授業で行っていたときは、シャーレにスライドガラスを入れて行い、２人で硝酸銀水溶液を10mℓ（一人あたり5mℓ）使用していたが、この方法では全部の試薬を入れて1mℓ弱であった。試薬と廃液の量を減らす事には成功したが、カバーガラスは割れやすく、鏡を生徒に持ち帰らせるには写真７のように容器に入れる必要がある。しかし、銀鏡反応を手軽に見せ、鏡の作り方を教える方法としては従来の方法より廃液や試
写真７
薬の量が少なく、後片付けも楽な点で優れていると考える。

34       ࢓ࣜࢤ࣭࡛ࣜỀࡡΊྙ࡞㛭ࡌࡾ࣏࢕ࢠࣞࢪࢢ࣭ࣜᐁ㥺୯ ᕖ ᚥ ኰ
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9.64 ± 0.01
9.653-6
4.00
7.70 ± 0.01
7.723-6
3.00
5.77 ± 0.01
5.793-6㸧 ⌦ ㄵ ⌦ㄵࡡレ⣵ࡢᩝ⊡ 2)࡞㆙ࡾ㸣
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ࣘࣤ 5 ⁈ᾦ࡛ࢤࣞ࢕ࢺࠕ㸡୷ၻ, 33 (1998).
㸧㸞 ୯ᕖᚥኰ㸡⌦⛁ࡡᩅ⫩㸡56㸡566 (2007).
㸨㸞 International Critical Tables, Vol. III,
McGraw Hill, New York, 1928.
㸩㸞 S. Westmeier, Chem. Tech., 28, 350 (1976).
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㸫㸞 G. C. Benson and O. Kiyohara, J. Solution
Chem., 9, 791 (1980).
㸬㸞 N. C. Patel and S. I. Sandler, J. Chem. Eng.
Data, 30, 218 (1985).
35電荷量の測定を取り入れた簡 便な水 の電気分解実験
本橋健次, 鵜飼正敏, 仁藤 修, 橋詰研一, 松崎清司, 三沢和彦
東京農工大学工学部物理システム工学科〒184-8588 東京都小金井市中町 2-24-16
motohasi@cc.tuat.ac.jp【は じめ に 】
東京農工大学物理システム工学科で開講している物理システム工学基礎実験Ⅰ（1 年生前期の基礎・専門教養科目）の中で、中和滴定，酸化還元反応，水の電気分解のマイクロスケール化学実験を導入した。このうち、電気分解の実験には消費電荷量の測定を取り入れ、学生たちが簡単に
ファラデーの電気分解の法則を確認できるように工夫した。マイクロスケールとまでは言えないが、安価な装置で簡単に定量測定が可能であり、よりコンパクトな装置に改良できる余地も十分にあると考えられるので、紹介する。
【方 法】
図 1 に装置の写真を示す。60mL のシリンジに 1mL のシリンジを 2 本接続し、三個の活栓を取り付けた。装置の固定にはブックスタンドとスプリングクリップを用いた。1mL シリンジの使用法は通常のマイクロスケール電気分解実
験[1]と同じである。乾電池と直列に 10Ωの抵抗を接続し、両端の電位差をテスターで測定し、ストップウォッチで時間変化を記録する。テフ
ロンビーカーに 100mL の NaOH 溶液(0.2mol/L)を入れ、これを 60mL シリンジで吸上げて 1mL
シリンジに溜める準備作業も学生が行う。

参考 文献[1] 荻野和子, 化学と教育, 55 巻 2 号 (2007) 82.

