気体の色、におい、重さ、水溶性、捕集法、製法まとめ(小中高別)

小学校で習う気体の性質

気体は目に見えない物質ですが、身近なところに存在します。例えば私たちは常に空気を吸って、吐いています。これは体内に空気中の酸素をとりこむためです。中学受験では酸素を中心に、水素、二酸化炭素、塩化水素、アンモニアの5つがよく出ます。

気体 臭い 空気と比べた重さ 水に溶けるか 捕集法
水素 無色 なし 軽い 溶けない 水上置換
酸素 無色 なし ほぼ同じ 溶けない 水上置換
二酸化炭素 無色 なし 重い あまり溶けない 下方・水上置換
塩化水素 無色 刺激臭 重い よく溶ける 下方置換
アンモニア 無色 刺激臭 軽い よく溶ける 上方置換

私たちは酸素を吸って、二酸化炭素を吐いています。逆に植物は光合成によって二酸化炭素を吸って、酸素を吐いています。植物があるおかげで酸素がなくならないのです。

塩化水素は刺激臭で毒性があり、危険な気体です。そのため実験で扱う時はよく注意しなければいけません。塩化水素が水に溶けたものを塩酸といいます。塩酸は強い酸性で、BTB溶液を黄色に変えます。

捕集法のメモ

・水に溶けない気体は水上置換
・空気より軽い気体は上方置換
・空気より重い気体は下方置換

中学校で習う気体の性質

中学校ではさらに塩素、硫化水素、二酸化硫黄などが加わります。

名称 化学式 臭い 空気と比べた重さ 水溶性 捕集法
水素 H2 無色 なし 軽い 溶けない 水上置換
酸素 O2 無色 なし ほぼ同じ 溶けない 水上置換
二酸化炭素 CO2 無色 なし 重い あまり溶けない 下方・水上置換
塩素 Cl2 黄緑色 刺激臭 重い 溶ける 下方置換
塩化水素 HCl 無色 刺激臭 重い よく溶ける 下方置換
硫化水素 H2S 無色 腐乱臭 重い 溶ける 下方置換
二酸化硫黄 SO2 無色 刺激臭 重い よく溶ける 下方置換
アンモニア NH3 無色 刺激臭 軽い よく溶ける 上方置換

硫化水素のみ臭いが刺激臭でなく腐乱臭となっています。よく「卵の腐ったような臭い」といわれます。

捕集法については上で述べたように水に溶けるか、空気より軽いか重いかで区別しますが、以下のように考えることもできます。

・ほとんどは下方置換
・上方置換はアンモニアのみ
・水上置換は水素、酸素、二酸化炭素のみ

高校で習う気体の性質

気体 臭い 空気と比べた重さ 水溶性 捕集法
H2 無色 なし 軽い 溶けない 水上置換
O2 無色 なし ほぼ同じ 溶けない 水上置換
O3 淡青色 特異臭 重い あまり溶けない 無声放電
N2 無色 なし ほぼ同じ 溶けない 水上置換
CO 無色 なし ほぼ同じ 溶けない 水上置換
CO2 無色 なし 重い あまり溶けない(弱酸性) 下方・水上置換
Cl2 黄緑色 刺激臭 重い 溶ける(酸性) 下方置換
HCl 無色 刺激臭 重い よく溶ける(強酸性) 下方置換
H2S 無色 腐乱臭 重い 溶ける(弱酸性) 下方置換
SO2 無色 刺激臭 重い よく溶ける(酸性) 下方置換
NO 無色 なし ほぼ同じ 溶けない 水上置換
NO2 赤褐色 刺激臭 重い よく溶ける(強酸性) 下方置換
HF 無色 刺激臭 軽い よく溶ける(弱酸性) 下方置換
NH3 無色 刺激臭 軽い よく溶ける(弱塩基性) 上方置換

フッ化水素は軽いが、水素結合によって二量体を形成するため下方置換で捕集する。またフッ化水素は他のハロゲン化水素と異なり、水に溶けたものは弱酸性である。これは水素結合によって電離しにくいからである。

酸素は無色だが、オゾンは有色で、捕集法も無声放電と他と異なる。オゾンは酸化力が強く、消毒などに使われている。

硫化水素と二酸化硫黄は代表的な還元剤であり、両者が反応すると硫黄が生じる。
SO2 + H2S → 2H2O + 3S

製法

化学式 製法
H2 Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
O2 2H2O2 → 2H2O + O2
O3 3O2 → 2O3
N2 NH4 → N2 + 2H2O
CO HCOOH → H2O + CO
CO2 CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Cl2 CaCl(ClO)・H2O + 2HCl → CaCl2 + 2H2O + Cl2
HCl NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl
H2S FeS + H2SO4 → FeSO4 + H2S
SO2 Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + 2H2O + SO2
NO 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
NO2 Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2
HF CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF
NH3 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

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