03-화학 제2부

제 222 부

소단원별 과학수업 지도 자료

▣ 화학 Ⅰ

제4장 주변의 물질

제5장 화학과 인간

▣ 화학 Ⅱ

제6장 물질의 상태와 용액

제7장 물질의 구조

제8장 반응 속도

제9장 화학평형

제10장 산과 염기의 반응

제11장 산화･환원 반응

제

4장

제2부 소단원별 과학수업 지도 자료 55

주변의 물질제444장

과학수업 지도자료 안내

1. 과학수업 지도자료 목록

제 목분 류

[성격/ 장소]기 타

관련 오개념

(2장 참고)

4장.

주변의

물질

활동 1 점점 더워지는 지구 토의/ 교실 교과서 탐구 ･활동 2 지구가 콜록 콜록! 토의/ 교실 교과서 탐구 ･활동 3 누가 더 반응성이 클까? 실험/ 실험실 교과서 탐구 ･활동 4 SOS! 부속되는 금속을 구하라!!! 토의/ 교실 교과서 탐구 ･

2. 선정 이유

활동 1. 온실 효과가 무엇인지 알아보고, 온실 기체의 증가를 막기 위해 할 수 있는 일을 생각해

보기 위한 STS 수업 전략(도입하기-탐색하기-설명 및 해결방안 제시하기-실행하기)으로

진행되는 활동이다.

활동 2. 기 오염의 원인과 심각성을 이해하고, 생활 속에서 기 오염을 줄일 수 있는 방안을

알아보기 위한 STS 수업 전략(도입하기-탐색하기-설명 및 해결방안 제시하기-실행하기)으

로 진행되는 활동이다.

활동 3. 금속 염 수용액과 금속 사이의 반응성의 크기를 예상하고, 실험을 통해 관찰해 본다. 이

를 통해 여러 가지 금속의 반응성의 크기를 비교하고, 금속의 반응성과 산화 ･ 환원 반응

과 관련지어 설명하는 POE 모형(예측-관찰-설명)으로 진행되는 실험 활동이다.

활동 4. 금속이 부식되는 이유를 알아보고, 금속의 부식을 방지할 수 있는 원리와 방법을 설명한

다. 또한 주어진 상황에 따라 금속의 부식을 방지하는 방법에 해 의사 결정을 해보는

STS 수업 전략(도입하기-탐색하기-설명 및 해결방안 제시하기-실행하기)으로 진행되는 활

동이다.

56 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

ꊝꊦ학년교과서 탐구

학생용[우리 주변의 물질(공기)]

점점 더워지는 지구11학년

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

참고

기가 온실이나 유리와 같

은 역할을 한다. 온실 효과가

없었다면, 지구는 재 평균

기온(약 15℃)보다 약 33~

35℃ 낮은 행성이 되었을 것

이다.

참고

염화불화탄소(CFCs)

메탄, 에탄과 같은 가장 기본

인 탄화수소 화합물에서

수소 부분을 루오르(불소)

나 다른 할로겐 원소로 치환

한 물질이다. 이것을 매한

미국의 뒤 사가 붙인 상표

명이 바로 온이다.

온실 효과와 지구 온난화

태양으로부터 온 에너지는 지구의 기와 땅과 바다를 데우며, 그 일부는

기와 지표면에서 반사되어 우주 공간으로 되돌아간다. 또, 지구는 태양으

로부터 얻은 에너지를 우주 공간으로 다시 복사한다.

지구의 기는 태양 복사 에너지나 지구 복사 에너지를 흡수하기 때문에

기가 없을 때에 비해 지구의 표면 온도를 약 35℃ 정도 더 따뜻하게 만든

다. 이것이 바로 온실 효과이다. 온실 효과가 없다면 지구의 온도가 너무 낮

아져 지구에서의 생활은 불가능할 것이다. 이산화탄소는 지구가 방출하는

지구 복사 에너지를 흡수하기 때문에 이산화탄소를 온실 기체라고 부른다.

기에 이산화탄소가 많아지면 지구가 우주 공간으로 방출하는 에너지를 더

많이 흡수할 것이다. 그런데, 이산화탄소의 양이 최근 빠르게 증가하면서 지

구가 지나치게 더워지고 있어 문제다.

지구가 방출하는 에너지보다 흡수하는 에너지가 많으면 지구가 점점 더

뜨거워질 것이다. 부분의 과학자들이 지구의 온난화를 예견하는 것은 바

로 이 때문이다.

지구가 점점 따뜻해지면 기후 변화, 해수면 상승, 생태계 변화 등 여러 분

야에 피해를 주게 된다. 그런데, 이산화탄소만 온실 효과를 일으키는 것은

아니다. 수증기는 더 큰 효과를 일으킨다. 메탄(CH4)과 염화불화탄소(CFCs),

산화이질소(N2O), 오존(O3)도 온실 효과를 가지며 지구의 온난화에 한 몫을

하고 있다.

많은 과학자들이 지구가 점점 따뜻해질 것이라고 예측하고 있다. 지구의 기온이 올

라가 빙하가 녹으면 우리나라도 바닷물 속에 잠길 수 있다. 이를 막으려면 어떻게

해야 할까?

도입하기

제

4장


[표 1]은 온실 효과를 일으키는 온실 기체의 증가율을 보여준다.

기체 발생원인

1990년

방출량

(106톤)

대기 중

농도

(ppm)

연 증가율

(%)

지구

온난화

효과

이산화탄소 산불,

(㉠ )26000 354 0.5 1

메탄

논과 늪지,

쓰레기장,

(㉡ )

300 1.72 0.9 21

염화불화탄소 발포제,

(㉢ )1 0.001 4 6000

산화이질소 산불과 화석

연료의 연소6 0.31 0.25 290

[표 1] 온실 기체의 증가율

✿ [표 1]의 ( ) 안에 해당 기체의 발생 원인을 적어보자.

㉠ : ㉡ : ㉢ :

탐색하기

(1) 위 자료를 토 로 옳으면 T, 틀리면 F로 표시해 보자.

① 온실 효과는 지구 온난화를 일으킬 것이다. ( )

② 기 중의 이산화탄소는 태양으로부터 온 에너지를 흡수하는 역할을 한

다. ( )

③ 프레온 가스는 오존층을 파괴하지만 온실 효과에는 영향을 미치지 않는

다. ( )

④ 지구가 따뜻해짐에 따라 보온에 필요한 연료가 적어지게 되므로 지구 온

난화는 느려지고 결국 멈출 것이다. ( )

(2) 다른 기체들의 지구 온난화 효과가 더 크지만, 지구 온난화를 일으키는

주요한 요인이 이산화탄소인 까닭은 무엇일까?

도움말

1. 지구 온난화 효과는 각 기

체 1톤이 1세기 동안 일으

키는 온실 효과를 이산화

탄소 1톤이 일으키는 온

실 효과와 비교해서 보여

다.

2.지구 온난화를 일으키는

주요한 요인은 이산화탄

소이지만, 단 농도 당

지구 온난화 효과는

온 가스가 가장 크다.

참고

ppm

(parts per million)

1ppm=10-6, 백만분의 일을

의미한다. 미량분석의 정량

범 , 검출 한계 등을 나타

낼 때 리 쓰인다.

58 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고 사이트

환경부

(http://www.me.go.kr)

기후변화홍보포털

(http://www.gihoo.or.kr)

인터넷 환경일보

(http://www.hkbs.co.kr)

(3) 지구는 태양으로부터 얻은 에너지를 우주 공간으로 다시 복사하여 방출

한다. 만일 다음과 같이 에너지를 흡수한다면 지구의 온도는 어떻게 될

까?

① 흡수량 = 방출량인 경우：

② 흡수량 > 방출량인 경우：

(4) 지구 온난화 현상이 지구 환경에 미치는 영향에는 어떤 것이 있을까?

① 기후 변화：

② 해수면 상승：

③ 생태계 변화：

설명 및 해결 방안 제시하기

(1) 온실 기체가 줄어들 경우 지구의 온도는 어떻게 될까? 그렇게 생각하는

이유를 설명해 보자.

(2) 지구 온난화를 막기 위해 온실 기체를 줄일 수 있는 방법을 조원들과 토

의한 후, 토의 내용을 기록해보자.

실행하기

✿ 토의된 내용을 중심으로 기 중에 존재하는 다음 온실 기체의 증가를

막기 위해 국가, 지역, 개인이 우선적으로 할 수 있는 일이 무엇인지 생

각하여 적어보자.

국가 지역 개인

이산화탄소

메탄

염화불화탄소

산화이질소

제

4장


점점 더워지는 지구…➸ [우리 주변의 물질(공기)]

11학년

교과서 탐구

교교 사사 용용

111 목표

(1) 지식

∙ 온실 효과를 일으키는 요인에 해 설명할 수 있다.

∙ 온실 효과가 지구 온난화에 끼치는 영향을 설명할 수 있다.

(2) 탐구 과정

∙ 지구 온난화를 막기 위해 온실 기체의 방출량을 줄이는 방법을 토의

를 통해 탐색한다.

(3) 태도

∙ 온실 기체의 발생 정도와 지구 온난화의 심각성을 인식한다.

222 활동 내용 분석

이 수업자료는 지구 온난화의 원인을 파악하고, 그 책을 과학과 기술,

사회적 측면에서 생각해 볼 수 있는 STS 수업 모형을 이용한 것이다. STS

수업 모형은 과학 지식이나 과학적 과정을 기술에 응용하거나, 과학기술

에 관련된 사회 문제의 해결 및 의사 결정에 기여할 수 있는 교수전략의

활용에 중점을 둔다. STS 수업 모형은 도입하기-탐색하기-설명 및 해결 방

안 제시하기-실행하기의 4단계로 구성된다.

도입하기 단계에서는 온실 기체의 증가율에 따른 지구 온난화 효과를 학

생들이 인식할 수 있도록 한다. 이 단계에서 교사는 학생의 호기심을 유

발하고, 학생들의 다양한 반응을 고려해야 한다.

탐색하기 단계에서는 도입하기 단계의 표를 분석하고, 지구 온난화가 일

어나는 과정과 그것이 지구 환경에 미치는 영향을 인식하도록 한다.

설명 및 해결 방안 제시하기 단계에서는 온실 기체들이 줄어들 경우 지구

의 온도는 어떻게 될지 생각해보고, 지구 온난화를 막기 위해 온실 기체를

줄일 수 있는 방법을 조원들과 토의할 수 있도록 한다. 학생들이 갖고 있

는 문제가 해결되지 않을 경우 교사가 보충 설명을 해줄 수 있다.

실행하기 단계에서 교사는 학생들의 생각을 확인하고 정착시키기 위해 새

로운 상황에 적용한다. 온실 기체의 증가를 막기 위해 실천할 수 있는 일

을 개인부터 국가에 이르기까지 각 집단별로 생각해볼 수 있도록 한다.

활동의 성격

교실에서 조별 토의를 통한

동학습으로 활용 가능한

활동이다.

지도상 유의점

1.조별 의사소통이 원활하

게 진행되도록 자리를 배

치한다.

2.학생들끼리 문제를 해결

하지 못할 경우, 교사에게

자유롭게 질문할 수 있는

분 기를 조성해주는 것

이 요하다.

60 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

도움말

1. 조별 토의가 잘 이루어지

도록 교사가 순회하면서

지도한다.

2. 조원들과 함께 토의한 내

용을 토 로 문제를 스스

로 해결하도록 한다.

333 진행하기

(1) 도입하기 단계에서는 온실 효과를 일으키는 온실 기체가 다양한 원인으

로 발생한다는 것을 인식하도록 한다. 또한 온실 기체의 증가율에 따른

지구 온난화 효과를 이해하도록 한다.

(2) 도입하기 단계에서 교사는 학생의 흥미 유발을 위해 지구 온난화에 한

멀티미디어 자료나 PPT 자료 등 다양한 자료를 제시한다.

(3) 본 수업 시간 전에 학생들이 미리 지구 온난화 관련 자료를 조사해 와서

그 심각성에 해 토의할 수 있도록 과제를 내주는 것도 좋은 방법이다.

(4) 설명 및 해결 방안 제시하기의 문제는 학생들의 토론을 유발시키기 위한

문제이다. 교사는 학생들을 정답으로 이끌기 보다는 자신의 생각을 자유

롭게 적을 수 있도록 한다.

444 학생용 활동지 해답

도입하기

① : 화석 연료의 연소 ② : 동물의 배설물

③ : 발포제, 세정제 등

탐색하기

(1) ① T, ② T, ③ F, ④ F

(2) 많은 양의 이산화탄소가 방출되기 때문이다. 기체의 방출로 인해 지구

온난화를 일으키는 주 요인은 [표 1]의 ‘1990년의 방출량’과 ‘지구 온난화

효과’를 곱한 값으로 구할 수 있다. 이산화탄소는 26000, 메탄은 6300,

염화불화탄소는 6000, 산화이질소는 1740이다.

(3) ① 에너지 평형을 이루어 지구의 온도가 일정하게 유지된다.

② 에너지 평형이 깨지고 지구의 온도가 올라간다.

(4) ① 기온 상승으로 물의 순환을 촉진시켜, 어느 특정 지역에서 극심한 가

뭄과 홍수를 발생시킨다.

② 해수면이 상승하여 섬이 사라지고 연안지 도 물에 잠긴다.

③ 이상고온으로 동물의 동면이 짧아지면 먹이를 많이 먹어 먹이사슬의

교란이 생긴다.

제

4장



(1) 온실 기체의 방출량이 현격히 줄어들더라도 지구 온난화는 아주 천천히

계속될 것이라고 예상된다. 왜냐하면 일단 시작된 지구 온난화는 수많은

피드백 연결고리를 가지고 있기 때문이다. 예를 들면, 수증기는 온실 기

체이므로 공기 중의 수증기가 많아지면 온도가 상승한다. 그 결과, 얼음

이 녹게 되면, 지구 표면이 어두워지게 되므로 더 많은 태양 에너지를

흡수하게 될 것이다.

(2) ① 숲의 파괴를 막고, 화석 연료의 사용을 제한한다.

② 가축을 줄이고, 배설물 쓰레기를 줄인다.

③ 패스트푸드점 같은 곳에서 사용하는 스티로폼 용기의 사용을 줄인다.

염화불화탄소의 체 물질을 찾아낸다.

④ 화학 비료의 사용을 줄인다.

555 참고 자료

1. 기후 변화 협약(United Nations Framework Convention on Climate

Change：UNFCCC)

정식 명칭은 ‘기후 변화에 관한 유엔 기본 협약’이다. 1987년 제네

바에서 열린 제1차 세계 기후 회의에서 정부 간 기후 변화패널(Inter

-Governmental Panel on Climate Change: IPCC)을 결성했다. 1988년

6월 캐나다 토론토에서 주요 국가의 표들이 모여 지구 온난화에

한 국제 협약 체결을 공식으로 제의했다. 1990년 제네바에서 열린 제2

차 세계 기후 회의에서 기본적인 협약을 체결하고, 1992년 5월 정식으

로 기후 변화 협약을 체결했다.

협약의 목적은 이산화탄소를 비롯한 온실 기체의 방출을 제한하여

지구 온난화를 방지하고자 하는 데에 있다. 규제 상 물질은 이산화탄

소, 메탄가스, 산화이질소 등이 표적 예이다. 협약 내용은 기본 원칙,

온실 기체 규제 문제, 재정 지원 및 기술 이전 문제, 특수 상황에 처한

국가에 한 고려로 구성되어 있다.

기후 변화 협약에는 모든 당사국이 지켜야하는 공통의무사항과 일부

가입국만이 부담하는 특정의무사항이 있다. 이러한 의무사항의 구분은

과거 선진국의 산업화에 따른 온실가스 배출에 한 역사적 책임을 고

려하기 위해서이다. 공통의무사항이란 온실 가스 배출량 감축을 위한

국가 전략을 자체적으로 수립, 시행하고 이를 공개함과 동시에 온실 가

스 배출량 및 흡수량에 한 국가 통계와 정책 이행에 관한 국가 보고

서(National Communication)를 작성하여 제출하는 것이다.

62 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

특정의무사항이란 공동의 차별화된 의무 부담의 원칙에 따라 협약

당사국을 AnnexⅠ, AnnexⅡ, Non-AnnexⅠ 국가로 구분하고 각기 다

른 의무를 부담토록 한 것이다. 우리나라는 Non-AnnexⅠ 국가로 분류

되어 있어 국가보고서 제출 등의 공통의무사항을 수행한다.

<출처: 환경부 http://me.go.kr>

2. 온실 기체 배출량

전 지구적 온실 기체 배출량은 일부 개도국 및 최빈국(Least Developed

Country)의 배출통계가 집계되지 않아 정확히 산정하는데 한계가 있다. 다

만, 온실 기체 배출의 상당 부분을 차지하고 있는 에너지 부분의 2002년도

배출량을 살펴보면, CO2 전체 배출량(IEA 회원국)이 24,102,000,000톤으로

이 중 우리나라가(451,500,000톤, 세계 9위) 1.9%를 차지하고 있고,

OECD 회원국 총 배출량에서는 우리나라가 3.6%의 비중을 차지하고

있다. 그러나 우리 국민 1인당 CO2 배출량의 경우 9.48 CO2톤/년(세계

27위)으로 아시아 평균 배출량(1.14 CO2톤/년) 및 세계 평균 배출량

(3.89 CO2톤/년) 보다 훨씬 높다.

또한 온실 기체 배출 증가 속도도 지난 1990~2001년간 타 OECD국

가들과 비교할 때 가장 빠르게 증가하고 있는 것으로 조사되고 있으며,

현재와 같은 에너지 다소비형 산업구조 및 소비패턴 하에서는 우리나

라의 온실 기체 배출량도 계속 증가될 것으로 전망된다.

〈출처: IEA 2004〉

[표 2] 우리나라 온실 기체(CO2) 배출현황

구분 1990 1998 1999 2000 2001 2002세계

순위

국민총생산

(10억US$)341.6 511.8 567.5 620.4 639.2 680.3 11

배출량

(백만 톤)226.2 358.3 391.5 421.7 435.8 451.5 9

1인당

배출량(톤)5.3 7.7 8.4 9.0 9.2 9.5 27

제

4장

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )



학생용[우리 주변의 물질(공기)]

지구가 콜록 콜록!11학년

공기를 오염시키는 물질은 무엇이며, 오염을 유발하는 기체들은 어디에서 온 것일

까? 자연적으로 생성되는 양에 비해 인간이 만들어 내는 양은 얼마나 될까?

