UA-119493607-1 電気でホットケーキを焼く | らくらく理科教室
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ホットケーキミックスには電解質が含まれています。電気を通じて発生する熱によって生地が膨らんできますが、次第に電気が通らなくなり、ほっといてもスイッチが切れるというしくみを紹介。

「学習項目」イオンからなる物質 電解質 炭酸水素ナトリウム 熱分解

「画 像」

 

「注 意」

1.感電に注意!電源を入れた後は、決して手を触れないこと。また、牛乳パックを転倒させてしまった場合でも、あわてて手を出さないこと。

2.あくまで実験なので、食することはあまり推奨しません。

 「解 説」

1.イオンが電気を導く:イオン結晶は、正負のイオンが電荷を中和するように規則正しく並んで構成され、結合はかなり強く、イオンの動きが抑制されているので、電気を導きません。しかし、水のような極性を持つ溶媒に溶解すると、イオンが自由に動き回るようになるので電気を導くようになります。材料のホットケーキミックスには、NH4+、Cl、Al3+などが含まれています。通電によって電気エネルギーにより熱が生じ、含まれている炭酸水素ナトリウムが熱分解を起こし、発生する気体により生地が膨らむのです。

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

しかし、この実験の面白いところは、熱によって次第に水分が失われ、次第に…

…省略…

2.電気でパンを焼く:ホットケーキを電力で焼き上げるためには、大きなエネルギーが必要です。発生する水蒸気だけに注目しても、水を沸騰直前まで加熱し、さらに蒸発させるための熱が必要です。水が蒸発する際の熱化学方程式は次の通りで、100 ℃の水18 gを蒸発させるだけでも、41 kJものエネルギーが必要であることがわかります。          H2O(液) = H2O(気) -41kJ

「確認演習」
1. ホットケーキのミックス粉には、イオン性の物質がたくさん含まれている。(画像参考)この物質について答えなさい。ただし、ミックス粉50gは水に溶かして100mLの溶液にしたと考え、水溶液は完全なもので、イオン性の物質は100%イオン化し、全ての化学反応は100%起こったと考える。
(1) ミックス粉には、イオン性の物質がたくさん含まれている。これらの物質の一般的な特徴を述べた文を完成させなさい。
「一般に融点や沸点が(     )く、(    )く割れやすい。結晶では電気が通らないが、水に溶けて、(    )となり、(    )を導くものが多い。
(2) ミックス粉の4.00%に炭酸水素ナトリウムが含まれていたとして答えなさい。
a. ミックス粉の溶液に含まれている、炭酸水素ナトリウムの物質量とモル濃度を求めなさい。(C=n/V)
b. 炭酸水素ナトリウムが熱分解する際の反応式を書きなさい。
c. 生成する二酸化炭素の体積V(標準状態)を求めなさい。
2. この装置では放置しておいても勝手に焼き上がり、電気のスイッチを切る必要がないという。これはどのように考えたらよいか、その理由を述べなさい。

 

化学基礎実験_NOTE

電気器具を用いる実験として、かつてはよく実施されていたもの。もちろん、調理ではなく、あくまで実験であるため、実験室で安易に食することは認められません。ただ、糖質生地が電気による熱で焼きあがる仕組みを学習するという点では良い教材です。ただし、2A近い電流が流れるため、感電防止配慮が必要。倒れにくいようにガムテープでコードを固定してます。操作は一人が担当し、何が起こっても反射的に手を出さないよう注意を徹底。

電極にはチタン板(ケニス製:68×80×10mm)を使用、AC100Vで安全のため回路中に200W電球をつなぐことが推奨されています。

No.5 学籍番号[    ]氏名[       ]

「表 題」イオンとイオンからなる物質の性質

「目 的」イオンからなる物質の固体と水溶液にした場合の粒子としての振る舞い、特に電圧をかけた場合に起こることについて考察する。

「実験理論」

  • イオンが電気を導く:イオン結晶は、正負のイオンが電荷を[ 中和 ]するように規則正しく並んで構成されている。このイオン間の結合は強固であり、結晶内部でのイオンの動きは抑制されているため、結晶そのものは電気を[ 通さない  ]。しかし、水のような極性を持つ溶媒に溶解すると、イオンが自由に動き回り電気を導く[ 電解  ]質水溶液となる。材料のホットケーキミックスには、糖質の他にイオン性の物質(Na+,HCO3,NH4+,Clなど)もたくさん含まれているので、水に溶かすと電気を導くようになる。
  • 生地の膨張:電気エネルギーが[ 熱 ]エネルギーに変換され、炭酸水素ナトリウムが熱[ 分解 ]して気体(二酸化炭素や水)が生成する。

2NaHCO→ Na2CO3 + H2O + [ CO2 ]

炭酸水素ナトリウム 炭酸ナトリウム 水

発生した気体が糖質の生地の中に留まることでふかふかした構造ができる。

  • 水分が蒸発する:通電による発熱で糖質の生地が[ α]化するとともに、次第に水分が失われイオン移動が鈍くなる。次第に、電流の流れが減ってうまい具合にスイッチが切れる。なお、水を蒸発させるための熱量は、次の熱化学方程式の通り100 ℃の水18 g(=1mol)を蒸発させるだけで41 kJものエネルギーを必要とする。

[ H2O(液) ] = [ H2O(気) ]– 41 kJ

「準 備」

牛乳パック(底面から電極の長さに合わせて使う) ホットケーキミックス粉90 g ビーカー(100 mL) 牛乳70 mL 割りばし 電極用チタン板2枚 専用の電気コード(ワニ口クリップ付き) ガムテープ アルミホイル つま楊枝

「操 作」

  • 紙パックを電子天秤に置き、ホットケーキミックス粉を直接入れて90 gを秤取る。
  • ビーカー(100mL)を用いて牛乳(または水)70 mLを加え、割りばしでよくかき混ぜておく。
  • 紙パックの側面(対面)に電極用チタン板2枚を配置し、専用の電気コードのワニ口クリップ部で固定する。
  • 紙パックを電源の近くに移動させ、コード部分をガムテープで固定する。→まだ電源に差し込まない!待機!
  • 転倒のおそれがないと確認した後、電気コードプラグを電源タップに差し込む。→以降は片手操作
  • 水蒸気が出なくなって一定時間経過後、電極に触れないようにして、プラグをコンセントから抜く。
  • 紙パックの中身を取り出してアルミホイル上に置き、つま楊枝などで突き観察する。

「工夫と注意・片付けなど」

  • 電気コードが短いので、電源の近くで操作すること。
  • 電極を手で触れていないことを確認し、電源を入れた後も、決して手を触れないこと。また、牛乳パックを転倒させてしまった場合でも、あわてて手を出さないこと。

 

「観察・結果」

  • 操作を片手で行う理由:
  • 電気コードプラグを電源タップに差し込んだ後の様子:
  • 焼き上がり状態の観察:
  • 実験装置・操作図など

「考 察」

  • 電気を流すことで起こる科学的な変化は何か?
  • この装置は「電気パン調理の原型」であるが、特に電源を切るタイミングを気にしなくても良いといわれている。これはどういうことか、図説しなさい。
  • 電極として用いた金属「チタンTi」の基本的な性質を説明しなさい。また、鉄板や銅板を用いる場合と比べて、教材として優れている点を述べなさい。

 


◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対(!)にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものが多いので参考にして下さい。


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