化学における実習技能 I

白色固体、無色液体、プールのような匂いの気体：WCH13はこれらに対して何をするべきかを問う。リチウムとストロンシウムの区別テスト、乾燥剤の配置理由、金属が過剰であったかどうか、データブック値よりエンタルピー値が小さい理由。すべての質問はUnits 1と2の実験室作業——行なった反応、行った測定、各手順における判断——に戻ってくる。

WCH13/01 Practical Skills in Chemistry I は第3IAS単位である：1時間20分、50点、全問必須、最低限6点の数学的計算点が要求される。仕様書では4つの評価能力を列挙している——実践的文脈での独立した思考、科学的手法の使用、算術力（グラフ、有効数字、正確さと精度）、器具の使用（選択、範囲と分解能、健康と安全）。問題は8つのコア実験を超えて、同一技術を用いて構築された未慣れな状況にも及ぶことがある。

炎色試験: ニッケルクロム線または白金線を濃塩酸で洗浄し、試料を浸漬し、最も熱く非発光（轟く青）火焰に持つ。リチウムは紅、ナトリウムは黄、カリウムは薄紫、カルシウムは砖赤、ストロンシウムは赤、バリウムは淡緑、銅は藍緑。2つの赤が衝突 — リチウムとストロンシウム — 因此化学的に確認する: 硫酸イオンを加える（希硫酸または可溶性硫酸塩）;硫酸ストロンシウム が沈殿し、硫酸リチウムは溶解したまま残る。カリウムは薄紫、ルビジウムは赤紫 — 「紫色」ではなく正確な言葉を述べる。

ハロゲニド陰イオン：希硝酸で酸化した後、硝酸銀を加える。塩化物イオンは白、臭化物イオンはクリーム色、ヨウ化物イオンは淡黄色の沈殿を生じる。アンモニアで確認する：AgClは希NH₃(aq)に溶け、AgBrは濃NH₃(aq)にのみ溶け、AgIはいずれにも溶けない。

Organic functional groups: phosphorus(V) chloride on an alcohol or carboxylic acid steams — the gas is hydrogen chloride (misty fumes, not "hydrochloric acid"). Acidified dichromate(VI) turns orange to green when a primary or secondary alcohol (or an aldehyde) is oxidised. Combine tests with a molecular ion: two C₃H₈O isomers give Mr 60; the strongest peak at m/z 31 (CH₂OH⁺) marks the primary alcohol, at 45 (CH₃CHOH⁺) the secondary — propan-1-ol and propan-2-ol.

自来水(脱イオン水はほとんど導電しない。イオンがほとんど存在しないため)に浸した滤纸に硝酸銀および鉻酸(VI)カリウムの液滴を加える。電流を流すと、Ag⁺イオンは陰極へ移動し、CrO₄²⁻は陽極へ移動し、赤色沈殿として出会う —— 2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄。この実演は、両塩がイオン性であることを示す証拠である。緑色の硫酸銅(II)クロメート斑点が分離し、青いCu²⁺が陰極へ流れ、黄色のクロメートが陽極へ流れる。

無水塩化鉄(III)の合成では、各段階の理由が採点対象となる。濃HClを高マンガン酸(VII)に作用させるのは酸化還元反応である：塩化物イオンは電子を失う（2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻）、一方高マンガン酸(VII)は還元される。無水塩化カルシウムは塩素を乾燥させる（「脱水剤」ではなく「乾燥剤」）。セラミックウールで固定する。鉄は半分ほど加熱した後、空気を洗い出す——否则铁会在与氯气接触前先与氧气反应。出口の水酸化ナトリウムは過剰な有毒な塩素を吸収する。生成物は受容器に昇華し、速やかに密封する必要がある。なぜなら吸湿性があるから——水を取り込んで水和物を形成するため、秤量された生成物の質量が計算上の最大値より重くなることがある。

** worked check.** 2.00 g の鉄から：$n = 2.00/55.8 = 0.0358$ mol。$M_r(\mathrm{FeCl_3}) = 55.8 + 3 \times 35.5 = 162.3$。最大質量 $= 0.0358 \times 162.3 = 5.82$ g —— そして5.80は、データが支持する数値を過小評価しているとして却下される。

Choose apparatus by what the measurement needs: a burette (±0.05 cm³ per reading, 50 cm³ range) for titres, a volumetric flask for making up solutions, a gas syringe for gas volumes, a thermometer graduated to 0.1–1 °C for temperature changes. Weigh by difference; read the bottom of the meniscus at eye level; take titres to concordant agreement (within 0.10 cm³) before averaging — the rough titre never enters the mean. Quote significant figures the data support, and state uncertainty as ± half a division per reading, doubling for a difference of two readings.