도입하기

[표 1]은 전 세계적으로 인간과 자연에 의해 생성되는 이산화황(SO2)과 질소

산화물(NOX)의 발생 근원과 연간 발생량을 나타낸 것이다.

[표 1] 이산화황과 질소산화물의 발생 근원과 발생량

기 체자연적 발생원과 발생량

(단위: 백만 톤)

인위적 발생원과 발생량

(단위: 백만 톤)

이산화황

(SO2)

화산

해양

토양, 식물의 배출

19

22

2

㉠

㉡

-

142

13

-

질소산화물

(NOX)

토양 속 박테리아

작용

뇌우(번개)

43

15

㉢

㉣

30

55

(출처: Chemistry in Context, 1997)

위의 표에서 ㉠부터 ㉣까지 이산화황(SO2)과 질소산화물(NOX)의 인위적 발생

원을 적어보자.

㉠ :

㉡ :

㉢ :

㉣ :

탐색하기

(1) 우리가 오염 기체로 알고 있는 이산화황과 질소산화물은 화산폭발이나 토

양 속 박테리아의 작용과 같이 자연발생량도 많다. 그런데 왜 과학자들은

인간에 의해 생성된 오염 물질이 추가되는 것을 우려하는 것인가?

참고

공기 오염 발생원

인간의 활동과 계없이

기 오염 물질을 발생시키는

부문을 자연 발생원이라

하고, 인간 활동과 련되어

오염 물질이 배출되는 경우

를 인 발생원이라고 한

다.

64 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

(2) 이산화황과 질소산화물 외에 기 오염의 지표로 측정되고 있는 물질은

무엇인지 조사해보자.

(3) 위 (2)번에서 조사한 기 오염 물질의 자연적 발생원과 인위적 발생원

을 각각 찾아보자.

오염 물질 자연적 발생원 인위적 발생원


(1) 기 오염을 줄이고 깨끗한 기를 유지할 수 있는 방안에 해 토의하

고, 그 내용을 기록해보자.

토의 내용

제

4장


(2) 공기를 오염시키지 않는 체 에너지원에는 어떤 것이 있는지 알아보고,

각각의 장･단점을 조사해보자.

대체

에너지장 점 단 점

실행하기

기 오염을 줄이기 위해 개인, 지역, 기업, 국가 수준에서 우선적으로 실

천할 수 있는 방안을 써 넣어보자.

수 준 실천 방안

개 인

지 역

기 업

국 가

도움말

체 에 지

넓은 의미로는 석유나 석탄

등 화석 연료를 체할 수

있는 에 지, 좁은 의미로는

환경 오염을 일으키지 않는

청정에 지를 의미한다.

참고

국립환경연구원

(http://www.nier.go.kr)

환경부

(http://www.me.go.kr)

환경운동연합

(http://kfem.or.kr)

인터넷 환경일보

(http://www.hkbs.co.kr)

66 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

지구가 콜록 콜록!…➸ [우리 주변의 물질(공기)]

11학년

교과서 탐구


활동의 성격

교실에서 조별 토의를 통한

동학습으로 활용 가능한

활동이다.

지도상 유의점

1. 의사소통이 원활하게 진

행되도록 조별 자리를 배

치한다.

2. 학생들끼리 문제를 해결

하지 못할 경우 교사에게



이 요하다.

111 목표

(1) 지식

∙ 기 오염의 원인을 설명할 수 있다.

∙ 기 오염을 감소시킬 수 있는 방법을 고안할 수 있다.

(2) 태도

∙ 기 오염 물질의 발생 정도와 그 영향의 심각성을 인식한다.

∙ 생활 속에서 기 오염을 줄일 수 있는 방안을 실천하려는 태도를 갖

는다.


(1) 이 수업자료는 기 오염의 원인을 파악하고, 그 책을 과학과 기술, 사

회적 측면에서 생각해볼 수 있는 STS 수업 모형을 이용한 것이다. STS 수

업 모형은 과학 지식이나 과학적 과정을 기술에 응용하거나, 과학기술에

관련된 사회 문제의 해결 및 의사 결정에 기여할 수 있는 교수전략의 활

용에 중점을 둔다. STS 수업 모형은 도입하기-탐색하기-설명 및 해결 방

안 제시하기-실행하기의 4단계로 구성된다.

도입하기 단계에서 교사는 이번 수업 시간의 목표를 제시하고, 학생들의

흥미를 유도한다. 제시된 표를 통해 이산화황과 질소산화물 같은 오염 기

체가 인간에 의해 생성될 뿐만 아니라, 자연적으로도 발생한다는 것을 학

생들이 인식할 수 있도록 한다.

탐색하기 단계에서는 교사는 기 오염과 관련된 문제에 한 자료를 수

집하고 정리한다. 기 오염의 지표로 측정되고 있는 여러 가지 물질에

해 알아보고, 이들의 자연적 발생원과 인위적 발생원을 생각해 본다.

설명 및 해결 방안 제시하기 단계에서는 기 오염을 줄일 수 있는 방안

을 검토하고 논의한다. 문제가 해결되지 않을 경우 교사가 보충 설명을

해 줄 수 있다. 이 단계에서 학생들은 조원들과 토의를 통해서 자신들의

이전 생각을 바꾸거나 정교화 할 수 있다.

실행하기 단계에서 학생들은 기 오염을 줄이기 위해 실천해야 할 과제

를 개인부터 국가에 이르기까지 각 집단별로 알아본다.

제

4장


333 진행하기

(1) 도입하기 단계에서 기 오염 기체는 인간이 발생시킬 뿐만 아니라, 자

연적으로도 방출될 수 있음을 인식하도록 한다.

(2) 도입하기 단계에서 교사는 학생의 흥미 유발을 위해 기 오염의 심각성

에 한 멀티미디어 자료나 PPT 자료 등 다양한 자료를 제시한다.

(3) 본 수업 시간 전에 학생들이 미리 기 오염 관련 자료를 조사해 올 수

있도록 과제를 내주는 것도 좋은 방법이다.

(4) 탐색하기 단계에서 학생들은 스스로 문제 해결과 의사 결정을 할 수 있

도록 토론, 발표 등 다른 수업 형태로 진행할 수 있다.


도입하기

㉠ 석탄과 석유의 연소

㉡ 황화물의 연소(공업 과정)

㉢ 자동차의 배기가스

㉣ 석탄과 석유의 연소

탐색하기

(1) 인간이 생성하는 오염 기체는 자연적으로 생성된 양보다 지나치게 많은

경우가 부분이며, 자연적으로 생성되고 소멸되는 양의 균형을 깨뜨려

서 오염 물질이 기 중에 쌓일 수 있다.

(2) 일산화탄소(CO), 오존(O3), 미세먼지(PM), 휘발성유기화합물(VOC),

황화수소(H2S) 등.

(3)

오염 물질 자연적 발생원 인위적 발생원

일산화탄소 산불, 생화학적 과정 연료의 연소

탄화수소 생물학적 과정 자동차의 배기가스, 화학 공정

미세먼지모래먼지, 화산재,

산불 시 발생하는 먼지

화석 연료 연소 시에 배출되

는 먼지, 공사장에서 발생하는

비산먼지

황화수소 화산과 생물학적 부패화학 공정

하수처리 과정

도움말

1. 조별 토의가 잘 이루어지

도록 교사가 순회하면서

지도한다.

2. 조원들과 함께 토의한 내

용을 토 로 문제를 스스

로 해결하도록 한다.

참고

휘발성유기화합물 (VOC)

기 에서 지속 으로 증

발하고, 질소산화물과 공존

할 때, 태양 의 작용을 받

아 화학반응을 일으켜 오

존 PAN 등 화학 산화성

물질을 생성시켜 화학 스

모그를 유발하는 물질의 총

칭이다.

미세먼지

(Particulate Matter)

자동차 등에서 발생하여

기 에 장기간 떠다니는 입

경 10㎛ 이하의 미세한 먼지

이며, PM 10이라 한다. 입자

가 2.5㎛ 이하인 경우는 ‘극

미세먼지’(PM 2.5)라고 부

른다.

68 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고

체 에 지

1. 근래에는 단순히 화석 연

료의 체가 아니라 무공

해이면서 환경 오염을 유

발하지 않는 순환 가능한

청정에 지를 의미한다.

2. 체 에 지 개발 이용

보 진법상 체 에

지는 석유, 석탄, 원자력,

천연가스가 아닌 에 지

로 태양열, 태양 , 바이

오매스, 풍력, 지열, 해양,

폐기물, 연료 지 등 재생

에 지 8개 분야와 석탄

액화, 가스화, 수소 에

지 등 신에 지 3개 분야

등 11개 분야로 지정되어

있다.

설명 및 해결방안 제시

(2)

대체에너지 장 점 단 점

태양에너지무공해 에너지

고갈될 염려 없음

흐린 날이나 비오는 날에는

사용할 수 없음

소규모 발전에 유망

풍력에너지 무공해 에너지

장소에 제약이 많음

시설의 규모에 비해 에너지

의 생산량이 적음

소규모 발전에 유망

수력에너지물을 최 한으로 이용할 수

있음

댐 제작 시 많은 비용이 들

고 제작과정에서 생태계를

파괴함

조류에너지

방조제를 지을 필요가 없고

선박이 자유로이 다닐 수 있

음.

건설비가 많이 듦

지역적 제한이 있음

해수온도차

에너지

무공해 에너지

주야 구별 없이 전력생산이

가능한 안정적 에너지원

발전 설비를 바닷물의 부식

성에 영향을 받지 않는 재료

로 만들어야 함

실행하기

수 준 실천 방안

개 인비닐 및 플라스틱 소각 금지

에너지 절약, 중교통 이용

지 역

천연가스, 저황유 등의 청정연료 공급 확

지역난방체계 구축

차량 10부제, 홀짝운행제 등의 제도 도입

기 업공장 굴뚝에 집진기 설치, 생산 공정 개선

에너지 절약 계획 수립 및 실행

국 가

무공해 연료 개발, 오염 방지 홍보 및 예방 활동

자동차 공해 관리 강화와 오존경보제 실시

도시 공단 지역의 오염원을 집중 관리

제

4장


555 참고 자료

기환경기준(Environmental Air Quality Standards)

기환경기준은 사람의 건강 보호와 쾌적한 환경 조성을 위하여 환경정책

기본법에 규정되어 있는 기준이다. 항목으로는 이산화황(SO2), 일산화탄소

(CO), 이산화질소(NO2), 먼지, 오존(O3)과 납(Pb) 항목으로 구성되어 있다.

한편, 벤젠은 발암성물질로서 인체 유해성 등으로 사회적 관심이 증가하면서

기준 제정의 필요성이 지속적으로 제기되고 있어 영국 등 유럽 수준인 5㎍/

㎥으로 환경기준을 신규로 설정하였다. 벤젠은 측정 장비 확충 및 측정지점

의 확 등 측정 자료의 표성 확보 등을 고려하여 2010년부터 적용할 계획

이다.

◇ 대기환경기준항목 기준

이산화황

연간평균치 0.02ppm이하

24시간평균치 0.05ppm이하


일산화탄소8시간평균치 9ppm이하

1시간평균치 25ppm이하

이산화질소

연간평균치 0.03ppm이하



미세먼지연간평균치 50㎍/㎥이하

24시간평균치 100㎍/㎥이하

오존8시간평균치 0.06ppm이하


납 연간평균치 0.5㎍/㎥이하

벤젠

(2010년 적용 예정)연간평균치 5㎍/㎥이하

(참고: 2006 환경백서)

미래 에너지 문제의 해결 방안은 무엇일까?

인류는 20세기 중반 이후 화석 연료의 고갈에 따른 미래 에너지 문제에

한 심각성을 깨닫기 시작하였다. 이 문제를 극복하기 위해서 핵에너지나 태

양에너지, 수소에너지 등이 미래 에너지 연구가 진행되고 있다. 미래 에너지

개발에 있어 주안점은 무엇일까?

70 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

첫 번째로 생각할 수 있는 점은 에너지를 계속 공급할 수 있어야 한다는 점

이다. 이런 점에 있어서는 태양에너지가 가장 유리하겠지만 저장 장소와 용량

의 한계 때문에 완전한 안이 될 수는 없다. 아직 기술적인 면에서 초보적인

단계이긴 하지만 수소에너지나 중수소를 이용한 핵융합기술은 이러한 관점에

서 미래 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 태양에너지를 이용하여 바닷물

을 전기분해 한다면 수소를 무한정 생산할 수 있고 이렇게 생산한 수소는 연료

전지의 연료로 이용될 수 있기 때문이다.

두 번째는 에너지 효율의 문제이다. 같은 자원을 가지고 더 많은 에너지를

이용할 수 있다면 에너지 문제 해결에 큰 도움이 될 것이다. 지금까지의 에너

지 이용방식은 고온에서 연료를 연소하는 방식으로 열에 의한 에너지 손실이

매우 큰 방식이다. 이를 극복하기 위한 방식으로 연료전지가 연구되고 있다.

연료를 연소하는 방식이 아니라 수소와 같은 연료를 계속 공급하는 화학 전지

방식인 연료전지는 저온에서 반응하기 때문에 열손실을 줄일 수 있고 송전 과

정에서 손실되는 전기에너지도 줄일 수 있다.

세 번째는 에너지 저장의 문제이다. 내연기관이나 증기기관은 연료에 담겨

있는 화학에너지를 열에너지로 전환시킨 후 기관의 운동에너지로 바로 사용하

지 않으면 모두 열에너지로 사라지기 때문에 여분의 에너지를 이용할 수 있는

방법이 없다. 이를 극복하기 위한 방법으로 일부를 전기에너지로 전환시켜 저

장하는 하이브리드 자동차(hybrid car)나 다양한 형태의 에너지 저장기술에

한 연구가 활발하다. 생물체의 에너지 효율이 40%가 되는 이유가 ATP라는 형

태로 저장이 가능하기 때문인 것을 생각해 보면 이 부분에 한 연구도 미래

에너지 문제해결을 위해 중요한 부분이라고 할 수 있다.

마지막으로 환경 문제를 들 수 있다. 한 번 파괴된 생태계를 다시 회복시키

기 위해서는 많은 시간과 에너지가 필요하다. 지구 온난화나 기 오염과 같은

환경 문제를 일으키지 않는 친환경 에너지에 한 연구는 현재 에너지 연구방

향에 있어 가장 핵심적인 부분이다. 연료전지, 태양에너지, 핵융합발전 등은 기

존의 화석 연료나 핵분열 방식의 원자로보다는 환경적인 부분에서 큰 장점을

가지고 있다. 당장의 가시적인 효과보다는 지구의 미래를 생각한다면 이러한

연구에 한 노력은 계속되어야 할 것이다.

- 전일보 2007.07.05 기사 중 발췌 -

제

4장

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )



학생용[우리 주변의 물질(금속의 반응성)]

누가 더 반응성이 클까?11학년

오늘날에는 구리에 몇 가지 금속을 섞어서 동전을 만든다. 그런데, 세계 어느 나라

에도 철로 동전을 만드는 경우는 없다고 한다. 왜 동전의 재료로 철을 사용하지 않

을까?

예측하기

아래와 같이 실험을 진행한다면 각각의 금속과 수용액에서 어떠한 현상이 일

어날지 예측한 후 기록해 보자.

① 1개의 비커에는 황산철(Ⅱ) 수용액(FeSO4)을 넣고, 다른 2개의 비커에는

황산구리(Ⅱ) 수용액(CuSO4)을 넣는다.

② 황산구리(Ⅱ) 수용액 속에 아연판을 담가본다.

③ 황산구리(Ⅱ) 수용액에 철판을 담그고, 황산철(Ⅱ) 수용액에는 구리판을

담가본다.

비커 속의 금속과 수용액에서 각각 어떤 변화가 일어날까?

실험 예측하기

✿ 아연판：

✿ 황산구리(Ⅱ) 수용액：

✿ 그렇게 생각한 이유는 무엇인가?

✿ 철판：

✿ 황산구리(Ⅱ) 수용액：


✿ 구리판：

✿ 황산철(Ⅱ) 수용액：


준비물

비커 3개, 구리, 철, 아연, 황

산철(Ⅱ) 수용액, 황산구리

(Ⅱ) 수용액

주의점

자신이 측하여 기록한 것

을 발표한다.

72 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

실험 시 유의점

황산구리(Ⅱ) 수용액과 황

산철(Ⅱ) 수용액이 피부나

옷에 닿지 않도록 주의한다.

참고

산화ㆍ환원 반응

1. 산화：어떤 물질이 자를

잃는 것

2. 환원：어떤 물질이 자를

얻는 것

관찰하기

각 비커 속의 금속판에서 일어나는 변화와 용액의 색깔 변화를 관찰

하고 기록해보자.

반응 금속판의 변화 용액의 색깔 변화

CuSO4(aq) ＋ Zn(s)

CuSO4(aq) ＋ Fe(s)

FeSO4(aq) ＋ Cu(s)

설명하기

① 다음 설명에서 적당한 말에 표시를 하거나 빈 칸을 채워보자.

황산구리(Ⅱ) 수용액과 아연의 반응에서처럼 아연판이 전자를

(잃고/얻어) , 이 되려는 경향을 금속의 반응성이라 한다.

따라서 반응 후에 이온 상태로 존재하는 금속의 반응성이

(작고/크고) , 금속으로 석출되는 금속의 반응성이 (작다/크다) .

금속의 반응성이 클수록 이온이 되기 쉬우므로 이온화 경향이 크다고

말할 수 있다.

② 위 실험 결과를 토 로 Zn, Fe, Cu 중에서 금속의 반응성이 큰 것부터

순서 로 나열해 보자.

제

4장


③ 금속 염 수용액과 금속 사이의 반응을 화학 반응식으로 나타내어 보자.

반응 화학 반응식

CuSO4(aq) ＋ Zn(s)

CuSO4(aq) ＋ Fe(s)

FeSO4(aq) ＋ Cu(s)

④ 황산구리(Ⅱ) 수용액의 색깔 변화와 그 원인을 산화･환원 반응(전자의

이동)과 관련지어 설명해 보자.

적용하기

① 반지나 목걸이로 구리나 철이 아닌 금과 은을 이용할 때의 장점은 무엇

일까?

② 우리 생활에서 금속의 반응성을 이용한 예를 찾아서 적어 보자.

