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Improving Teaching Materials for a Microscale Experiment on Acids and Bases in High School Basic Chemistry and Performing Practical Lessons for High School Students ー Using Kyoho (Japanese Grape) Peels and Mallow Blue's Petals ー
No full text植物色素の一種であるアントシアニンは、中性では紫色を示すが、酸性では赤色～赤紫色、塩基性では青緑色～緑色～黄色とその色調を変化させるため、化学実験の酸塩基指示薬として利用できる。以前に著者は、巨峰の果皮やマロウブルーから抽出したアントシアニンを高等学校化学の教材として使用する方法について提案した。本研究では、１２ウェルプレートと巨峰の果皮およびマロウブルーを用いた各種水溶液の酸性、中性、塩基性の識別に関するマイクロスケール実験教材について検討した。試薬として、0.1、0.01、0.001mol/L 塩酸 (HCl) 、0.1mol/L 酢酸 (CH₃COOH) 、0.1mol/L 塩化ナトリウム (NaCl) 、0.1mol/L ショ糖 (C₁₂H₂₂O₁₁) 、0.1、0.01、0.001 mol/L 水酸化ナトリウム (NaOH) 、0.1mol/L アンモニア (NH₃) 、飽和水酸化カルシウム (Ca(OH)₂) (石灰水) を用いた。希薄な0.001mol/L HCl と NaOH 以外は、アントシアニンの色調変化よりそれぞれの水溶液の酸性、中性、塩基性を識別できた。本教材を用いた授業実践を兵庫県下の高等学校2校で実施し、高等学校化学基礎の教材としての有用性を確認した。Anthocyanin, a plant pigment, shows purple in neutral, however, it turns red or red-purple when acidic and blue-green, green, or yellow when basic. Therefore, it can be used as an acid-base indicator in chemistry experiments. Previously, we proposed how to use them as teaching materials for high school chemistry. In this study, we have investigated teaching materials for a microscale experiment on classifying various aqueous solutions into acidic, neutral. and basic ones using a 12-well plate, kyoho peels, and mallow blue's petals. We have used various aqueous solution such as 0.1, 0.01, 0.001 mol/L hydrochloric acids (HCl), 0.1 mol/L acetic acid (CH₃COOH), 0.1mol/L sodium chloride (NaCl), 0.1mol/L sucrose (C₁₂H₂₂O₁₁), 0.1, 0.01, and 0.001 mol/L sodium hydroxides (NaOH), 0.1 mol/L ammonia (NH₃) (ammonia water), and saturated calcium hydroxide (Ca(OH)₂) (limewater). Except for 0.001 mol/L HCl and NaOH, these aqueous solutions can be correctly classified into acidic, neutral, and basic ones from the color change of anthocyanin. Using these microscale teaching materials, practical lessons have been carried out at two senior high schools in Hyogo Prefecture, and it has been found that such teaching materials are useful for high school basic chemistry.departmental bulletin pape
Revisiting Compositions of Binary Solutions and Their Interconversion Equations, Part 1 ーInterconversions of Compositions among Concentrations, Contents, Fractions, and Ratiosー
No full text本研究では、二成分系溶液の様々な組成を3種類の示強性量に分類した。これらの量は、溶質の示量性量を、（1）溶液の示量性量、（2）溶質と溶媒の示量性量の和、および、（3）溶媒の示量性量で除すことで得られる。そして、濃度、コンテント、分率、および比に関する相互変換について系統的に検討した。濃度については、モル濃度（物質量濃度）、数濃度、質量濃度、体積濃度、コンテントについては、モルコンテント（物質量コンテント）、数コンテント、体積コンテント、分率については、モル分率（物質量分率）、質量分率、体積分率、比については、モル比（物質量比）、質量比、体積比に関する相互変換式を誘導し、得られた結果を表に整理した。エタノールの質量分率が0.500のエタノール水溶液を例にして、この中のエタノールの種々の組成を定義と相互変換式から算出したところ、両者は完全に一致した。組成の相互変換式は単純かつ平易であり、溶液科学の議論に有用である。