密閉・開放条件を区別して質量保存を考える
気体が出入りする場合、容器に残る場合、容器の範囲が異なる場合を扱う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2学年「理科」の化学変化と質量を考える補助教材。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。
中学校理科第1分野(4)ア(ウ)㋐「化学変化と質量の保存」に関連する補助教材です。
解説を読む
気体が出入りすると、はかりに載せた物の質量が変わることがあります。何を一緒にはかったかを確かめ、反応の前と後で比べる範囲をそろえましょう。
必要な予備知識
gで示された質量を足し引きし、気体にも質量があることを説明できること。
- 反応で物質の種類が変わっても、反応に関わる物質の質量の総和は前後で等しい。
- 容器を含めてはかるとき、前後で同じものをはかり、気体を含む物質が出入りしたかを確かめる。
- 開いた容器で気体が外へ出ると、残ったものの質量は減る。外から入った気体が取り込まれると、はかった物の質量が増えることがある。
- 質量の差を特定の物質に当てはめる前に、出入りしたものがその物質に限られる条件を確認する。
解き方の例
空気中へ出た気体をはかりの上から外すと、前とは同じ範囲を比べていません。
よくある間違い
- 開いた容器の中身が減ったことを、物質が消えたと説明する。
- 容器のふたを外した後の値を、ふたを含む前の値と直接比べる。
- 飛び散りがあったのに、減った量は全部が気体だとする。
観察と考え方を講師と確かめる
はかった範囲と気体などの出入りを示し、どの量を足すか引くかを根拠とともに説明します。
教師が記録した値を紙上で読みます。容器を密閉して反応させる手順や、家庭で試す指示は含みません。
読む文章・資料
気体を容器の中に含めてはかる
ふたを開けずに反応が始まる装置を、容器と中身を合わせてはかりました。反応前は128 gです。反応で気体が生じましたが、装置からは物質が出入りせず、反応後にも同じ装置全体をはかります。
外へ出た気体の質量を求める
開いた器と中身を合わせて、反応前は96.4 g、反応後は93.9 gでした。外へ移ったのは反応で生じた一種類の気体だけです。液や固体は飛び散らず、ほかの物質の出入りもありません。
空気中の成分を取り込む
金属を開いた器で変化させた記録です。反応前の金属は10.0 gで、生成した固体は12.4 gでした。金属は全部反応し、取り込んだ酸素以外の出入りはありません。器の質量はどちらの値にも含めません。
ふたを含める範囲が違う
反応前はふたをした容器と中身の全体が120 gでした。反応後に、質量8 gのふただけをはかりの外へ置くと、容器と中身は112 gでした。この測定で容器から出入りした物質はなく、ふただけが別の場所にあります。
飛び散りを記録する
反応前の器と中身は78 g、反応後は75 gです。気体が出たほか、液の一部がはかりの外へ飛び散りました。飛び散った液の量と、出た気体の量は別々にはかっていません。外から入った物質はありません。
別の容器に移した後の比較
閉じた装置の反応前と反応後の全体は、どちらも142 gです。その後、装置の一部から液を別の器へ移しました。元の装置には残った固体や気体もあります。移した液だけをはかると26 gでした。
測定のばらつきと比較
同じ閉じた容器を同じはかりで繰り返し測りました。反応前の読みは101.0、101.1、101.0 g、反応後は101.0、100.9、101.0 gです。測るたびに0.1 g程度の違いが出るはかりです。容器から物質が出入りした記録はありません。
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。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：気体を容器の中に含めてはかる
反応後の装置全体は何gですか。
答えと解説
128
生じた気体も装置内にあり、装置全体を同じ範囲ではかります。
資料：気体を容器の中に含めてはかる
前と後で装置全体の値を比べるとき、気体をどう扱いますか。
- 容器の内側にあるので、全体に含める。
- 目で見えないので、後の値から除く。
- 気体の分を前の値に足す。
答えと解説
容器の内側にあるので、全体に含める。
生じた気体は装置の外に出ていません。装置の中身として後の値に含まれます。
資料：外へ出た気体の質量を求める
装置の外へ出た気体は何gですか。
答えと解説
2.5
減った96.4−93.9＝2.5 gに当たるのは、外へ出た気体です。
資料：外へ出た気体の質量を求める
反応後の質量を反応前と同じ範囲に直すにはどれですか。
- 反応後の器と中身から、外へ出た気体の質量を引く。
- 反応後の器と中身に、外へ出た気体の質量を足す。
- 反応前の器と中身に、反応後の器の質量を足す。
