【中2理科】酸化と還元の要点まとめ｜同時に起こる反応と質量保存の法則

中2理科「酸化と還元」を、図と例題で1つずつ確かめるページです。この単元は、「酸素と結びつけば酸化、酸素をうばわれれば還元」の1つの言葉から考えられます。燃える・さびる・金属を取り出す・温度が変わる・質量が変わる、という身近なことを、酸素の動きでつなげて整理します。どの見出しも「答え → 図 → 理由 → 解き方」の順に書いています。紙に書いて練習したい人は、下の無料プリントを使ってください。

酸化とは？ 木炭や銅を加熱すると何と結びつく？

📄 プリント1・2ページ

木炭が燃えるとき：木炭（主な成分は炭素）を燃やすと、あとに少しの灰しか残らず、燃やす前より軽くなります。出てくる気体を集めて石灰水を入れてふると白くにごるので、炭素が酸素と結びついて二酸化炭素ができたと分かります。二酸化炭素は気体で空気中に出ていくので、残った物は軽くなります。

物質名の式：炭素 ＋ 酸素 → 二酸化炭素　／　化学反応式：C ＋ O₂ → CO₂

銅を加熱するとき：銅の粉末をステンレス皿にうすく広げてガスバーナーで加熱すると、銅色から黒色に変わります。できた黒色の物質は銅とはちがう物質で、銅と酸素が結びついた酸化銅です。銅は、炎を上げて燃えず、おだやかに結びつきます。

物質名の式：銅 ＋ 酸素 → 酸化銅

2Cu ＋ O₂ → 2CuO は、Cu ＋ O₂ → CuO（O：左2・右1）→ Cu ＋ O₂ → 2CuO（Cu：左1・右2）→ 2Cu ＋ O₂ → 2CuO の順に係数を決めて書きます。C ＋ O₂ → CO₂ も 2Cu ＋ O₂ → 2CuO も、左右で原子の種類と数が同じです。

スチールウールを燃やすと、重くなる？ 軽くなる？

📄 プリント3ページ

理由：木炭は燃えると二酸化炭素という気体になって出ていくので軽くなりました。鉄は燃えても、できた酸化鉄が固体のまま残ります。酸素が結びついた分だけ質量が増えるのです。

実験のやり方：

• 棒のてんびんの左右に、同じ質量のスチールウールをつるして、つり合わせる（燃やした物と燃やさない物の質量をくらべるため）。
• 片方だけに、ガスバーナーで火をつける。
• 火が消えてから、棒の傾きを見る。燃やした方が下がり、結びついた酸素の分重くなったと分かる。

燃やした後の物質は、鉄と酸素が結びついた酸化鉄で、鉄とはちがう物質です。鉄くぎがさびるのも、鉄が空気中の酸素とゆっくり結びつく変化です。

燃焼とは？ マグネシウムやエタノールが燃えるとき

📄 プリント4ページ

スチールウールは火花を出して燃えましたが、銅は燃えずに黒くなりました。どちらも酸化です。激しく燃える酸化を、マグネシウムで見てみましょう。

ピンセットではさんだマグネシウムリボン（銀色の金属）の先に、ガスバーナーの炎で火をつけ、蒸発皿の上で燃やします。強い光と熱を出して激しく燃え、白色の酸化マグネシウムができます。

物質名の式：マグネシウム ＋ 酸素 → 酸化マグネシウム

化学反応式は、Mg ＋ O₂ → MgO（O：左2・右1）→ Mg ＋ O₂ → 2MgO（Mg：左1・右2）→ 2Mg ＋ O₂ → 2MgO の順に書きます。

木炭・マグネシウム・スチールウールの燃え方は燃焼です。銅の加熱と鉄のさびは、熱や光を出す激しい変化ではないので、燃焼ではない酸化です。

有機物が燃えるとき：中1で学んだ有機物（エタノールなど。炭素をふくみ、多くは水素もふくむ）を燃やすと、炭素が酸素と結びついて二酸化炭素、水素が酸素と結びついて水ができます。集気びんの内側のくもりに青色の塩化コバルト紙をつけると赤色（桃色）になり、石灰水を入れてふると白くにごります。