도움말

실험을 토 로 속의 반

응성 크기를 산화ㆍ환원 반

응과 련지을 때는 자신의

생각을 논리 으로 설명하

도록 한다.

74 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

누가 더 반응성이 클까?…➸ [우리 주변의 물질(금속의 반응성)]

11학년

교과서 탐구


활동의 성격

교실에서 시범 실험 등을 활

용한 학습으로 가능한 활동

이다.

111 목표

(1) 지식

∙ 여러 가지 금속의 반응성 크기를 비교할 수 있다.

∙ 금속의 반응성을 산화ㆍ환원 반응과 관련지어 설명할 수 있다.

(2) 탐구 과정

∙ 금속 염 수용액 속에 금속 조각을 넣었을 때 일어나는 변화를 정확

히 관찰할 수 있다.

(3) 태도

∙ 생활 속에서 금속의 반응성을 이용한 사례를 찾아 과학적 원리를 구

체적으로 적용할 수 있다.


(1) 이 탐구 활동은 POE(예측-관찰-설명) 모형으로 구성한 조별 실험 활동이

다. POE는 관찰하게 될 현상의 결과에 해 예측하고 그 예측에 한 구

체적인 이유를 제시하는 ‘예측’, 관찰한 사실에 해 서술하는 ‘관찰’, 예

측과 관찰 사이의 갈등을 해결하는 ‘설명’의 3단계로 진행된다.

예측하기(prediction) 단계에서는 학생들이 현상의 결과를 예측하고 자신의

예측을 정당화시킬 수 있는 이유를 제시하도록 한다. 예측이나 그 근거는 글

로 표현하도록 한다. 자신의 생각을 글로 표현해 봄으로써 학생들의 사고가

보다 정교해질 수 있다.

관찰하기(observation) 단계에서는 학생들이 예측한 것과 관찰한 결과가 잘

맞는지에 중점을 두면서 관찰하도록 한다. 직접 관찰한 결과를 자세히 적도

록 한다. 관찰한 현상을 기록함으로써 학생들의 다양한 반응을 명확히 알 수

있다.

설명하기(explanation)단계에서는 관찰한 것과 예측한 것 사이의 모순을

해결한다. 학생들이 설명하기 단계를 작성한 후, 교사는 몇 명의 학생들의

발표를 통해 학생들의 개념 이해도를 파악할 수 있다.

(2) 이 수업의 장점은 실험 과정이 비교적 간단하며 학생들에게 시각적으로

흥미를 줄 수 있다는 점이다. 학생들은 구리, 철, 아연이 모두 금속이므로

금속 염 수용액에 넣었을 때 모두 반응한다고 예측할 수 있다. 그러나 실

제 실험을 해보면 그렇지 않다는 사실을 확인하게 되고, 자신의 기존 생

각과 갈등을 일으킨 상태에서 과학적 개념의 도입으로 쉽게 개념 변화를

유도할 수 있다.

제

4장


333 진행하기

(1) 예측하기에서 학생들이 실험 결과와 그 이유에 해 예측하고 보고서에

기록할 수 있도록 충분한 시간을 제공한다.

(2) 관찰하기 단계에서는 용액의 색깔 변화와 금속판 표면에서 일어나는

변화를 주의 깊게 관찰하고, 그 내용을 자세히 기록할 수 있도록 지도

한다.

(3) 예측하기 및 설명하기 단계에서 학생들이 자신의 생각을 발표할 수 있도

록 하고, 교사가 피드백을 준다.

(4) 설명하기 단계에서는 금속의 반응성 개념을 도입하고, 이를 토 로 실험

결과를 조원들과 토의하고 설명할 수 있게 한다. 또한, 일어나는 반응을

화학 반응식으로 표현해보고, 산화ㆍ환원 반응과 관련지어 설명함으로써

개념 이해를 견고히 할 수 있다.


관찰하기

반응 금속판의 변화 용액의 색깔 변화

CuSO4(aq) ＋ Zn(s)

아연이 녹고, 구리는 금

속으로 석출된다.푸른색이 점점 엷어진다.

CuSO4(aq) ＋ Fe(s)

철이 녹고, 구리는 금속

으로 석출된다.푸른색이 점점 엷어진다.

FeSO4(aq) ＋ Cu(s)

변화 없다. 변화 없다.

도움말

측하기 단계에서 학생들

이 자신의 측을 기록할 수

있도록 한다. 짝과 의논을

하거나, 다른 사람의 의견에

의해 학생 자신의 측이 달

라져서는 안된다.

76 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고

속의 이온화 서열

주요 속과 수소에 해서

이온화 경향이 큰 순서 로

나열한 것을 속의 이온화

서열이라고 한다.

K＞Ca＞Na＞Mg＞Al＞Zn＞

Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞H＞Cu＞

Hg＞Ag＞Pt＞Au

설명하기

① 잃고, 양이온, 크고, 작다.

② Zn, Fe, Cu

③

반응 화학 반응식

CuSO4(aq) ＋ Zn(s)

Cu2＋

＋ Zn → Cu ＋ Zn2＋

CuSO4(aq) ＋ Fe(s)

Cu2＋

＋ Fe → Cu ＋ Fe2＋

FeSO4(aq) ＋ Cu(s)

Fe2＋＋ Cu → 반응 일어나지 않음

④ 황산구리(Ⅱ) 수용액의 푸른색이 점점 엷어진다. 그 이유는 반응성이 큰

금속 철이 산화되어 철 이온(Fe2＋)이 되어 용액 속으로 녹아 나오고, 수용

액 속에서 푸른색을 띄는 구리 이온(Cu2＋)은 환원되어 금속 구리(Cu)로

석출되기 때문이다.

Fe → Fe2＋

＋ 2e－ (산화), Cu

2＋＋ 2e

－ → Cu↓ (환원)

적용하기

① 금과 은은 반응성이 매우 작아, 오랜 시간이 흘러도 녹슬거나 변하지 않는다.

② ∙ 금속의 연소 반응

∙ 금속이 녹스는 현상

∙ 전기 도금

∙ 전기 분해

제

4장


555 참고 자료

화학 전지

1. 전지의 발견

자연현상으로만 생각했던 전기가 실용화 된 것은 ‘전지’가 발명되고

서부터이다. 1780년 이탈리아의 동물학자 갈바니는 기묘한 현상을 발

견하게 되는데, 두 종류의 금속을 연결해서 죽은 개구리의 근육에 접촉

시키자 개구리의 발이 경련을 일으켜 움찔했던 것이다. 여러 번 실험을

거듭한 끝에 갈바니는 “전기란 개구리의 신경 속에 숨겨져 있다”고 생

각하였고 동물 전기란 이름을 붙였다.

하지만 같은 종류의 금속을 사용하면 어떤 방법을 써도 전기가 발생

하지 않았다. 이탈리아 물리학자 볼타는 이러한 현상에 의문을 품고,

전기의 근원이 생물에 있는 것이 아니라 종류가 다른 두 금속을 접촉하

면 일어난다는 사실을 알아냈다. 1800년 볼타는 전퇴라는 것을 발표했

는데, 이것은 은판과 아연판 같이 종류가 다른 두 금속 사이에 소금물

이나 알칼리 용액을 적신 천 조각을 끼운 것을 여러 쌍 겹쳐 쌓은 것이

었다. 전퇴(電退)의 양끝에 전선을 연결하면 전류가 흘렀고 이 전퇴의

원리를 이용해 묽은 황산 속에 아연과 구리판을 담근 것을 볼타 전지라

고 한다. 이러한 볼타 전지를 통해 인류 최초로 연속 전류를 얻을 수

있게 되었고, 1881년 그의 이름을 전압의 단위에 사용하는 명예를 얻게

되었다. 이처럼 전지는 금속의 이온화 경향 차이를 이용하여 전기를 얻

는 장치이다.

2. 화학 전지의 종류

이온이 되려는 경향이 다른 두 금속을 전해질에 꽂고 도선으로 연결

하면 전류가 흐른다. 이 때 전자를 내는 금속을 (－)극으로, 전자를 받

아들이는 금속을 (＋)극으로 정한다.

① 볼타 전지: 묽은 황산에 구리판과 아연판을 담가 도선으로 연결한 장치

이다.

(－)극 (아연판)에서의 반응：Zn → Zn2＋＋ 2e－ (산화)

(＋)극 (구리판)에서의 반응：2H＋＋ 2e－ → H2↑(환원)

∴ 전체 반응식 ：Zn ＋ 2H＋ → Zn

2＋＋ H2↑

[그림 1] 동물 기

78 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

② 다니엘 전지：황산구리 CuSO4 용액에 구리판을 담근 것과 황산아연

ZnSO4 용액에 아연판을 담근 것을 도선과 염다리(또는 초벌구이 통)를

회로로 구성한 장치이다.

(－)극 (아연판)에서의 반응：Zn → Zn2＋＋ 2e－ (산화)

(＋)극 (구리판)에서의 반응：Cu2＋

＋ 2e－ → Cu↓(환원)

∴ 전체 반응식 ：Zn ＋ Cu2＋

→ Zn2＋

＋ Cu↓

제

4장

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )



학생용[금속과 그 이용(금속의 부식)]

SOS! 금속의 부식을 막아라!!!11학년

바닷가 근처의 철 구조물은 내륙에 있는 것보다 빨리 부식된다. 구조물의 수명을 길

게 하기 위해서는 어떻게 해야 할까?

도입하기

세계 여러 나라에서는 매년 녹이 슨 금속을 처리하고, 녹을 방지하기

위해서 많은 경비를 지출한다. 미국에서는 생산한 철강의 40%를 녹슨

철을 체하는데 사용하며, 영국에서는 매년 국가 예산에서 교육비가

차지하는 비용보다 많은 돈을 녹슨 철을 체하는

데 지불하고 있다.

미국 뉴욕 항구에는 자유의 여신상이 있다. 1986년

철로 된 이 동상의 내부 골격이 녹슬어서 스테인레

스 강으로 체하는 적인 보수 공사가 이루어

졌다.

✿ 철로 만들어진 자유의 여신상의 내부 골격이 왜 녹슬었을까?

탐색하기

① 철을 스테인리스 강으로 체한 이유는 무엇일까?

② 철이 바닷가에서 특히 심하게 녹이 스는 이유는 무엇일까?

도움말

스테인리스 강

(stainless steel)

철(Fe)에 상당량의 크롬을

넣어서 녹이 잘 슬지 않으며,

필요에 따라 탄소(C), 니

(Ni), 망간(Mn), 모리 덴

(Mo) 등을 조 씩 포함한다.

문으로 Stain과 Less의 합

성어로 녹슬지 않는다

는 것이 아니라, 보통 철강에

비해 그다지 녹슬지 않는다

는 표 이 정확하다.

80 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

도움말

알루미늄의 부식

알루미늄은 철보다 더 쉽게

부식될 것으로 생각된다. 그

러나 알루미늄이 공기와 반

응하여 형성된 산화알루미

늄은 속 표면을 감싸며 더

이상의 내부 부식을 막는다.

③ 철의 표면에 페인트칠을 하면 녹이 슬지 않는 이유는 무엇일까?


햇빛 마을 학생들이 강 건너편에 있는 학교에 걸어 다닐 수 있도록 다리를

지으려고 한다. 다리는 철로 만들기로 했고, 부식을 방지하기 위한 효율적

인 방법을 모색하기로 했다. 다리의 부식을 방지하는 방법과 비용은 다음

과 같다.

(단, 학교는 20년 후에 햇빛 마을로 이전할 계획이고 다리는 철거될 예정

이다. 다리를 짓는 데 드는 총 비용은 1000만원이다.)

방법 내용 비용

1부식 방지를 하지 않는다. 이 경우 10년 후에

다리를 다시 지어야 한다.- -

2철 표면에 페인트칠을 한다. 이 경우 2년에 한

번씩 페인트칠을 해야 한다.페인트 30만원

3

분사기로 금속을 닦은 후, 아연으로 막을 입히

고 페인트칠을 한다. 이 경우 22년 동안 다리

를 사용할 수 있다.

세척 10만원

아연막 20만원

페인트 30만원

4

분사기로 금속을 닦은 후, 알루미늄으로 막을

입히고 페인트칠을 한다. 이 경우 40년 동안

다리를 사용할 수 있다.

세척 10만원

알루미늄막 120만원

페인트 30만원

제

4장


(1) 각 방법으로 다리를 설치하고 20년 동안 유지하는데 드는 비용을 계산

해보자.

① 방법 1：

② 방법 2：

③ 방법 3：

④ 방법 4：

(2) 제시된 방법 중 가장 적합한 것을 선택하기 위해 비용 외에 고려할 수

있는 사항을 모두 적어보자.

(3) 다리를 짓고 20년 동안 유지하기 위해 어떤 방법을 선택할 것인지 조

별로 토의해서 결정하고, 그 이유를 적어보자.

① 결정한 방법:

② 결정한 이유:

실행하기

✿ 다음은 부식을 방지하기 위한 다양한 방법이다.

① 산소나 물과의 접촉 방지 ② 음극화 보호 방법

③ 크롬 도금 ④ 금이나 은 도금

⑤ 주석 도금 ⑥ 합금

위의 방법을 참고하여 다음 주어진 상황에 해 부식을 방지할 수 있는

방법을 생각해보자.

상황 부식 방지법

통조림 캔

알루미늄 창틀

자동차의 범퍼

기름칠한 기타줄

조리기구, 식기

주유소 기름 탱크

82 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

SOS! 금속의 부식을 막아라!!!…➸ [금속과 그 이용(금속의 부식)]

11학년

교과서 탐구


활동의 성격

상황에 따른 의사 결정을 하

기 해 조별 토의를 통한

동학습으로 가능한 활동이

다.

지도상 유의점

1.의사소통이 원활하게 진

행되도록 조별 자리를 배

치한다.





이 요하다.

111 목표

(1) 지식

∙ 금속의 부식을 방지할 수 있는 방법과 원리를 설명할 수 있다.

(2) 탐구 과정

∙ 주어진 자료를 해석하여 상황에 맞고 효율적인 금속 부식 방지 방법에

한 의사 결정을 할 수 있다.

(3) 태도

∙ 금속의 부식을 방지할 수 있는 방법과 원리를 알고 실생활에 응용할 수

있다.


이 수업자료는 기 오염의 원인을 파악하고, 그 책을 과학과 기술, 사회

적 측면에서 생각해 볼 수 있는 STS 수업 모형을 이용한 것이다. STS 수업

모형은 과학 지식이나 과학적 과정을 기술에 응용하거나, 과학기술에 관련

된 사회 문제의 해결 및 의사 결정에 기여할 수 있는 교수전략의 활용에 중

점을 둔다. STS 수업 모형은 도입하기-탐색하기-설명 및 해결 방안 제시하

기-실행하기의 4단계로 구성된다.

도입하기 단계에서 교사는 뉴욕에 있는 자유의 여신상을 통해 금속 구조물

이 부식되는 현상이 사회적인 문제가 되고 있다는 것과 조형물의 부식을 방

지해야 한다는 것을 학생들이 인식할 수 있도록 한다. 이 단계에서 교사는

학생의 호기심을 유발하고, 학생들의 다양한 반응을 고려해야 한다.

탐색하기 단계에서는 학생들이 금속의 부식을 방지하는 방법에 하여 조

사해온 내용을 바탕으로 각 방법의 원리에 해 이해하고, 각각의 방법들이

실생활에서 어떻게 활용되는지 토의하도록 한다.

설명 및 해결 방안 제시하기 단계에서 학생들은 주어진 사회적 문제를 해결

하는데 어떤 방법을 채택할 것인지 토의하고 의사 결정을 내려야 한다. 교

사는 의사 결정을 하는 과정에서 학생들이 어떠한 가치에 해 고려할 필요

가 있는지 스스로 생각해 보도록 유도한다.

실행하기 단계에서는 금속의 부식을 방지하기 위한 여러 방법들을 효율성

에 근거하여 각각 어떠한 상황에 응용할 수 있는지 모둠별로 토의 활동을

하게 한다.

제

4장


333 진행하기

(1) 도입하기 단계에서 교사는 학생의 흥미 유발을 위해 금속의 부식에 한

멀티미디어 자료나 PPT 자료 등 다양한 자료를 제시할 수 있다.

(2) 탐색하기 단계에서 교사는 학생들이 금속의 부식 방지법에 해 미리 조

사해 올 수 있도록 한다.

(3) 설명하고 해결 방안 제시하기 단계에서 학생들이 부식 방지 방법을 결정

하기 위해 토의할 때, 각각의 원리와 장･단점을 잘 파악할 수 있도록 유

도한다.

(4) 실행하기 단계는 학생들의 토의 활동을 통해 진행될 수도 있지만, 과제

로 부과될 수도 있다.


도입하기

✿ 자유의 여신상의 표면은 구리로 만들어져 있고, 내부 골격은 커다란 상

을 지탱하기 위해 철로 만들어져 있다. 표면의 구리는 공기 중에서 서

서히 산화되어 녹청(綠靑)으로 변하여 내부 골격의 철이 부식되는 것을

막는다. 내부의 철과 표면의 구리는 직접 접촉하지 않도록 만들어졌으

나 오랜 시간이 지나면서 접촉을 방지하고 있던 물질이 벗겨져 틈이 생

기고 철과 구리가 접촉하면서 반응성이 큰 철이 산화된 것이다.

탐색하기

① 스테인리스 강은 철과 크롬, 니켈의 합금으로 부식되기 쉬운 철과는 달

리 부식에 강한 성질을 지녔기 때문이다.

② 바닷물은 일반 물에 비해 이온이 많이 녹아있는 전해질이다. 따라서 전

자의 이동이 활발해지고 금속의 부식이 촉진된다.

③ 페인트칠을 하면 금속을 부식시키는 물과 공기(산소)와의 접촉이 차단

되기 때문이다.

지도상 유의점

조별 토의가 잘 이루어지도

록 순회하면서 지도한다.

도움말

녹청(綠靑)

구리의 표면에 생기는 록

색의 녹으로 산과 암모니아

에 녹고, 200℃에서 분해되

며 유독하다. 청색 는 녹

색 안료(顔料)로 사용된다.

