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学校理科実験時において、水素の発生と捕集の実験時での事故が数多く報告されている。このことに関して、各設問に答えること。

「設問1」

水素は極めて爆発燃焼しやすい気体であり、その燃焼(爆発)範囲は4~75%とされている。水素と空気の混合気体における水素の割合が4%未満の場合は、水素濃度が低すぎて燃焼自体が起こらず、4~75%の範囲では、激しい燃焼が起こる。では、水素が75%以上の場合はどうなるか?その燃焼の様子や炎の色の特徴を50字以内で説明しなさい。

「設問2」

次リンク先の動画(水素爆発:実践記録)では、1:00あたりで激しい爆発が起こっている。実験操作の順番は正しい手順のように思えるが、どこに問題があるだろうか。その科学的理由とともに100文字以内で説明しなさい。

「設問3」

中学理科1年相当の実験で、水素を発生させる実験が取り扱われている。おおよそ、次のような手順で実施されることが多い。

(1)塩酸を入れた三角フラスコに亜鉛粒を入れて反応させ、発生した水素をゴム栓とゴム管で気体誘導する。

(2)水槽で水素を何本かの試験管に捕集し、ゴム栓をする。その後、ゴム栓を外して水素に点火して反応の様子を観察する。

この一連の実験操作が正しく実施されていれば、まず事故は起こらない。しかし、実践現場では指導者や生徒の「ある操作ミス」によって、水素の爆発事故が多発している。それはどのような操作だと考えられるか。「想定される事故の原因を分析し、改善を指導する立場」で100文字以内で説明しなさい。


◇遠隔授業としての指示:設問1~3の回答をこの下のコメント欄に直接記入しなさい。出席確認機能も兼ねているので、可能な限り各授業時間内に考えをまとめて回答すること。最初に「6/23・氏名」をわかるように記載のこと。(授業開始直後から受付、コメント返信、名前をぼかして公開予定。)


コメント一覧

返信2020年6月24日 4:26 PM
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佐藤友樹24/

6.24佐藤 1、酸素分圧が低いため爆発燃焼には至らず、橙色の炎を出し穏やかに燃える。 2、ストローから手を放し、着火するまでにタイムラグがあった。その間にストロー先から空気が侵入してしまうため、筒内の酸素分圧が上がってしまった。そのため着火した瞬間に爆発燃焼が起こっている。 3、気体発生装置のガラス管の先に誤って点火してしまうミスによって爆発事故が起こると考えられる。そのため気体を捕集した試験管などに点火する際は気体発生装置をその場から片付けてから行うようにする。または気体発生装置のある場所から十分離れた場所で点火操作を行うことで、気体発生装置に点火してしまう事故は予防できると考えられる。

    返信2020年6月24日 5:34 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >2、…着火した瞬間に爆発燃焼が起こって…  → イメージとしては、炎が中に引き込まれる感じだ >3、…事故は予防できると考えられる。  → 〇

返信2020年6月23日 4:12 PM
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あしのみゆ24/

6/23芦 1.オレンジ色の炎がメラメラと燃焼する。 2.ストローを抑えてた指を離してから火をつけるまでの時間がかかってしまった点が問題である。水素は非常に拡散しやすい気体であるので指を離している間に空気が多く混ざってしまったのでメラメラと燃えずにすぐに爆発した。 3.水素に点火する際に、誤ってフラスコから漏れた水素や、生徒が興味本位で水素発生装置に点火してしまいフラスコの破片で生徒が怪我をする恐れがあるのでフラスコを試験管に変えたり点火する時は水素発生装置は片付けるなどの改善をする。

    返信2020年6月23日 4:17 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >1.オレンジ色の炎が…  → なぜその色になるのかも考えてみる >2.…水素は非常に拡散しやすい気体であるので…  → まず、この世でもっとも軽い気体 >3.…フラスコを試験管に変え…  → ガラスのは破損はないだろうが、ゴム栓やガラス管は吹き飛ぶので危険性は小さくはないかも

返信2020年6月23日 4:10 PM
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24/

6/23 濵 1.炎は橙色であり、爆発せずにゆっくりと燃焼反応が進行する。 2.指を離してから点火するまでが遅いので、点火する前に下方から酸素が入り込み水素濃度が燃焼範囲に入ったことで着火した瞬間に激しい爆発が起こった。 3. 誤って、あるいは生徒の悪ふざけにより発生装置に直結したガラス管に点火し装置内の水素に引火したことで水素の爆発事故が発生していると推測できる。対策としては点火実験に移るまえに気体発生装置を片付けさせ、気体発生の終了を確認してからマッチを配布するなどの方法などが考えられる。

    返信2020年6月23日 4:13 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >2.…水素濃度が…  → 水素分圧という言い方もある >3. …気体発生装置を片付けさせ…  → フラスコの栓を外すという手もあるが、イタズラには対応できないか。

返信2020年6月23日 4:07 PM
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匿名24/

6/23 村 設問1 水素自体は燃焼を促進させないため、激しい爆発ではなく、穏やかにオレンジ色の炎を出し燃える。 設問2 ストローの口を外してから素早く引火を行わなかったため、水素と空気がストロー内で混合し、燃焼範囲の水素濃度になったため爆発的な燃焼をした。 設問3 装置の水素発生口の近くで引火することで、想定していなかった場所で爆発し、火傷や器具が破損して怪我をする可能性がある。火をつける前に実験道具は片付けるよう指導する。

    返信2020年6月23日 4:37 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >設問2 …水素と空気がストロー内で混合し…  → おそらくは、ストロー先の炎が中に吸い込まれてから爆発するものと思われる >設問3 …火をつける前に実験道具は片付けるよう指導する。  → もっとも間違いない安全な方法ではある