酸化銅から、銅を取り出すには？ 実験の手順とわけ

📄 プリント5ページ

金属の多くは、自然の中では酸素などと結びついた物として産出されます。金属を取り出すには、酸化物から酸素をとり除けばよいのです。みがいた銅板を炎の外側に入れると黒くなり（酸化銅）、その黒い銅板を炎の内側（炎の中心の、まだ燃えていないガスがある所）に入れると、もとの銅の色にもどります。炎の中の物質が酸素をうばうからです。

実験：黒色の酸化銅の粉末と炭素の粉末をよく混ぜて試験管に入れ、ゴム栓・ガラス管・ゴム管（ピンチコックつき）をつなぎ、ガラス管の先を石灰水に入れます。

• 試験管の口を少し下げて、混合物を加熱する。 わけ：できた液体や水滴が加熱部分に流れて、試験管が割れるのを防ぐため。
• 気体が出なくなったら、ガラス管を石灰水から出してから、ガスバーナーの火を消す。 わけ：先に火を消すと、石灰水が逆流して試験管が割れるおそれがあるため。
• 火を消したら、すぐにピンチコックでゴム管を閉じる。 わけ：空気が入ると、熱い銅がまた酸素と結びついて、酸化銅にもどるため。
• 試験管が冷めてから、中の物質をとり出す。 わけ：熱いうちに空気にふれると、銅がまた酸化されるため。

還元とは？ 酸素はどう動いた？

📄 プリント6ページ

酸化銅と炭素の反応を、酸素の動きで見ます。化学反応式は 2CuO ＋ C → 2Cu ＋ CO₂ です。左右とも Cu2・O2・C1 で、原子の種類と数は同じです。

理由：酸化銅は酸素をうばわれて還元され、同時に炭素は酸素と結びついて酸化されます。1つの物質が酸素を失えば、別の物質がその酸素と結びつくので、還元が起こるときは、酸化もいつも同時に起こります。

ほかの物質でも、酸素をうばえる：酸化銅を加熱しながら水素を通すと、銅と水ができます。火のついたマグネシウムリボンを二酸化炭素を満たした集気びんに入れると、燃え続け、白い物質（酸化マグネシウム）と黒い物質（炭素）ができます。炭素・水素・マグネシウムのように、酸化物の中の物質より酸素と結びつきやすい物質を使うと、酸化物から酸素をうばえます（マグネシウムは炭素より酸素と結びつきやすい物質です）。

鉄の取り出し方：鉄鉱石（酸化鉄をふくむ石）から鉄を取り出すときは、溶鉱炉（高炉）で鉄鉱石をコークス（石炭からつくる、ほとんどが炭素の燃料）といっしょに高い温度にして、酸化鉄から酸素をとり除きます。

燃やさなくても温度が上がる化学変化は？ 発熱反応

📄 プリント7ページ

燃焼は、熱や光を出して激しく進む酸化で、まわりの温度が上がります。冬に使う使い捨てかいろは、炎も出ないのに温かくなります。何が起きているのでしょうか。

実験：

• ビーカーに鉄粉と活性炭を入れて混ぜる。
• 温度計で温度をはかる。
• 食塩水を加えてガラス棒でかき混ぜ、温度の変わり方を見る（食塩水は、鉄が酸素と結びつく変化を速めるため）。

結果：温度がしだいに上がります。鉄が空気中の酸素と結びつく（酸化）ときに、熱が出るからです。活性炭は空気（酸素）をとりこみやすくします。市販の使い捨てかいろにも鉄粉・活性炭・食塩水などが入っていて、袋から出して空気にふれると、炎を出さずにゆっくり酸化が進んで温かくなります。