36

図1

電荷量の測定が可能な水の電気分解装置#$% (mA)【結 果】
16 セットの装置を 2 名 1 組で割り当てた。図2 に 電 流 値 の 時 間 変 化 の 一 例 を 示 す 。 H2 が0.8mL の位置にある陰極（まち針）近くまで溜まると、電流が急速に減少するので、この間は
10 秒おきに測定させ、それ以外は 30 秒おきに測定させた。実験準備に約 20 分、測定に約 20分、片付けに約 5 分要し、全体として 1 時間程
度で終了した。
H2 の体積から分解した水のモル数を計算させ、その 2 倍相当の電荷量が、電流値の時間積分（図 2 の数値積分）により算出した電荷量に等しくなることを確認させた。80％の学生が測定
値の 10％以内の誤差でファラデーの電気分解の法則が成立つことを確認した。しかし、中には50％近い差が現れたケースもあった。

15
10
5

0

100

200

300

400

500

!" (s)
図2

電気分解中の電流値の時間変化

イオン化傾向と起電力
静岡県立大学短期大学部

原田

茂治1

金属のイオン化傾向を理解させる実験の一つとして，金属板とその金属塩溶液からなる半電池を組み合わせた電池の起電力測定がある。これを簡便な方法で学生実験に取り入れるために，12 ウェルプレートを使って予備実験を行ってみた。
ニラコ2から購入した板状の Ag，Cu，Pb，Zn，Al を，17 × 50 mm に切断して電極板とした。金属塩として硝酸塩（特級または 1 級試薬）を用い，その濃度は 1 M とした。1 M KNO3
水溶液 100 mL に寒天 3 g を加え加熱溶解したのち，2 × 3.5 mm シリコンチューブあるいは 2 × 4 mm クラウンライトエコチューブ3に吸い込んで作成した塩橋を，適当な長さに切断して半電池を接続するために使用した。ポリエチレンチューブも使用可能であるが，隣り合うウェルを接続するには少し固い。起電力測定には，入力インピーダンスが 1000 MΩ
の電圧計（岩通 VOAC 7513）を用いた。測定は室温（25.4 − 25.7℃）で行った。2 ウェルを使用している電池を Fig. 1 に，5 ウェルを使用している M(s) | M(NO3)n (1 M) || AgNO3 (1M) | Ag(s) を Fig. 2 に示した。

Fig. 2 の状態で，ミノムシクリップ（黒）を，Cu→Pb→Zn→Al と付け替えてゆけば，Ag(s)| AgNO3 (1 M) を基準とする起電力が測定可能である。その測定結果の一例を Table 1に示す。
Table 1 M(s) | M(NO3)n (1 M) || AgNO3 (1 M) | Ag(s)の起電力 E
M(s)
E /V

Cu
0.421

Pb
0.996

Zn
1.215

Al
1.228

イオン化傾向の順を示す値は出ているが，標準電極電位から計算される値とは随分異なる値になった。さらに，この実験の問題点として，E の経時変化がかなり大きいことが挙げられる。亜鉛では測定中に明らかに板上に変化が見られたので，電流が流れすぎているのであろう。金属板あるいは塩橋そのものに起因する問題があるかもしれないし，電圧計の入力インピーダンスが低すぎるのかも知れない。事例報告会までには，これらの点をもう少し明らかにしておきたい。
〒422-8021 静岡市駿河区小鹿 2-2-1 e-mail: haradas@u-shizuoka-ken.ac.jp
ニラコ http://nilaco.jp/jp/index.php
3 クラウンライトエコチューブ http://www.hagitec.co.jp/kurauneko.htm
1237

万能pH 試験紙
ポリピペットマイクロスケール実験によるヨードホルム反応＿必要な試薬○堀 内晶 子 、進智 史、 吉 野輝 雄

サンプルの水溶液またはメタノール溶液（濃度約１５％）６mol/L NaOH 水溶液
10mL
ヨウ素10％、ヨウ化カリウム20%水溶液 10mL

国際基督教大学アーツ・サイエンス学科

はじめに
ヨードホルム反応は、高校の「化学 I」に記載されている反応であるが、本学の 3年生対象の有機化学実験 I の「アルデヒド、ケトンの典型的な反応」[1]として長い間テーマの一つとして実施して来た。2
年前からこの実験をマイクロスケール化
し、化学構造との関係を系統的に考察するテーマに改変した事例を今回紹介する。
実験 マニ ュ アル の概 要

1.