返信2020年6月23日 3:51 PM
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吉有24/

6/23 よ 1.青色の炎がめらめらと燃える。(目に見えにくい) 2.ストローから手を放して火をつけるのが遅れてしまったので、水素が放出し、空気が入った。そのため水素濃度が燃焼範囲に入り爆発した。 3.発生した水素を最初から集めてしまうと純粋な水素ではなく空気も入ってしまうため、試験管の中の水素濃度が燃焼範囲に入ってしまう。

    返信2020年6月23日 4:33 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >1.青色の炎がめらめらと…  → 酸素十分なときこそ青い色では? >2.…水素が放出し…  → 水素の物性についても述べる >3.発生した水素を最初から集めてしま…  → そういうことではなく、どのような改善を図るべきかを提案する。

返信2020年6月23日 3:47 PM
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24/

6/23・荒 1 75%以上では引火して爆発はせず、メラメラと燃える。炎の色はオレンジ。 2 指を離しているのに火をつけるのが遅くなったため、その隙に酸素が中に入り込んでしまった。火をつけたときには中の水素濃度が75%を下回ったため、すぐに爆発してしまった。指を離すタイミングに気をつけなければならない。 3 誤って発生装置のゴムの先に火を近づけてしまうと爆発が起こる。そうならないように、発生装置を片付けるまではゴム管の先を水の中に入れておくようにする。

    返信2020年6月23日 4:11 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >2…指を離すタイミングに気をつけなければならない。  → この動画のケースでは、火をつけるタイミングが遅すぎたのだろう >3 …発生装置を片付けるまではゴム管の先を水の中に入れておくように…  → それでもいたずらや勘違いで誤操作が起こるので…?

返信2020年6月23日 3:39 PM
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匿名24/

畑 1.  水素が75%以上の時は、一瞬だけポンという音を立ててオレンジ色の炎が上がる。 2.  着火するまでにもたつきがあり時間がかかってしまった。そのために容器の中の水素分圧が低下し空気中の酸素が入り込んだ。そのため、着火したときには水素の燃焼範囲4~75%の範囲になってしまっており爆発した。 3.  水素を集めた試験管に点火するのではなく、水素の発生口(ゴム管)に点火してしまったり、試験管の位置とゴム管の位置とが近すぎて誤って点火してしまった場合水素の爆発事故が起きてしまう。そのため児童に試験管に集めた水素に点火させるときはゴム管の位置を確かめ距離をとって行うように指示をする。また、逆火してしまうことも考えておきプラスチックなどの割れない容器を使ったり容量の小さい容器を使用させる。  

    返信2020年6月23日 4:08 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >1.…一瞬だけポンという音を立てて…  → おそらくその「ポン」は、ストロー内に残っていたわずかな空気。 >2.…容器の中の水素分圧が低下し空気中の酸素が入り込んだ…  → 水素が上方に抜け、空気が入り込み…の順 >3.…ゴム管の位置を確かめ距離をとって行うように指示  → 反応容器は栓を外しておく方法もある

返信2020年6月23日 3:27 PM
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匿名24/

 6/23 田口 1.青い炎がめらめらと燃える。 2.ストローから手を放して火をつけるのが遅れたため水素が逃げ、空気が入った。そのため水素濃度が燃焼範囲に入り、爆発的に燃焼した。 3.試験管に水素を集めるとき、塩酸と亜鉛を反応させてからすぐに捕集を始めると三角フラスコに入っていた空気も取り込んでしまう。また、ゴム栓をするときには水槽内で空気が入らないように指導する。

    返信2020年6月23日 3:35 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >1.青い炎が…  → 青い炎の色の意味も考えてみるべし >2.…水素濃度が燃焼範囲に入り、爆発的に燃焼した。  → 水素分圧の低下 >3.…」すぐに捕集を始めると三角フラスコに入っていた空気も取り込んで…  → それはそれで実験の意味はある。事故が起こるとすればどのようなケースか?

返信2020年6月23日 3:18 PM
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匿名24/

6/23 秋 1.75%以上であると爆発せず、メラメラと燃焼する。炎はオレンジ色。 2.ストローから手を放してから点火するまでの時間が長いため、上部が純度の高い水素ではなくなってしまい火をつけた途端に爆発してしまう。 3.水素を発生させたまま点火、あるいは、水素発生口の近くで点火してしまう事が原因であると考える。事故を起こさせないために火をつける前に実験装置を片付けておくように指導する。

    返信2020年6月23日 3:33 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >1.…爆発せず、メラメラと…  → メラメラ…穏やかな、とか >2.…上部が…  → 下部から空気が混入するのでは? >3.…水素発生口の近くで点火してしまう…  → 生徒のいたずらも原因になることが多い

返信2020年6月23日 3:12 PM
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24/

6.23 廣 1.メラメラと、エタノールが燃えるような感じで燃える。 2.水素を注入してから炎を近付けるまでの間、指で蓋をしておかないと、水素は空気よりかなり軽いため、容器内の水素が空気中に逃げてしまう。今回は指を離してから炎を近づけるまでに時間がかかりすぎていたためだと考えられる。 3.水素を集めた試験管のうち、1本目はゴム管内の空気なども含まれてしまう。そのために、水素濃度が75%以下になってしまいす爆発する。1本目は実験に使わない、数秒経ってからゴム管を試験管につけるという指示をする必要があると考えられる。

    返信2020年6月23日 3:30 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ24/

    >1.メラメラと、エタノールが燃えるような感じ…  → エタノールが燃える感じとは?色は?炎の強さは? >2.…時間がかかりすぎていたため…  → 水素分圧が…という結論にもっていく >3.…1本目はゴム管内の空気なども含まれ…数秒経ってからゴム管を試験管につける…  → つけない!まさか!危険極りー!

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