温度が下がる化学変化は？ 吸熱反応

📄 プリント8ページ

化学変化で熱が出る例を見ましたが、反対にまわりが冷える化学変化もあります。

実験：

• ビーカーに塩化アンモニウムと水酸化バリウムを入れる。
• 水でぬらしたろ紙をかぶせる（出てくるアンモニアは水に非常にとけやすいので、ろ紙の水にとかして、においが広がるのを防ぐため）。
• ガラス棒でかき混ぜ、温度計で温度の変わり方を見る。

結果：温度が下がり、刺激臭のある気体（アンモニア）が発生します。

身近な吸熱反応：炭酸水素ナトリウムとクエン酸を水に入れると、二酸化炭素の泡が出て、温度が下がります。泡の出る入浴剤の多くには炭酸水素ナトリウムとクエン酸などが入っていて、湯の中で反応して二酸化炭素の泡が出ます。

化学変化には、熱の出入りがともないます。出せば発熱反応、うばえば吸熱反応で、温度計で見分けます。

化学変化の前と後で、全体の質量は変わる？ 質量保存の法則

📄 プリント9ページ

木炭は燃やすと軽くなり、スチールウールは重くなりました。化学変化で、全体の質量は変わるのでしょうか。中1では、状態変化で質量は変わらないと学びました。

沈殿ができる反応：うすい硫酸とうすい塩化バリウム水溶液を別々のビーカーに入れ、2つのビーカーごと電子てんびんで質量をはかります。混ぜると、白い沈殿（硫酸バリウム。水にとけにくい白い物質）ができます。混ぜた後に2つのビーカーごとはかると、混ぜる前と同じ 105.20 g のままでした。

気体が出る反応：

• 容器にうすい塩酸と、炭酸水素ナトリウムを入れた小さな試験管を入れ、ふたを閉めてはかる。
• 容器を傾けて混ぜ、ふたを閉めたままはかる（出た気体を容器の外に逃がさないため）。
• ふたをゆるめてから、もう一度はかる。

結果は 82.40 g → 82.40 g → 82.18 g です。0.22 g 軽くなったのは、出ていった二酸化炭素の分です。

なぜ、化学変化の前後で全体の質量は変わらない？

📄 プリント10ページ

理由：化学変化では、原子の組み合わせが変わるので、物質や分子の種類は変わります。しかし、原子の種類と数は変わりません。だから全体の質量は変わらないのです。2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O でも、左右とも H4・O2 です。

質量が増える・減るのも、法則どおり：銅を加熱して重くなるのは、銅が空気中の酸素と結びつくからです。皿の上の質量は、結びついた酸素の分だけ増えます（皿の上の銅 ＋ 空気中の酸素 ＝ できた酸化銅）。木炭が軽くなるのは、二酸化炭素が空気中に出ていくからです（反応した炭素 ＋ 酸素 ＝ 出ていった二酸化炭素）。どちらも、まわりの空気も合わせて考えれば、全体の質量は変わりません。

出ていった気体の質量の求め方：うすい塩酸の入ったビーカー全体 60.00 g と石灰石 2.00 g を用意しました（合計 62.00 g）。石灰石を入れて気体が出なくなってからはかると、61.12 g でした。

まとめ

酸化は物質が酸素と結びつく変化、還元は酸化物から酸素がとり除かれる変化で、還元が起こるときは酸化も同時に起こります。熱や光を出して激しく進む酸化が燃焼で、スチールウールは酸素が結びついた分だけ重くなり、木炭は二酸化炭素が出ていって軽くなります。化学変化で温度が上がる反応を発熱反応、下がる反応を吸熱反応といいます。化学変化の前後で、原子の種類と数は変わらないので、関係している物質全体の質量は変わりません（質量保存の法則）。プリントの確認問題で、実験の手順と質量の計算を手を動かして練習してみてください。

同じプリントの残りのページ（質量保存の法則のくわしい話と、質量の比を使った計算）は、「【中2理科】化学変化と化学反応式の要点まとめ｜質量保存の法則と質量比の計算」で解説しています。