答えと解説
反応後の器と中身に、外へ出た気体の質量を足す。
気体も反応後の物質です。器の外にある分を後の値に含め直します。
資料：空気中の成分を取り込む
金属が取り込んだ酸素は何gですか。
答えと解説
2.4
固体12.4 gから元の金属10.0 gを引くと2.4 gです。
資料：空気中の成分を取り込む
生成した固体の質量が元の金属より増えた理由はどれですか。
- はかりが開いた器の中の空気を別に表示した。
- 固体になって、もとの金属の質量が内部で増えた。
- 元の金属に、空気から取り込んだ酸素が加わった。
答えと解説
元の金属に、空気から取り込んだ酸素が加わった。
元の金属だけと生成した固体を比べています。生成した固体には取り込んだ酸素も含まれます。
資料：ふたを含める範囲が違う
反応後の値にふたを含め直すと何gですか。
答えと解説
120
ふたを含まない112 gにふたの8 gを足すと120 gです。
資料：ふたを含める範囲が違う
前の120 gと後の112 gを比べるときに違っているものはどれですか。
- 質量にふたを含めているかどうか。
- 容器に生成した気体を含めたかどうか。
- 使ったはかりが示す質量の単位。
答えと解説
質量にふたを含めているかどうか。
前はふたを含みます。後にふたがはかりの外へ移ったため、値が8 g小さくなりました。
資料：飛び散りを記録する
減った3 gについて記録に合う説明はどれですか。
- 気体は質量の減少に関係せず、飛び散った液が3 gある。
- 気体と飛び散った液の両方が減った量に含まれる。
- 液が飛び散っても、質量の減少は出ていった気体の3 gである。
答えと解説
気体と飛び散った液の両方が減った量に含まれる。
はかりの上から気体も液も外へ移ったので、減った量には両方が入ります。
資料：飛び散りを記録する
出た気体だけの質量を求めるにはどの情報が役立ちますか。
- 器が何色だったか。
- 実験を開始した時刻。
- 飛び散った液の質量。
答えと解説
飛び散った液の質量。
外へ出たのが気体と液なので、減った全体の質量から液の分を分けて考えられます。
資料：別の容器に移した後の比較
反応そのものの前後で同じ範囲を比べた値はどれですか。
- 反応前後の装置全体である142 gと142 g。
- 反応前の全体の142 gと、移した液の26 gを比較する。
- 移した液の26 gと、何も入れていない別の器の質量を比べる。
答えと解説
反応前後の装置全体である142 gと142 g。
反応前と反応直後に同じ装置全体を測った値を比べます。
資料：別の容器に移した後の比較
液だけの26 gを、反応後の装置全体の値として使えない理由はどれですか。
- 液体には質量がないため。
- 26 gには元の装置や残った固体・気体が入っていないため。
- 142 gの測定には元の装置が入っていないため。
答えと解説
26 gには元の装置や残った固体・気体が入っていないため。
移した液は、反応後に装置にあった物の一部分です。
資料：測定のばらつきと比較
この記録をまとめる文はどれですか。
- 0.1 gずつ気体が容器から出たと分かる。
- 前後それぞれで得た三つの値のうち、最も大きい値を代表にする。
- 測定のばらつきの範囲で、前後はほぼ同じ質量だった。
答えと解説
測定のばらつきの範囲で、前後はほぼ同じ質量だった。
前後とも101.0 gの近くで、読みの違いははかりのばらつきの範囲です。
資料：測定のばらつきと比較
100.9 gという一回の読みだけで決められないのはどれですか。
- はかりで質量を測ったこと。
- 測定の値をgで記録したこと。
- 容器から気体が外へ出たかどうか。
答えと解説
容器から気体が外へ出たかどうか。
読みがわずかに小さくても、ばらつきの範囲なら気体の流出を示したとはいえません。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：気体を容器の中に含めてはかる
気体が生じても装置全体の質量が変わらない理由を説明しましょう。
答えと解説
反応で生じた気体もふたの内側に残ります。外との物質の出入りがなく、前後で同じ装置と中身をはかるため、全体は128 gのままです。
気体も質量を持つ物質です。
- 反応でできた気体を含め、ふたの内側から物質は外に出ないと示す。
- 前後で同じ装置と中身をはかるので、全体の質量は128 gのままと示す。
資料：外へ出た気体の質量を求める
出た気体の質量を求め、質量の差を気体に当てはめられる理由を資料から説明しましょう。
答えと解説
96.4−93.9＝2.5 gです。外へ出たのは気体だけで、液や固体は飛び散らず、外から入った物質もないという記録があるので、差を気体の質量にできます。
他の出入りがあれば、同じ引き算の値を気体だけには当てはめられません。
- 前後の96.4 gと93.9 gの差を2.5 gと求める。