84 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


(1) 각 방법에 드는 비용：

① 방법 1：1000만원 × 2회 ＝ 2000만원

② 방법 2：1000만원 ＋ 30만원 × 10회 ＝ 1300만원

③ 방법 3：1000만원 ＋ (10만원 ＋ 20만원 ＋ 30만원) ＝ 1060만원

④ 방법 4：1000만원 ＋ (10만원 ＋ 120만원 ＋ 30만원) ＝ 1150만원

(2) 비용 외에 고려할 사항: 수명, 설치되는 장소, 외양, 환경 오염 등

(3) ① 결정한 방법：방법 3

② 결정한 이유：20년 동안 다리를 사용할 예정이므로 수명이나 가격

등을 고려했을 때 가장 효율적이다.

실행하기

상황 부식 방지법

통조림 캔 주석 도금

알루미늄 창틀산소나 물과의 접촉 방지

(산화알루미늄 피막으로 금속 표면 보호)

자동차의 범퍼 크롬 도금

기름칠한 기타줄 산소나 물과의 접촉 방지

조리기구, 식기 합금

주유소 기름 탱크 음극화 보호

제

4장


555 참고 자료

금속의 부식을 방지하는 신기술：기능성 고분자

금속의 부식은 기 중의 산소와 금속이 결합하여 금속 산화물이 생성되는

것이다. 이를 막기 위한 기존의 부식 방지제는 부분 금속의 표면과 기

중 산소의 접촉을 방지하기 위해 막을 형성하는 원리를 이용하는 것이었다.

이와는 다르게 새로 개발된 기능성 고분자 폴리아닐린은 녹을 생성하는

산화 반응에 참여하여 직접 부식을 방지하는 역할을 한다. 즉, 폴리아닐린은

금속 및 공기와 모두 반응하여 순수한 금속 산화물 막을 표면에 형성함으로

써 금속 내부층을 보호해준다. 또한 은과 맞먹을 정도로 낮은 반응성을 가

지고 있어서, 이 고분자가 금속과 접촉할 경우 코팅된 표면은 더욱 불활성이

강해진다. 이러한 작용으로 인하여 표면에 순수한 금속 산화물의 층을 만들

어 낸다.

실험 결과 폴리아닐린은 녹 방지 효과가 아연에 비해 1만 배 높았으며,

이 고분자 코팅은 여러 가지 금속을 이용한 부식 방지법과는 다른 이점을

지니고 있다. 이 기능성 고분자는 중금속이 아니므로 먹이사슬과 인체의 건

강에 미치는 영향이 적으며, 아연보다 저렴하고 실질적으로 모든 금속에 적

용이 가능하다는 점이다. 이를 잘 연구･개발하면 자동차와 다리, 기타 금속

성 물질의 부식을 방지하기 위한 용도로 쓰일 수 있을 뿐 만 아니라 금속과

관련된 도장(塗裝) 문제에도 획기적인 유용성을 가져다 줄 수 있을 것으로

예상된다.

도움말

기능성 고분자

(functional polymer)

고분자 물질 에서 특수한

기능을 주로 사용되는 고

분자.

86 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

활동 1. 원유를 구성하는 물질들이 분별증류탑에서 각각의 물질로 분리되는 원리를 이해하는데 어려움

을 겪는 학생들을 고려하여, 원유의 분별 증류에 한 자료를 제시하여 원유가 분리되는 원리

를 스스로 추리할 수 있도록 하였다. 증류탑의 구조와 원유의 분별 증류 시 분리되는 물질의

특성에 한 자료를 해석하여 원유가 증류탑에서 각각의 물질로 분리되는 원리를 추리할 수

있도록 구성한 자료 해석 형태의 탐구 수업 활동이다.

활동 2. 알데히드의 환원성을 이해하는데 어려움을 겪는 학생들을 고려하여, 알데히드와 암모니아성

질산은 용액을 반응시켜 변화를 관찰해보는 실험을 선택하였다. 포도당과 암모니아성 질산은

용액을 반응시켜 은거울 반응이 일어남을 관찰하고, 이러한 변화가 일어나는 이유를 수용액 속

포도당의 구조를 참고하여 설명해보도록 함으로써 알데히드의 환원성을 이해할 수 있도록 하

는 경험 귀추적으로 구성된 탐구 실험 활동이다.

활동 3. LPG와 LNG는 실생활에서 쉽게 접하고 사용할 수 있는 주요 기체 연료로 안전하게 사용하지

않으면 매우 위험하다. 그럼에도 불구하고 이제까지 이 단원의 수업은 주로 여러 가지 연료

의 장･단점, LPG와 LNG의 특성, 연소 반응에 한 지식을 단순 전달하는 방식으로 진행되어

왔다. 이에 LPG와 LNG의 여러 가지 특성을 비교한 자료를 참고하여 두 연료의 사용에 관한

다양한 측면을 추리해보도록 하는 자료 해석을 통한 탐구 수업 활동으로 구성하였다. 또한

연료는 실생활과 밀접한 관련이 있는 주제이므로 안전한 가스 사용과 관련된 글을 읽고 가스

누출 시의 응급조치 및 평소 점검 요령에 해서도 생각해보도록 하였다.

화학과 인간제555장

과학 수업 지도자료 안내

1. 과학 수업 지도자료 목록

제 목분 류

[성격/장소]기 타

관련 오개념

(2장 참고)

5장.

화학과 인간

활동 1 원유의 분별 증류 자료 해석/교실 교과서 탐구 ･활동 2 은거울 반응 실험 활동/교실 교과서 탐구 유형 1, 2

활동 3 연료! 너희는 어떤 애들이니? 자료 해석/교실 교과서 탐구 ･활동 4

석유, 다 써버리면 어떻게 하지?

(신재생에너지-1)글쓰기/교실 새 탐구 ･

활동 5석유 vs 체에너지

(신재생에너지-2)글쓰기/교실 새 탐구 ･

2. 선정 이유

제

5장


활동 4. 고유가와 지구 온난화의 공포 속에서 세계 주요국들이 석유의존도를 낮추기 위해 체에

너지 개발에 전력투구하고 있는 흐름에 맞춰 학생들에게 신･재생에너지의 필요성과 장점,

그리고 최근 이슈가 되고 있는 바이오(매스)에너지의 장･단점을 소개하였다. 그러나 체

에너지의 필요성에도 불구하고 극복해야하는 문제점도 동시에 있기 때문에 이 점을 고려

하여 바이오매스의 무분별한 개발이 초래할 수 있는 결과를 추리해보고 더 나아가 바이오

에너지 사용에 한 의사 결정을 해보도록 하는 글쓰기를 이용한 탐구 수업 활동으로 구성

하였다.

활동 5. 체에너지원을 개발하려는 세계 주요 선진국들의 움직임에 응하여 석유수출기구(OPEC)

가 석유 생산을 감축하는 방안을 고려하는 등 ‘석유 세력’과 ‘ 체에너지 세력’의 립 구

조가 조성되고 있는 현실을 반영하는 주제를 선정 하였다. 이에 체에너지 개발의 장･단점을 고려하여 체에너지 개발에 한 자신의 입장을 결정하고 그 입장을 토 로 하

여 우리나라 바이오에너지 산업의 발전 방향을 제시해보도록 하는 글쓰기를 이용한 탐구

수업 활동으로 구성하였다.

88 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


학생용[화학과 인간]

원유의 분별 증류11학년

주의점

-충분한 토의를 거쳐 문제

를 해결하도록 한다.

우리 조상들은 곡식류를 발효시켜 얻은 탁주를 끓인 후 이때 증발된 물질을 액화시

켜 맑은 청주를 만들었다고 한다. 이와 같은 원리를 이용하여 원유를 분리할 수 있

다는데...

학습 목표

∙ 주어진 자료를 해석하여 원유를 분별 증류하는 원리를 추리할 수 있다.

과정

(1) 탐색해 봅시다.(자료 해석)

※ [자료1]은 증류탑의 구조를 나타낸 그림이고, [자료2]는 원유를 분별 증

류했을 때 분리되어 나오는 물질의 특성을 정리한 표이다.

[자료1] 증류탑의 구조

원유는 [자료2]의 석유가스, 나프타, 등유, 경유, 중유, 아스팔트 등의 물

질이 섞여있는 액체 상태이다. 이러한 원유를 관증류기에서 가열하면

원유의 모든 성분이 증기 상태로 된다. 이렇게 증기 상태가 된 원유의

성분들이 증류탑 안으로 들어가면 각각의 물질로 분리된다. 이처럼 증

류탑은 액체 혼합물을 여러 번 증류하여 혼합물을 효과적으로 분리할

수 있도록 설계되어 있다.

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

제

5장


[자료2] 원유의 분별 증류 시 분리되는 물질의 특성

물질 탄소 수(n) 끓는점(℃) 용도

석유 가스 1 ~ 4 25℃ 이하 가정용 연료

나프타 4 ~ 10 40 ~ 160 ℃자동차 연료(가솔린)

화학 공업 원료

등유 10 ~ 16 160 ~ 250 ℃ 항공기 연료, 가정용 난방 연료

경유 16 ~ 20 250 ~ 300 ℃ 버스나 트럭의 연료

중유 20 ~ 25 300 ~ 350 ℃ 선박용 연료, 화력 발전소의 연료

아스팔트 25 이상 도로 포장재의 원료

① [자료1]의 증류탑에서 가장 윗부분(㉠)에서 분리되는 물질을 [자료2]의

6가지 성분 중에서 선택하고, 그렇게 생각한 이유를 세 가지 이상 적

어보자.

∙ 가장 윗부분에서 분리되는 물질：

∙ 그렇게 생각한 이유：

㉠

㉡

㉢

② 모둠별 토의를 통하여 가장 합당한 한 가지를 선택해보자

(㉠, ㉡, ㉢ 중 한 가지 선택).

③ 모둠 토의 결과를 토 로 원유를 분별 증류했을 때 [자료2]의 물질이 분

리되는 순서를 [자료1] 증류탑의 위쪽(㉠)에서 아래쪽(㉥)의 순서로 적어

보자.

∙ 분리되는 순서: ( ) → ( ) → ( )

→ ( ) → ( ) → ( )

④ 분리된 물질의 탄소 수와 끓는점의 관계를 설명해보고, 탄소 수에 따라

끓는점이 달라지는 이유를 세 가지 이상 적어보자.

∙ 물질의 탄소 수가 많아질수록 끓는점은

∙ 탄소 수에 따라 끓는점이 달라지는 이유：

㉠

㉡

㉢

⑤ 모둠별 토의를 통하여 가장 합당한 한 가지를 선택해보자

(㉠, ㉡, ㉢ 중 한 가지 선택).

가설설정

발산적사고

수렴적사고

가설설정

발산적사고

수렴적사고

90 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

(2) 개념을 익혀 봅시다.

■ 설명 및 판서

① 원유：지하에서 천연적으로 생산되는 액체 탄화수소, 끓는점이 다른

여러 가지 액체의 혼합물.

② 원유의 분별 증류

∙ 원리：원유의 주성분인 탄화수소를 ( ) 방법에 의해 분리

하면 증류탑의 위쪽부터 끓는점이 ( ) 물질이 차례로 분리된다.

∙ 분리 순서：( ) → ( ) → ( )

→ ( ) → ( ) → ( )

∙ 탄소 수가 많아질수록 각 성분 물질 분자의 질량이 커지고, 분자의

질량이 커질수록 ( )이 커지므로 끓는점이 ( ).

③ 크래킹과 리포밍

∙ ( )：중유나 경유와 같은 큰 분자를 고온으로 가열, 열분해하

여 큰 분자를 작은 분자로 쪼개는 공정, 화학 공업의 기초 원료를 얻

을 수 있다.

∙ ( )：사슬 모양의 탄화수소를 략 같은 수의 탄소 원자를

가지는 고리 모양의 탄화수소로 전환시키는 공정. 나프타를 촉매 존

재 하에서 높은 온도와 압력을 가해 리포밍하면 탄화수소의 구조가

변화되어 품질이 좋은 가솔린을 얻을 수 있다.

(3) 적용해 봅시다.

※ 다음 글을 읽고 물음에 답해보자.

휘발유(가솔린)는 원유의 성분 중 가장 많이 이용되고 있는 연료로, 주로

자동차에 이용된다. 현재 자동차의 운행이 증가하면서 원유의 분별증류로

부터 얻어지는 휘발유의 양보다 더 많은 양의 휘발유가 필요하다. 따라서

탄소 수가 더 많은 등유나 중유 등을 열분해하여 휘발유를 얻어 사용하고

있다. 이러한 방법을 크래킹이라고 하며 요즈음에는 석유 화학 공업의 기

초 원료를 얻어내기 위한 방법으로도 많이 이용되고 있다. 예를 들어 나프

타를 열분해하면 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등과 같은 석유 화학 공업의

기초 원료들이 얻어진다.

제

5장


<*나프타 100L(70kg)을 열분해했을 때 얻어지는 제품들>

원료 나프타 분해 물질 석유 화학 제품

나프타

에틸렌(20kg) 와이셔츠 30벌, 석유통 15개

프로필렌(13kg) 스웨터 40벌

부타디엔(8kg) 자동차 타이어 1개, 자전거 튜브 20개

분해유(14kg) 나일론 치마 150벌

기타(15kg) *카본블랙 1kg, 요소 비료 50kg

휘발유의 품질은 노킹현상의 발생 정도에 따라 결정된다. 자동차의 엔

진이 과열되거나 압축된 혼합 가스(휘발유+공기)의 온도가 점화 온도 이

상으로 올라가면 폭발음이 들리게 되는데, 이러한 비정상적인 폭발을 노

킹현상이라고 한다. 노킹 현상이 발생하면 엔진의 온도가 급격히 상승하

여 진동과 소음이 발생하며, 출력이 저하된다. 따라서 노킹현상의 발생 정

도가 적은 휘발유일수록 품질이 좋은 휘발유이다.

노킹은 사용하는 연료의 영향을 받는데, 일반적으로 연료 속에 곧은 사

슬 모양의 탄화수소가 많아지면 노킹 현상이 일어나기 쉬우며, 고리모양

의 탄화수소는 노킹현상을 잘 일으키지 않는다.

① 위 글을 읽고 크래킹과 리포밍을 하는 이유를 찾아 적어보자.

∙ 크래킹을 하는 이유：

∙ 리포밍을 하는 이유：

② 위 글의 표에 제시된 석유 화학 제품 외에 우리 주변에서 볼 수 있는

석유 화학 제품을 다섯 개 이상 적어보자.

③ ‘탐색해봅시다’의 [자료2]를 참고하여 다음의 설명이 맞으면 ○, 틀리면

×를 하고 그렇게 생각한 이유를 적어보자.

∙ 원유로부터 분리된 나프타, 등유 등은 순물질이다. ( )

∙ 분자의 크기가 클수록 분자 사이에 작용하는 힘이 증가한다. ( )

∙ 나프타는 상온에서 고체 상태로 존재한다. ( )

* 카본블랙(Carbon black):

검은색의 미세한 탄소 가루

로, 고무 는 인쇄용 잉크

의 재료로 사용된다.

92 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

원유의 분별 증류…➸ [화학과 인간]

11학년

교과서 탐구


활동의 성격

교실에서 가능한 활동임

지도상 유의점

1. 질문에 한 답을 학생들

이 스스로 찾도록 지도한

다.

2. 학생들의 흥미를 유발하

기 해 사고를 자극할 수

있는 질문을 많이 하고

정 인 피드백을 주어 동

기를 유발한다.

3. 응답을 하는 동안 학생들

의 오개념이 드러나는 경

우 학생들이 서로의 의견

을 공유함으로써 스스로

해결하도록 유도한다.

111 교수 목표

① 지식

∙ 원유를 분별 증류하는 원리를 설명할 수 있다.

∙ 탄소 수와 끓는점과의 관계를 설명할 수 있다.

∙ 크래킹과 리포밍의 의미와 목적을 설명할 수 있다.

② 탐구 과정

∙ 주어진 자료를 해석하여 원유를 분별 증류하는 원리를 추리할 수 있다.

③ 태도

∙ 실생활에서 탄소 화합물들이 어떻게 이용되고 있는지 관심을 갖는다.


이 자료는 자료해석을 활용한 교실 수업용 탐구 수업 지도 자료로서 탐색

단계, 용어 도입 단계, 개념 적용 단계로 구성되어 있다.

탐색해 봅시다(자료 해석)

이 단계에서 교사는 학생들에게 원유를 분별 증류 할 수 있는 증류탑의 원

리와 원유를 분별 증류했을 때 분리되어 나오는 물질에 한 자료를 제시한

다. 학생들은 주어진 자료를 분석하여 토론을 통해 질문에 답을 한다. 이 때

그렇게 생각한 이유를 세 가지 이상 적도록 하여 학생들의 발산적이고 창의적

인 사고를 자극하고, 세 가지 이유 중 가장 합당한 한 가지를 선택하도록 하여

수렴적이고 비판적인 사고력을 신장시킬 수 있다.

학생들은 주어진 자료를 분석하여 원유가 증류탑에서 분리되는 순서를 추리

하고, 분리된 물질의 탄소 수와 끓는점과의 관계와 그러한 관계가 나타나는

이유를 생각해 본다. 학생들은 이전에 물 분자 사이 수소 결합 때문에 물의

녹는점, 끓는점이 높다는 것과, 할로겐족의 분자량과 끓는점과의 관계를 학습

하였다. 교사는 학생들이 탄소 수와 끓는점과의 관계를 설명하기 어려워하는

경우 이전에 학습한 내용을 상기시켜 학생들의 사고를 유도할 수 있다.

개념을 익혀 봅시다.

교사는 학생들이 탐색 단계에서 자료 해석을 통해 알게 된 내용을 떠올리게

하면서 용어를 도입하고 개념을 정리한다. 교사가 설명하면서 강조할 것을 학

생들이 직접 적어볼 수 있도록 학습지의 중간에 괄호를 넣었다. 학습지에 나

와 있는 개념 외에도 교사가 필요하다고 생각하는 개념을 추가로 설명할 수

있다.

제

5장


적용해 봅시다.

학생들은 읽기 자료를 읽고 질문에 답하는 과정을 통해 주어진 자료에서

필요한 정보를 찾아내는 능력을 기를 수 있다.



① ∙ 가장 윗부분: 석유 가스

∙ 그렇게 생각한 이유:

㉠ 끓는점이 높을수록 증류탑 아랫부분에서 먼저 액화되고, 끓는점이 낮을

수록 기체 상태로 더 높은 곳까지 올라갈 수 있기 때문이다.

㉡ 탄소 수가 적을수록 가벼워서 더 높은 곳까지 올라갈 수 있기 때문이다.