＿実験の 目的つ化合物がヨウ素、水酸化物イオンと反応し、ヨードホルム CHI3 の沈殿を生じる反応である。
CH3 + I2KINaOH

Ａ群 （CH3C＝O 基をもつ化合物）
メタノール（対照実験用）
水（対照実験用）
アセトン
水溶液
２‐ブタノン
メタノール溶液
アセトアルデヒド
水溶液
アセトフェノン
メタノール溶液３‐ペンタノン ＊メタノール溶液
酢酸水溶液＊はCH3CH2CO 基をもつ
Ｂ群（アルコール類）
エタノール
１‐プロパノール
２‐プロパノール
１‐ブタノール
tert‐ブチルアルコール
２‐ブタノール
イソブチルアルコール

ヨードホルム反応とは、CH3C＝O 基をも

H3C C
O

＿サンプル

CHI3 + CH3COONa + H2O

水溶液
水溶液
水溶液
メタノール溶液
水溶液
メタノール溶液
メタノール溶液＿ 実験手順
図１

アセトンのヨードホルム反応

試薬の調 製
各サンプルの１５％溶液をつくり、ポリ容器（プチボトル）に入れ、１２ウェル・マ
イクロプレートに配置する。

ヨードホルム反応をマイクロスケール
で行い、アセトン以外の CH3C＝O 基および CH3CHOH をもつ化合物について、ヨードホルム反応を起こす物質と化学構造の相関を調べる。また、ヨードホルム反応の反応機構について考察する。
＿ 必要な実験器具
１２ウェル・マイクロプレート １枚 （試薬配置用）
２４ウェル・マイクロプレート １枚 （反応用）
プチボトル（サンプル入れ）
ガラスサンプル管（内径10mm） ２０本
小試験管（外径8mm, プラ栓付き, 反応用） ２０本
廃液用ビーカー １個
ろ紙 １枚
ミクロ金属スパーテル １本

写真２

試薬の配置

反応用小試験管＿ 基本操作
それぞれの小試験管に
１ サンプルの水溶液またはメタノール溶液を５滴
２ ６mol/LNaOH を１２滴38

３ ヨウ素／ヨウ化カリウム水溶液を１６滴の順で加え、試験管に栓をしてよく振り混ぜ、ヨードホルムの沈殿生成を確認する。
沈殿をろ紙にのせ、ヨードホルムの黄色結晶の形状とにおいを確認する。
＿考察（Ⅰ）ヨードホルム反応に陽性の化合物と陰性の化合物での違いを考察する。
（Ⅱ）ヨードホルム生成の反応機構を考察す
る。
（Ⅲ） 酢酸は CH3C＝O 基をもつにもかかわらずなぜヨードホルム反応を起こさないのか。
（Ⅳ）ヨードホルム反応を起こすアルコール
類にはどのような共通点があるか。ヨードホ
ルム反応を起こすメチルケトン類との関係を踏まえた上で考察する。

<ワークシート＞

3. マイクロスケール化について
a. 従来[1]よりも 1/10 のスケールで実験の目的が達成できることが分かった。
b. マイクロプレートを使うことにより、実験結果を平面に広げて観察でき、化学構造との相関を考察がしやすくなった。
c. ワークシートとマイクロプレートを組み合わせて使うことで、試薬を間違いな
く加えることができ、実験時間が短縮された。サンプル溶液と試薬調製も入れ、ほとんどの学生が 1 時間以内で終了した。
d. 有機化合物の多くがアクリル製のマイクロプレートを溶かすため、ウエルの中でヨードホルム反応を行うことができない。そこで、3 で述べたマイクロプレートの利点を生かす方法として、小試験
管とサンプル管（試験管立て用）を使って反応を行った（図２）。
この方法は、多くの有機化学実験のマ
イクロスケール化に応用可能である。
e. 実験廃液の量が大幅に減少した。
4. 課 題a. アセトンのように水溶性のサンプルでは確実にヨードホルムが生成し結果が出る
が、水に不溶なサンプルやアルデヒドの中には結果の判定が難しいものがある。解決
法としてメタノールの追加、試験管の振り混ぜが有効であるが、教師が事前実験で解決法を確かめておくことが必要である。
b. プチボトルからサンプルを試験管に滴下する際にメタノール溶液の場合には滴数の制御が難しい。しかし、数回の試みでこつがつかめる。
おわりに大学の有機化学実験で実施しているヨードホルム反応であるが、高校の化学実験にも応用可能であると考える。
ヨードホルム反応は陽性、陰性を確認するだけの実験で済ませてしまうことが多い[1]が、対照サンプルをおき系統的に実験することで科学的方法を学ぶ機会となる。
5.

