「質量は保存されるって習ったのに、問題では軽くなってるじゃん!」
中2理科の質量保存の法則で、いちばん多いのがこのパニックだ。福岡県の公立高校入試でも、1学期・2学期の定期テストでも、化学変化のところは本当によく出る。しかも「覚えてるのに点が取れない」単元の代表格なんだよね。
今日は、大野城市・春日市で中学生を教えてきた経験から、みんながつまずく3パターンを「気体がどこへ行ったか」という1つの視点で全部つぶしていくよ。これが分かれば、化学変化の質量の問題はほぼ全部解ける。
そもそも質量保存の法則ってなに?
ひとことで言うと——
理由:化学変化では原子の組み合わせが変わるだけで、原子そのものは消えたり生まれたりしないから。
ここで超大事なのが「全体の」という言葉。原子は1個も消えない。だから「全部ひっくるめた質量」は絶対に変わらない。
じゃあなぜ問題では軽くなるの? となるよね。ここが最大の落とし穴なんだ。
つまり「保存されてない」んじゃない。逃げた気体を数え忘れてるだけなんだ。
つまずきパターン①:密閉とフタ開けを区別していない
これがダントツで多い。テストでも狙われる。
判断のルールはたったこれだけ👇
・フタを開ける/開放のまま → 気体が外へ逃げる → 逃げた気体のぶん軽くなる
「化学変化=質量保存だから、いつでも変わらない」と暗記。フタを開けた問題でも「変わらない」と答えて×。
まず「気体が出る反応か?」「容器は閉じてる?開けた?」を確認。開けたら気体が逃げる→軽くなる、と判断する。
例題1
うすい塩酸と石灰石(炭酸カルシウム)を密閉容器に入れて反応させた。気体(二酸化炭素)が発生したが、容器のフタは閉じたままにした。反応後、全体の質量は反応前と比べてどうなるか。
答え:変わらない。 気体は発生したけど、密閉容器の中に閉じ込められたまま。容器の外に何も出ていないから、全体の質量はそのまま。
例題2
例題1のあと、容器のフタをゆっくり開けた。このとき全体の質量はどうなるか。理由も書け。
答え:軽くなる。 理由:発生した二酸化炭素が容器の外(空気中)へ逃げ出すから。
——この「理由を書け」が福岡の記述でよく出る。キーワードは**「気体(二酸化炭素)が容器の外へ出ていくから」**。これを自分の言葉で書けるかが勝負だよ。
つまずきパターン②:「沈殿の反応」を気体と混同する
質量保存には、気体が出ないタイプの実験もある。代表が**硫酸と塩化バリウム(白い沈殿=硫酸バリウムができる)**だ。
・沈殿(固体)ができる → 容器の中に残る → 変わらない
・気体ができて開放 → 外へ逃げる → 軽くなる
沈殿の反応は、密閉でもフタを開けても質量は変わらない。なぜなら固体は空気中に逃げていかないから。ここを気体反応とゴッチャにすると、不要な「軽くなる」を書いて失点する。
つまずきパターン③:金属の酸化で「増えるぶん」を見落とす
スチールウール(鉄)やマグネシウムを空気中で加熱すると、質量が増える。「保存の法則なのに増えるの!?」とまた混乱するポイント。
「燃やしたら軽くなるはず(灰になるイメージ)」と思い込み、増えた質量を説明できない。
金属が空気中の酸素と結びついたぶん、重くなる。増えた質量=結びついた酸素の質量。
これも質量保存の法則の中で考えれば矛盾しない。**「金属+酸素=酸化物」**で、酸素が外から加わったぶん全体は重くなる。原子は消えていない。むしろ酸素原子が仲間に加わっただけだ。
→ 1.0 − 0.8 = 0.2g(増えたぶん=結びついた酸素)
「増えた質量=結びついた酸素」——この一行を体に入れておけば、酸化の計算問題は怖くない。福岡入試でも、銅やマグネシウムの比(銅:酸素=4:1、マグネシウム:酸素=3:2)と絡めてよく出るよ。
3パターンを1枚で総まとめ
② 気体が出る × フタ開け → 軽くなる(気体が外へ逃げる)
③ 沈殿(固体)ができる → 変わらない(外に出ない)
④ 金属+酸素(酸化) → 重くなる(酸素が結びつく)
※ どのパターンも「逃げた/加わった物質まで数えれば、原子の総量は不変」=これが法則の本質。
結局、質量保存の法則でやることは1つだけ。「気体が外に出たか、外から加わったか」をチェックする。それだけで全パターン判断できる。
確認テスト(3問)
手を動かして確認しよう。答えはすぐ下にあるけど、まず自分で考えてね。
- うすい塩酸とマグネシウムを開放したビーカーで反応させ、水素が発生した。反応後の質量はどうなる?
- 硫酸と塩化バリウム水溶液を混ぜて白い沈殿ができた。密閉していないとき、質量はどうなる?
- 銅1.2gを十分に加熱したら酸化銅1.5gになった。結びついた酸素は何g?
2. 変わらない(沈殿は固体で外に出ないから)
3. 1.5 − 1.2 = 0.3g
全部正解できたら、質量保存の法則はもう得点源だ。間違えた問題があったら、その場でもう一度——覚える時間より、解いて間違えた直後に解き直すほうが何倍も頭に残る。これがろっく家庭教師がいつも勧めている「すぐテスト法」だよ。
おわりに
質量保存の法則は、暗記すると混乱するけど、「気体が出入りしたか」だけ追えば一発で整理できる。1学期期末でも福岡の入試でも、化学変化の質量は必ず顔を出す。今のうちに3パターンを自分の言葉で説明できるようにしておこう。
大野城市・春日市あたりで「理科の化学変化がどうしても分からない」「期末のここだけ集中で対策したい」という中学生・保護者の方は、ろっく家庭教師まで気軽に相談してね。つまずいている“ちょうどその一歩手前”から、一緒にほどいていくよ。
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