【小6理科】物の燃え方と空気を図解で総まとめ—酸素・二酸化炭素・気体検知管・石灰水｜武蔵野個別指導塾

空気の成分とろうそくが燃える前後の変化を、3枚の図と例題で確かめます。気体検知管の読み取りや石灰水の役割を整理し、火が消えても酸素が残る理由まで親子で学べます。

よくあるのは、校庭のベンチで理科のノートを開いたお子さまが、「びんの中のろうそくが消えたのは、空気が全部なくなったから」と書いて手を止める場面です。炎が見えなくなると、びんの中も空っぽになったように思えるのでしょう。けれども、見えなくなった炎と、目に見えない空気とは、別々に考える必要があります。

この単元では、物が燃え続けるために必要なものを調べ、燃える前と後の空気を比べます。鍵になるのは、空気をひとまとまりの物とせず、その中の酸素や二酸化炭素に注目することです。「燃えた」「消えた」という見た目の記録に、気体を調べた結果を重ねると、理由のある説明ができるようになります。

保護者の方が一緒にノートを読むときも、最初から正しい用語を言わせる必要はありません。「消えた後に、何が残っているのかな」と確かめるところから始めます。見た事実と、そこから考えたことを分けると、答えを丸暗記するだけでは気づきにくい空気の変化が見えてきます。

この単元で身につけること

• 空気はいくつかの気体が混ざったものだと捉えます。主な成分はちっ素と酸素で、二酸化炭素なども少し含まれます。
• 酸素には物を燃やすはたらきがあることを理解します。酸素そのものが、ろうそくと同じように燃えているわけではありません。
• 燃え続ける条件を考えます。燃える物、物が燃えるために十分な酸素、燃え始めるのに必要な温度に注目します。
• 燃える前後を、同じ調べ方で比べます。ろうそくが燃えると酸素が使われ、二酸化炭素ができます。
• 気体検知管と石灰水の役割を区別します。気体検知管は気体の種類に応じて割合を調べ、石灰水は二酸化炭素の存在を調べる手がかりにします。

小4で学んだ空気のあたたまり方や、小5で学んだ条件をそろえて比べる考え方が、この単元の実験を読む土台になります。空気が動くことと、空気に含まれる気体が変わることをつなげて考えるのが、新しい学習です。

基本の考え方

空気の主役は酸素だけではありません

空気の中で最も多い気体は、ちっ素です。水じょう気を除いた空気では、体積の割合でちっ素が約78％、酸素が約21％、その他の気体が合わせて約1％を占めます。二酸化炭素はこの「その他」に含まれ、ふつうの空気では約0.04％という少ない割合です。その他の約1％が、全部二酸化炭素という意味ではありません。

割合は、全体を同じ大きさにそろえたときの内訳を表します。酸素が約21％なら、空気全体を100等分したうちのおよそ21に当たる部分が酸素という読み方です。酸素が空気中の特定の場所だけにかたまっているという意味ではありません。身の回りの空気では、これらの気体が混ざり合っています。

図1のように帯で比べると、ちっ素が多く、酸素は全体のおよそ5分の1であることがつかめます。帯は割合を見やすく分けたもので、実際の空気が横に並んだ層になっている様子ではありません。

ちっ素が最も多いからといって、物を燃やすはたらきも最も大きいとは限りません。気体の量と、その気体のはたらきは別のことです。酸素には物を燃やすはたらきがありますが、ちっ素や二酸化炭素には、ろうそくを燃やすはたらきはありません。学校では気体による燃え方の違いを調べ、この区別を確かめます。

ふつうの空気にも最初から二酸化炭素は含まれています。「燃えると二酸化炭素ができる」を、「燃える前には二酸化炭素が全くない」と読み替えないことが大切です。燃える前にも少しあり、燃えた後には増えた、という前後の変化に目を向けます。

ろうそくが燃え続ける条件を考えます

ろうそくを例にすると、燃える物はろうです。ろうは熱でとけ、しんを通って炎の近くへ運ばれます。そこで気体になったろうが燃えます。しんはろうを運ぶ役割をもち、ろうそくの燃え方を「しんだけが燃えている」と説明するのは適切ではありません。

燃える物があっても、それだけで燃え続けるわけではありません。物を燃やすはたらきのある酸素と、燃え始めるのに必要な温度がそろう必要があります。一度燃え始めると、燃えることで出る熱が、その後も燃える状態を保つことに役立ちます。物によって燃え始める温度は異なるので、ここで一律の温度を覚える必要はありません。