㉢ 끓는점이 낮을수록 기체 상태로 존재하기 쉬워서 높은 곳까지 올라갈

수 있기 때문이다.

② 끓는점이 높을수록 증류탑 아랫부분에서 먼저 액화되고, 끓는점이 낮을수

록 기체 상태로 더 높은 곳까지 올라갈 수 있기 때문이다.

③ 분리되는 순서：석유 가스 → 나프타 → 등유 → 경유 → 중유 → 아스팔트

④ 물질의 탄소 수가 많아질수록 끓는점은 높아진다.

∙ 탄소 수에 따라 끓는점이 달라지는 이유:

㉠ 탄소 수가 증가함에 따라 분자의 크기가 커지고, 분자 사이에 작용하

는 힘이 증가하기 때문이다.

㉡ 탄소 수가 많을수록 무거워서 기화시키기에 더 많은 에너지가 필요하

기 때문이다.

㉢ 탄소 수가 많을수록 결합을 끊을 때 에너지가 많이 필요하기 때문이다.

⑤ 탄소 수가 증가함에 따라 분자의 크기가 커지고, 분자 사이에 작용하는 힘

이 증가하기 때문이다.

개념을 익혀 봅시다.(순서대로)

분별증류, 낮은, 석유 가스, 나프타, 등유, 경유, 중유, 아스팔트, 분자간 힘,

높아진다, 크래킹, 리포밍


① ∙ 크래킹을 하는 이유: 자동차의 운행이 증가하면서 원유의 분별증류로부

터 얻어지는 휘발유의 양보다 더 많은 양의 휘발유가 필요하므로 탄소

수가 더 많은 탄화수소를 열분해하여 휘발유를 얻는다. 나프타를 열분

해하면 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등의 석유 화학 공업의 기초 원료들

을 얻을 수 있다.

94 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

평가시 유의점

- 정답과 정답표 신에 채

기 을 활용한다. 채

기 에서의 ‘상’이 가장 합

당한 형태의 해답을 정하

는 기 이나, 교사의 편의

를 하여 가능한 정답을

채 기 표와 함께 제시

하 다.

참고

－제시된 채 기 은 상,

, 하의 3단계로 개발하

으나 문항의 수 이나

학생의 수 에 따라 교사

의 재량으로 보다 상세화

하거나 축소하여 활용할

수도 있다.

－문항의 배 은 교사의 재

량에 따라 정하고, 문항에

따라 가 치를 부여할 수

도 있다.

－활동지에 포함된 탐구 과

정은 다음과 같다.

1. 탐색 단계

기 탐구 과정: 추리

통합 탐구 과정：자료

해석

2. 개념 용 단계



해석

단 계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

탐색

단계

①,②

자료

해석

추리

증류탑의 가장 윗

부분에서 분리되

는 물질을 적고, 그 이유도 바르게

서술한다.



는 물질을 바르게

쓰나, 그 이유를

설명하지 못한다.



는 물질을 바르게

쓰지 못하며, 그

이유도 설명하지

못한다.

③

추리

원유를 분별 증류

했을 때 증류탑의

위쪽에서 아래쪽

으로 분리되는 순

서를 모두 바르게

적는다.

증류탑의 위쪽에

서 아래쪽으로 분

리되는 순서를 쓰

나 1~2개의 오류

가 있다.

증류탑의 위쪽에

서 아래쪽으로 분

리되는 순서를 바

르게 쓰지 못한다.

④,⑤

자료

해석

추리

탄소 수가 많아질

수록 끓는점이 높

아짐을 적고, 그

러한 현상이 나타

나는 이유를 바르

게 설명한다.

탄소 수가 많아질

수록 끓는점이 높

아진다는 것은 설

명하나 그 이유를

적지 못한다.

탄소 수와 끓는점

과의 관계를 쓰지

못하고, 그 이유를

설명하지 못한다.

개념

적용

단계

①,②

자료

해석

크래킹과 리포밍

을 하는 이유를

찾아 쓰고 주변에

서 볼 수 있는 석

유 화학 제품을

바르게 적는다.

크래킹과 리포밍

을 하는 이유를

쓰고, 주변에서 볼

수 있는 석유 화

학 제품을 쓰나

1~2개의 오류가

있다.

크래킹과 리포밍을

하는 이유와 주변

에서 볼 수 있는

석유 화학 제품을

바르게 쓰지 못한

다.

③

추리

모든 질문에 바르

게 답하고 그 이

유도 바르게 서술

한다.

질문에 대한 정오

를 판단하고, 이유

를 설명하나 1~2개의 오류가 있다.

질문의 정오를 바

르게 판단하지 못

한다.

∙ 리포밍을 하는 이유: 연료 속에 곧은 사슬 모양의 탄화수소가 많아지면

노킹 현상이 일어나므로 사슬 모양의 탄화수소를 리포밍을 통해 고리 모

양의 탄화수소로 바꾸어 탄화수소의 옥탄가를 높인다.

② 주변에서 볼 수 있는 석유 화학 제품: 폴리프로필렌-필름, 나일론- 밧줄,

폴리염화비닐(PVC)-파이프, 테플론-프라이팬의 표면처리, 폴리스티렌-스티

로폼, 에틸렌글리콜- 자동차의 부동액, 테릴렌- 보트의 돛, 에탄올-시약

444 학생용 활동지 채점 기준

제

5장




은거울 반응11학년

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

질산은 수용액과 암모니아수, 포도당 수용액이 있으면 반짝이는 예쁜 거울을 만들

수 있다고 하는데.. 여기에는 어떠한 과학적 원리가 숨어있을까?

학습 목표

∙ 은거울 반응을 통하여 탄소화합물의 작용기에 따른 환원성을 추리할 수 있다.

과정

(1) 생각해 봅시다.

※ 선생님의 시범 실험을 잘 관찰하고 아래 물음에 답하여 보자.

① 시험관 A, B에 각각 질산은 수용액 3mL를 넣고, 갈색 앙금이 사라질 때까

지 암모니아수를 떨어뜨려 ‘암모니아성 질산은 용액’을 만든다. 이때 은 이

온의 산화 상태는 +1이다.

② 시험관 A, B에 수산화칼륨 수용액을 1mL씩 넣는다.

③ 시험관 A에 알데히드( )가 들어있는 용액, 시험관 B에 카르복시산

( )이 들어있는 용액을 각각 1mL씩 넣고 따뜻한 물속에서 돌려준다.

④ 이때 시험관 A, B에서 관찰되는 현상을 적어보자.

∙ 시험관 A에서 나타나는 현상：

∙ 시험관 B에서 나타나는 현상：

(2) 실험해 봅시다.

※ 아래의 과정을 거쳐 다음의 질문을 해결해 보자

포도당과 ‘암모니아성 질산은 용액’을 반응시키면 어떠한 변화가 일어날까?

① 질산은 용액 30mL에 암모니아수를 갈색 앙금이 사라질 때까지 떨어뜨려

암모니아성 질산은 용액을 만든다.

② 암모니아성 질산은 용액에 수산화칼륨 수용액을 12mL 넣는다.

③ 꼬마병에 포도당 용액 2mL를 넣고 위에서 만든 용액 5mL를 넣어 따뜻한

물속에서 돌려준다.

④ 이때 관찰되는 현상을 적어보자.

⑤ 암모니아성 질산은 용액에서 은 이온의 산화 상태는 어떻게 변화되었을지

적어보자.

준비물

- 10mL 꼬마병, 50mL 비커,

스포이트, 질산은 수용액, 수

산화칼륨 수용액, 진한 암모

니아수, 포도당 수용액, 더운

물

주의점

1. 질산은 용액은 손이나 옷

에 묻지 않도록 주의한다.

2. 암모니아성 질산은 용액

을 만들 때 앙 이 모두

녹은 직후 암모니아수를

가하는 것을 멈추어야 은

거울 반응이 잘 일어난다.

서술적질문 제시

실험 수행

서술적질문에

대한 해답

96 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

인과적질문 제시

가설 설정(인과적 질문에 대한 해답)

발산적 사고

참고

- ‘가설’은 질문에 한 임시

인 해답이다.

수렴적 사고



자료의 재해석

- ‘결론도출’은 실험을 통하

여 얻은 자료들을 통합

으로 정리하여 하나의 결

론을 이끌어내는 것이다.

결론도출

(3) 설명해 봅시다.

※ 아래의 과정을 거쳐 다음의 질문을 해결해 보자.

포도당과 ‘암모니아성 질산은 용액’을 반응시키면 변화가 일어나는 이유는

무엇일까?

① 위 실험을 토 로 포도당과 ‘암모니아성 질산은 용액’을 반응시키면 변

화가 일어나는 이유에 한 가설을 3가지 이상 적어보자.

㉠

㉡

㉢

② 모둠별 토의를 통하여 가장 합당한 가설을 한 가지 선택해보자.

(㉠, ㉡, ㉢ 중 한 가지 선택)

포도당과 ‘암모니아성 질산은 용액’을 반응시키면 변화가 일어나는 이유는

☞

③ 포도당은 수용액에서 [자료1]과 같이 사슬 모양과 두 가지의 고리 모양

(α형태, β형태)으로 존재한다.

[자료1] 수용액 상태에서 포도당의 구조

포도당과 ‘암모니아성 질산은 용액’을 반응시킬 때 산화되는 물질과 환원되

는 물질을 실험 결과와 [자료1]을 토 로 적어보자.

∙ 산화되는 물질：

∙ 환원되는 물질：

④ 포도당과 ‘암모니아성 질산은 용액’을 반응시킬 때 일어나는 현상과 그

이유를 종합적으로 설명해보자.

제

5장


은거울 반응…➸ [화학과 인간]

11학년

교과서 탐구


111 교수 목표

① 지식

∙ 알데히드기를 가진 탄소화합물이 은거울 반응을 하는 이유를 설명할

수 있다.

② 탐구 과정

∙ 은거울 반응을 통하여 탄소화합물의 작용기에 따른 환원성을 추리할

수 있다.

③ 태도

∙ 주변의 여러 가지 생활 용품이 탄소 화합물의 어떤 성질을 이용하여 만

들어 졌는지에 한 흥미를 갖는다.


생각해 봅시다.

이 단계에서는 알데히드가 들어있는 용액과 카르복시산이 들어있는 용액에

각각 암모니아성 질산은 용액을 넣어보는 시범 실험을 실시한다. 학생들에게

암모니아성 질산은 용액을 넣었을 때 각각의 용액에서 일어나는 현상을 관찰

하여 적어보게 함으로써 작용기에 따른 환원성을 생각해 보도록 할 수 있다.

실험해 봅시다.

이 단계에서는 실험의 진행에 앞서 ‘포도당과 암모니아성 질산은 용액을 반

응시키면 어떠한 변화가 일어날까?’라는 서술적 질문을 제시한다. 학생들은 이

질문에 한 해답을 얻기 위하여 포도당과 암모니아성 질산은 용액을 반응시

켜 변화를 관찰하는 실험을 수행함으로써 포도당이 은거울 반응을 일으킬 수

있음을 경험하게 된다.

설명해 봅시다.

이 단계에서는 ‘포도당과 암모니아성 질산은 용액을 반응시키면 변화가 일

어나는 이유는 무엇일까?’라는 인과적 질문에 한 이유를 알아내도록 한다.

우선 인과적 질문에 한 잠정적인 해답인 가설들을 귀추적 과정을 거치면서

적어도 세 가지 정도로 만들게 한다(발산적 사고). 이어서 모둠별 토의를 하여

가장 합당한 가설을 한 개 선택(수렴적 사고)하게 한다.

활동의 성격

실험실에서 가능한 활동임

지도상 유의점



다.











98 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

가설이 설정되었으면 설정된 가설을 토 로 수용액 상태에서 포도당의 구

조를 나타낸 자료를 해석하여 포도당과 암모니아성 질산은 용액과의 반응을

다시 한 번 설명해 보도록 함으로써, 가설을 통해 나온 예측 결과가 실험 결

과와 일치하는지 확인해 볼 수 있도록 한다. 마지막으로 이러한 과정을 거쳐

얻게 된 것을 종합적으로 설명해보도록 하여 일반화 하도록 한다.

333 진행 방법

(1) 실험에 사용할 용액은 0.1M 질산은 수용액, 0.8M 수산화칼륨 수용액, 진

한 암모니아수, 0.5M 아세트산 수용액, 0.5M 포도당 수용액이다.

(2) 시범실험에서는 알데히드로 포도당 수용액을, 카르복시산으로 아세트산

수용액을 사용하며, 학생들에게는 각각의 물질이 알데히드와 카르복시산

이라는 것만 알려준다.

(3) 질산은 용액에 암모니아수를 가하면 처음에는 갈색 앙금(산화은)이 생성

되며, 계속하여 암모니아수를 가하면 착이온이 생성되는데 착이온은 물

에 잘 녹으므로 투명한 용액이 된다(암모니아성 질산은 용액). 앙금이

모두 녹은 직후 암모니아수를 가하는 것을 멈추어야 은거울 반응이 예민

하게 일어난다.

2Ag＋＋ 2OH

－ → Ag2O(갈색앙금) + H2O

Ag2O ＋ 4NH3 ＋ H2O → 2[Ag(NH3)2]+(무색 투명한 용액) ＋ 2OH

－

(4) 수산화칼륨 수용액을 넣어주는 이유는 아세트알데히드가 pH가 높아야

환원력이 생기기 때문이다.

(5) 암모니아성 질산은 용액과 알데히드 수용액(예：아세트알데히드)이 반응

하면 꼬마병 벽에 은이 석출되어 거울처럼 보인다. 이것을 은거울 반응

이라 한다.

CH3CHO ＋ 2[Ag(NH3)2]＋＋ 2NO3

－＋ H2O → CH3COOH ＋ 2Ag↓

＋ 2NH4NO3

(6) 암모니아성 질산은 용액을 공기 중에 방치하면 폭발성 물질이 생길 수

있으므로 미리 만들어 보관해서는 안 되며, 실험하기 직전에 만들어 사

용해야 한다. 사용하고 남은 시약은 소금물을 가하여 AgCl을 침전시킨

후 여과해서 버리거나 다량의 물에 희석하여 버리는 것이 좋다.

(7) 질산은 용액은 갈색병에 보관하며, 피부에 묻지 않도록 한다.

444 평가 방법

실험에 포함된 탐구 과정, 모둠 별 실험 기능 및 개인 별 실험 태도를 평가

한다.

제

5장



(1) 학생용 활동지 해답


④ ∙ 시험관 A에서 나타나는 현상: 시험관 벽에 은이 석출되어 은거울이 만

들어진다.

∙ 시험관 B에서 나타나는 현상: 변화가 없다.


④ 꼬마병 벽에 은이 석출되어 은거울이 만들어진다.

⑤ 은이 석출되었으므로 ＋1에서 0으로 바뀌었다.


①

㉠ 포도당은 알데히드기를 지니므로 환원성을 가진다.

㉡ 포도당은 알데히드이다.

㉢ 포도당은 질산은과 반응하여 은이온을 환원시킨다.

② 포도당은 알데히드기를 지니므로 환원성을 가지기 때문이다.

③ ∙ 산화되는 물질：은 이온(Ag＋)

∙ 환원되는 물질：포도당

④ 포도당은 수용액 상태에서 사슬 모양과 두 가지의 고리모양으로 존재하는데

사슬모양으로 존재할 때 알데히드기를 지니므로 환원성을 가진다. 따라서

포도당과 암모니아성 질산은 용액을 반응시키면 알데히드기가 산화되어 카

르복시기가 되면서 은 이온을 환원시켜 은이 석출된다.

평가시 유의점

1.수행평가에서는 기존의 평

가에서 이용하는 정답과

정답표 신에 채 기

을 활용한다. 채 기 에

서의 ‘상’이 가장 합당한

형태의 해답을 정하는 기

이나, 교사의 편의를

하여 가능한 정답을 채

기 표와 함께 제시하

다.

2. 도입 단계는 학생의 동기

유발을 한 단계로 학생

이 상한 내용을 평가하

지 않으나 교사의 편의를

하여 가능한 내용을 제

시하 다.

100 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고







수도 있다.




도 있다.

－실험에 포함된 탐구 과정

은 다음과 같다.

1. 도입 단계

기 탐구 과정: 찰

2. 찰 단계

기 탐구 과정: 찰,

추리

3. 설명 단계


통합 탐구 과정：가설

설정, 자료 해석, 결론도

출

- 개인 별 실험 태도의 평가

항목은 모든 실험에 공통

으로 해당된다.

평가항목 예 아니오

질산은 용액이 손에 묻지 않도록 주의해서 다룬다.

평가항목 예 아니오

흥미를 가지고 토론에 적극적으로 참여한다.

실험 시간 내내 능동적으로 활동하고 협동을 잘 한다.

실험 시 주의 사항을 철저하게 따른다.

실험이 끝난 후 모든 기구와 주변을 정리･정돈한다.

단

계

탐구

과정

채점 기준

상 중 하

실험해봅시다

④,⑤

관찰

추리

관찰되는 현상을 바

르게 서술하고, 은 이

온 산화 상태의 변화

를 바르게 추리한다.

관찰되는 현상을 바

르게 서술하나 은 이

온 산화 상태의 변화

를 바르게 추리하지

못한다.

관찰되는 현상과 은

이온 산화 상태의 변

화를 바르게 추리하

지 못한다.

설명해봅시다

②

가설

설정

포도당은 알데히드기

를 가지므로 환원성

을 가진다고 설명한

다.

포도당은 알데히드기

를 가지고 있다고만

설명한다.

포도당이 은거울 반

응을 할 수 있는 이유

를 바르게 설명하지

못한다.

③

자료

해석

추리

산화되는 물질과 환

원되는 물질을 바르

게 추리한다.


원되는 물질 중 하나

만 바르게 추리한다.


원되는 물질을 바르

게 추리하지 못한다.

④

결론

도출

포도당과 암모니아성

질산은 용액을 반응

시킬 때 일어나는 현

상을 바르게 적고, 그

이유를 알데히드기의

환원성으로 설명한다.




상은 바르게 쓰나, 그

이유를 알데히드기의

환원성으로 설명하지

못한다.




상과 그 이유를 바르

게 설명하지 못한다.

