14. 용액의반응 활동주제차시자료명 ( 내용주제 ) 쪽수 단원도입단원소개, 단원구성, 단원개관, 참고자료, 준비물 3 1. 산성용액과금속의반응 2. 대리석으로만든문화재나건물이손상되는까닭 1 2 3. 산성비 3 4 4. 중성용액을만드는방법 5 실험매뉴얼 : 산성용액과염기성용액에금속조각을넣으면어떻게될까요? 보조자료 보조자료 개념해설 : 소금이물에녹는현상과금속이산성용액에녹는현상은어떤차이가있을까? / 마그네슘금속의반응참고자료 : 금속들의반응성순서 / 금속과산의반응식생활과과학 : 잘변하는금속, 잘변하지않는금속 / 쿠킹호일학생활동 : 사라진금속은어떻게되었을까요? 도전과제 : 반응열측정하기 실험매뉴얼 : 산성용액과염기성용액에대리석조각을넣으면어떻게될까요? 개념해설 : 대리암과석회암의차이점과공통점 / 대리암조각이손상되는이유 / 대리암이염기와는반응하지않는이유도전과제 : 드라이아이스로알아보는석회동굴의생성원리생활과과학 : 콘크리트에생기는고드름 / 대리암건축물을보호하기위한노력수업도우미 : 대리석조각상에영향을미치는요인참고자료 : 산성비를중화시키는황사학생활동 : 환경오염에대한나의의견말하기 실험매뉴얼 : 산성비에대하여알아봅시다. 보조자료개념해설 : 빗물과산성비의 ph / 산성비는어떤피해를일으킬까? / 산성비는어떻게하면해결할수있을까?/ 화석연료에왜황이나질소가포함되어있을까? 생활과과학 : 산성비보다더위험한산성안개 / 지하수나바닷물이빗물보다염기성인이유학생활동 : 환경정화수에관한신문기사읽고생각해보기시범실험 : 황이어떻게산성비가될까? 실험매뉴얼 : 산성용액과염기성용액을섞으면어떻게될까요? 보조자료 개념해설 : 산과염기의정의 / 산과염기의만남 / 산성용액에염기성용액을많이넣으면? / 염기성용액에산성용액을계속가하면? 생활과과학 : 샴푸사용을줄여봐요 / 김치를시지않게오래보관하는방법참고자료 : 천연염색학생활동 : 드라이아이스와양배추용액의만남도전과제 : 잿물을이용하여중성용액만들기수업도우미 : 조상들의잿물만드는방법 6 12 15 16 18 20 22 28 30 32 33 34 35 36 42 46 47 48 50 56 58 59 60 62 63 보조실험매뉴얼자료 : 논이나밭에석회를뿌리는까닭은무엇일까요? 64 5. 논이나밭에석회를뿌리는까닭 6 개념해설 : 식물의재배에적당한토양은? / 토양산성화의원인 / 토양을회복시키려면생활과과학 : 화분위의달걀껍질!! / 가축의분뇨를비료로 / 석회석, 대리석, 생석회, 소석회, 석회수학생활동 : 토양의산성화심각 70 72 74 도전과제 : 석회암지대에서의 ph의변화참고자료 : 과학의양면성. 비료냐폭탄이냐!! 75 76 총괄평가 평가문항 / 낱말퍼즐 78 2 14. 용액의반응
eksdnjs thro 본단원은주변에서일어나고있는몇가지화학적변화를이해하도록구성되어있다. 산성용액에서의금속또는대리석의반응, 산성비, 중성용액의제조와중화반응을이용한산성토양의개선을이해하도록지도한다. 선수학습으로 5학년 1학기의 용해와용액 단원에서용해현상과물질이용해되기전과후의무게를비교하여물질이용해되면그형태는변하여도무게는변하지않음을지도한다. 선수학습으로 5학년 2학기의 용액의성질 단원에서여러가지방법으로용액을산성과염기성으로분류하였고생활주변용액의성질을알아보았음을지도한다. 여기에는교과서에나오는활동주제별실험매뉴얼과아래에제시된바와같이보조자료를구성하였다. eksdnjs rntjd 활동주제 단원도입 내용분류 1. 산성용액과금속의반응 2. 대리석으로만든문화재나건물이손상되는까닭 차시 실험매뉴얼 개념해설 도전과제 생활과과학 보조자료 수업도우미 참고자료 학생활동 1 2 시범실험 3. 산성비 3 4 4. 중성용액을만드는방법 5 5. 논이나밭에석회를뿌리는까닭 6 총괄평가 단원소개 3