学校で、ふたをしたびんの中のろうそくがしばらくして消える様子を観察することがあります。これは、びんの外から新しい空気が入りにくく、中の酸素が燃焼に使われるためです。酸素が減るにつれて、ろうそくが燃え続ける条件が保てなくなります。消えた時点でも、酸素が残っている場合があります。

空気の出入りができる容器では、酸素を含む新しい空気が入れば、燃焼を支えられます。あたためられた空気が上へ動くことも、空気の入れ替わりに関係します。ただし、「穴があれば必ず燃え続ける」とは言い切れません。穴の位置や大きさなどによって、空気の出入りのしやすさが変わるからです。問題では、容器の図と観察結果を組み合わせて判断します。

燃焼の実験は学校で先生の指示に従って行います。家庭で火をつけたり、燃えている物にびんをかぶせたりして再現する必要はありません。熱い容器や炎に触れないこと、顔を近づけないことも、観察を支える基本の決まりです。家庭学習では、教科書の図や記録を使って条件を比べられます。

気体を調べる道具にはそれぞれ役割があります

気体検知管は、調べたい気体に応じた管を使い、決められた方法で気体を通すことで、その気体の割合を読み取る道具です。管の中の薬品の色が変わった部分と目盛りを見ます。酸素を調べる管と二酸化炭素を調べる管は別なので、結果を読むときは、まず管の名前と目盛りの単位を確認します。

管によって調べられる範囲や使い方が異なります。色が変わった部分が長いという見た目だけで、別の種類の管どうしの数値を比べてはいけません。学校では先生の指示と器具の決まりに従って扱い、家庭では管を折ったり、薬品に触れたりせず、記録された値を読み取ります。

石灰水は、初めはすき通った液です。二酸化炭素に触れると白くにごる性質を利用して、二酸化炭素を調べます。白く見えるのは液の中にできた物であり、二酸化炭素の気体そのものが白いわけではありません。二酸化炭素は、色のない気体です。

石灰水の結果だけで、二酸化炭素が何％あるかを正確に決めることはできません。白くにごったという結果は存在を確かめる手がかり、気体検知管の数値は割合の変化を比べる手がかりです。両方の記録があるときは、同じ答えを別の表現で言っているのではなく、異なる面から空気を調べていると考えます。

例題で解き方を確かめる

例題1　気体の量とはたらきを分けます

空気に最も多く含まれる気体と、物を燃やすはたらきがある気体を、それぞれ答えましょう。答えに使う気体は、ちっ素・酸素・二酸化炭素です。

1. 問われていることを分けます。「最も多い」は割合について、「物を燃やす」は性質についての問いなので、同じ答えになると決めつけないためです。
2. 図1の帯の長さを比べます。ちっ素の部分が最も長く、約78％を占めるので、量についての答えを決められます。
3. 物を燃やすはたらきのある気体を選びます。このはたらきをもつのは酸素なので、割合の大きさとは別に答えます。

酸素は燃焼で重要な役割をもつため、空気の大部分も酸素だと思いやすくなります。ここでは、「多い気体」と「燃焼を助ける気体」という見出しをノートに分けて書くと、取り違えを直せます。名前だけでなく、何について答えた名前なのかも確認します。

答え：最も多い気体はちっ素、物を燃やすはたらきがある気体は酸素です。

例題2　酸素は全部なくなったのでしょうか

ろうそくが燃える前と、びんの中で燃えて消えた後に、気体検知管で調べた結果を次のようにします。これは読み取りのための測定例で、いつも同じ値になるという意味ではありません。

酸素の割合はどれだけ下がりましたか。また、「火が消えたのは酸素が全部なくなったから」という説明は正しいでしょうか。図2のように同じ目盛りで酸素の割合を表すと、差と残っている割合の両方を読み取れます。

1. 比べる気体を酸素にしぼります。二酸化炭素の値と混ぜず、同じ種類の気体の前後を比べるためです。
2. 前の値から後の値を引きます。21−17＝4なので、酸素の割合は4ポイント下がったとわかります。ここでいうポイントは、％で表した数値どうしの差です。
3. 火が消えた後の値が0かどうかを調べます。17％は0％ではないので、酸素が全部なくなったという説明は、結果と合いません。
4. 結果に合う言葉で理由を書きます。酸素が減り、ろうそくが燃え続けられる条件が保てなくなった、と説明します。

「4％減った」という言い方は、何をもとにした割合かがあいまいになることがあります。この問題では「21％から17％へ下がった」と書けば、変化がはっきりします。また、この測定例から、どんな物でも酸素が17％になると必ず火が消える、とは言えません。扱ったのは、このろうそくと容器で得られた結果です。