(2) 탐구 과정에 대한 채점 기준

(3) 모둠별 실험 기능에 대한 채점 기준

(4) 개인 별 실험 태도에 대한 채점 기준

제

5장




연료! 너희는 어떤 애들이니?11학년

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

‘주택가에서 LPG 폭발’, ‘음식점에서 가스 폭발’ 등 가스 폭발과 관련된 사고 기사를

주변에서 자주 볼 수 있다. 연료는 우리 생활에 필요한 대부분의 에너지를 공급해주

지만, 주의하지 않으면 엄청난 사고를 일으킬 수도 있다. 연료들의 특징과 용도를

알아보고 이들을 안전하게 사용하는 방법을 생각해보자.

학습 목표

∙ 자료 해석을 통하여 좋은 연료의 조건을 추리할 수 있다.

∙ 자료 해석을 통하여 LNG와 LPG의 특징을 추리할 수 있다.

∙ 가스를 안전하게 사용하기 위한 주의 사항을 추리할 수 있다.

과정


※ 연료는 상온에서의 상태에 따라 고체, 액체, 기체 연료로 구분한다. 다

음은 각 연료의 장･단점을 비교한 표이다.

[자료1] 여러 가지 연료의 장･단점

연료 예 장점 단점

고체

나무

숯

석탄

･ 매장량이 많고 값이 싸다.

･ 벽난로의 재료로 사용하면

보기에 좋다.

･ 수송이 어렵다.

･ 연소 조절이 어렵다.

･ 불을 붙이고 끄기가 쉽지 않다.

･ 연소 후 재가 많이 남는다.

액체

등유

경유

휘발유

･ 연소 조절이 쉽다.

･ 연소 후 재가 남지 않는다.

･ 수송과 저장이 간편하다.

･ 냄새가 많이 난다.

･ 가격 변동이 심하다.

･ 공해 물질을 많이 배출한다.

기체LPG

LNG

･ 값이 싸고 깨끗하다.

･ 연소의 조절이 쉽다.

･ 연소 후 재가 남지 않는다.

･ 발열량이 크다.

･ 누출되면 폭발 위험이 있다.

･ 저장과 운반이 어렵다.

① 위의 자료를 해석하여 좋은 연료의 조건을 세 가지 이상 적어보자.

㉠

㉡

㉢

주의점



발산적사고

102 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

가설설정

가설설정

발산적사고

수렴적사고

가설설정

발산적사고

※ 다음은 기체 연료인 LNG(액화천연가스)와 LPG(액화석유가스)의 특성을

비교한 표이다.

[자료2] LNG와 LPG의 특성

연료

특성LNG LPG

주성분 메탄(CH4) 프로판(C3H8) 부탄(C4H10)

분자량 16 44 58

밀도(g/L, 25℃) 0.65 1.80 2.37

끓는점(℃) -162 -42 -0.6

발화점(℃) 537 481 441

연소열(kJ/g) 55.6 50.8 50.0

연소 범위(%) 5~15 2.1~9.5 1.8~8.4

이용 도시가스연료 공업용, 자동차, 가정용 연료

※ 공기의 평균 분자량은 약 29, 평균 밀도는 약 1.25g/L(25℃)

※ 연소 범위(%) : 가연성 가스가 연소할 수 있는 농도(폭발 범위)

② [자료2]를 참고하여, 실내에 LNG와 LPG 경보 장치를 설치할 때, 벽면 위･아

래 중 어느 쪽에 설치해야 안전할 지를 적어보자. 그렇게 생각한 이유를 설

명해보자.

･ LNG 경보 장치 위치 : ･ LPG 경보 장치 위치 :

･ 그렇게 생각한 이유 :

③ LPG 자동차 연료는 계절에 따라 프로판과 부탄의 혼합 비율이 다르다.

[자료2]를 참고하여 여름과 겨울 중 프로판의 비율이 높은 계절을 적어

보자. 그렇게 생각한 이유를 세 가지 이상 설명해보자.

･ 프로판의 비율이 더 높은 계절 :

･ 그렇게 생각한 이유 :

㉠

㉡

㉢

④ 모둠별 토의를 통하여 가장 합당한 한 가지를 선택해보자.

(㉠, ㉡, ㉢ 중 한 가지 선택)

⑤ [자료2]를 참고하여 LNG보다 LPG의 폭발 위험성이 더 큰 이유를 세 가지

이상 설명해보자.

･ LPG의 폭발 위험성이 더 큰 이유 :

㉠

㉡

㉢

제

5장


⑥ 모둠별 토의를 통하여 가장 합당한 한 가지를 선택해보자.

(㉠, ㉡, ㉢ 중 한 가지 선택)

⑦ LNG는 가스관을 통해 공급하고 LPG는 가스통에 넣어 공급한다.

[자료2]를 참고하여 그 이유를 세 가지 이상 설명해보자.

㉠

㉡

㉢

⑧ 모둠별 토의를 통하여 가장 합당한 한 가지를 선택해보자.

(㉠, ㉡, ㉢ 중 한 가지 선택)


■ 설명 및 판서

1. 연료

① 연료의 종류와 장･단점 : [자료1]

② 좋은 연료의 조건 : [자료1]

③ LPG와 LNG의 특성 : [자료2]

2. 연소

① 연소: 어떤 물질이 공기 중의 산소와 급격히 반응하여 열과 빛을 내는

현상

② ( ) 연소 : 산소가 충분한 상태에서의 연료의 연소 반응

* 연료 중의 탄소(C) : 산소와 결합하여 ( ) 생성

* 연료 중의 수소(H) : 산소와 결합하여 ( ) 생성

예) 프로판 ＋ 산소 → 이산화탄소 ＋ 물 (C3H8 ＋ 5O2 → 3CO2 ＋ 4H2O)

③ ( ) 연소 : 산소가 충분하지 않은 상태에서의 연료의 연소 반응

* 이산화탄소와 물 이외에 일산화탄소(CO)와 그을음(C) 생성

④ 연소 생성물의 확인

* CO2 확인 : ( ) 이용 → 뿌옇게 흐려짐(이유： )

* H2O 확인 : ( ) → 붉은색


① <보기>의 단어들을 사용하여 아래 문단의 ( )안에 알맞은 단어를 적어보

자. (단, 각 단어들은 한 번씩만 사용할 수 있다.)

<보기>

이산화탄소 그을음 연소 물 발열 완전 연소 불완전 연소

가설설정

발산적사고

수렴적사고

수렴적사고

104 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

∙부취제：어떤 물질에 첨

가되어 냄새가 나도록 하

는 기능을 가진 물질

연료는 공기 중에서 타면서 열을 내놓는 재료이다. 타는 것은 다른 말

로 ( )라고 하며, 이렇게 열을 내놓는 반응을 ( )반응이라고 한다.

부분의 연료는 탄소와 수소를 포함하고 있으므로 충분한 산소가 있는

조건에서 연료가 타면, 탄소는 ( )을(를) 형성하고 수소는

( )을(를) 형성한다. 이와 같이 산소가 충분한 상태에서 연료가 타는 반

응을 ( ) 라고 하며, 반 로 산소가 충분하지 않은 상태에서 연료가

타는 반응을 ( )라고 한다. 이때에는 산소와 결합하지 못하는

탄소가 남게 되어 ( )이 생기고 일산화탄소가 많이 발생한다.

※ 다음 글을 읽고 물음에 답해보자.

☞ 가스 누출 시의 응급조치

가스를 사용하다보면 여러 가지 이유로 가스가 누출되는 경우가 있다. 이

럴 때는 절 당황하지 말고 침착하게 응급조치를 하면서 즉시 가스판매업

소나 도시가스 관리 행 업소에 연락하여 적절한 조치를 받아야 한다.

가스 냄새로 가스가 새는 것을 발견하면 먼저 연소기의 점화콕, 중간 밸

브, 용기 밸브까지 잠궈서 가스의 공급을 차단하는 한편, 창문과 출입문 등

을 열어 누출된 가스를 밖으로 몰아내고 신선한 공기로 환기시킨다. 이 때

선풍기나 배기팬을 켜서는 절 안되며, 다른 전기 기구도 켜거나 꺼서는 안

된다. 왜냐하면 전기 기구를 켜거나 끌 때의 스파크로도 불이 붙어 폭발할

수 있기 때문이다. 그러므로 ㉠ 가스 누출 시에는 가스가 보이지는 않지만

부채나 방석, 빗자루 등을 이용하여 연기를 쓸어내듯이 밖으로 몰아낸다.(이

때, LPG와 LNG가 머무는 곳이 다르기 때문에 이를 고려하여 알맞은 방법을

택한다.) 누출된 가스가 배출되고 가스 냄새가 사라진 후에도 곧바로 점화하

여서는 안 되며, 가스 판매점이나 도시가스 관리 행업소 기술자의 점검을

받은 후 이상이 없음을 확인하고 다시 사용한다.

☞ 평소 점검 요령

가스는 색깔이 없기 때문에 부취제를 넣어 냄새로 가스 누출을 쉽게 알

수 있게 하였다. 그러나 적은 양이 누출되는 경우나 후각 기능에 장애가 있

는 경우에는 누출을 잘 알 수 없다. 그러므로 가스가 누출되는지를 자주 점

검하는 습관을 갖는 것이 최선의 방법이다. 가스 누출 위험이 있는 부위에

비눗물을 발라 기포가 일어나는지를 알아보는 것만으로도 충분하다. 조금이

라도 누출된 경우에는 비눗방울이 생겨 쉽게 판별할 수 있으며 비눗물 점검

은 2~3일에 한번 정도 하는 것이 좋다.

제

5장


② 가스가 누출되면 위 글의 ㉠처럼 빗자루 등을 이용하여 쓸어내야 하는데,

누출된 가스를 효과적으로 쓸어내기 위해서 LPG의 경우에는 방바닥을 쓸

듯이 아래쪽을, LNG의 경우에는 위쪽을 쓸어내야 한다.

[자료2]를 참고하여 LPG와 LNG 누출 시 쓸어내는 방법이 다른 이유를

적어보자.

③ 위의 글을 참고하여 가정에서 가스를 안전하기 사용하기 위해 주의해야 할

점을 ‘사용 전’, ‘사용 중’, ‘사용 후’의 상황 별로 각각 2가지 이상 적어보자.

･ 사용 전

㉠

㉡

･ 사용 중

㉠

㉡

･ 사용 후

㉠

㉡

106 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

연료! 너희는 어떤 애들이니?…➸ [화학과 인간]

11학년

교과서 탐구


활동의 성격


지도상 유의점

1.질문에 한 답을 학생들


다.

2.학생들의 흥미를 유발하





3.응답을 하는 동안 학생들





111 교수 목표

① 지식

∙ 여러 가지 연료의 장･단점을 비교할 수 있다.

∙ 좋은 연료의 조건을 설명할 수 있다.

∙ LNG, LPG의 특징과 용도를 비교하여 설명할 수 있다.

∙ 가스를 안전하게 사용하기 위한 주의 사항을 설명할 수 있다.

② 탐구 과정

∙ 자료 해석을 통하여 좋은 연료의 조건을 추리할 수 있다

∙ 자료 해석을 통하여 LNG와 LPG의 특징을 추리할 수 있다

∙ 가스를 안전하게 사용하기 위한 주의 사항을 추리할 수 있다.

③ 태도

∙ 실생활에서 여러 가지 연료가 어떻게 이용되고 있는지 관심을 갖는다.

∙ 가스 안전의 중요성을 인식하고 안전한 가스 사용을 위한 주의 사항을

실천한다.


이 자료는 자료해석을 활용한 교실 수업용 탐구 수업 지도 자료로 탐색 단

계, 용어 도입 단계, 개념 적용 단계로 구성되어 있다.


교사는 고체, 액체, 기체 연료의 장･단점을 비교한 [자료1]을 제시한다. 학

생들은 주어진 자료를 해석하여 좋은 연료의 조건을 생각해본다. 이 과정에서

답을 세 가지 이상을 적도록 하여 학생들의 발산적이고 창의적인 사고를 자극

한다. [자료2]는 LNG와 LPG의 특성을 비교한 표이다. 학생들이 주어진 자료를

해석함으로써, LNG와 LPG의 특징을 여러 가지 측면에서 비교해보도록 한다.

이 과정에서 그렇게 생각한 이유를 세 가지 이상 적도록 하여 학생들의 발산

적이고 창의적인 사고를 자극한다. 이때 과학적인 개념이 아니더라도 다양하

게 생각하여 적어보도록 격려한다. 그리고 세 가지 이유 중 가장 합당한 한

가지를 선택하도록 하여 수렴적이고 비판적인 사고력을 신장시킨다.

[자료2]와 관련된 질문들은 실생활과 밀접한 관련이 있는 내용들이므로 이

런 측면을 부각시켜 충분히 동기 유발을 하도록 한다.

제

5장



교사는 학생들이 탐색 단계에서 자료 해석을 통해 알게 된 내용을 떠올리

게 하면서 용어를 도입하고 개념을 정리한다.

교사가 설명하면서 강조할 것을 학생들이 직접 적어볼 수 있도록 학습지의

중간에 ( )를 넣었다. 학습지에 나와 있는 개념 외에도 교사가 필요하다고

생각하는 개념을 추가로 설명할 수 있다.


학생들에게 <보기>에 제시된 단어들 중에서 알맞은 개념 단어를 선택하여,

연료의 ‘연소’에 해 정리하는 글을 완성하도록 한다. 학생들은 용어 도입

단계에서 배운 개념을 적용하면서 내면화할 수 있다.

또한 ‘가스 누출 시 응급조치’, ‘평소 점검 요령’에 관한 글을 읽은 후, 모둠

별 토의를 통해 실생활에서 안전한 가스 사용을 위해 주의할 점들을 생각해보

게하고 가스 안전의 중요성을 인식하여 이를 실천하려는 마음을 갖도록 한다.


(1) 탐색 단계(자료 해석)

① ㉠ 값이 싸고 구하기 쉬워야 한다.

㉡ 폭발의 위험이 적고 안전해야 한다.

㉢ 연소 생성물은 독성과 냄새가 없어야 한다.

㉣ 운반과 저장이 편리해야 한다.(이 외에도 내용이 적절하면 정답으로

인정)

② ∙ LNG 경보 장치 위치 : 벽면 위

∙ LPG 경보 장치 위치 : 벽면 아래

∙ 그렇게 생각한 이유 : LNG는 공기보다 밀도가 작아서 위로 모이므로

벽면 위에 설치해야 하고, LPG는 공기보다 밀도가 커서 아래로 모이

므로 벽면 아래에 설치해야 한다.

③ ∙ 프로판의 비율이 더 높은 계절 : 겨울철

∙ 그렇게 생각한 이유 :

㉠ 부탄은 프로판에 비해 끓는점이 높아서 추운 겨울에는 기화되기 어

려우므로, 겨울에는 프로판의 비율을 더 높여야 한다.

㉡ 프로판의 연소열이 더 높으므로 겨울에는 프로판이 더 많아야 한다.

㉢ 겨울에는 불붙기가 힘들기 때문에, 발화점이 낮은 부탄이 많아야 쉽

게 불을 붙일 수 있다.

※ LPG자동차 연료의 혼합

비율：

겨울철( 로 30%＋부탄

70%), ･가을( 로 20%

＋부탄80%), 여름철(부탄

100%)

108 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

※ LNG는 끓는 이 -162℃

로 낮아서 운송, 장 시

에 특수하게 단열된

온 장 탱크나 용기에

충 하여 온도를 끓는

이하로 유지시켜야 하는

데, 이러한 냉각 설비를

각 가정마다 설치할 수

없으므로 이 로 배

하여 가스 상태로 도시가

스라 하여 보내게 된다.

④ 부탄은 프로판에 비해 끓는점이 높아서 추운 겨울에는 기화되기 어려우

므로, 겨울에는 프로판의 비율을 더 높여야 한다.

⑤ ∙ LPG의 폭발 위험성이 더 큰 이유 :

㉠ LPG는 LNG보다 발화점이 낮아서 불이 붙기 쉽다.

㉡ LPG는 LNG보다 밀도가 커서 누출되면 확산이 잘 안 된다.

㉢ LPG는 LNG보다 연소 범위가 낮아서 조금만 누출되어도 폭발 가능

성이 있다.

⑥ 위의 ㉠, ㉡, ㉢ 항목이 모두 가능한 설명이므로 세 가지 중 어느 것이라

도 정답으로 인정할 수 있다.

⑦ ∙ LNG는 가스관을 통해 공급하고 LPG는 가스통에 넣어 공급하는

이유 :

㉠ LPG는 LNG보다 끓는점이 높아서 액화시키기 쉽고 저장과 운반이

용이하므로.

㉡ LPG는 LNG보다 밀도가 커서 저장과 운반이 용이하므로.

㉢ LPG는 LNG보다 발화점이 낮아서 불을 붙이기 쉬우므로.

⑧ LPG는 LNG보다 끓는점이 높아서 액화시키기 쉽고 저장과 운반이 용이

하므로.

(2) 용어 도입 단계 (순서대로)

완전 연소, 이산화탄소, 물, 불완전 연소, 석회수, 탄산칼슘 앙금 생성, 푸

른색의 염화코발트 종이

(3) 개념 적용 단계

① 연소, 발열, 이산화탄소, 물, 완전 연소, 불완전 연소, 그을음

② LNG는 공기보다 밀도가 작아 가벼워서 누출되면 높은 곳에 체류하므로

위쪽을 쓸어내야 하지만 LPG는 공기보다 밀도가 커서 무거우므로 낮은

곳에 머물기 때문에 아래쪽을 쓸어내야 한다.

③ ∙ 사용 전

㉠ 연소기 부근에는 가연성 물질을 두지 않는다.

㉡ 사용하기 전에 냄새를 맡아 가스가 새지 않는가를 확인하고 창문을

열어 가스 연소 시 필요한 공기가 실내로 충분히 들어오도록 한다.

㉢ 가스레인지 버너헤드에 음식물 찌꺼기가 타 붙으면 사용 시 붉은 불

꽃이 되어 일산화탄소가 발생하므로 버너헤드를 철 솔로 깨끗이 청

소한다.

㉣ 콕, 호스연결부에서 누출되는 경우가 많기 때문에 호스밴드로 확실

하게 조이고, 호스가 낡거나 손상이 있을 때에는 즉시 새 것으로 체

한다.

제

5장


∙ 사용 중

㉠ 환기를 자주 해주어야 한다.

㉡ 점화 시 확실히 불이 붙었는지 확인한다.

