高分子の繰返し構造と材料の性質を考える

繰返し単位、結合、分岐と材料の観察を結び付ける14問と六つの記述課題です。

学年・内容の目安 高校「化学」。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

高分子の長い鎖を、繰り返す部分に分けて読みます。材料の測定結果を見ながら、鎖の結合や形が性質の違いを考える手がかりになることを確かめます。

必要な予備知識

簡単な構造式で単結合、二重結合と、主鎖の外に付く原子や基を読めること。

  1. 規則的に並ぶ鎖では、繰返し単位をつなげて主鎖を表せる。括弧の外のnは、描いた単位を何回繰り返すかを表す。
  2. 主鎖のつながりと、主鎖から横に出る原子や原子のまとまりを分けて読む。
  3. エステル結合は−C(=O)−O−、アミド結合は−C(=O)−NH−などのつながりを持つ。
  4. 材料としての性質には、繰返し構造のほか、鎖の分岐や集まり方、添加物、成形の条件なども関わる。

解き方の例

模式図で[−P−Q−]が三回続くなら、鎖の一部は−P−Q−P−Q−P−Q−です。

よくある間違い

  • 元素の種類が同じなら、繰返し単位のつながりも同じだと考える。
  • C=Oだけを見て、エステル結合とアミド結合を同じと考える。
  • 材料を一度比べた結果から、性質の違いの原因を一つに決める。

観察と考え方を講師と確かめる

構造式で違う箇所を示し、測定から分かることと、構造から考えた説明を区別します。

模式的な構造と、示した条件の比較を扱います。材料の種類や安全性を、見た目や一つの測定だけで判定する教材ではありません。

文部科学省:高等学校学習指導要領解説 理科編 · IUPAC:繰返し単位の定義(英語)

読む文章・資料

括弧の中と外を分けて読む

ポリエチレンの鎖の一部を[−CH₂−CH₂−]ₙと表しました。この問題では鎖の両端を数えず、括弧の中の部分だけを数えます。

同じ主鎖に付く部分を比べる

Aはポリプロピレン[−CH₂−CH(CH₃)−]ₙ、Bはポリ塩化ビニル[−CH₂−CH(Cl)−]ₙです。括弧の内側のCH₂とCHは主鎖をつくり、丸括弧の中は主鎖から出る部分です。

C=Oの次にある原子を比べる

ポリエステルCの主鎖の一部には−C(=O)−O−CH₂−があり、ナイロンDの主鎖の一部には−C(=O)−NH−CH₂−があります。どちらの式も主鎖の一部分です。

繰返しが同じで鎖の形が違う

二つのポリエチレン試料EとFを調べた模式記録です。Eの鎖は分岐が少なく、Fは多くなっています。同じ温度の測定では、密度がEで0.95 g/cm³、Fで0.92 g/cm³でした。鎖の長さや成形の履歴は記録されていません。

同じ種類の糖でもつながり方は違う

デンプンとセルロースはどちらもグルコースに由来する部分からできています。主な鎖のつながりは、デンプンではα-1,4-グリコシド結合、セルロースではβ-1,4-グリコシド結合です。デンプンの一部には分岐もあります。

水に触れた後の試料を比べる

綿の布Gとポリエステルの布Hを比べた模式記録です。同じ面積の布を同じ時間水に浸し、同じ時間水を切ったところ、質量の増加はGが1.8 g、Hが0.4 gでした。布の厚みや織り方は記録されていません。

測る条件と用途を結び付ける

同じ大きさと厚さのフィルムJとKを、同じ室温で比べた模式記録です。Jは同じ重りで長さが12 mm増え、Kは4 mm増えました。別の水滴試験では、10分後にどちらもフィルムの裏面に水滴が見えませんでした。