In this study, we have classified various compositions of binary solutions into three intensive properties.These compositions are obtained from dividing the extensive properties of solute by the extensive properties of (1) solution, (2) the sum of solute and solvent, and (3) solute. We have systematically investigated interconversion relations among concentrations, contents, fractions, and ratios. In concrete, we have derived interconversion equations on concentrations among molar (amount), number, mass, and volume concentrations, on contents among mole (amount), number, and volume contents, on fractions among mole (amount), mass, and volume fractions, and on ratios among mole (amount), mass, and volume ratios, and summarized these derived equations in tables. We have also calculated various compositions of ethanol in an aqueous ethanol solution which mass fraction of ethanol is 0.500 using both definition equations and derived interconversion equations. Calculated composition values using definition equations are in complete agreement with ones using interconversion equations. These equations are simple and plain, and therefore they are useful for solution science.departmental bulletin pape
Proposing Microscale Experiments using Plastic Bottle Caps and White Cardboard Containers
No full textマイクロスケール実験では，プラスチック製のウェルプレートがよく使用される。しかし、教科予算の限られた学校現場では、購入が困難な場合も考えられる。本研究では、ウェルプレートの代替としてペットボトルのキャップと白板紙製容器の使用について検討した。ペットボトルのキャップを使用する利点には、実験時に使用する試薬量や実験後の廃棄物量の減少、取り扱いが容易、入手が容易、経費がかからない、再利用が可能であるなどが挙げられる。白板紙製容器は、白板紙に展開図を印刷し、これをもとに完成させた。ペットボトルのキャップと白紙製容器は廉価で、再利用も可能である。これらの器具を用いて、酢酸とアンモニアの電離平衡の移動に関するマイクロスケール実験教材を開発した。従来の試験管やウェルプレートを使用した実験を行った場合と遜色ない結果が得られた。また、女子高校生に対する授業実践を実施した。参加者は真剣に取り組み、時間内に正確な結果を得た。実験後のアンケートも、本実践を評価する回答が多く得られた。このように、教材開発の視点に加え、教育実践の視点からも、本教材の利便性・有用性が認められた。departmental bulletin pape
Revisiting Compositions of Binary Solutions and Their Interconversion Equations, Part 3 —Interconversions of Compositions in Concentrations–Ratios—
No full text著者はこれまでに二成分系溶液の組成に関して、濃度–濃度、コンテント–コンテント、分率–分率、比–比、濃度–コンテント、および濃度–分率の相互変換式を誘導した。本研究では、新たに濃度–比の相互変換式を、それぞれの組成の定義に基づき系統的に誘導した。濃度として、モル濃度、数濃度、質量濃度、体積濃度を、比として、モル比、質量比、体積比を対象とした。誘導した式の有効性を検証するため、エタノールの質量分率が0.500のエタノール水溶液を例に取り、この組成に相当する水に対するエタノールの質量比1.00を、モル濃度、数濃度、質量濃度および体積濃度へ、さらに、水に対するエタノールのモル比0.390および体積比1.26（いずれも質量分率0.500に相当）を、モル濃度へ変換した。相互変換式を用いて算出した組成の値は、組成の定義より算出した値と有効数字3桁で一致した。以上より、得られた相互変換式の有効性が認められた。departmental bulletin pape
Development of Teaching Materials on Microscale Experiments using Low-Cost Handmade Well Plates, Part 2 —Chemical Reactions of Magnesium with Acids and Classifying Aqueous Solutions into Acidic, Neutral and Basic Ones—
No full text中川が提案した白板紙製の容器にペットボトルのキャップを配置した安価な手作りウェルプレート(T. Nakagawa, 2021) を活用すれば、種々のマイクロスケール実験教材の開発や改良が可能である。本研究では、小学生向けのマイクロスケール実験教材として、(1) マグネシウムと酸（クエン酸とビタミン C）との反応や、(2) マロウブルーの乾燥花弁から抽出したアントシアニンを酸塩基指示薬として、重曹、クエン酸、ビタミン C、食塩、セスキ炭酸ソーダそれぞれの水溶液の酸性、中性、塩基性の識別に注目した。(1)では、クエン酸およびビタミン Cのいずれもマグネシウムとは穏やかに反応し、マグネシウムの表面に細かい水素の気泡が生じているのが観察できた。(2)では、アントシアニンの色調変化より、重曹水溶液とセスキ炭酸ソーダ水溶液は塩基性、クエン酸水溶液とビタミン C水溶液は酸性、食塩水は中性と識別できた。いずれの実験も操作も極めて単純であり、所要時間は約5 分であった。小学生でも、10 分程度で十分実験が可能であるため、理科の授業で導入すれば学習効果が期待できる。departmental bulletin pape
Revised Handmade Well Plates Composed of Plastic Bottle Caps and White Cardboard Containers for Microscale Experiments