参考文献
1. フィーザー／ウィリアムソン有機化学実験 原書８
版 第28 章 p291.

39

ガラスキャピラリー

マイクロケミストリーによる
光有機化学反応

実験操作法

ベンゾフェノンの光二量化反応

1. 対照実験① と標準実験② (図１)
Benzophenone 100mg を 1.5mL 小試験管に測り取る（11 本）。
① 対照実験用に 1mL の tert-Butyl methyl
ether（または酢酸エチル）溶液をつくる。
② 標準実験用に 1mL の 2-Propanol 溶液をつくる。そこに 10％酢酸 tert-Butyl methyl ether
溶液を一滴加える。栓をしサンプル管を逆さに立て、野外で 1 週間太陽光に当てる。

吉野輝雄
国際基督教大学アーツ・サイエンス学科
はじめに

本学の有機化学実験 I のテーマとしてベン
ゾフェノンの光二量化反応を行っている。
これまでは、フィーザーの実験書[1]に従って数グラムスケールで実験していたが、スケー
ルを 1/20 にし、反応条件を科学的考察するマニュアルに変え、学習効果の高いテーマに改変することができたので、ここに事例として
紹介する。
1.

2. 酢酸添加の意味を考察する実験③10％酢酸溶液を添加しない反応液④0.5％NaOCH3 溶液を一滴加えた弱塩基性反応液をつくり、標準実験と同じように実験を行って結果を比較する。

実験マニュアルの概要

３．2-Propanol を他のアルコール溶媒に変えて実験する。（結果を予想せよ）。2 つ選ぶ。

ベンゾフェノンの光二量化反応
Ph

2

O

Ph

的

Sun light
CH

H3C

Benzophenone

目

Ph

H3C
C

C

OH
Ph

OH

Ph

H3C

Ph

H3C

C
OH

C

O

Benzopinacole⑤Methanol, ⑥Ethanol, ⑦1-Propanol,⑧Butanol, ⑨2-Butanol, ⑩Isobutyl alcohol,⑪tert-Butyl alcohol

野外に置くと数日後から Benzopinacole の無色の結晶が析出し始める。1 週間後にピペットで溶媒を注意深く吸い出し、結晶を試験管に残す。試験管をアルミフォイルで包み
100ｍＬナスフラスコに入れ、水浴で温めアス
ピレーターで 15 分間結晶を吸引乾燥。収量（収率）と融点を測定する。反応物と生成物の IR を測定し、反応物との構造の違いについて考察する。

：Benzophenone が 2-Propanol 溶媒

中で太陽エネルギーによって二量化し、Benzopinacole を生成するマイクロスケール実験を行う。この反応条件を調べるために
2-propanol 以外のアルコールを溶媒として用い、結果を比較する。また、この光反応のメカニズムについて考察する。
用意する試薬、器具類
Benzophenone 100 mg x11 回分＝1.1 g
2-Propanol
50 mL
溶媒：Methanol, Ethanol, 1-Propanol
1-Butanol, 2-Butanol, Isobutyl alcohol, tert-Butyl
alcohol
各 1 mL
10％酢酸 tert-Butyl methyl ether または酢酸エチル
溶液
0.5%NaOCH3 methanol 溶液
小試験管(1.5mL, 10ｘ50mm・mm) 10 本
10 mL サンプル管（小試験管立て用）
24 ウエル マイクロプレート 1 個
100 mL ナスフラスコ 1 個（減圧乾燥用）
アルミホイル
TLC チャンバー 1 個
Toluene（TLC 展開溶媒）
TLC プラスチックプレート(65x50 mm/mm)