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:括弧の中と外を分けて読む

    括弧の外のnは何を表しますか。

    • 炭素一個に付く水素の数。
    • 括弧内の部分を繰り返す回数。
    • 高分子の鎖にできる分岐の数。
    答えと解説

    括弧内の部分を繰り返す回数。

    [−CH₂−CH₂−]がn回繰り返されると読みます。

  2. 資料:括弧の中と外を分けて読む

    括弧の中の単位が36回繰り返される部分に、炭素原子は何個ありますか。個数を入力しましょう。

    答えと解説

    72

    一つの単位に炭素二個があるので、2×36=72個です。

  3. 資料:同じ主鎖に付く部分を比べる

    AとBの主鎖の骨格に共通する並びはどれですか。

    • 炭素の間に酸素が入る並び。
    • 炭素の間に塩素が入る並び。
    • 二つの炭素を一組として繰り返す並び。
    答えと解説

    二つの炭素を一組として繰り返す並び。

    どちらも主鎖では−CH₂−CH−の二つの炭素が一組になっています。丸括弧の部分は主鎖から出ています。

  4. 資料:同じ主鎖に付く部分を比べる

    主鎖から出る部分を比べた説明はどれですか。

    • AでもBでも、同じCH₃が付く。
    • AではCl、BではCH₃が付く。
    • AではCH₃、BではClが付く。
    答えと解説

    AではCH₃、BではClが付く。

    丸括弧の表記から、AはCH₃、BはClと区別できます。

  5. 資料:C=Oの次にある原子を比べる

    CとDの主鎖の部分に共通する結合はどれですか。

    • C=O
    • O−H
    • N−H
    答えと解説

    C=O

    どちらの式にもC=Oがあります。DのN−Hは、示したCの式にはありません。

  6. 資料:C=Oの次にある原子を比べる

    CとDの結合を区別できるのはどれですか。

    • Cは−C(=O)−NH−、Dは−C(=O)−O−。
    • Cは−C(=O)−O−、Dは−C(=O)−NH−。
    • Cが−C(=O)−NH−、Dも−C(=O)−NH−。
    答えと解説

    Cは−C(=O)−O−、Dは−C(=O)−NH−。

    C=Oの炭素の隣がOなら示したCのエステル結合、NHなら示したDのアミド結合です。

  7. 資料:繰返しが同じで鎖の形が違う

    二つの試料の記録に合う説明はどれですか。

    • 分岐が少ないEの密度の方が大きい。
    • EとFの密度は等しい値だった。
    • 分岐が多いFの密度の方が大きい。
    答えと解説

    分岐が少ないEの密度の方が大きい。

    Eは0.95 g/cm³、Fは0.92 g/cm³です。この二試料ではEの方が大きい値です。

  8. 資料:繰返しが同じで鎖の形が違う

    密度の差と分岐の関係を調べ直すなら、どの比較が合いますか。

    • 分岐と鎖の長さを同時に変え、測定温度をそろえて比べる。
    • 分岐をそろえ、成形条件と測定温度を同時に変えて比べる。
    • 鎖の長さや成形条件をそろえ、分岐の違う試料を比べる。
    答えと解説

    鎖の長さや成形条件をそろえ、分岐の違う試料を比べる。

    分岐の違いを調べるなら、他に密度へ影響し得る条件をそろえて比較します。

  9. 資料:同じ種類の糖でもつながり方は違う

    デンプンとセルロースで共通するのはどれですか。

    • デンプンの主なつながりもセルロースのつながりもα-1,4-グリコシド結合。
    • グルコースに由来する部分がつながる。
    • デンプンの主なつながりもセルロースのつながりもβ-1,4-グリコシド結合。
    答えと解説

    グルコースに由来する部分がつながる。

    もとになる糖は共通ですが、主な鎖のつながり方は異なります。

  10. 資料:同じ種類の糖でもつながり方は違う

    資料のつながり方を正しく対応させたのはどれですか。

    • デンプンがα-1,4-グリコシド結合、セルロースがβ-1,4-グリコシド結合。
    • デンプンもセルロースもα-1,4-グリコシド結合。
    • デンプンがβ-1,4-グリコシド結合、セルロースがα-1,4-グリコシド結合。
    答えと解説

    デンプンがα-1,4-グリコシド結合、セルロースがβ-1,4-グリコシド結合。

    資料では、デンプンの主な鎖をα-1,4-グリコシド結合、セルロースをβ-1,4-グリコシド結合と区別しています。

  11. 資料:水に触れた後の試料を比べる

    この測定で、Gの質量の増加はHより何g大きいですか。gで表した数値を入力しましょう。

    答えと解説

    1.4

    1.8−0.4=1.4 gです。

  12. 資料:水に触れた後の試料を比べる

    この記録だけで布の違いについて言えるのはどれですか。

    • 同じ条件で測ると、どの綿とポリエステルでも差は1.4 gになる。
    • 同じ条件で測ると、このGの質量の増加はHより大きい。
    • このGとHでは、繊維の構造以外の条件が同じだと分かる。
    答えと解説