- 気体以外は出入りしていない条件から、差を出た気体の質量とする。
資料：空気中の成分を取り込む
酸素を含め、反応に関わった物質と生成した固体の質量を比べましょう。
答えと解説
元の金属10.0 gと取り込んだ酸素2.4 gを足すと12.4 gで、生成した固体の質量と同じです。元の金属だけと生成した固体では比べる範囲が異なります。
開いた器では外から入る物質も考えます。
- 元の金属10.0 gと取り込んだ酸素2.4 gを、反応した物質の合計に含める。
- 合計12.4 gが生成した固体と一致し、金属だけとの比較は範囲が違うと示す。
資料：ふたを含める範囲が違う
ふたの有無をそろえた値を求め、減ったように見えた理由を書きましょう。
答えと解説
反応後の112 gに、はかりから外したふた8 gを足すと120 gです。ふたを含めた反応前の値と同じなので、8 gの違いは比べる範囲の違いです。
ふたは反応でなくなったのではありません。
- 反応後はふた8 gがはかりから外れていたと示す。
- 112 gに8 gを戻すと120 gになり、前と同じ範囲では等しいと示す。
資料：飛び散りを記録する
3 gの差から気体だけの質量を出せない理由を書きましょう。
答えと解説
3 gの中には外へ出た気体と飛び散った液の質量が入っています。飛び散った液の質量を別に求めれば、その分を差し引いて気体の分を考えられます。
失われた物を一種類と考える前に記録を確かめます。
- 3 gの差には、出た気体と飛び散った液の両方が含まれると示す。
- 気体だけの質量を求めるには、液の質量を別に求めて差し引くと示す。
資料：測定のばらつきと比較
前後の読みが少し違うとき、気体が出た証拠になるかを説明しましょう。
答えと解説
前と後はいずれも101.0 gの近くで、違いは0.1 g程度です。このはかりのばらつきの範囲なので、今回の値だけで気体が出たとは決められません。
一回の読みでなく、繰り返した読みを比べます。
- 前後の記録は101.0 gの近くにあり、差は0.1 g程度と示す。
- 差ははかりのばらつきの範囲なので、気体が出たとは決められないと示す。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
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。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 密閉・開放条件を区別して質量保存を考える
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/explain-mass-conservation-in-open-and-closed-systems/
はかった範囲と気体などの出入りを示し、どの量を足すか引くかを根拠とともに説明します。
読む文章・資料
気体を容器の中に含めてはかる
ふたを開けずに反応が始まる装置を、容器と中身を合わせてはかりました。反応前は128 gです。反応で気体が生じましたが、装置からは物質が出入りせず、反応後にも同じ装置全体をはかります。
外へ出た気体の質量を求める
開いた器と中身を合わせて、反応前は96.4 g、反応後は93.9 gでした。外へ移ったのは反応で生じた一種類の気体だけです。液や固体は飛び散らず、ほかの物質の出入りもありません。
空気中の成分を取り込む
金属を開いた器で変化させた記録です。反応前の金属は10.0 gで、生成した固体は12.4 gでした。金属は全部反応し、取り込んだ酸素以外の出入りはありません。器の質量はどちらの値にも含めません。
ふたを含める範囲が違う
反応前はふたをした容器と中身の全体が120 gでした。反応後に、質量8 gのふただけをはかりの外へ置くと、容器と中身は112 gでした。この測定で容器から出入りした物質はなく、ふただけが別の場所にあります。
飛び散りを記録する
反応前の器と中身は78 g、反応後は75 gです。気体が出たほか、液の一部がはかりの外へ飛び散りました。飛び散った液の量と、出た気体の量は別々にはかっていません。外から入った物質はありません。
別の容器に移した後の比較
閉じた装置の反応前と反応後の全体は、どちらも142 gです。その後、装置の一部から液を別の器へ移しました。元の装置には残った固体や気体もあります。移した液だけをはかると26 gでした。
測定のばらつきと比較
同じ閉じた容器を同じはかりで繰り返し測りました。反応前の読みは101.0、101.1、101.0 g、反応後は101.0、100.9、101.0 gです。測るたびに0.1 g程度の違いが出るはかりです。容器から物質が出入りした記録はありません。
資料：気体を容器の中に含めてはかる
反応後の装置全体は何gですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：気体を容器の中に含めてはかる