答え：酸素の割合は4ポイント下がり、17％残っているので、全部なくなったという説明は正しくありません。

例題3　比べる条件をそろえます

同じ形と大きさのびんに、同じ種類・長さのろうそくを用意した実験記録があります。Aはふたをした状態でしばらくすると火が消え、Bは空気が出入りできる状態でAより長く燃えました。AとBで何を変えて比べたのでしょうか。また、びんの大きさも同時に変えてしまうと、なぜ判断しにくくなるのでしょうか。

1. 同じ条件に印をつけます。びんの形と大きさ、ろうそくの種類と長さをそろえているので、これらの違いによる結果ではないと考えるためです。
2. 違う条件を取り出します。AとBで違うのは空気が出入りできるかどうかなので、そこを調べる実験だと判断します。
3. 燃え方とのつながりを説明します。空気が出入りできれば酸素を含む新しい空気が入るため、燃え続けやすくなると考えられます。
4. びんの大きさを変えた場合を考えます。初めに入っている空気の量も変わるので、燃え方の違いを空気の出入りだけの影響と判断できなくなります。

条件をそろえる目的は、実験の形をきれいにそろえることではありません。結果が違ったとき、その理由をしぼれるようにするためです。「同じにする物を全部書く」という覚え方から一歩進め、「これまで違ったら、何の影響かわからなくなるか」と考えると、問題の場面が変わっても対応できます。

答え：空気の出入りの有無を変えています。びんの大きさも変えると、空気の量の違いが結果に影響するためです。

例題4　石灰水の結果から説明します

学校の実験で、同じ量の新しい石灰水を使い、同じ調べ方で燃える前と後の空気を比べました。この観察では、燃える前の空気では見た目の変化がほとんどなく、燃えた後の空気では白くにごりました。さらに、例題2の表のように二酸化炭素の割合が増えていました。これらをもとに、ろうそくが燃えると何ができたと考えられるか説明しましょう。

1. 観察した事実を書き出します。「燃えた後の空気で石灰水が白くにごった」と、まず見た変化を確定するためです。
2. 石灰水の性質を結びつけます。二酸化炭素があると白くにごるので、燃えた後の空気に二酸化炭素が含まれると考えられます。
3. 燃える前との違いを、気体検知管の結果でも確かめます。初めから少し含まれる二酸化炭素と、燃焼で増えた分を区別して考えるためです。
4. 変化の原因を文章にします。ろうそくが燃えることで二酸化炭素ができ、空気に含まれる割合が増えたとまとめます。

「石灰水が白くなったので酸素が減った」と書くと、道具と結論がつながりません。酸素の減少は酸素用の気体検知管の結果を根拠にし、石灰水の変化は二酸化炭素の存在を考える根拠にします。どの結果を使って何を説明したかを、文の中でも対応させます。

答え：燃えた後の空気で石灰水が白くにごり、二酸化炭素の割合も増えたので、ろうそくが燃えて二酸化炭素ができたと考えられます。

つまずきやすいところと直し方

「空気が全部なくなった」と書いてしまいます

誤った書き方は、「ろうそくが空気を全部使ったので、びんの中には何も残らなかった」です。どこが違うかというと、空気をいくつかの気体の混ざったものとして扱っていない点です。燃焼で使われる酸素に注目する必要があり、燃えた後にも、ちっ素や残った酸素、できた二酸化炭素などがあります。

正しい書き方は、「酸素が使われて減り、燃え続けられる条件が保てなくなったので、火が消えた」です。直すときには、説明文を書き換える前に、燃えた後の測定値を指さします。酸素が残っている事実を自分で見つけると、「消えたから全部ない」という考え方を修正できます。

「酸素が燃えた」と書いてしまいます

誤った書き方は、「びんの中の酸素が燃えて、ろうそくの炎になった」です。どこが違うかというと、燃える物と、物を燃やすはたらきがある気体の役割を入れ替えている点です。ろうそくでは気体になったろうが燃え、酸素はその燃焼に使われます。

正しい書き方は、「ろうそくのろうが、空気中の酸素を使って燃えた」です。「使われる」と「燃える」は同じ意味ではありません。お子さまが説明しにくいときは、「何が燃えたのか」「どの気体が燃えることを助けたのか」の順に分けて答えると、文の主語が整理されます。

「白い気体ができた」と書いてしまいます

誤った書き方は、「燃えると白い二酸化炭素ができ、石灰水に入った」です。どこが違うかというと、気体の色と、石灰水の変化を取り違えている点です。図3のように、観察で白くにごるのは石灰水です。二酸化炭素そのものに白い色がついているわけではありません。