    同じ条件で測ると、このGの質量の増加はHより大きい。

    比較した二枚の結果は分かりますが、厚みや織り方が未記録なので、それらの影響を分けられません。

  13. 資料:測る条件と用途を結び付ける

    同じ重りでより伸びるフィルムを選ぶなら、この記録ではどちらですか。

    • JとKで伸びた長さは等しい。
    • Kの方がよく伸びた。
    • Jの方がよく伸びた。
    答えと解説

    Jの方がよく伸びた。

    長さの増加はJが12 mm、Kが4 mmで、この測定ではJの方が大きい値です。

  14. 資料:測る条件と用途を結び付ける

    水滴試験の記録から言えるのはどれですか。

    • 10分の試験では両方の裏面に水滴が見えなかった。
    • 10分を超えても、両方とも水を通さない。
    • 10分後、Jの裏面に水滴はなく、Kの裏面には水滴が見えた。
    答えと解説

    10分の試験では両方の裏面に水滴が見えなかった。

    観察した時間は10分です。その間の観察結果と、それより長い時間での性質を分けます。

観察と考え方を講師と確かめる

資料:括弧の中と外を分けて読む

括弧の中が36回続くとき、炭素原子の数を求めましょう。繰返し単位とnがそれぞれ何を表すかも説明しましょう。

答えと解説

[−CH₂−CH₂−]が一単位で、炭素二個を含みます。nはその単位の繰返し回数なので、nが36なら炭素は2×36=72個です。

鎖全体を一度に数える代わりに、同じ部分の繰返しを利用します。

  • 一単位の中に炭素二個あると読み取る。
  • nを繰返し回数として使い、72個と求める。

資料:同じ主鎖に付く部分を比べる

AとBで主鎖に共通する並びと、主鎖から出る部分の違いを説明しましょう。

答えと解説

どちらも炭素二個の−CH₂−CH−が主鎖の一組です。AのCHにはCH₃が付き、BのCHにはClが付きます。

括弧内のすべての原子が主鎖に入るわけではありません。

  • 両方の主鎖で炭素二個を一組とする並びを示す。
  • AのCH₃とBのClを、主鎖から出る部分として区別する。

資料:C=Oの次にある原子を比べる

CとDに共通する結合と、エステル結合・アミド結合の見分け方を、式の一部を挙げて説明しましょう。

答えと解説

両方にC=Oがあります。CではC=Oの炭素の隣がOで、−C(=O)−O−はエステル結合です。Dでは隣がNHで、−C(=O)−NH−はアミド結合です。

C=Oを見つけたら、その炭素につながる次の原子も読みます。

  • 共通するC=Oを示す。
  • C=Oの隣のOとNHを区別してエステルとアミドに対応させる。

資料:繰返しが同じで鎖の形が違う

EとFの密度を分岐の記録とともに比べましょう。分岐の影響を調べる追加の比較では何をそろえるかも書きましょう。

答えと解説

分岐が少ないEは0.95 g/cm³、多いFは0.92 g/cm³でした。分岐の影響を調べるには、鎖の長さや成形条件をそろえ、分岐の異なる試料を同じ温度で比べます。

測定された差と、その差が生じる原因の仮説は別に考えます。

  • 分岐の多少と二つの密度を正しく対応させる。
  • 鎖の長さや成形条件など、そろえる条件を挙げて比較を提案する。

資料:同じ種類の糖でもつながり方は違う

デンプンとセルロースは同じ種類の糖に由来します。共通点と、主な鎖のつながり方の違いを説明しましょう。

答えと解説

どちらもグルコースに由来する部分がつながります。デンプンの主な鎖はα-1,4-グリコシド結合、セルロースの主な鎖はβ-1,4-グリコシド結合で、つながり方は違います。

構成する部分が同じでも、つながり方が違う場合があります。

  • 両方がグルコースに由来する部分を含むと示す。
  • α-1,4-グリコシド結合とβ-1,4-グリコシド結合を、それぞれの主な鎖に対応させる。

資料:水に触れた後の試料を比べる

質量の増加を比べて、記録から分かることを説明しましょう。布をもう一度比べるときにそろえる条件を一つ挙げましょう。

答えと解説

この条件ではGが1.8 g、Hが0.4 g増え、差は1.4 gでした。布の厚みや織り方をそろえ、浸す時間と水を切る時間も同じにして比べます。

残った水の量には、材料の化学的な性質と布としての構造の両方が関わり得ます。

  • この二試料の質量の増加を数値で比較する。
  • 厚みや織り方など、追加でそろえるべき条件を挙げる。

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

高校「化学」(4)ア(イ)㋐「合成高分子化合物」と㋑「天然高分子化合物」に関連する補助教材です。 · 2026-11-08

学習内容と参考資料

文部科学省 · 冊子109ページ。合成高分子化合物と天然高分子化合物の構造と性質。

文部科学省 · 冊子110ページ。天然高分子化合物の例としてデンプンやセルロース。

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。

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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。

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