前と後で装置全体の値を比べるとき、気体をどう扱いますか。
- 容器の内側にあるので、全体に含める。
- 目で見えないので、後の値から除く。
- 気体の分を前の値に足す。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：外へ出た気体の質量を求める
装置の外へ出た気体は何gですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：外へ出た気体の質量を求める
反応後の質量を反応前と同じ範囲に直すにはどれですか。
- 反応後の器と中身から、外へ出た気体の質量を引く。
- 反応後の器と中身に、外へ出た気体の質量を足す。
- 反応前の器と中身に、反応後の器の質量を足す。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：空気中の成分を取り込む
金属が取り込んだ酸素は何gですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：空気中の成分を取り込む
生成した固体の質量が元の金属より増えた理由はどれですか。
- はかりが開いた器の中の空気を別に表示した。
- 固体になって、もとの金属の質量が内部で増えた。
- 元の金属に、空気から取り込んだ酸素が加わった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：ふたを含める範囲が違う
反応後の値にふたを含め直すと何gですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：ふたを含める範囲が違う
前の120 gと後の112 gを比べるときに違っているものはどれですか。
- 質量にふたを含めているかどうか。
- 容器に生成した気体を含めたかどうか。
- 使ったはかりが示す質量の単位。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：飛び散りを記録する
減った3 gについて記録に合う説明はどれですか。
- 気体は質量の減少に関係せず、飛び散った液が3 gある。
- 気体と飛び散った液の両方が減った量に含まれる。
- 液が飛び散っても、質量の減少は出ていった気体の3 gである。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：飛び散りを記録する
出た気体だけの質量を求めるにはどの情報が役立ちますか。
- 器が何色だったか。
- 実験を開始した時刻。
- 飛び散った液の質量。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：別の容器に移した後の比較
反応そのものの前後で同じ範囲を比べた値はどれですか。
- 反応前後の装置全体である142 gと142 g。
- 反応前の全体の142 gと、移した液の26 gを比較する。
- 移した液の26 gと、何も入れていない別の器の質量を比べる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：別の容器に移した後の比較
液だけの26 gを、反応後の装置全体の値として使えない理由はどれですか。
- 液体には質量がないため。
- 26 gには元の装置や残った固体・気体が入っていないため。
- 142 gの測定には元の装置が入っていないため。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：測定のばらつきと比較
この記録をまとめる文はどれですか。
- 0.1 gずつ気体が容器から出たと分かる。
- 前後それぞれで得た三つの値のうち、最も大きい値を代表にする。
- 測定のばらつきの範囲で、前後はほぼ同じ質量だった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：測定のばらつきと比較
100.9 gという一回の読みだけで決められないのはどれですか。
- はかりで質量を測ったこと。
- 測定の値をgで記録したこと。
- 容器から気体が外へ出たかどうか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：気体を容器の中に含めてはかる
気体が生じても装置全体の質量が変わらない理由を説明しましょう。
資料：外へ出た気体の質量を求める
出た気体の質量を求め、質量の差を気体に当てはめられる理由を資料から説明しましょう。
資料：空気中の成分を取り込む
酸素を含め、反応に関わった物質と生成した固体の質量を比べましょう。
資料：ふたを含める範囲が違う
ふたの有無をそろえた値を求め、減ったように見えた理由を書きましょう。
資料：飛び散りを記録する
3 gの差から気体だけの質量を出せない理由を書きましょう。
