アイデア数理塾 京の算数学問題#1533
算数学コラム
「ヨウ素液もBTB溶液も、青っぽくなるんだっけ？」
「アルミニウムはくでおおうのは、何を調べるため？」
「試験管が3本あると、どれを比べればいいか分からない」
光合成の仕組みは分かっていても、実験問題になると迷ってしまうことがあります。
この単元で大切なのは、色だけを覚えることではありません。
何を調べる薬品なのか、何の条件を変えたのか、結果から何がいえるのかをつなげることです。
今回は、ヨウ素液とBTB溶液を使う実験を、定期テストで答えを書ける形に整理していきましょう。
2つの薬品は調べるものが違う
光合成では、植物が光のエネルギーを利用して、水と二酸化炭素からデンプンなどの養分をつくり、酸素を発生させます。
このはたらきを確かめるために、異なる手がかりを使います。
| 薬品 | 何を調べるのか？ | 光合成の実験で分かること |
|---|---|---|
| ヨウ素液 | デンプンの有無 | 葉にデンプンができたか |
| BTB溶液 | 水溶液の性質（酸性・中性・アルカリ性） | 条件をそろえた実験で、水中の二酸化炭素が増えたか減ったかを考える手がかり |
まずは、ヨウ素液＝デンプン、BTB溶液＝液の性質と分けましょう。
BTB溶液は、酸素の量を直接調べる薬品ではありません。
ヨウ素液の実験 青紫色は「デンプンがある」という証拠
ヨウ素液は、デンプンがあると青紫色になります。
光を当てた葉を適切に処理してからヨウ素液で調べ、青紫色になった部分にはデンプンがあると判断します。
ただし、青紫色になっただけでは、それが実験中につくられたデンプンなのか、もともとあったデンプンなのか区別できません。そこで、実験前の準備が重要になります。
植物を一昼夜暗い場所に置く理由
暗い場所では光合成が行われず、すでにある養分が呼吸などに使われます。
実験前に暗所に置くのは、葉にもともとあったデンプンを減らし、その後に光を当ててできたデンプンを調べやすくするためです。
記述問題では「暗くするため」だけではなく、何を減らしたいのかまで答えましょう。
葉をあたためたエタノールに入れる理由
目的は、葉の緑色を抜き、ヨウ素液による色の変化を見やすくするためです。
暗所に置く操作と、エタノールに入れる操作は目的が違います。
- 暗所に置く：もともとのデンプンを減らす
- エタノールに入れる：葉を脱色する
エタノールは燃えやすいため、直接火で加熱してはいけません。実験は先生の指示に従い、火気を避けて湯せんで温めます。保護眼鏡を着用し、熱い湯や薬品の扱いにも注意しましょう。
アルミニウムはくと「ふ入りの葉」は、何を調べる？
この2つを使う理由は、それぞれ違います。
アルミニウムはくは「光の必要性」を調べる
葉の一部をアルミニウムはくでおおうと、光が当たる部分と当たらない部分をつくれます。
同じ葉の緑色の部分どうしで、光の有無を比べることがポイントです。
光の当たった部分にだけデンプンが確認できれば、「光合成には光が必要」と考えられます。
ふ入りの葉は「葉緑体の必要性」を調べる
ふ入りの葉には、緑色の部分と白っぽい部分があります。ここでは、中学校の実験で扱う、ふの部分に葉緑体がない葉を考えます。
今度は、光が当たった部分どうしで、緑色の部分とふの部分を比べます。
緑色の部分だけにデンプンが確認できれば、「光合成には葉緑体が必要」と考えられます。
色が変わる部分を表で整理
実験前にデンプンを十分に減らし、その後に光を十分に当てた場合の典型的な結果です。
| もとの葉の部分 | 光 | ヨウ素液による反応 |
|---|---|---|
| 緑色の部分 | 当たる | 青紫色になる |
| 緑色の部分 | 当たらない | 青紫色にならない |
| ふの部分 | 当たる | 青紫色にならない |
| ふの部分 | 当たらない | 青紫色にならない |
「緑色だったか」と「光が当たったか」を、別々に確認しましょう。
図全体の見た目だけで答えようとすると、間違えやすくなります。
BTB溶液の実験 色から二酸化炭素の増減を考える
BTB溶液の基本は、次の3色です。
| 水溶液の性質 | BTB溶液の色 |
|---|---|
| 酸性 | 黄色 |
| 中性 | 緑色 |
| アルカリ性 | 青色 |
二酸化炭素が水に溶けると、液は酸性へと変化します。
そのため、青色のBTB溶液に息を吹き込むと、緑色を経て黄色の方向へ変わります。
これは呼気に含まれる二酸化炭素が水に溶けることによる変化です。
反対に、植物が光合成で水中の二酸化炭素を消費すると、液のpHが高くなる方向(アルカリ性)へ変化します。
この性質を利用して、光合成による二酸化炭素の取り込みを調べます。
つまり、BTB溶液が二酸化炭素そのものを直接検出しているのではなく、二酸化炭素の増減に伴う液の性質の変化を見ているのです。
3本の試験管は、条件を表にして考えよう