正しい書き方は、「二酸化炭素が石灰水に触れると、石灰水が白くにごった」です。図3は例題4の観察結果を表しています。ふつうの空気にも二酸化炭素は少し含まれるので、「燃える前の空気では、どんな調べ方でも絶対ににごらない」と一般化しないようにします。

また、白さが濃ければ二酸化炭素の割合をそのまま計算できる、とは考えません。石灰水の量や気体の触れ方なども結果に関係するためです。にごりの観察と数値の測定を分けて読むことが、道具の役割を理解する確かな目印になります。

練習問題

練習1　言葉を選びます

次の文の空欄に、ちっ素・酸素・二酸化炭素から合う言葉を入れましょう。同じ言葉を繰り返し使う必要はありません。「空気に最も多いのは（ア）です。ろうそくが燃えるときに使われるのは（イ）で、燃えることでできる気体の1つは（ウ）です。」

練習2　割合の変化を読み取ります

別の測定記録で、酸素は燃える前が21％、火が消えた後が16％でした。酸素の割合は何ポイント下がりましたか。また、火が消えた後に酸素が残っていると言える理由を書きましょう。この値も読み取りのための例です。

練習3　道具と結果を結びつけます

ろうそくが燃えた後の空気に、新しい石灰水が触れると白くにごりました。この結果から存在を確かめられる気体は何ですか。また、その結果だけで、その気体の割合が3％だと言えるでしょうか。理由も書きましょう。

練習4　実験の比べ方を直します

「小さいびんにふたをして調べた結果」と「大きいびんで空気が出入りするようにして調べた結果」を比べて、空気の出入りと燃え方の関係を考えようとしました。どこを直せば、空気の出入りの影響を判断しやすくなりますか。ろうそくは同じ種類・長さを使ったものとします。

答えと解説

練習1の答え：アはちっ素、イは酸素、ウは二酸化炭素です。空気の中に多い気体、燃焼で使われる気体、燃焼でできる気体という役割の違いを確かめます。文の順番が変わっても、この対応が同じなら正しく答えられます。

練習2の答え：5ポイント下がりました。火が消えた後も16％で、0％ではないため、酸素は残っています。計算は21−16＝5です。引き算で求めた5と、残った割合の16を区別します。減った分と残った分は、同じ数を聞いているのではありません。

練習3の答え：二酸化炭素です。石灰水のにごりだけでは割合の数値を正確に決められないので、3％とは言えません。割合を調べるには、その気体に合った気体検知管などで得られた測定結果が必要です。「あること」と「どのくらいあるか」を分けて説明します。

練習4の答え：びんの形と大きさを同じにし、空気の出入りの有無を変えて比べます。びんが大小で違うと、初めに入っている空気の量も違うためです。変える条件を空気の出入りにしぼれば、燃え方が違った理由を考えやすくなります。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

酸素が使われ、二酸化炭素ができるという見方は、人や動物の呼吸を学ぶときにもつながります。ただし、体の中でろうそくのような炎が出ているという意味ではありません。同じ気体が登場しても、どこでどのような変化が起きるかを分けて考えます。植物や生き物と環境を学ぶときには、空気を通したつながりにも目を向けます。

家庭では、保護者の方と一緒に、次の2つをそれぞれ5分程度で確かめられます。火や薬品は使わず、紙と教科書やノートを用意します。

1. 紙を「燃える前」と「燃えた後」に分け、酸素と二酸化炭素の名前を書きます。例題2の表を見て、酸素には減る向き、二酸化炭素には増える向きの矢印を添えます。最後に、減った酸素がまだ残っているかを数値で確かめます。
2. 「石灰水が白くにごった」「酸素が17％だった」と書いた紙を見て、それぞれ何を調べた記録かを説明します。道具の名前を答えるだけでなく、その記録から言えることを一文にすると、観察と結論のつながりを確かめられます。

個別指導で説明が止まるときは、まず「空気は混ざったもの」という点まで戻り、必要に応じて小5の条件をそろえる考え方も確認します。言葉の取り違えなのか、表の読み違いなのかを分けてから、理由を書く問題へ進みます。

まとめ

炎が消える場面だけを見ると、見えない空気の変化まで想像で埋めてしまいがちです。けれども、燃える前後の数値や石灰水の変化を並べれば、どこまでが観察で、どこからが説明なのかを区別できます。お子さまの答えを読むときも、正しい用語が入っているかに加えて、その言葉を支える結果が示されているかを見てみます。

短い説明でも、酸素が減ったという測定結果と、火が消えたという観察がつながれば、理科の文章になります。消えた炎の理由は、残った気体の記録から読み解けます。