図１ 反応液を逆さに置いて太陽に当てる

図2

40

１週間後

各反応生成物を Benzophenone, Benzopinacole, 3. 課 題
Bezhydrol（標準物質）と並べ TLC (展開溶媒；
Toluene)で分析する。展開後 Morstein 試薬(モ a. 対照実験として、はじめは Benzophenone
リブデンリン酸/硫酸セリウムの 10％硫酸溶の tert-Butyl methyl ether 溶液で行ったとこ
液)でスポットを発色させ、Rf 値を比較してろ、反応液は透明であったが TLC 分析する
同定する（Benzophenone は発色しない）。
と、わずかながら光二量化反応が起こっていることが分かった。そこで、酢酸エチル
考察課題
溶液に変えたところ光反応が起こらない
1. 光の波長：Benzophenone の紫外可視スペク
ことが分かり、対照実験としてより相応し
トルを調べ、どの吸収波長（光励起）が反いことが分かった。
応に使われているかを考察する[2]。
b. 小試験管を使うため 1 週の間には風雨で倒
2. 反 応 系 を 弱 酸 性 に す る 必 要 は 何 か 。
れ、太陽光の照射時間が不足することがあ
NaOCH3 で弱塩基性にした場合の生成物にる。そこで適当な重しを置き、風雨に備えついて考察する。
る必要がある。
3. 光反応における 2-Propanol の役割は何か？ c. この光反応は 2-Propanol 以外のアルコール
他のアルコールに変えた場合の結果を見中でも多少起こることが TLC で分かり、反て言えることは何か？
応メカニズムは実は単純ではない。学生が
4. この光反応メカニズムを考える[2]。
解釈で混乱せず、できるだけ科学的な考察をするよう指導すると、学習効果が上がる。
2. マイクロスケール化の効果について
d. 100 mg スケールの実験で行ったが、この実
験には、次に続く課題として生成物のa. 従来の実験[1]では 100 mL のなすフラスコ
Benzopinacole のピナコロン転位反応が用に 2g の Benzophenone を 約 110 mL の意されている。そのためには、学生は生成
2-Propanol に溶解して太陽光に当てていた物をよい収率で得なければならない。しかが、これを 1/20 にスケールダウンさせた。
し中には、単離収率が低く、転位反応の実
これにより、単に使用する試薬量を削減で施が危うい学生が出る。そこで、光反応できただけでなく、他の反応条件と比較する
2 倍量の反応物を用い、同量の溶媒で実験
系統的な実験プログラムに改良することできるかを調べたところ可能であることができた。
が分かった。そこで、場合によっては実験
b. 酢酸を少量加えた場合と加えない場合、逆スケールを 2 倍にしてもよい。
に弱塩基性にした場合の結果とを TLC で比較することにより反応条件の影響につ 3. おわりにいて簡単に考察することができた。
太陽光をエネルギーとして化学反応を行わ
c. 2-Propanol の役割を調べるために他のアルせる有名なベンゾフェノンの光二量化反応をコール類に変えて実験を行うこともでき
マイクロスケール化によって反応条件と反応る。
溶媒を変えて簡便に実験することができ、従特に、1 級、2 級、3 級アルコールを含む４
来よりも深く考察可能な実験テーマにできた種のブタノール異性体について調べること考えている。条件を学生に考えさせることとにより、化学構造と光反応条件についてで探求型のテーマにすることもできよう。こ
考察できる実験プログラムを組むことがのような方法は他の化学実験にも応用可能でできた。
あると考えられる。
d. この反応はほぼ定量的に進行し、生成物が2-Propanol に不溶であるという特徴をもつ
ためマイクロスケール化が容易なケース 参考資料である。すなわち、100 mg スケールの実験 1. フィーザー, 「有機化学実験第８版」, 50 章
であるが、mp, TLC, IR 測定に十分純粋な生 2. 徳丸克己,「有機光化学反応論」, 東京化学同
成物が得られ、学生でも取り扱える量であ 人ることが、3 年間の経験で分かった。

41

42

43

マイクロスケール化学・メーリングリスト(ML)

44

10.