eksdnjs rorhks 1. 산성용액과염기성용액에금속조각을넣으면어떻게될까요? 산성용액과염기성용액에금속을넣었을때금속의반응을알아보는활동으로산성용액과는반응하지만, 염기성용액과는반응하지않음을비교해보게한다. 산성용액에금속을넣으면기포와열이발생하며, 금속은반응전과는다른물질로변함을설명한다. 2. 산성용액과염기성용액에대리석조각을넣으면어떻게될까요? 산성용액과염기성용액에대리석을넣었을때대리석의반응을알아보는활동으로, 산성용액과염기성용액에서의반응을비교해보게한다. 대리석조각에묽은염산, 묽은황산, 묽은수산화나트륨용액을떨어뜨려변화를관찰하고, 묽은염산과묽은황산에서나타난결과를통해산성용액에서는공통적으로기체가발생하면서녹지만, 염기성용액에서는반응하지않음을알수있다. 이를바탕으로대리석으로만든문화재가산성비에의해손상되는이유를설명할수있도록한다. 3. 산성비에대하여알아봅시다. 산성비의정의, 산성비의원인과피해, 산성비의피해를줄일수있는방법에대하여다양한자료를통하여조사및토의할수있는활동이다. 산성비가만들어지는원인물질의기원, 산성비의피해사례와해결책, 우리주변의물의 ph가변하는원인등활용할수있는다양한자료를백과사전, 신문, 인터넷등을통해스스로조사하고토의할수있도록한다. 4. 산성용액과염기성용액을섞으면어떻게될까요? 산성용액과염기성용액을서로섞으면, 그양에따라섞인용액의액성이달라짐을관찰하고알맞게섞으면중성용액이될수있음을추리할수있는활동이다. 묽은염산에묽은수산화나트륨용액을넣으면서지시약의색깔변화로용액의성질이변함을관찰하게한다. 산성용액과염기성용액을서로섞어중성용액을만드는중화반응을활용한원리를이해하도록한다. 5. 논이나밭에석회를뿌리는까닭은무엇일까요? 석회수실험을통하여석회수가염기성임을알아보고, 산성토양에염기성물질인석회나재를뿌리는이유를중화현상과관련지어이해하도록지도한다. 또한생활속에서산과염기의중화반응을이용한예를이해할수있도록지도한다. 4 14. 용액의반응
alfl wnsqlgktpdy 묽은용액만드는방법 종류 관련주제 사용농도 시판품 만드는방법 염산 (Hydrochloric acid;hcl) 1. 산성용액과금속의반응 2. 대리석으로만든문화재나건물이손상되는까닭 4. 중성용액을만드는방법 1.0M 0.1M 갈색유리병흰색플라스틱병 갈색유리병흰색플라스틱병 12M (35%) 3.4M (10%) 12M (35%) 3.4M (10%) 염산 10mL+물 110mL 염산 50mL+물 100mL 염산 1mL+물 119mL 염산 5mL+물 145mL 황산 (Sulfuric acid;h 2 SO 4 ) 1. 산성용액과금속의반응 2. 대리석으로만든문화재나건물이손상되는까닭 1.0M 갈색유리병흰색플라스틱병 18M (95%) 2.8M (15%) 황산 10mL+물 170mL 황산 50mL+물 100mL 수산화나트륨 (Sodium Hydroxide; NaOH) 1. 산성용액과금속의반응 2. 대리석으로만든문화재나건물이손상되는까닭 1.0M 흰색덩어리 4. 중성용액을만드는방법 0.1M 흰색덩어리 수산화나트륨 40g+ 물 1L 수산화나트륨 4g+ 물 1L ckarh wkfy information `인터넷 http://edu.me.go.kr: 눈높이환경교실홈페이지로서, 환경에대한전반적인내용소개 http://www.kier.re.kr: 한국에너지기술연구원홈페이지로서, 대체에너지에대한전반적인내용소개 `참고문헌 화학 Demo 자료집 (1997). 이영훈외. 한국과학기술원, 한국영재학회 생활이담긴화학에세이 (1999). 최병순, 강성주. 대한교과서. 단원개관 5
