電解質水溶液で電流が流れる仕組みを説明する

食塩水、砂糖水、回路と電極、濃度を比べる七つの架空の資料を使う14問と六つの記述課題です。

学年・内容の目安 中学校第3学年。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。

学習用の練習の使い方

学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。

解説を読む

水にとけた物質の違いと、粒子が動けるかを考えます。電圧をかけたとき、何がどの部分で電荷を運ぶかを、観察した電流と結び付けましょう。

必要な予備知識

陽イオンと陰イオンの電荷、つながった回路、電流計の読みを区別できること。

  1. 電解質の水溶液には、水の中を動けるイオンがある。溶けても主に電気的に中性な分子のままの物質では、この仕組みで電荷を運べない。
  2. 水溶液中では陽イオンは陰極(-極)へ、陰イオンは陽極(+極)へ移動する。反対の電荷が逆向きに動いても、どちらも電流に寄与する。
  3. 水溶液中で電荷を運ぶイオンと、金属の導線で電荷を運ぶ電子を区別する。電極の表面で起こる反応は、この練習では詳しく扱わない。
  4. 試料を比べるときは、電圧、電極の間隔や浸す深さ、液の温度などをそろえる。電流計の表示が0でも、測定できる範囲を確認する。

解き方の例

結晶中でイオンが決まった場所に並んでいる場合と、水にとけて動ける場合では、同じ物質でも電荷の運ばれ方が異なります。

よくある間違い

  • 水にとける物質はどれでも同じように電流を流すと考える。
  • 陰イオンが陰極へ移動すると考える。
  • 導線の電子が、水溶液の中も同じように通り抜けると考える。

観察と考え方を講師と確かめる

電流計が示した記録と条件を読み、イオンの有無や動きで説明できる範囲を示します。

測定値は架空の小規模モデルです。電源のつなぎ方や薬品を使う実験操作を指示するものではありません。

文部科学省:中学校学習指導要領解説 理科編

読む文章・資料

三つの試料で電流を比べる

同じ装置と電圧で、水、食塩水、砂糖水の三つを比べました。電流計は食塩水で12 mA、水と砂糖水では表示の最小単位より小さい読みでした。食塩水にはNa⁺とCl⁻があり、砂糖は主に中性の分子のまま水にとけています。

二つのイオンの移動

食塩水に二本の電極を入れ、左の電極を正、右を負とした紙上のモデルです。電圧をかけたときのNa⁺とCl⁻の動きを考えます。

同じ食塩の結晶と水溶液

乾いた食塩の結晶では、Na⁺とCl⁻が決まった場所の付近に並びます。水溶液ではそれらが分かれて水の中を移動できます。この装置では結晶の電流は検出できず、水溶液では検出できました。

電極の極を入れ替える

左を正、右を負にしたとき、電流計の向きの表示は+6 mAでした。溶液と電極の位置を変えず、電圧の大きさを保って電極の極だけを入れ替えると、同じ向きでつないだ電流計は−6 mAを示しました。

食塩水の濃度を比べる

水溶液AとBに同じ電圧をかけ、液の温度、電極の間隔と浸す深さをそろえました。Bの方が食塩の濃度が高く、電流計はAで6 mA、Bで9 mAでした。この二つだけを測りました。

電流が流れないときの確認

試料Cに替えたところ電流計の表示が0でした。調べると、電流計へつなぐ導線の一つが外れていました。同じ装置には、先ほど読みが出た食塩水もあります。

水溶液の部分と導線の部分

二つの金属の電極は外の導線につながり、電極どうしの間には電解質水溶液があります。回路がつながり、電流計の表示が出ている間を考えます。金属中には動ける電子、水溶液には動ける陽イオンと陰イオンがあります。

練習する

選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。

入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。

確認問題・資料・講師と使う課題

  1. 資料:三つの試料で電流を比べる

    この装置で、電流の大きさを数値で読み取れた試料はどれですか。

    • 水
    • 食塩水
    • 砂糖水
    答えと解説

    食塩水

    記録で12 mAと読み取れたのは食塩水です。

  2. 資料:三つの試料で電流を比べる

    食塩水と砂糖水の違いをモデルで説明するとどれですか。

    • 砂糖水ではイオンが動き、食塩水の食塩は中性の分子として広がる。
    • 砂糖水にも食塩水と同じ種類と数のイオンがあり、水への溶け方は電流に関係しない。
    • 食塩水には動けるイオンがあり、砂糖水の砂糖は主に中性の分子。
    答えと解説