参考資料

●マイクロスケール化学実験とは（荻野和子教授）
http://science.icu.ac.jp/MCE/Whatmsc.html●荻野 和子「マイクロスケール化学実験は楽しい」化学と工業,61, 448(2008)
http://science.icu.ac.jp/MCE/MCEOginoChemInd042008.pdf●荻野 和子、 荻野 博、猪俣慎二, 『新しい化学教育法〜マイクロスケールケミスト
リー〜』（放送大学研究年報 2005 http://opac.u-air.ac.jp/nenpou/no23/009.pdf●オーベンドラウフ教授の講演とデモ実験のPower Pointファイル(5.1MB)
英語版 http://science.icu.ac.jp/MCE/Japan2007presentation.ppt
日本語版 http://science.icu.ac.jp/MCE/Japan2007presentationJ.ppt●オーベンドラウフ「教え や すく 学習 効 果の 高 いス モー ル スケ ール 実験 」

MORE SMALL SCALE HANDS ON EXPERIMENTS FOR EASIER TEACHING
AND LEARNING
http://science.icu.ac.jp/MCE/Obendraufstranslation806.doc●2006年のSPP at ICU 「マイクロケミストリーで見る化学の世界」（高校生向け
マイクロスケール実験講習会の記録）
http://science.icu.ac.jp/MCE/icusppreport.html●SPP2007 at ICU(教員研修を目的とするマイクロスケール化学実験)報告書

http://science.icu.ac.jp/MCE/ICU_SPP2007FinalReport.pdf＊マニュアル：http://science.icu.ac.jp/MCE/SPP07Manual/index.html●マイクロスケール実験の例：
1. 電気分解と電池
荻野和子, 化学と教育, 55(2)82-83(2007).
東海林恵子・荻野和子, 化学と教育, 49(11), 712 (2001)
http://science.icu.ac.jp/MCE/waterdenkai.html
http://science.icu.ac.jp/MCE/daniellcell.html
2. 金属陽イオンの定性分析
http://natsci.kyokyo-u.ac.jp/~shiba/microscale/msHirobaOPEN.html
http://science.icu.ac.jp/MCE/metalanalysis.html
川本公二，坂東 舞，芝原寛泰, 化学と教育,５ ４ (10)548(2006)45

20 0 8 サイ エン ス ・パ ート ナ ーシ ップ ・プ ロ ジ ェク ト2007 SPP at ICU「マ イ クロ ス ケー ル化 学 実験 に よる
教育 法 の研 修お よ び実 践 例の 紹介 」

