問題
次の気体の性質について、正しいものはどれか。
(1) 水素は空気より重く、下方置換で捕集する。
(2) 酸素は自ら燃焼する可燃性気体である。
(3) 二酸化炭素は石灰水を白くにごらせる。
(4) 窒素は空気中に約21％含まれている。
(5) アンモニアは無色無臭で水にほとんど溶けない。
危険物取扱者乙種４類｜気体の性質と特徴を解説
気体の性質では、空気との重さの違い、燃焼との関係、水への溶けやすさ、確認方法、空気中の成分割合がよく問われます。正解は(3)です。二酸化炭素は石灰水に通すと、炭酸カルシウムが生じて白くにごるため、二酸化炭素の確認方法として重要です。
(1) 水素は空気より重く、下方置換で捕集する。
不適切です。水素は非常に軽い気体で、空気より軽い性質があります。そのため、「空気より重い」という部分が誤りです。水素は水に溶けにくいため水上置換で捕集できます。また、空気より軽いので上方置換で集めることもできます。下方置換は、空気より重い気体を集めるときに使う方法です。水素は可燃性があり、空気や酸素と混ざった状態で点火すると爆発的に燃焼することがあるため、危険物の学習では「軽い」「燃えやすい」という性質をセットで覚えるとよいです。
(2) 酸素は自ら燃焼する可燃性気体である。
不適切です。酸素は物を燃やすはたらきを助ける支燃性気体ですが、酸素そのものが燃える可燃性気体ではありません。ここは非常によく出るひっかけです。燃焼には、可燃物、酸素などの支燃物、点火源が関係します。酸素は燃焼を激しくする側の気体であり、自ら燃料として燃えるわけではありません。たとえば、水素や一酸化炭素は可燃性気体ですが、酸素は支燃性気体として区別します。
(3) 二酸化炭素は石灰水を白くにごらせる。
適切です。二酸化炭素を石灰水に通すと、石灰水中の水酸化カルシウムと反応して炭酸カルシウムが生じます。この炭酸カルシウムが白い沈殿となるため、石灰水が白くにごります。これは二酸化炭素の代表的な確認方法です。二酸化炭素は無色無臭で、空気より重く、燃焼を助けない性質があります。そのため、消火に利用されることもあります。ただし、二酸化炭素は酸素を押しのけるため、密閉空間では窒息の危険がある点も重要です。
(4) 窒素は空気中に約21％含まれている。
不適切です。空気中に約21％含まれているのは酸素です。窒素は空気中に約78％含まれています。空気の主成分は窒素であり、次に多いのが酸素です。この数値は物理・化学分野で頻出です。窒素は通常の条件では反応しにくく、燃焼を助ける性質もほとんどありません。酸素の約21％と窒素の約78％を逆に覚えてしまうと失点しやすいため、空気の大部分は窒素、燃焼に関係するのは酸素と整理して覚えるとよいです。
(5) アンモニアは無色無臭で水にほとんど溶けない。
不適切です。アンモニアは無色の気体ですが、強い刺激臭があります。また、水に非常によく溶ける性質があります。したがって、「無臭」「水にほとんど溶けない」という部分が誤りです。アンモニアは空気より軽く、水に溶けやすいため、水上置換で集めるのには適しません。水に溶けやすい気体は、水に吸収されてしまうためです。アンモニアはアルカリ性を示す気体としても重要で、湿らせた赤色リトマス紙を青色に変える性質があります。
この問題で覚えるポイント
気体の性質では、可燃性、支燃性、空気との重さ、水への溶けやすさ、確認方法を組み合わせて判断することが重要です。水素は空気より軽く、可燃性があり、水に溶けにくい気体です。酸素は空気中に約21％含まれ、物を燃やすのを助ける支燃性気体ですが、自ら燃える可燃性気体ではありません。窒素は空気中に約78％含まれる主成分で、通常は反応しにくい気体です。二酸化炭素は空気より重く、石灰水を白くにごらせ、燃焼を助けないため消火にも関係します。アンモニアは無色ですが刺激臭があり、水に非常によく溶け、空気より軽い気体です。捕集方法では、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、水に溶けにくい気体は水上置換が使える、という整理が正誤判断に直結します。
ひっかけポイント
このテーマでは、「燃える気体」と「燃焼を助ける気体」の混同がよく狙われます。酸素は燃焼に必要な気体なので、つい可燃性と判断しがちですが、正しくは支燃性です。また、空気中の割合では、酸素約21％と窒素約78％を入れ替えた選択肢が典型的なひっかけです。さらに、気体の捕集方法では、空気より軽いか重いか、水に溶けやすいかを同時に判断する必要があります。水素は軽い、二酸化炭素は重い、アンモニアは軽くて水に溶けやすい、という特徴を単独ではなく比較して覚えることが大切です。日常では「無色の気体」は特徴が少ないように感じますが、試験では臭い、反応、溶解性、確認方法の違いが正答を分けます。