    食塩水には動けるイオンがあり、砂糖水の砂糖は主に中性の分子。

    電荷を運べるイオンと、水にとけても中性のままの分子を区別します。

  3. 資料:二つのイオンの移動

    Na⁺が向かう電極はどれですか。

    • 右の陰極
    • 左の陽極
    • 左右の電極へ同じ割合で向かう
    答えと解説

    右の陰極

    Na⁺は陽イオンなので、右の陰極へ向かいます。

  4. 資料:二つのイオンの移動

    電圧をかけたとき、二つのイオンが向かう先の組はどれですか。

    • Na⁺は左、Cl⁻も左。
    • Na⁺は右、Cl⁻は左。
    • Na⁺は左、Cl⁻は右。
    答えと解説

    Na⁺は右、Cl⁻は左。

    陽イオンNa⁺は陰極へ、陰イオンCl⁻は陽極へ向かいます。

  5. 資料:同じ食塩の結晶と水溶液

    結晶と水溶液でイオンの動きが違う理由はどれですか。

    • 結晶の中ではイオンが分かれ、水にとけると決まった位置に並ぶ。
    • 水にとけると、イオンは電荷を失って中性になる。
    • 結晶中では並びが保たれ、水にとけるとイオンが動ける。
    答えと解説

    結晶中では並びが保たれ、水にとけるとイオンが動ける。

    水にとけるとイオンが分かれて動けるため、水溶液の中で電荷を運べます。

  6. 資料:同じ食塩の結晶と水溶液

    結晶で電流を検出できなかったことから言えるのはどれですか。

    • この測定で電流を読めず、結晶にはイオンが並ぶモデルと両立する。
    • この結晶にはイオンがなく、水が電荷そのものを作った。
    • 結晶中の二種類のイオンは、同じ向きへ自由に動いた。
    答えと解説

    この測定で電流を読めず、結晶にはイオンが並ぶモデルと両立する。

    電流の有無には動けるかどうかが関係します。イオンの存在だけでは決まりません。

  7. 資料:電極の極を入れ替える

    電流計の+6 mAから−6 mAへの変化は何を示しますか。

    • 向きも大きさも変わった。
    • 向きは逆で、大きさは同じ。
    • 大きさは倍で、電流の向きは同じ。
    答えと解説

    向きは逆で、大きさは同じ。

    符号が反対で絶対値は同じなので、向きが逆になり大きさは6 mAです。

  8. 資料:電極の極を入れ替える

    極を入れ替えた後のNa⁺の動きはどれですか。

    • 右の電極は負のままで、Na⁺は右に引かれる。
    • 電流の符号が変わり、Na⁺は負の電荷になる。
    • 負になった左の電極へ向かう。
    答えと解説

    負になった左の電極へ向かう。

    入れ替えた後は左が陰極です。Na⁺の電荷は変わらず、向かう先が逆です。

  9. 資料:食塩水の濃度を比べる

    Bの電流はAの電流より何mA大きいですか。

    答えと解説

    3

    9 mAから6 mAを引くと3 mAです。

  10. 資料:食塩水の濃度を比べる

    この二つの記録から説明できることはどれですか。

    • この条件では、濃度の高いBの方が大きな電流が流れた。
    • この条件では、Bの電流がAの二倍で、濃度と電流が比例する。
    • 電流は同じで、濃度と電流は関係しなかった。
    答えと解説

    この条件では、濃度の高いBの方が大きな電流が流れた。

    この条件では6 mAと9 mAの差を比べられます。この二つだけで広い濃度範囲の関係は決まりません。

  11. 資料:電流が流れないときの確認

    Cの性質を調べるために、まず行う確認はどれですか。

    • Cを薄めてから、同じように外れた回路で測る。
    • 導線をつなぎ、電流を読めた食塩水で装置を確認する。
    • 電流計の0という表示をもとに、Cの粒子の種類を記録する。
    答えと解説

    導線をつなぎ、電流を読めた食塩水で装置を確認する。

    外れた導線を直し、既知の試料で装置が測定できることを確認します。その後Cを測ります。

  12. 資料:電流が流れないときの確認

    導線が外れた状態の0から判断できることはどれですか。

    • この状態でもCは非電解質の水溶液だと分かる。
    • Cには動ける陰イオンがあると分かる。
    • この状態ではCの電気伝導性を判定できない。
    答えと解説