차시 1/5 차시 교과서 41 42 쪽 실험관찰 33 34 쪽 학습목표 개념영역 과정영역 `산성용액과철조각혹은마그네슘조각이반응하면기체와열이발생함을말할수있다. `산성용액과철혹은마그네슘조각이반응하여다른물질로변함을설명할수있다. `산성용액혹은염기성용액과철조각혹은마그네슘조각이반응할때일어나는변화를자세히관찰할수있다. ryrhktj 기포와열이발생한다. 6 주제 1. 산성용액과금속의반응
gkrtmq rody 1. 산성용액에금속을넣었을때의반응알아보기 묽은염산과묽은황산에마그네슘조각과철조각을각각넣었을때기포와열이발생한다. 2. 염기성용액에금속을넣었을때의반응알아보기 묽은수산화나트륨용액에마그네슘조각과철조각을각각넣었을때아무런변화가없다. 3. 용액의성질에따른금속의반응비교하기 용액의성질에따른철조각과마그네슘조각의반응을비교한다. tlfgja rhksckf 기포와열이발생한다. 기포와열이발생한다. 기포와열이발생한다. 기포와열이발생한다. 아무변화없다. 아무변화없다. 실험매뉴얼 7
wns ql anf 모둠별준비물 묽은염산 (Hydrochloric acid;hcl (1M) 묽은수산화나트륨용액 (Sodium Hydroxide ;NaOH) (1M) 묽은황산 (Sulfuric acid;h 2 SO 4 ) (1M) 철 철조각 (Fe) 마그네슘조각 (Mg) ( 마그네슘리본 ) 6 개의시험관이꽂혀있는시험관대 (1 개 / 모둠 ) 500mL 비커 (4 개 / 모둠 ) 스포이트 (3 개 / 모둠 ) 묽은염산 묽은염산 묽은황산 묽은황산 묽은수산화나트륨 묽은수산화나트륨 사포 (1 개 / 모둠 ) 핀셋 (1 개 / 모둠 ) 묽은염산묽은황산묽은수산화나트륨 학생준비물 보안경 (1 개 / 학생 ) xkarn ghkfehd rhkwjd 활동 1. 산성용액과금속의반응 1. 묽은염산이라고쓰여진 2개의시험관 1 에묽은염산을약정도씩넣는다. 4 하나의스포이트를사용해서묽은염산을넣는다. 하나의비커에물을넣은후사용했던스포이트를넣는다. 8 주제 1. 산성용액과금속의반응
xkarn ghkfeh D rhkwjd 2. 묽은황산이라고쓰여진 2개의시험관 1 에묽은황산을약정도씩넣는다. 4 묽은염산을넣었던스포이트를사용하면안된다. 다른스포이트를사용하도록한다. 또한반응이활발하게일어날때손으로시험관을만져보면열이나는것을느낄수있다. 시험관에온도계를꽂아온도가상승하는것을측정하는것도좋다. 철조각은사포로문지른후용액에넣는다. 3. 묽은염산을넣은시험관에철조각과마그네슘조각을각각넣어변화를관찰한다. 4. 묽은황산을넣은시험관에철조각과마그네슘조각을각각넣어변화를관찰한다. 여기서발생되는기체는수소인데, 학생들에게이기체의종류에대해서설명하지않는다. 산성용액에넣은철조각의반응은너무느리다. 그러나철조각표면에반응하면서생긴기포가달라붙어있는것을볼수있다. 따라서이기포를통해반응이일어나고있음을알도록유도한다. 5. 반응이어느정도끝나면시험관속의액체를비커에따라내고, 남아있는금속조각을꺼내어흐르는물에씻는다. 마그네슘조각은격렬하게반응한후모두녹아버리나철조각은거의변화가없다. 실험매뉴얼 9