マニュアル

発行

国際基督教大学教養学部理学科〒181-8585 東京都三鷹市大沢３−１０−２

2008 年 7 月 15 日

北原和夫

0422-33-3252 kazuo@icu.ac.jp

吉野輝雄

0422-33-3281 yoshino@icu.ac.jp

堀内晶子

0422-33-3280 horiuchi@icu.ac.jp

46７．SPP 2008 写真による記録

TA の学生たち

実験キット完成

8/7 荻野先生の講演

実験キット１

芝原先生の実験の説明

ワークショップ１

実験キット２

ワークショップ２「金属イオンの分析」「電気分解と電池」

北原先生の説明

参加者記念撮影
実験廃液の処理

8/8 事例発表の部

東海林

東海林先生

奥村先生

中川先生

本橋先生

原田先生
堀内先生

MCE メーリングについて説明する芝原先生

８．工夫した点、反省と評価
A. 研修のねらいを達成するための留意点・工夫点
１．マイクロスケール化学の初心者が参加することを想定し、基本理念の講演と２つのマイクロスケール化学実験を両講師のご指導で全参加者に経験して頂いた。ここで、参加者全員が、マイクロスケール化学実験のキット（２箱）を持ち帰り、現場ですぐに実施できるように工夫した。そのために TAを組織し、主催者側で参加者数用意した。また、すぐに実施に役立つマニュアルを作成し、カラー版で配布した
２．経験者による事例発表（A に記載した通り）を採り入れた。
３．すでに開設済みのマイクロスケール化学ホームページの有効な使い方を実際のウエブ画面を見せながら説明した。また、同時に、メーリングリストによる日常の情報交換を勧めた。

B.

参加教員が、研修の成果を学校の教育活動に還元できるようにするための留意点・工夫点

1. 研修で使用したマイクロスケール化学実験のキット（２箱）を持ち帰って頂いたこと。
２．上記Ｂ３に記したように、すでに開設されているマイクロスケール化学ホームページの使い方を実際のウエブ画面を見せながら説明した。また、同時に、メーリングリストによる日常の教育活動の中で相談、工夫点の紹介、情報交換などを勧めた。
３．昨年度の SPP 報告書（マイクロスケール化学）を参考資料として配布した。

C.

反省と評価

・研修の評価方法と結果
１．アンケート（JST 作成のものと、主催者側で作成したもの）の回答を分析した。その結果、参加者のほとんどが今回の研修を高く評価していた。
参加者の９０％以上が授業に取り入れている、あるいは取り入れたいと回答。

２．研修中、終始、真剣さと適度な緊張感が支配していた（記録写真第７節）。

詳細が別途配布する CD-ROM アルバムに収められている。
３．研修後、メーリングテストにその後の実施経験や、質問が寄せられた。
メーリングリストに既に参加している人と今回参加申込みをした人の合計が８５％であった。
４．10 月に行われたイスラエルのレビネ博士のマイクロスケール化学講演会（本学、東北大学、京都教育大学）に SPP 参加者の何人かが参加した。本学での講演会には、学外から５人の SPP 参加者が出席した。
５．TA が研修プログラムを高く評価していた（アンケートと後での聞き取り）。
今後も機会があれば SPP 研修に協力すると回答した TA の数は９名中７名（他に１名はどちらかといえば協力する）。また、マイクロスケール化学教
育法を目の当たりにして環境教育的にも素晴らしいと評価した。
6. アンケートの結果（講師、実施者、TA、参加者）を JST に提出しているが、JST で分析、評価した結果をフィードバックして頂きたい。

D.

今後の発展性・課題等

a) 連携のあり方について
1. 講師、事例発表者によって充実したプログラムをもつことができたことを振り返ると、連携の意義が大きいと感じた。但し、近隣県ではない場合には旅費が必要であり、そのための事務量も負担となる。
２．近隣の県の教育委員会との連携で中高校の理科教員の参加を期待したが、消極的であった。理由は不明である。大学からでは分からない事情が背後にあると思われるが、それに対して適切な助言を与えてくれる機関と連絡できると有難い。
b) 研修内容、参加教員や学校現場への影響・効果について
１．研修内容は、上に記したようにすぐに現場に応用可能なテーマであり、それを補助するために実験キットを持ち帰って頂いた。しかし、教育現場では、多忙な仕事の中で実験準備がどれだけできるかが問題と想われる。キットによりデモ実験はすぐに可能だと思うが、生徒が参加する本来のマイ
クロスケール化学実験を実施するには、学校長の理解、予算的措置などについて適切な配慮と指導が必要であろう。