資料：測定のばらつきと比較
前後の読みが少し違うとき、気体が出た証拠になるかを説明しましょう。
解答: 密閉・開放条件を区別して質量保存を考える
128
生じた気体も装置内にあり、装置全体を同じ範囲ではかります。
容器の内側にあるので、全体に含める。
生じた気体は装置の外に出ていません。装置の中身として後の値に含まれます。
2.5
減った96.4−93.9＝2.5 gに当たるのは、外へ出た気体です。
反応後の器と中身に、外へ出た気体の質量を足す。
気体も反応後の物質です。器の外にある分を後の値に含め直します。
2.4
固体12.4 gから元の金属10.0 gを引くと2.4 gです。
元の金属に、空気から取り込んだ酸素が加わった。
元の金属だけと生成した固体を比べています。生成した固体には取り込んだ酸素も含まれます。
120
ふたを含まない112 gにふたの8 gを足すと120 gです。
質量にふたを含めているかどうか。
前はふたを含みます。後にふたがはかりの外へ移ったため、値が8 g小さくなりました。
気体と飛び散った液の両方が減った量に含まれる。
はかりの上から気体も液も外へ移ったので、減った量には両方が入ります。
飛び散った液の質量。
外へ出たのが気体と液なので、減った全体の質量から液の分を分けて考えられます。
反応前後の装置全体である142 gと142 g。
反応前と反応直後に同じ装置全体を測った値を比べます。
26 gには元の装置や残った固体・気体が入っていないため。
移した液は、反応後に装置にあった物の一部分です。
測定のばらつきの範囲で、前後はほぼ同じ質量だった。
前後とも101.0 gの近くで、読みの違いははかりのばらつきの範囲です。
容器から気体が外へ出たかどうか。
読みがわずかに小さくても、ばらつきの範囲なら気体の流出を示したとはいえません。
記述問題の解答・確認の観点
資料：気体を容器の中に含めてはかる
気体が生じても装置全体の質量が変わらない理由を説明しましょう。
反応で生じた気体もふたの内側に残ります。外との物質の出入りがなく、前後で同じ装置と中身をはかるため、全体は128 gのままです。
気体も質量を持つ物質です。
- 反応でできた気体を含め、ふたの内側から物質は外に出ないと示す。
- 前後で同じ装置と中身をはかるので、全体の質量は128 gのままと示す。
資料：外へ出た気体の質量を求める
出た気体の質量を求め、質量の差を気体に当てはめられる理由を資料から説明しましょう。
96.4−93.9＝2.5 gです。外へ出たのは気体だけで、液や固体は飛び散らず、外から入った物質もないという記録があるので、差を気体の質量にできます。
他の出入りがあれば、同じ引き算の値を気体だけには当てはめられません。
- 前後の96.4 gと93.9 gの差を2.5 gと求める。
- 気体以外は出入りしていない条件から、差を出た気体の質量とする。
資料：空気中の成分を取り込む
酸素を含め、反応に関わった物質と生成した固体の質量を比べましょう。
元の金属10.0 gと取り込んだ酸素2.4 gを足すと12.4 gで、生成した固体の質量と同じです。元の金属だけと生成した固体では比べる範囲が異なります。
開いた器では外から入る物質も考えます。
- 元の金属10.0 gと取り込んだ酸素2.4 gを、反応した物質の合計に含める。
- 合計12.4 gが生成した固体と一致し、金属だけとの比較は範囲が違うと示す。
資料：ふたを含める範囲が違う
ふたの有無をそろえた値を求め、減ったように見えた理由を書きましょう。
反応後の112 gに、はかりから外したふた8 gを足すと120 gです。ふたを含めた反応前の値と同じなので、8 gの違いは比べる範囲の違いです。
ふたは反応でなくなったのではありません。
- 反応後はふた8 gがはかりから外れていたと示す。
- 112 gに8 gを戻すと120 gになり、前と同じ範囲では等しいと示す。
資料：飛び散りを記録する
3 gの差から気体だけの質量を出せない理由を書きましょう。
3 gの中には外へ出た気体と飛び散った液の質量が入っています。飛び散った液の質量を別に求めれば、その分を差し引いて気体の分を考えられます。
失われた物を一種類と考える前に記録を確かめます。
- 3 gの差には、出た気体と飛び散った液の両方が含まれると示す。
- 気体だけの質量を求めるには、液の質量を別に求めて差し引くと示す。
資料：測定のばらつきと比較
前後の読みが少し違うとき、気体が出た証拠になるかを説明しましょう。
前と後はいずれも101.0 gの近くで、違いは0.1 g程度です。このはかりのばらつきの範囲なので、今回の値だけで気体が出たとは決められません。
一回の読みでなく、繰り返した読みを比べます。
- 前後の記録は101.0 gの近くにあり、差は0.1 g程度と示す。
- 差ははかりのばらつきの範囲なので、気体が出たとは決められないと示す。