問題
次の気体の捕集方法について、正しいものはどれか。
(1) 水素は空気より軽く水に溶けやすいため、下方置換で捕集する。
(2) 酸素は水に溶けやすいため、上方置換で捕集する。
(3) 二酸化炭素は空気より軽いため、水上置換で捕集する。
(4) アンモニアは空気より軽く水に非常によく溶けるため、上方置換で捕集する。
(5) 塩素は空気より軽いため、下方置換で捕集する。
危険物取扱者乙種４類｜気体の捕集方法を解説
気体の捕集方法は、その気体が水に溶けやすいか、空気より重いか軽いかによって判断します。水に溶けにくい気体は水上置換で集めることができ、水に溶けやすい気体は空気との重さの違いを利用して上方置換または下方置換で集めます。正しい答えは(4)です。アンモニアは空気より軽く、水に非常によく溶けるため、水上置換ではなく上方置換で捕集します。
(1) 水素は空気より軽く水に溶けやすいため、下方置換で捕集する。
不適切です。水素は空気より非常に軽い気体ですが、水には溶けにくい性質があります。そのため、水素は水上置換で捕集するのが代表的です。また、下方置換は空気より重い気体を集める方法なので、空気より軽い水素には適していません。水素については「軽い」「水に溶けにくい」「水上置換で捕集できる」と整理して覚えると判断しやすくなります。
(2) 酸素は水に溶けやすいため、上方置換で捕集する。
不適切です。酸素は水に少し溶けますが、実験上は水に溶けにくい気体として扱われ、水上置換で捕集できます。酸素は空気と比べてやや重い気体ですが、空気中にも酸素が含まれているため、空気との置換では純粋な酸素を集めにくくなります。酸素は「水上置換で捕集する代表的な気体」と覚えておくとよいです。
(3) 二酸化炭素は空気より軽いため、水上置換で捕集する。
不適切です。二酸化炭素は空気より重い気体です。また、水に少し溶ける性質があるため、水上置換よりも下方置換で捕集するのが基本です。下方置換は、空気より重い気体が下にたまりやすい性質を利用する方法です。二酸化炭素は「空気より重い」「下方置換」と結びつけて覚えましょう。
(4) アンモニアは空気より軽く水に非常によく溶けるため、上方置換で捕集する。
適切です。アンモニアは空気より軽い気体であり、水に非常によく溶けます。そのため、水上置換で集めようとすると水に溶けてしまい、うまく捕集できません。そこで、空気より軽い性質を利用して上方置換で捕集します。アンモニアは「水に非常によく溶ける」「空気より軽い」「上方置換」という組合せが重要です。
(5) 塩素は空気より軽いため、下方置換で捕集する。
不適切です。塩素は空気より重い気体です。下方置換で捕集するという部分は方向性としては合っていますが、「空気より軽い」という説明が誤りです。また、塩素は水に溶ける性質もあるため、水上置換には適しません。選択肢の中に一部正しい内容が含まれていても、理由の説明が誤っていれば正しい選択肢にはなりません。
この問題で覚えるポイント
気体の捕集方法は、水への溶けやすさと空気に対する重さで判断します。水に溶けにくい気体は水上置換で捕集できます。酸素、水素、窒素などは水上置換でよく扱われます。水に溶けやすい気体は水上置換に向かないため、空気より軽ければ上方置換、空気より重ければ下方置換を使います。アンモニアは水に非常によく溶け、空気より軽いので上方置換です。二酸化炭素や塩素は空気より重いので下方置換で考えます。試験では「水に溶けやすいか」「空気より軽いか重いか」のどちらか一方だけで判断せず、両方を組み合わせて捕集方法を選ぶことが大切です。
ひっかけポイント
このテーマでは、気体の性質と捕集方法の組合せをずらして誤答を作るパターンがよく出ます。特に、水素は空気より軽いという知識だけで判断すると、上方置換や下方置換と混同しやすくなりますが、水に溶けにくいため水上置換が基本です。アンモニアは空気より軽い点だけでなく、水に非常によく溶ける点が重要で、水上置換では集められません。また、二酸化炭素や塩素は空気より重い気体であり、「軽い」と書かれているだけで誤りになります。一部だけ正しい文章に惑わされず、理由まで正しいかを確認することが正誤判断のポイントです。