マグネシウムは亜鉛を置換する：既知質量の溶液の温度変化を測定し、mol あたりのエンタルピー変化に変換する。

** worked check (the 2025 data).** $n(\mathrm{Zn^{2+}}) = 0.0500 \times 1.00 = 0.0500$ mol；$n(\mathrm{Mg}) = 2.20/24.3 = 0.0905$ mol —— マグネシウムが過剰である。$\Delta T = 55.2 - 19.4 = 35.8$ °C。

マグネシウムではなく、溶液中の** limiting reagent**（亜鉛イオン）のモル数で割る。データブック値より実験値が小さい場合、熱損失 —— 定石の答え。改善策として承認されるもの：断熱容器（ポリスチレンカップ）、蓋、30秒ごとの温度記録またはデータロガー、低い濃度（秒あたりの熱損失を抑えるため）、冷却曲線のグラフを混合時刻まで外挿すること。「ピペットを使う」「反復して平均を取る」はここでは明記されず無視される——より良いガラス器具でも熱損失は防げない。

この試験紙は書式での実践的理解を問う。満点は、鋭い終点まで滴定したり、固体を定量的に移し替えたり、スクリーンの奥で濃HClを扱ったりしたことを示すわけではない——これらの操作は、8つのコア・プラクティカルやその関連実践を通じて授業内で習得されている前提である。

1. 未知の固体に対する炎色試験を説明し、ワイヤーの洗浄方法も含めよ。
2. 硝酸銀による塩化物、臭化物、ヨウ化物の沈殿の色を述べ、アンモニアによる確認方法を答えること。
3. リチウムとストロンチウムはともに赤い炎色を示す。両者の硝酸塩を区別する化学試験と観察結果を答えること。
4. filter-paper migration experimentで、なぜイオン交換水ではなく水道水に紙を浸す必要があるのか。また、水道水中のどのイオンが硝酸銀付近で白色沈殿を生じる可能性があるか。
5. 濃塩酸と高マンガン酸カリウムの反応による塩素生成の半方程式を書き、「redox（酸化還元）」である理由を説明せよ。
6. 2.00 gの鉄から塩化鉄(III)が生成する。最大質量を計算し、実際の生成物がより重くなる理由を説明せよ。
7. 50.0 cm³ の1.00 mol dm⁻³ ZnSO₄ が2.20 g Mgと反応する。過剰な試薬を示せ。
8. 溶液50.0 g（c = 4.18 J g⁻¹ °C⁻¹）の温度19.4 °Cおよび55.2 °C。ΔHを符号と単位を含めて計算せよ。
9. カロリメトリーに対する3つのscheme推奨改善点と、schemeが無視している一般的な提案を1つ挙げよ。
10. C₃H₈Oの異性体の質量スペクトルはm/z 45で強く現れ、31ではない。どの異性体か、またm/z 45はどのイオンか。

Answers: 1 clean the wire with concentrated HCl and heat; dip the sample into the hottest blue (non-luminous) flame and note the colour; 2 chloride white AgCl, bromide cream AgBr, iodide pale yellow AgI; AgCl dissolves in dilute ammonia, AgBr only in concentrated, AgI in neither; 3 add dilute sulfuric acid (or a soluble sulfate): a white precipitate (SrSO₄) means strontium, no precipitate means lithium; 4 deionised water has almost no ions so it does not conduct; chloride ions (or hydrogencarbonate) could form white AgCl on the silver side; 5 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻; chloride ions lose electrons (oxidised, oxidation number −1 → 0) while manganate(VII) gains them (reduced); 6 $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ mol; $0.0358 \times 162.3 = 5.82$ g; the deliquescent product absorbs water forming hydrates, adding water's mass; 7 Zn²⁺ $= 0.0500$ mol, Mg $= 2.20/24.3 = 0.0905$ mol — Mg in excess; 8 $\Delta T = 35.8$ °C; $q = 50.0 \times 4.18 \times 35.8 = 7482$ J; $\Delta H = -7.482/0.0500 = -150$ kJ mol⁻¹; 9 insulated (polystyrene) container; lid; temperature every 30 s or data logger; lower concentration; cooling-curve graph — ignored: pipette/burette, more accurate balance, repeats; 10 propan-2-ol; m/z 45 is CH₃CHOH⁺ (C₂H₅O⁺).