6. 시험관에서꺼낸금속조각의색깔과모양이어떻게변하였는지처음의금속과비교한다. 산성용액에넣은금속은없어지거나크기가줄어든다. 이를통해산성용액에넣은금속의일부가용액에녹아들어갔음을추리할수있다. 이사진은용액의농도가진했을때철조각의반응후모습이다. 반응전 반응후 활동 2. 염기성용액과금속의반응 1. 묽은수산화나트륨용액이라고쓰여진 2개의시험관에묽은수산화나트륨용액 1 을약정도씩넣는다. 4 2. 묽은수산화나트륨용액을넣은시험관에철조각과마그네슘조각을각각넣어변화를관찰한다. 묽은수산화나트륨용액에금속조각을넣으면아무런변화도일어나지않는다. 10 주제 1. 산성용액과금속의반응
3 4 xkarn ghkfeh D rhkwjd 3. 시험관속의액체를따라내고물질을꺼낸후, 처음의금속과비교한다. 4. 용액의성질에따른철조각과마그네슘조각의반응에대해토의한다. 반응전 반응후 wjd fl 1. 산성용액에철조각이나마그네슘조각을넣었을때기포와열이발생한다. 2. 산성용액과철혹은마그네슘조각이반응하여다른물질로변한다. 3. 염기성용액에철조각이나마그네슘조각을넣었을때아무런변화도일어나지않는다. vud rk 1 2 3 4 1. 묽은염산에마그네슘조각을넣었을때나타나는변화로맞는것을모두고르세요. 열이발생한다. 기포가발생한다. 아무런변화도일어나지않는다. 금속의크기가작아진다. 2. 다음과같이실험했을때열과기포가발생하지않는것은어느것인가요? 1 묽은염산에철조각을넣었을때 2 묽은황산에철조각을넣었을때 묽은황산에마그네슘조각을넣었을때묽은수산화나트륨용액에마그네슘조각을넣었을때 1. 1, 2, 4 2. 4 실험매뉴얼 11
rosua gotjf 소금이물에녹는현상과금속이산성용액에녹는현상은어떤차이가있을까? 소금과금속모두녹지만용액속에서일어나는현상에는차이가있다. 소금 금속 물에소금을녹이는경우를생각해보자. 소금 + 물 소금물 소금이물에녹는현상은소금입자들이사라지거나변하지않고, 물입자들사이사이에섞여들어가는것이다. 다시이야기하면, 소금입자는겉보기만변했을뿐자신들의성질을잃지않고, 그대로가지고있다. 소금이짠맛을가지듯이소금물도짠맛을가지고있다. 그리고소금물은소금과물이잠시섞여있는상태이므로다시분리하는것도가능하다. 소금물을가열하면물은증발하고, 소금이남아있는것을볼수있다. 그러면금속을산성용액에녹이는경우는어떠한지살펴보자. 마그네슘금속을염산에녹이면기체가발생하는것을눈으로확인할수있다. 그러면서마그네슘금속의크기는점점작아진다. 그러한변화를식으로나타내면다음과같다. 금속 + 산성용액 금속염 + 수소기체 마그네슘금속은녹으면서염산과반응하여마그네슘금속염 (MgCl 2 ) 과수소기체 (H 2 ) 로변한다. 따라서용액속에는더이상금속마그네슘과같은성질을가진물질이남아있지않다. 소금물처럼소금과물로다시분리되지도못한다. 마그네슘금속이녹은염산을가열해보면마그네슘은간데없고, 소금과비슷한흰색의염이남아있음을확인할수있다. 12 주제 1. 산성용액과금속의반응
이런두가지현상을물리적변화와화학적변화라는용어를써서설명할수있다. 소금이물에녹는현상은두물질이자신의성질은그대로가지고있으면서겉보기만변한것이다. 이러한현상은물리적변화라고하고, 마그네슘금속이염산에녹는것처럼, 물질들이반응하여원래의성질을잃어버리고전혀다른물질이얻어지는과정은화학적변화라고한다. 보조자료 13