(불이 붙지 않은 채 코크를 열어 두면 가스가 새어 위험하다)

㉢ 사용 중에 가스가 떨어져 불이 꺼졌을 경우에는 반드시 연소기의 코

크와 중간 밸브를 잠그도록 한다.

㉣ 바람이 불거나 국물이 넘쳐 불이 꺼지면 가스가 그 로 누출되므로

사용 중에는 불이 꺼지지 않는지 살펴본다.

∙ 사용 후

㉠ 점화 코크와 중간 밸브도 확실하게 잠근다.

㉡ 장시간 외출 시에는 중간밸브와 함께 용기 밸브도 잠근다.

(도시가스를 사용하는 곳에서는 계량기 옆에 설치되어 있는

메인 밸브까지 잠그도록 한다)

※ 가스가 탈 때에 많은 공

기가 소비되므로 장시간

사용하면 실내 산소 농도

하에 따라 일산화탄소

의 발생이 증가하므로 환

기를 자주 해주어야 한다.

(LPG는 가스 소비량의 30

배, 도시가스는 12배 이

상의 공기를 소비함.)

110 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

평가시 유의점



기 에서의 ‘상’이 가장

합당한 형태의 해답을 정

하는 기 이나, 교사의 편

의를 하여 가능한 정답

을 채 기 표와 함께 제

시하 다.

참고

- 제시된 채 기 은 상,






수도 있다.

- 문항의 배 은 교사의 재



도 있다.

- 활동지에 포함된 탐구 과


1. 탐색 단계



해석




해석

단 계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

탐색

단계

①

자료해석

추리

좋은 연료의 조건을

세 가지 모두 바르

게 서술한다.


1~2개만 바르게 서

술한다.


서술하지 못한다.

②

자료해석

추리

LNG, LPG 경보 장

치의 위치와 그 이

유를 모두 바르게

서술한다.

LNG, LPG 경보 장

치의 위치를 바르게

서술하지만 그 이유

는 서술하지 못한다.

LNG, LPG 경보 장

치의 위치와 그 이

유를 서술하지 못한

다.

③, ④

자료해석

추리

③의 프로판의 비율

이 더 높은 계절과

④의 가장 합당한 이

유를 모두 바르게 서

술한다.


이 더 높은 계절을

바르게 서술하지만 ④

의 가장 합당한 이유

는 바르게 서술하지

못한다.


이 더 높은 계절과

④의 가장 합당한 이

유를 서술하지 못한

다.

⑤

자료해석

추리

LPG의 폭발 위험성

이 더 큰 이유를 세

가지 측면에서 모두

서술한다.


이 더 큰 이유를 일

부만 서술한다.


이 더 큰 이유를 서

술하지 못한다.

⑧

자료해석

추리

LNG와 LPG의 저

장･운반 방법의 차

이가 나타나는 가장

합당한 이유를 바르

게 서술한다.

LNG와 LPG의 저


이가 나타나는 이유

를 서술하지만 미흡

하다.

LNG와 LPG의 저


이가 나타나는 가장

합당한 이유를 서술

하지 못한다.

개념

적용

단계

①추리

( )에 알맞은 개념을

모두 바르게 적는다.


일부만 바르게 적는

다.


적지 못한다.

②자료

해석

추리

LPG와 LNG 누출 시

쓸어내는 방법이 다

른 이유를 바르게

서술한다.



른 이유를 서술하지

만 미흡하다.



른 이유를 서술하지

못한다.

③자료

해석

추리

가스 ‘사용 전’, ‘사

용 중’, ‘사용후’의

주의할 점을 모두

바르게 서술한다.


용 중’, ‘사용’의 주

의할 점을 서술하지

만 미흡하다.


용 중’, ‘사용후’의

주의할 점을 서술하

지 못한다.


제

5장


년

새 탐구학생용

[화학과 인간]

석유, 다 써버리면 어떻게 하지?(신･재생에너지-1)11학년

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

☀ 북극곰이 짐을 싸야할 것 같다. 지구 온난화 현상이 계속되면서 지난 여름 북극

의 최고기온이 22도까지 올라가는 등 북극이 몸살을 앓고 있다.

☀ 국제에너지기구(IEA)는 5년 안에 유례없는 석유 위기가 온다고 전망했다. 선진국

들은 이런 위기 상황을 극복할 수 있는 방법으로 ‘신･재생에너지’ 개발에 박차를

가하고 있다. 신･재생에너지란 무엇일가? 왜 필요한 것일까?

학습 목표

∙ 신･재생에너지 개발의 필요성을 설명할 수 있다.

∙ 신･재생에너지의 정의와 종류를 설명할 수 있다.

∙ 신･재생에너지 개발 및 보급을 위해 해결되어야 할 점들을 제시할 수 있다.

과정

(1) 읽고 생각해봅시다.

※ 다음 주어진 글을 읽고 질문을 해결해 보자.

◉ 읽기 자료(1) ‘신･재생에너지’

신･재생에너지란, 넓은 의미로는 석유를 체하는 에너지원으로 지속 가능

한 에너지 공급 체계를 위한 미래 에너지원을 의미한다. 우리나라도 석유, 석

탄, 원자력, 천연가스가 아닌 신･재생에너지로 11개 분야를 지정하였다.

화석에너지의 고갈 문제, 에너지 생산국의 정치･경제적 불안, 유가의 불안

정, 다양한 에너지원의 필요성, 지구온난화에 응하기 위한 핵심 해결 방안

이라는 점에서 선진 각 국에서는 신･재생에너지에 한 과감한 연구 개발과

보급 정책 등을 추진해오고 있다. 신･재생에너지는 기술 개발 초기 단계이므

로 장기적인 선행 투자와 정부 지원이 필요하지만 가격 경쟁력 확보 시 신･재

생에너지산업은 미래 차세 산업으로 급신장이 예상된다.

에너지 해외 의존도가 96%나 되는 우리나라는 최근 10년간 에너지 소비

증가율이 매년 10%로 세계 최고를 기록하고 있으며 온실가스배출 증가율 역

시 세계 1위를 기록하고 있다. “앞으로 20년 후면 에너지 수급 불균형, 50년

후에는 거의 고갈상태”의 상황이 벌써 현실적으로도 나타나고 있는 상태여서

신･재생에너지의 개발은 더욱 시급한 과제이다.

이에 각국에서는 신･재생에너지 개발의 중요성에 한 정치권의 지원과 사

회 전반적인 공감 가 필요하며 에너지 효율적 기술의 개발과 금융･세재지원

등의 정책적 의지와 지원이 절실한 형편이다.

112 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고자료

･ 한국에 지 기술연구원

･ 에 지 리공단

(신･재생에 지 센터)

･ EBN화학정보

(2007-05-16)

･ 서울신문

(2007-09-06)

발산적사고

발산적사고

① 신･재생에너지의 개발 및 보급이 필요한 이유를 위 글에서 세 가지 이상

찾아 적어보자.

㉠

㉡

㉢

위 자료에서 제시한 것 이외에 또 다른 것은 없는가? 여러분이 생각한 것을

적어보자.

② 신･재생에너지의 정의를 위 글에서 찾아 적어보자. 그리고 모둠별 토의를

통해 신･재생에너지의 종류를 5가지 이상 적어보자.

∙ 정의：

∙ 종류：

③ 신･재생에너지의 장점을 위 글에서 세 가지 이상 찾아 적어보자.

㉠

㉡

㉢

④ 신･재생에너지의 개발과 보급이 확 되기 위해 해결되어야 할 점들을 위

글에서 3가지 이상 찾아 적어보자.

㉠

㉡

㉢

위 자료에서 제시한 것 이외에 또 다른 것은 없는가? 여러분이 생각한 것을

적어보자.

제

5장


◉ 읽기 자료(2) ‘바이오매스(biomass) 에너지’

바이오매스란, 에너지 이용의 상이 되는 생물체를 총칭한다. 나무의 줄

기, 뿌리, 잎 등이 표적이지만 가축의 분뇨, 산업폐기물, 도시쓰레기 등도

직접 또는 변환하여 연료화 할 수 있으므로 바이오매스에 포함시킬 수 있다.

주요 바이오매스 자원으로는 포플러･버드나무･아카시아 등의 나무, 사탕수

수･고구마 등의 초본식물, 수생식물, 해조류, 광합성 세균 등이 있다.

바이오매스에너지란, 바이오에너지라고 하며 바이오매스를 연료로 하여

얻어지는 에너지를 말한다. 즉, 태양광을 이용하여 광합성되는 유기물(주로

식물체) 및 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체의 에너지를 의미

한다. 바이오에너지 중 휘발유를 체할 수 있는 바이오에탄올은 사탕수수,

옥수수 등에서 추출한 연료이며 경유를 체할 수 있는 바이오디젤은 유채,

콩, 해바라기 등을 연료로 사용한다.

바이오매스 자원은 재생이 가능하며 에너지를 저장할 수 있고, 물과 온도

조건만 맞으면 지구 어느 곳에서나 얻을 수 있으며 적은 자본으로도 개발이

가능하다. 또한 화석 연료에 비해 이산화탄소 배출량이 훨씬 적은 것으로 알

려지면서 환경 친화적 에너지로 각광받고 있다. 온실가스 배출 면에서 순수

바이오에탄올을 연소시킬 때 약 60%, 순수 바이오디젤을 연소시킬 때 약

70%의 CO2 배출 감소 효과를 본다. 경유 100%일 때와 비교하면 바이오디젤

이 3% 섞였을 때 1.7% 수준의 이산화탄소 배출 감소 효과를 볼 수 있다. 그

러나 바이오매스를 얻기 위해서는 넓은 면적의 토지가 필요하고 자원량의 지

역적 차이가 크다. 또한 비료, 토양, 물, 에너지의 투입이 필요하며 ㉠ 무분

별하게 개발하면 여러 가지 문제점들이 초래될 수 있다.

바이오디젤은 가격 면에서 경유보다 약 40~70% 비싸다. 게다가 바이오

디젤의 원료를 부분 해외에 의존하고 있으며 원료의 가격 또한 국제원유가

격과 연동되어 움직인다는 단점이 있다. 그리고 바이오디젤의 주원료를 심고

재배하는 과정까지 거슬러 올라가면 바이오디젤 사용이 반드시 탄소 배출량

을 줄인다고 보기는 어렵다는 전문가들의 지적도 있다. 또한 바이오디젤의

동결점(연료가 어는 온도)이 경유보다 높아서(약 -5℃) 추운 겨울철에는 유동

성이 떨어져 연료 공급이 원활하지 못할 수도 있다. 이러한 이유로 현재는

100%의 바이오디젤(BD100)을 사용하지 않고 경유와 혼합하여 사용하지만,

점차 혼합 비율을 높이기 위해서는 이 문제를 해결해야 할 것이다.

⑤ 바이오에너지의 정의를 위 글에서 찾아 적어보자.

･ 정의：

참고자료

･ 한국에 지기술 연구원

･ ETNEWS 자신문

(2007-03-06)

･ EBN화학정보

(2007-02-02)

･ 이낸셜뉴스

(2007-08-13)

･ 조선일보

(2006-08-22)

･ 경향신문

(2007-09-08)

･ 서울경제신문

(2007-09-07)

･ 머니투데이

(2007-09-11)

114 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

※ 재 매 인 혼합 경유

의 상품명은 'BD5'이지만

실상은 ‘BD0.5'이다. 일반

경유 99.5%에 바이오디

젤 0.5%를 섞은 것이다.

⑥ 바이오에너지의 장점과 단점을 위 글에서 세 가지 이상 찾아 적어보자.

･ 장점：㉠

㉡

㉢

･ 단점：㉠

㉡

㉢

⑦ 밑줄 친 ㉠에서 바이오매스의 무분별한 개발이 초래할 수 있는 문제점들

을 모둠별 토의를 통해 세 가지 이상 적어보자.

㉠

㉡

㉢

⑧ 바이오디젤은 화석 연료에 비해 이산화탄소 배출량이 훨씬 적은 것으로 알

려지면서 환경 친화적 에너지로 각광받고 있다. 우리나라에서는 2006.7.1일

부터 일반 경유에 바이오디젤이 섞인 혼합 경유(BD5)를 판매하고 있다.

현재는 정부가 바이오디젤의 확 보급 차원에서 면세를 통해 지원해주고

있으나 2010년 이후 정부의 면세 지원이 끊기면 바이오디젤의 가격이 많

이 상승할 것이다.

만약 여러분이 경유 차량 운전자라면, 바이오디젤을 계속 사용할 것인지

에 해 모둠별 토의를 통해 본인의 의사를 결정하고 근거를 들어 그 이

유를 설명해보자. (단, 위의 읽기자료(1), (2)를 참고하여 자신의 입장에

한 근거를 제시할 것)

･ 내 의견：

･ 근거：

제

5장


석유, 다 써버리면 어떻게 하지?(신･재생에너지-1)

…➸ [화학과 인간]

11학년

새 탐구


111 교수 목표

① 지식

∙ 신･재생에너지 개발의 필요성을 설명할 수 있다.

∙ 신･재생에너지의 정의와 종류를 설명할 수 있다.

∙ 신･재생에너지 개발 및 보급을 위해 해결되어야 할 점들을 제시할 수

있다.

∙ 바이오매스에너지의 정의와 장･단점을 설명할 수 있다.

② 탐구 과정

∙ 지구온난화에 응하고 화석 에너지의 한계를 해결하기 위한 방안으로

신･재생에너지의 개발 및 보급을 위한 방안을 추리할 수 있다.

∙ 바이오매스의 무분별한 개발이 초래할 수 있는 문제점들 추리할 수 있다.

③ 태도

∙ 화석 에너지의 한계와 단점 및 지구온난화의 심각성을 알고 화석 에너

지 사용을 줄이려는 태도를 지닌다.

∙ 모둠별 토의를 통해 바이오디젤 사용에 한 본인의 의사를 결정하고

근거를 들어 이를 합리적으로 설명하려는 태도를 지닌다.


이 자료는 글쓰기를 활용한 교실 수업용 탐구 수업 지도 자료이다.

읽고 생각해봅시다.

본 글쓰기는 에너지 분야의 중요 이슈이지만 교과 수업 시간에는 잘 다루지

못하는 신･재생에너지에 해 소개함으로써 과학 논술을 비할 수 있도록 구

성 하였다. 소개한 읽기자료는 고유가와 지구 온난화의 공포 속에서 세계 주

요국들이 석유의존도를 낮추기 위해 체에너지 개발에 전력투구하고 있는 흐

름에 맞춰 신･재생 에너지의 필요성, 특징 등을 소개하고 있다. 그리고 최근

들어 많이 논의되고 있는 바이오에너지의 장･단점에 한 글을 읽고 바이오에

너지 사용에 해 합리적인 의사 결정을 해보도록 구성하였다.

◉ 읽기 자료(1) 에서는 신･재생에너지의 정의, 장점을 제시하면서 신･재생에

너지를 소개한다. 지구 온난화, 유가 불안정, 화석 연료의 한계 등을 극복하기

위한 방안으로 신･재생에너지 필요성을 강조하고 신･재생에너지의 정의로부

터 그 종류들을 추리하여 적어보도록 하였다. 또한 신･재생에너지의 개발과

보급이 확 되기 위해 해결되어야 할 점들도 생각해보도록 하였다.

활동의 성격


지도상 유의점



다.











116 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

※ 신에 지(3개 분야):

연료 지, 석탄액화가스

화, 수소에 지

※ 재생에 지(8개 분야) :

태양열, 태양 발 , 바이

오매스, 풍력, 소수력, 지

열, 해양에 지, 폐기물에

지

◉ 읽기 자료(2) 에서는 바이오매스의 정의, 장･단점 및 종류를 제시하고 바

이오매스의 무분별한 개발이 초래할 수 있는 결과를 추리해보도록 하면서 바

이오에너지를 소개한다. 또 경유와 혼합되어 유통되고 있는 바이오디젤의

장･단점을 소개한 후, 합리적인 근거를 들어 바이오디젤 사용에 한 의사

결정을 해보도록 하였다.

질문에 한 답을 제시된 자료로부터 찾기도 하지만 ‘자료에서 제시된 것 이

외에 또 다른 것은 없는지’를 다시 물어봄으로써 학생들의 발산적이고 창의

적인 사고를 자극한다.

333 진행 방법

(1) EBS 사이트에 탑재되어 있는 동영상을 보여주면서 흥미를 유도한 뒤 수

업을 진행하면 좋다.

(www.ebs.co.kr → 교양･문화 → 환경/과학 → 프로그램명: ‘하나뿐인

지구’ → 제895회 ‘희망의 재생에너지, 식물연료 바이오디젤’)

(2) 바이오디젤 사용에 한 본인의 의사와 근거를 적은 문항(⑧번)은 개별

학생이 글쓰기를 한 후, 학급 토론에 이용할 수 있다.

(3) 본문을 읽을 시간을 주고 문제 해결을 하도록 지도한다. 차시의 여유가

없을 경우에는 과제로 체할 수 있다.

(4) 학생 수준에 맞게 분량을 정해줄 수 있다.



① ㉠ 화석에너지의 고갈 문제

㉡ 지구온난화에 응하기 위해

㉢ 다양한 에너지원의 필요성(이 외에도 에너지 생산국의 정치･경제적 불

안, 에너지 효율의 향상, 유가의 불안정, 기후 변화 협약의 규제에

응 등 설명이 적절하면 정답으로 인정할 수 있다.)

② ∙ 정의：넓은 의미로는 석유를 체하는 에너지원으로 지속 가능한

에너지 공급 체계를 위한 미래 에너지원

∙ 종류：태양열, 수소에너지, 풍력, 지열, 연료전지 등

③ ㉠ CO2 발생이 거의 없는 환경친화적 청정에너지이다.

㉡ 재생 가능한 에너지원으로써 비고갈성 에너지이다.

㉢ 연구 개발에 의해 에너지 자원 확보가 가능한 기술 에너지

이다. (이 외에도 이유가 적절하면 정답으로 인정할 수 있다.)

제

5장


④ ㉠ 기존 에너지원 비 가격 경쟁력 확보

㉡ 신･재생에너지 개발의 중요성에 한 사회 전반적인 공감 필요

㉢ 세재 개편, 재정 지원 등의 정책 추진

(이 외에도 이유가 적절하면 정답으로 인정할 수 있다.)

⑤ 바이오매스를 연료로 하여 얻어지는 에너지로써, 태양광을 이용하여 광

합성되는 유기물 및 유기물을 소비하여 생성되는 모든 유기체의 에너지

⑥ ∙ 장점：㉠ CO2 발생량이 적은 환경 친화적 에너지이다.