No full textウェルプレートは、マイクロスケール実験でよく使用される。しかし、その価格が高価なため、理科教員が公費で購入できない場合もある。中川はウェルプレートの代用として、ペットポトルキャップと白板紙製容器からなる手作りウェルプレートを提案した。不幸にして、マイクロスケール実験を行う際、この手作りウェルプレートにいくつかの検討すべき事項が見出された。そこで、容器の展開図の実線に沿った「切り目」以外に、新規に破線に沿った「谷折り」や、ウェル内の位置を表す番号ij（i 行 j 列）を、容器内の正方形の上部に表記した。このように容器の展開図を修正して、改訂版手作りウェルプレートを作成した。本論考では、この改訂版手作りウェルプレートをマイクロスケール実験で用いる際の長所や化学反応への応用、さらには遠隔授業における有用性について考察した。その結果、改訂版手作りウェルプレートに対して、次の事項が期待できる：（1）ペットボトルのキャップをこれまでよりも容易に使用できること。（2）複数の化学反応を一度に実施できること。そして、（3）遠隔授業において重要な役割を果たすこと。Well plates are usually used for microscale experiments. However, these prices are expensive and schoolteachers cannot often purchase them at public expense. Nakagawa has already proposed the alternative kits for well plates: the handmade well plates which are composed of plastic bottle caps and white cardboard containers. Unfortunately, several disadvantages of the former handmade well plates have been found in doing microscale experiments. Therefore, besides “Cut” along solid lines, the new explanation “Valley-Fold” is added along dashed lines and the number ij, which means the position with the i-th raw and the j-th column, represents at the top of the corresponding square in a container. In this paper, the advantages of the revised handmade well plates for microscale experiments, the application of these plates to various chemical reactions and their validity for remote classes are discussed. Consequently, the followings items are expected for the revised handmade well plates: (1) using plastic bottle caps more easily, (2) doing a few chemical reactions at a time, and (3) playing an important role in remote classes.departmental bulletin pape
Development of Teaching Materials on Microscale Experiments using Low-cost Handmade Well Plates, Part 1 — Chemical Reactions concerning Baking Soda (Sodium Hydrogen Carbonate) and Elemental Iodine —
No full textマイクロスケール実験の器具として、著者はペットボトルキャップと白板紙製実験容器からなる手作りウェルプレートを提案した。このウェルプレートを使用して、小学生向けの重曹（炭酸水素ナトリウム）やヨウ素の化学反応に関するマイクロスケール実験教材について検討した。実験時の安全性を確保するため、試薬として重曹、クエン酸、ビタミン C（アスコルビン酸）、片栗粉、ヨウ素入りうがい薬などの日用品を使用した。まず、重曹とクエン酸やビタミン C との反応に関する教材を開発した。つぎに、ヨウ素デンプン反応とビタミン C によるヨウ素の還元反応に関する教材を開発した。いずれの実験も所要時間は約⚕分であり、実験結果は通常スケールの実験結果と同一であった。これらの新規教材を用いて、今後、小学生を対象とした授業実践を行う予定である。The author has already proposed the low-cost handmade well plates that contain plastic bottle caps and white cardboard containers for microscale experiments. Using these plates, teaching materials of microscale experiments on chemical reactions concerning baking soda (sodium hydrogen carbonate) and elemental iodine have been investigated for elemental school students. Daily necessities such as baking soda, citric acid, vitamin C (ascorbic acid), starch, and gargle liquid containing elemental iodine were used for reagents in order to secure safety during experiments. First, a teaching material on chemical reactions of baking soda and citric acid or vitamin C has been developed. Second, a teaching material on the iodine starch reaction and on the reduced reaction of elemental iodine by vitamin C has been developed. The required times for both microscale experiments were approximately five minutes, and the results for these experiments were the same as those for ordinary scale experiments. Using these new teaching materials, the author will perform practical lessons.departmental bulletin pape
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