마그네슘금속의반응산성용액과염기성용액에각각금속마그네슘을넣어보자. 산성용액에넣은금속마그네슘은기체를발생시키며녹아들어가지만, 염기성용액에서는아무런변화가없다. 금속마그네슘은용액속에어떤이온이존재하는지에따라서반응을하기도하고반응을하지않기도한다. 금속마그네슘보다반응성이작은양이온이용액에존재하면금속마그네슘은녹아들어가지만, 반응성이더큰양이온이존재하면아무런변화가없다. 산성용액의경우에는수소이온이양이온으로존재한다. 금속마그네슘의반응성이더크기때문에반응을하여서마그네슘이온으로녹아들어가고수소이온은수소기체가된다. 반면수산화나트륨수용액과같은염기성용액의경우에는나트륨이온이양이온으로존재한다. 14 주제 1. 산성용액과금속의반응
금속마그네슘의반응성은나트륨의반응성보다더작기때문에변화가없다. ckarh wkfy 금속들의반응성순서우리가학교실험이나생활주변에서흔히사용하는금속중에서마그네슘 (Mg), 철 (Fe), 구리 (Cu), 금 (Au) 을산성용액속에포함되어있는수소 (H) 와반응성을비교해보자. 반응성의순서는다음과같다. 마그네슘 (Mg)> 철 (Fe)> 수소 (H)> 구리 (Cu)> 금 (Au) 마그네슘에서금으로갈수록금속이나분자상태로존재하려는경향이강하고, 반대로금에서마그네슘쪽으로갈수록이온으로존재하려는경향이강하다. 예를들어서, 용액속에서마그네슘이온 (Mg 2+ ) 과금 (Au) 이만나면, 이들은아무런반응이일어나지않는다. 왜냐하면마그네슘은금에비해서이온으로존재하려는경향이강하고, 금은금속으로존재하려는경향이강하기때문이다그러면금 (Au) 이수소이온 (H + ) 과만난다면어떤변화가일어나는가? 마그네슘은수소보다이온으로존재하려는경향이크기때문에수소에게전자를주고이온 (Mg 2+ ) 이되고, 수소는전자를받아서수소분자 (H 2 ) 가된다. 이러한상대적인반응성의차이로인해서어떤금속은산성용액에녹아서수소기체를발생시키고, 어떤금속은반응을하지않는경향이나타나는것이다. 금속과산의반응식아연, 알루미늄, 철등이염산과반응하는형태는같다. Zn + 2 HCl H 2 + ZnCl 2 2 Al + 6 HCl 3 H 2 + 2 AlCl 3 Fe + 2 HCl H 2 + FeCl 2 금속 + 산성용액 수소기체 + 금속염반응하는비와생성되는비는각금속의특성이므로여기서는중요하게생각하지않아도된다. 수소보다반응성이큰금속은산성용액과반응하지만구리나금, 백금같은금속들은산성용액의수소이온과반응을하지않는다. 보조자료 15
todghkfrhk rhkgkr 잘변하는금속, 잘변하지않는금속사람들은금으로반지를만든다. 금반지를낀채세수하거나손을씻어도변화가거의없다. 그런데만약철로반지를만들어서끼고생활을한다면어떨까? 얼마안가서녹이슬어끼고다니기에볼품이없을것이다. 철은주변물질에의해서쉽게변하고, 금은잘변하지않는다는사실을알수있다. 신라시대의금관이아름다움을잃지않는비결은무엇일까? 우리주변에는철과금외에도여러가지금속들이있다. 철과같이주변에있는물질들과쉽게반응해서변하는금속이있는가하면, 금과같이잘변하지않고자신의모습을그대로유지하는금속도있다. 우리가보석으로사용하고있는금속은주변의물질과반응을거의하지않는금속들이다. 산성용액에서도비슷한경향성을나타낸다. 산성용액과쉽게반응해서변하는금속이있는가하면, 금과같이잘변하지않고자신의모습을그대로유지하는금속도있다. 16 주제 1. 산성용액과금속의반응
쿠킹호일김치는시간이지나면점점신맛을낸다. 이것은김치가발효되면서젖산이라는산성물질이생성되기때문이다. 주방에서자주이용하는쿠킹호일은얇은알루미늄금속박이다. 쿠킹호일로오랜시간김치를포장해두면어떻게될까? 쿠킹호일의표면에작은구멍들이생기는것을볼수있는데, 김치와같이산성을띠는음식물을쿠킹호일로포장해서오랜시간두면호일의금속알루미늄이알루미늄이온이되어음식물속으로녹아들어간다. 보조자료 17