    この状態ではCの電気伝導性を判定できない。

    回路がつながっていないため、Cの性質による0かどうかを比較できません。

  13. 資料:水溶液の部分と導線の部分

    電荷を運ぶ粒子を場所と対応させたものはどれですか。

    • 導線では電子、水溶液ではイオン。
    • 導線ではイオン、水溶液では電子。
    • 導線でも水溶液でも電子。
    答えと解説

    導線では電子、水溶液ではイオン。

    金属の中では電子が動き、水溶液の中ではイオンが動きます。

  14. 資料:水溶液の部分と導線の部分

    水溶液で陽イオンと陰イオンが反対向きに動くと、電流への関わりはどうなりますか。

    • どちらも同じ符号の電荷を運ぶので、二つの動きが打ち消し合う。
    • 電荷の符号も逆なので、どちらも電流に寄与する。
    • 陽イオンと陰イオンが反対向きに進むと、陰イオンは電流を運ばない。
    答えと解説

    電荷の符号も逆なので、どちらも電流に寄与する。

    電荷の符号が反対で動く向きも反対なので、二つの動きはどちらも電流に寄与します。

観察と考え方を講師と確かめる

資料:三つの試料で電流を比べる

食塩水と砂糖水で電流の読みが違ったことを、溶けた後の粒子から説明しましょう。

答えと解説

測定条件が同じとき、食塩水は12 mA、砂糖水は表示の最小単位より小さい読みでした。食塩水にはNa⁺とCl⁻が動ける状態であり、砂糖は主に中性の分子のままです。水にとけても、電荷を運べる粒子があるかが違います。

溶けたことと、動けるイオンがあることを区別します。

  • 測定条件が同じで、食塩水の方が大きな読みを示したことを挙げる。
  • 動けるイオンと中性の分子の違いで説明する。

資料:二つのイオンの移動

電極の符号と二種類のイオンの進む向きを、矢印か文で表しましょう。

答えと解説

左の陽極にCl⁻、右の陰極にNa⁺が向かいます。陰イオンと陽イオンは逆向きです。

電極の符号とイオンの符号をそれぞれ確認します。

  • 左は正、右は負と対応させる。
  • Cl⁻は左、Na⁺は右へ向かうと矢印または文で示す。

資料:同じ食塩の結晶と水溶液

結晶にもイオンがあるのに、この装置で水溶液の方に電流が検出された理由を書きましょう。

答えと解説

結晶でもNa⁺とCl⁻が存在しますが、決まった場所の付近にあり、水溶液のようには移動できません。水にとけるとイオンが分かれて動けるので、電荷を運びます。

荷電粒子が存在することと、電荷を移動させられることを分けます。

  • 両方にイオンがあることを示す。
  • 並びの中と水中での動きやすさの違いを電流と結び付ける。

資料:電極の極を入れ替える

電流計の符号と、電極を入れ替えた後のイオンの向きを別々に説明しましょう。

答えと解説

+6 mAが−6 mAに変わったので、電流の向きは逆、大きさは同じです。左が陰極(-極)、右が陽極(+極)に入れ替わり、Na⁺は左へ、Cl⁻は右へ向かいます。

向きが変わっても、粒子の電荷自体は変わりません。

  • 電流の符号が反対でも大きさは6 mAと示す。
  • 入れ替わった電極の符号と、二つのイオンの新しい向きを対応させる。

資料:食塩水の濃度を比べる

この二つの測定を使い、比較の条件と、記録から言える範囲を説明しましょう。

答えと解説

電圧、電極の間隔と深さ、温度をそろえました。濃度が高いBは9 mAで、Aの6 mAより大きいです。二点だけでは、他の濃度でどのように変わるかや、比例するかは決められません。

変えた条件と、測定した範囲を明確にします。

  • そろえた条件を挙げ、6 mAと9 mAを対応させる。
  • 記録した二つの範囲に結論を限り、比例や他の値を決めない。

資料:水溶液の部分と導線の部分

水溶液中と導線中で、それぞれ何が電荷を運ぶか説明しましょう。

答えと解説

金属の導線では電子が動きます。水溶液中では、陽イオンは陰極へ、陰イオンは陽極へ動きます。両方のイオンが電荷を運びます。

電荷を運ぶ粒子は、回路の場所によって違います。

  • 導線中の電子と水溶液中のイオンを区別する。
  • 水溶液中の陽イオンと陰イオンの向きをそれぞれ示す。

ワークシート

印刷用PDFを教材としてアップロード · 宿題に添付

学習内容と参考資料

日本の学習指導要領

中学校理科第1分野(6)ア(ア)㋐「原子の成り立ちとイオン」に関連する、水溶液の電気伝導性の補助教材です。 · 2026-11-08

学習内容と参考資料

文部科学省 · 冊子59–60ページ。水溶液の電気伝導性、電解質と非電解質、溶液中のイオン。

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観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。

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