２．SPP 教員研修の対象は主に中高等学校の教師だが、大学の基礎化学、有機化学の学生実験にも応用可能であることが、今回の事例発表から分かった。
実験スケールを小さくすることにより、試薬や溶媒の節約となり、廃棄溶媒も少なくなるという利点がある。また、小さなスケールで行うことにより細心の注意をもって実験する態度が養われる。蒸留のような物質の取扱い技術を習得する場面ではなく、化学の概念を学ぶにはマイクロスケール
化学が最適と言える。
3. 参加者が異口同音に言われるのは、実験器具の入手法を知りたい、ということであった。これについては、すでにマイクロスケール化学のホームページに記載されているが、さらに経験者からの具体的な助言が必要と思われる。メーリングリストに参加することにより、経験者に質問できるので、活用することで解決の道が開かれるので、今後とも参加を勧めたい。

http://groups.yahoo.co.jp/group/mceml/

2008 SPP（サイエンス・パートナーシップ・プロジェクト）at ICU「マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介」
国際基督教大学教養学部アーツ・サイエンス学科＝＝【アンケ ート】＝＝

8 /7 , 8/2 008

１． 勤務先とご担当（専門）は？
□中学校

□高校

□大学

□大学生

□化学

□物理

□理科全般

□その他（

□大学院生

）

）

２． 学校（大学）で生徒（学生）実験を行っていますか？
□生徒実験として行っている。
年間□演示（デモ）実験として行っている。

□その他（

年間

回位
回位

□行っていない。
３． マイクロスケール化学実験(MCE)を生徒実験として取り入れていますか？
□はい
具体的な実験テーマとしては？
□MCE を受けた生徒の反応は？
□いいえ□取り入れたいと考えている。

□予定はない。

４. MCE を生徒実験として取り入れる場合の障壁（があるとすれば）を越えるためには何が必要だとお考えですか？

５．MCEを実行／普及するために実験器具・試薬のキット化を希望しますか？ □はい
希望する場合，どの程度の価格がよいとお考えですか？
試薬もキットに加えた方がよいとお考えですか？
６. 今回の事例発表について□参考になった□今後も行うべき
ご意見：□あまり参考にならなかった

７．MCE のホームページ(HP), メーリングリスト(ML)を利用していますか？
□HP を利用している。

□ML に加入している。

□ML への加入を希望する → メールアドレス
・HP, ML に何を期待しますか？

アンケートに回答いただきありがとうございます。
----------------------------------------------------------------------------------------------------● お差し支えなければ、お名前、メールアドレスをお書き下さい。
名前：
メールアドレス：謝辞2008 SPP at ICU 理数系教員指導力向上研修プログラムの実施に当たり、多くの方々にお世話になり、ご協力頂きました。
ここに名前を挙げて感謝の意を表したいと思います。
荻野和子教授芝原寛泰教授日比谷潤子, ICU 学務副学長

岡野伊藤健, 理学館長

卓教授、日本化学会化学教育ディビジョン主査

ICU 職員：
横澤

進さん

岩田

甫さん

阿部信宏さん

山川由雄さん佐藤

高井雅一さん雅昭

曽根朋子さんTA の学生：小川藍子、磯村洵子、樋口ゆたか、相原絵美、武井里紗
鷹野泰志、谷本瑞香、大谷徹也、伊藤嘉奈子、藤澤裕佳
独立行政法人・日本科学技術振興機構(JST)

北原和夫
吉野輝雄
堀内晶子

2 009 年 1 月 15 日

38

2008 サイ エン ス ・パ ート ナ ーシ ップ ・プ ロ ジ ェク ト
20 08 SPP at ICU
理数系教員指導力向上研修「マイクロスケール化学実験による教育法の研修および実践例の紹介」（整理番号：教大 81033）
ICU_SPP2008FinalReport.pdf

発行
国際基督教大学教養学部アーツ・サイエンス学科〒181-8585 東京都三鷹市大沢３−１０−２

2009 年 1 月 15 日

北原和夫

0422-33-3252 kazuo@icu.ac.jp

吉野輝雄

0422-33-3281 yoshino@icu.ac.jp

堀内晶子

0422-33-3280 horiuchi@icu.ac.jp