gkrtod ghkfehd 반번이름 사라진금속은어떻게되었을까요? 1. 네명의학생이위의마술을보고나누는대화의내용이다. 다음중누구의대화가옳다고생각하는가? 승철 : 염산은아주강하기때문에모든것을태워! 승철 : 그래서마그네슘조각도타서재가되어녹아있을거야! 미나 : 아니야! 승철 : 마그네슘조각은더작은조각으로쪼개져서염산안에섞여있을거야! 진하 : 내생각엔마그네슘조각은기체가되어서공기중으로사라졌을것같아! 혜수 : 마그네슘조각은염산과반응해서다른물질로변했을거야! 변해서생긴물질들중에서일부는용액중에남아있고, 일부는기체가되어날아간다고생각해! 18 주제 1. 산성용액과금속의반응
2. 자신의생각을적어보자. 지도상유의점 염산과같은산성용액을가열해보면 ( 위험한일이지만!) 증발접시에는아무 것도남지않는다. 그러나금속마그네슘이녹아들어간용액은소금과비슷한물질이남아있다. 이물질은마그네슘과는다른특성을나타낸다. 이것은염화마그네슘 (MgCl 2 ) 이라는물질이다. 마그네슘양이온 (Mg 2+ ) 과염화이온 (Cl - ) 이결합하여생긴물질이다. 이때생긴흰색의고체를보면마그네슘이사라진것이아니라용액속에녹아있다는사실을확인할수있다. 실험시유의사항 1. 염산용액의위험성에대해서실험전에충분히숙지시킨다. 그리고염산용액을가열하면유독한기체가발생하므로후드장치밖에서는가열을하지않도록주의한다. 2. 금속과산의반응에서수소기체가발생한다. 수소기체는폭발성을지닌기체이므로기체가발생할때화기근처에서실험하지않도록한다. 3. 염산은강한산성을띠기때문에피부나옷에묻지않도록해야한다. 피부에묻었을경우즉시흐르는물에씻도록한다. 보조자료 19
ehwjs rhkwp 반번이름 반응열측정하기석재와슬기는금속이산과의반응에서발생하는열에관하여알아보고자한다. 마그네슘조각의수에따라발생하는열의양을측정하는실험을고안하여실행하여보자. 준비물 : 마그네슘리본 (0.3 1.0 cm) 6조각, 온도계 1개, 시험관 1개, 핀셋, 시험관대, 1.0M 염산수용액 < 실험과정설계 > 스스로실험과정을생각해서적어보자. < 예상하기 > 산에마그네슘리본의개수를많이넣을수록어떻게될까? < 실험결과 > 마그네슘리본의개수에따른온도 ( C) 변화 마그네슘리본의개수 1 개 2 개 3 개 온도 20 주제 1. 산성용액과금속의반응
생각해보기 1. 마그네슘리본의개수에따른온도변화를그래프로그려보자. 온도 ( ) æ 1 개 2 개 3 개 마그네슘리본의개수 2. 마그네슘리본의개수와온도사이에는어떤관계가있는가? 지도상의유의점 1. 산성용액에금속을넣으면열이발생한다. 발생되는열의양은첨가된반응물의양, 금속조각의크기, 금속의종류에따라다르다. 첨가된반응물의양과금속의크기가같을경우, 발생된열의양은금속의종류와관계가있다. 일반적으로금속의반응성이클수록열이많이발생된다. 반응이잘일어나는금속일수록온도가빨리올라가고반응이전혀일어나지않으면온도가올라가지않게된다. 2. 위의반응은첨가된마그네슘리본의개수에따라발생하는열이달라진다. 또실험하는날의기온에따라서달라질수있지만, 보통 3~4분이내에실험이완료되며 1.0M 염산 20mL에마그네슘리본1.0cm 1개를넣으면온도가 4 정도상승하고 2개를넣으면 8 정도상승한다. 3. 1.0M 염산수용액만드는방법은 2 단원을참고한다. 보조자료 21