次のような例を考えます。
青色のBTB溶液に呼気を吹き込み、緑色にそろえてから、3本の試験管に同量ずつ入れます。
それぞれ栓をし、温度・実験時間をそろえます。
AとBの水草は同じ種類・ほぼ同量とし、Aには光を十分に当て、光合成が呼吸よりさかんになるようにします。
| 試験管 | 水草 | 光 | 十分に反応が進んだときの典型的な色 |
|---|---|---|---|
| A | あり | 当てる | 青色 |
| B | あり | 遮る | 黄色 |
| C | なし | 当てる | 緑色のまま |
Aが青色になる理由
水草は光合成と呼吸の両方を行います。
しかし、この条件では光合成で使われる二酸化炭素の量が、呼吸で出される量より多くなります。
結果として、水中の二酸化炭素が減り、BTB溶液が青色の方向へ変化します。
記述なら、「光合成によって、水中の二酸化炭素が減ったから」と答えます。
「酸素が増えたから」では、BTBの色の変化の理由になりません。
Bが黄色になる理由
光を遮ると光合成は行われませんが、呼吸は続きます。
呼吸によって水中の二酸化炭素が増え、液が酸性の方向へ変わるため、黄色になります。
Cが緑色のままになる理由
水草がないため、植物の光合成や呼吸による二酸化炭素の増減が起こりません。外気との出入りなどの影響が十分に抑えられていれば、色はほぼ変わりません。
Cを用意することで、光を当てるだけで液の色が変わったのではないかを確認できます。
なお、実際の色は最初の液の性質、光の強さ、時間、水草の状態などで変わります。
最初から黄色の液を使う問題もあるので、色の丸暗記ではなく、必ず問題文の条件と結果を優先しましょう。
対照実験は「違う条件が1つ」の組を選ぶ
調べたい条件以外をそろえて比較する実験を、対照実験といいます。
先ほどの試験管では、
- 光の有無を比べたい → AとB
- 光を当てたときの水草の有無を比べたい → AとC
を選びます。
BとCでは、光と水草の有無の両方が違います。
これだけを比べても、どちらが結果に影響したのか切り分けられません。
「どの2本を比べるか」という問題では、まず条件の違いに印をつけましょう。
よくある間違い
「ヨウ素液もBTB溶液も青色」とまとめてしまう
ヨウ素液は、デンプンがあると青紫色になります。
BTB溶液の青色は、液がアルカリ性側であることを表します。
同じ意味の色ではありません。
「昼は呼吸をしていない」と考える
植物は、明るいときも暗いときも呼吸します。
明るい場所では、光合成と呼吸の両方を考える必要があります。
「色が変わらない＝光合成をしていない」と決めつける
光が弱く、光合成による二酸化炭素の消費量と、呼吸による放出量がつり合うと、見かけ上の二酸化炭素量は変わりません。
色の変化が小さい理由には、実験時間が短い場合などもあります。
色だけで断定せず、条件と合わせて判断しましょう。
実験問題を解く4つの手順
- 薬品を確認する：デンプンを調べるのか、液の性質を見るのか。
- 最初の状態を確認する：もとの葉の色、光の有無、BTBの最初の色。
- 比べる条件を1つに絞る：それ以外がそろっている組を探す。
- 結果から理由を書く：「デンプンができた」「二酸化炭素が減った」まで説明する。
理科の実験問題は、操作の順番だけを覚えるより、その操作を何のためにするのかを説明する練習が効果的です。
確認問題
- ヨウ素液で調べられる物質は何ですか。
- 葉をエタノールに入れる目的は何ですか。
- 光の必要性を調べるには、緑色で光の当たる部分と、どの部分を比べますか。
- BTB溶液の色を、酸性・中性・アルカリ性の順に答えましょう。
- 上の試験管Aが青色になる理由を、「二酸化炭素」という語を使って答えましょう。
- 上の実験で光の有無を調べるとき、どの2本を比べますか。
答え
- デンプン。
- 葉の緑色を抜き、ヨウ素液の色の変化を見やすくするため。
- 緑色で光の当たらない部分。
- 黄色・緑色・青色。
- 光合成によって、水中の二酸化炭素が減ったから。
- AとB。
定期テスト直前対策 一問一答PDFで確認しよう
今回の内容を、問題1ページ＋解答1ページの一問一答PDFにまとめました。
ヨウ素液・BTB溶液の基本だけでなく、操作の理由や、3本の試験管の比べ方まで全20問で復習できます。
▶ 中2理科「光合成の実験」一問一答PDFをダウンロード
まとめ 色・調べるもの・理由をセットで覚えよう
光合成の実験で押さえたいのは、次の4点です。
- ヨウ素液：デンプンがあると青紫色になる。
- BTB溶液：酸性は黄色、中性は緑色、アルカリ性は青色。
- 光合成と呼吸による二酸化炭素の増減を考える。
- 対照実験は、調べたい条件以外をそろえて比べる。
「何色になるか」だけで終わらず、「なぜその色になるか」まで説明できるようにしておくと、実験問題でも答えの根拠を持てるようになります。
京の算数学 解答#1533