㉡ 적은 자본으로도 개발이 가능하다.

㉢ 재생이 가능하며 에너지를 저장할 수 있다.

∙ 단점：㉠ 바이오매스를 얻기 위해서는 넓은 면적의 토지가 필요하다.

㉡ 자원량의 지역적 차이가 크다.

㉢ 비료, 토양, 물, 에너지의 투입이 필요하다.

⑦ ㉠ 세계 곡물값 폭등

㉡ 밀림 원주민들의 생활 터전 파괴

㉢ 세계적인 물 부족 현상 악화

(이 외에도 이유가 적절하면 정답으로 인정할 수 있다)

⑧ ∙ 출제 의도：

읽기 자료(1)에서는 신･재생에너지의 필요성 및 장점을, 읽기 자료(2)에서는

바이오에너지의 정의 및 종류, 장･단점을 설명하고 있다. 학생들은 이 자료들을

통해 바이오디젤의 장･단점은 모두 고려하여 바이오디젤 사용자 측면에서 면세

지원이 끊겨도 계속 사용할 것인지에 한 의사 결정을 해보도록 하였다. 읽기

자료(1), (2)의 내용을 토 로 의사 결정에 한 근거를 밝히도록 한다.

바이오디젤

사용

찬성 근거

(예시)

･ 한정된 화석에너지의 고갈 문제

･ 화석에너지 사용에 따른 지구온난화에 응

･ 에너지 생산국의 정치･경제적 불안으로 인한 유가의 불안정

･ 다양한 에너지원 필요

･ CO2발생이 거의 없는 친환경적 청정에너지

･ 비고갈성 에너지

･ 연구 개발에 의해 에너지 자원 확보가 가능한 기술에너지

･ 적은 자본으로도 개발이 가능

바이오디젤

사용

반 근거

(예시)

･ 연료의 부분을 해외에서 의존

･ 원료의 가격이 국제 원유가격과 연동

･ 원료를 심고 재배하는 과정까지 거슬러 올라가면 반드시

탄소배출량을 줄인다고 볼 수 어려울 수도 있음.

･ 바이오디젤의 경우 동결점이 낮아 추운 겨울에는 유동성이 떨어짐

118 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

◉ 참고 자료(1) ‘세계 곡물값 폭등...밥상대란 오나’

국제 곡물값이 큰 폭으로 오르고 있다.

◇ 옥수수･밀 가격 급등=국제 곡물가격이 급등하면서 식량 자급률이 25%

수준에 불과한 우리나라도 무역수지 악화와 물가상승 등 경제 전반에 악

영향을 받을 수 있다. 수입 곡물을 주로 사용하는 배합사료는 1년 사이

에 무려 30% 가까이 올랐고, 라면 빵 등의 원료로 소비자물가에 직접 영

향을 주는 밀가루 가격 역시 15% 정도 인상됐다.

◇ 에탄올 생산에 사용된 옥수수=국제원유가 급등은 옥수수 가격 급등 현상

을 초래했다. 식용과 사료용 옥수수의 상당 부분이 에탄올 생산에 사용

됐기 때문이다. 미국의 경우 올해 생산된 옥수수 25% 정도가 바이오연료

생산에 사용됐다... (국민일보, 2007-10-01 발췌)

◉ 참고 자료(2) ‘사람잡는 바이오 연료...기업형 농장들, 원주민 터전 파괴’

아르헨티나 밀림의 원주민들이 바이오 연료 생산을 위한 규모 농장 건설

때문에 주거지를 잃으면서 생존의 기로에 서 있다. 원주민은 그 동안 밀림에서

목화 채집과 수렵 활동을 하며 생활해 왔으나 최근 바이오 연료 붐이 일면서

원주민의 주거지가 송두리째 파괴되고 있다. 밀림이 바이오 연료에 사용되는

콩을 생산하는 기업형 농장의 건설로 점차 사라지고 있기 때문이다.

(국민일보, 2007-10-03 발췌)

◉ 참고 자료(3) ‘바이오 연료는 물 도둑’ 경고

고(高)유가에 따른 ‘바이오 연료’ 생산 붐은 전 세계적으로 가뜩이나 심각

한 물 부족 현상을 더욱 부추길 것이라고 물 전문가들이 경고했다. 현재 세

계 물 소비량의 74%는 곡물 생산에 쓰인다. 2050년까지 세계 인구는 30억

명이 더 늘어나고, 이 인구를 먹여 살릴 농작물 재배를 위해 물 소비량도

80% 증가할 것으로 추정된다.

국제물관리연구소의 데이비드 몰든 박사는 “지구촌의 과제는 더 적은 물

로 더 많은 음식을 만들어내는 것”이라며 “바이오 연료에 쓰기 위해 사탕수

수, 옥수수 등을 재배하는 일은 상황을 더욱 악화시킬 뿐”이라고 말했다...

(조선일보, 2006-08-22 발췌)

제

5장


단 계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

탐색

단계

①

자료

해석

신･재생에너지의 개

발 및 보급이 필요한

이유를 세 가지 모두

바르게 기술한다.



이유를 일부만 바르

게 기술한다.



이유를 기술하지 못

한다.

②

자료

해석

신･재생에너지의 정

의를 바르게 기술한

다.


의를 기술하지만 미

흡하다.


의를 기술하지 못한

다.

②

추리

신･재생에너지의 종

류를 5가지 이상 기

술한다.


류를 일부만 기술한

다.


류를 기술하지 못한

다.

개념

적용

단계

③

자료

해석

신･재생에너지의 장

점을 세 가지 모두



점을 일부만 바르게

기술한다.


점을 기술하지 못한

다.

④

자료

해석


발과 보급이 확 되

기 위해 해결되어야

할 점들을 세 가지

모두 바르게 기술한

다.




할 점들을 일부만





할 점들을 기술하지

못한다.

⑤

자료

해석

바이오에너지의 정

의를 바르게 기술한

다.


의를 기술하지만 미

흡하다.


의를 기술하지 못한

다.

⑥

자료

해석

바이오에너지의 장

점과 단점을 각각

세 가지 이상 바르

게 기술한다.


점과 단점을 일부만



점과 단점을 기술하

지 못한다.

⑦

추리

바이오매스의 무분

별한 개발이 초래할

수 있는 문제점들을

세 가지 이상 바르

게 기술한다.




일부만 바르게 기술

한다.




기술하지 못한다.

⑧

문제

인식

자료

해석

바이오디젤의 사용

에 한 본인의 의

사를 밝히고 그 이

유를 합리적인 근거

를 들어 설명한다.



사를 밝히고 그 이

유를 설명하지만 근

거가 미흡하다.



사를 밝히지 못하거

나 의사는 밝히나

그 이유를 설명하지

못한다.


평가시 유의점








하 다.

참고







수도 있다.




도 있다.



1. 탐색 단계



해석



통합 탐구 과정：문제

인식 자료 해석

120 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

ꊝꊦ학년새 탐구학생용

[화학과 인간]

석유 VS 대체에너지(신･재생에너지-2)11학년

최근 들어 '구 연료'인 석유 세력과 '신 연료' 인 대체에너지 세력 간 갈등의 대립 구

조가 조성되고 있다. 석유수출국기구(OPEC)는 대체에너지를 개발하려는 선진국들

의 움직임에 대응해 석유 생산을 감축하는 방안을 고려하고 있다며 경고했다. ‘석유

세력’과 ‘대체에너지 세력’의 입장은 무엇일까? 그들이 내세우는 근거를 고려하여

에너지 산업의 발전 방향에 대한 자신의 생각을 정리해보자.

학습 목표

∙ 신･재생에너지 개발 및 보급을 위해 사회 각 분야에서 노력할 수 있는 방

안들을 제시할 수 있다.

∙ 체에너지 개발에 한 의사를 결정하여 글쓰기를 할 수 있다.

과정


※ 다음 주어진 글을 읽고 질문을 해결해 보자.

◉ 읽기 자료(1)‘환경 살리고 청정연료 만들고, 시민들이 앞장'

1994년 버스 2 로 시작한 오스트리아 그라츠의 탈(脫)석유 실험은 이제 시의

모든 버스를 ‘콩기름 디젤유’로 달리게 만들었으며 택시, 화물 회사도 바이오디

젤유 사용량을 점차 늘려 나가고 있다. 변화의 원동력은 ‘시민의 힘’이다. 가정

과 식당이 모으는 폐식용유가 ‘녹색 중교통 혁명’을 일궈낸 것이다.

샅샅이 수거되는 폐식용유

일반 가정에 3~5ℓ크기 폐식용유 통을 무료로 나눠주고 수거하는 에코서비스 회

사는 그라츠시 환경국의 지원을 받아 운영되는 ‘비영리회사’이다. 이 회사는 식당

에 20~1000ℓ 크기의 특수 수거 용기를 무료로 나눠주고 수거 차량은 시 전역을

샅샅이 돌며 폐식용유를 모아 온다. 식당은 폐식용유 등 환경 오염 물질의 무단

폐기를 금지한 법에 따라 폐식용유를 의무적으로 수거해야 한다. 에코서비스 회사

는 폐식용유 1L 당 약 250원을 받고 바이오디젤을 생산하는 ‘SEEG’ 회사에 판다.

초고속 성장한 연료 공장

‘SEEG’ 회사는 1991년 폐식용유 디젤을 처음 상용화하며 바이오연료 시장에 첫

발을 내디뎠다. 지금은 식물성･동물성 기름 등으로까지 원료를 다양화하여 연

간 약 1130억 원의 매출을 올린다. 10명으로 시작했던 직원은 현재 100여 명,

전 세계 13개국에 26개의 생산 공장도 세웠다. 기술판매 이사는 “1990년 중

반 원유 가격이 안정세를 보이면서 폐식용유 디젤은 한 때 존폐 위기를 맞기도

했으나 정부의 지원과 친환경 연료에 한 관심 덕분에 이젠 유럽은 물론 미국

과 일본에서도 관심을 보인다”고 말했다.

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

제

5장


버스･택시 회사의 친환경 철학

그라츠의 공공버스 회사인 ‘GVB’는 13년 전 낡은 버스 2 의 엔진을 개조해

100% 폐식용유 디젤로 달리게 했다. 당 약 140~180만원의 엔진 개조비가

들었다. 시험 운행 결과가 좋자, GVB는 1997년부터 시와 유럽연합(EU)의

지원을 받아 2005년까지 모든 버스(152 )의 연료를 100% 폐식용유 디젤로

바꿨다. 화물 운송 업체도 석유 디젤에 폐식용유 디젤 30%를 섞어 쓰게 되

었다. 그라츠 최 택시 회사도 전체 차량 중 약 40%를 100% 바이오디젤로

운행하게 되었다.

시정부의 뒷바라지

버스 회사 ‘GVB’가 폐식용유 디젤 프로젝트를 시작할 당시 적극 지원에 나

선 것이 시 정부다. 시 정부는 폐식용유 디젤이 이산화탄소 등 매연은 물론,

먼지를 줄이는 데에도 한 몫 할 것으로 판단했다. 시 정부는 1999년부터 ‘프라

이팬에서 연료탱크 속으로’란 슬로건을 내걸고 ‘에코드라이브(ECODRIVE)’

캠페인을 펼쳤다. 폐식용유를 수거･재활용하는 절차를 안내하는 전단을 돌

리고, 수거 차량의 방문 일정을 알리는 소식지도 나눠줬다.

오염 물질도 적고 비용도 줄어

그라츠의 시내버스가 폐식용유 디젤로 달리는 결과만 따져도 일반 디젤을 쓸

때보다 연간 이산화탄소 6600t, 일산화탄소 7.6t, 탄화수소7.9t, 미세분진

2.6t이 줄어든다. 또 폐식용유 1kg을 모을 때보다 약 450원의 폐기물 처리

비용이 절감된다. 연간 가정･식당 수거량을 감안하면, 한 해 약 1억 2500만

원이 절약되는 셈이다.

폐식용유 바이오 디젤

한 번 쓰고 버리는 식용유에서 불순물을 걸러낸 뒤, 알코올과 촉매 반응시켜

서 만든다. 석유보다 이산화탄소 배출량이 50% 이상 적고 값도 반 디젤보다

약 89원(오스트리아 그라츠 기준) 저렴하다.

① 위 글에서 소개하는 폐식용유 바이오디젤 연료를 우리나라에도 적용하고

자 할 때, 국민 참여를 확 시키기 위해서는 여러 부문에서의 노력과 협조

가 필요하다. 모둠별 토의를 통해 다음 각각의 입장에서 노력할 수 있는

방안들을 세 가지 이상 적어보자.

･ 가정 주부

㉠

㉡

㉢

･ 수거 업체 사장

㉠

㉡

㉢

참고 자료

･ 조선일보

(2007-04-23)

발산적사고

122 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고 자료

･ 동아일보

(2007-06-07)

･ 연료 공장 사장

㉠

㉡

㉢

･ 시정부

㉠

㉡

㉢

･ 버스 회사 사장

㉠

㉡

㉢

◉ 읽기 자료(2) “대체연료 개발한다고? 석유증산 중단해볼까?

OPEC 사무총장의 으름장”

선진국들의 바이오 연료 개발붐이 유가 급등이라는 역풍을 맞게 될까.

석유 생산량 조절을 통해 유가 상승을 도모하는 카르텔 석유수출국기구(OPEC)

가 세계 각국의 체에너지 개발붐에 해 “(우리가 원유 생산량을 줄일 경우)

유가가 천정부지로 뛰어오를 것”이라고 경고하고 나섰다.

압달라 엘바드리 OPEC 사무총장은 “석유 수요가 안정적이지 않다고 판단되

면 석유 생산량을 늘리기 위한 투자 계획을 재고할 것”이라고 위협했다. 세계

석유 생산량의 40%를 차지하는 OPEC의 이 같은 표명은 온실가스 감축을 주

요 의제로 다루는 주요 8개국(G8) 정상회의 개최 하루 전에 나온 것이어서

주목된다.

미국과 유럽은 지구온난화의 주범인 화석연료의 사용을 줄이는 한편 에너

지 안보를 위해 바이오연료 개발에 박차를 가하고 있다. 조지 W 부시 미국

통령은 에너지 효율이 높은 자동차 생산과 바이오연료 소비로 앞으로 10년

간 미국의 석유 사용량을 20% 줄이겠다고 공언한 바 있다.

엘바드리 사무총장은 바이오 연료 개발붐으로 옥수수 등의 가격이 30년 만

에 최고 수준으로 폭등한 사실을 지적하며 선진국들의 체에너지 개발 전략

이 “바이오 연료를 지속적으로 얻지도 못하고 석유 증산만 막아 유가 폭등이

라는 역풍을 맞게 될 것”이라고 경고했다. 12개 OPEC 회원국 가운데 10개국

은 원유 가격을 배럴당 60달러 이상으로 유지하기 위해 하루 평균 170만 배

럴의 원유 생산을 감축하고 있다.

영국 런던의 세계에너지연구센터 관계자는 “바이오 연료가 본격적으로 상

용화될 경우 OPEC는 투자를 줄이게 될 것”이라며 “이는 매우 우려되는 상

황”이라고 말했다.

제

5장


② 위의 읽기자료(1)과 (2)를 읽고 난 후에 바이오에너지 개발에 하여 본인

의 입장을 찬성 또는 반 로 결정하시오.

･ 입장：

③ 본인의 입장을 토 로 하여 우리나라 바이오에너지 산업의 발전 방향을

제시해보시오. (위의 읽기자료와 전 차시의 읽기자료를 참고하여 자신의

입장에 한 근거를 제시할 것)

124 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

석유 VS 대체에너지(신･재생에너지-2)

…➸ [화학과 인간]

11학년

새 탐구


활동의 성격


지도상 유의점



다.

2.교사는 정 인 피드백

을 주어 학생들의 동기를

유발한다.






111 교수 목표

① 지식

∙ 바이오에너지의 개발 및 보급, 국민 참여를 확 하기 위해 사회 각 부

문에서 노력할 수 있는 방안들을 제시할 수 있다.

∙ 바이오연료의 장･단점, 세계 에너지 시장의 립 구조 등을 근거로 하

여 우리나라 에너지 산업의 방향을 제시할 수 있다.

② 탐구 과정


문에서 노력할 수 있는 방안들을 추리할 수 있다.

③ 태도


문에서 노력할 수 있는 방안들을 실천하려는 태도를 지닌다.

∙ 바이오에너지 개발에 한 자신의 입장을 결정하고 그것을 토 로 우리

나라 바이오에너지 산업의 발전 방향을 생각해보려는 태도를 지닌다.


이 자료는 글쓰기을 활용한 교실 수업용 탐구 수업 지도 자료이다.

읽고 생각해봅시다.

신･재생에너지( 체에너지)의 종류는 다양하지만 본 자료에서는 최근 전 세

계적으로 이슈화되고 있는 바이오에너지에 초점을 맞추었다. 바이오에너지에

해 전문적인 지식의 전달보다는 에너지 분야의 세계적 이슈에 해 흥미를

유발하고 더 나아가 필수적인 내용의 습득을 통해 본인의 입장을 정립하여 글

을 써보는 기회를 제공하고자 하였다.

◉ 읽기 자료(1) 에서는 가정과 식당에서 폐식용유를 수거하여 ‘콩기름 디젤

유’로 연료화하고 버스 회사, 화물 운송업체, 택시 회사에 보급을 위해 노력한

결과 오염 물질과 폐기물 처리 비용 절감에 성공한 오스트리아 그라츠 시의

탈(脫)석유 실험의 성공 사례를 소개하였다. 이 사례를 통해 학생들은 폐식용

유디젤( 체에너지)의 장점과 개발 및 보급, 활용을 위해서는 여러 방면에서의

노력과 협조가 필요함을 알 수 있다. 더 나아가 우리나라에도 이를 적용할 때

사회 각 부문(가정주부, 수거업체, 시정부, 버스회사 등)에서 노력할 수 있는

일들을 생각해 보도록 하였다.

제

5장


◉ 읽기 자료(2) 에서는 지구온난화의 주범인 화석 연료의 사용을 줄이고 바이

오연료( 체에너지) 개발에 박차를 가하고 있는 선진국들과 이에 응해 석유

생산 중단으로 인한 유가 폭등을 경고한 OPEC(석유수출국기구)과의 립 양상

을 다룬 내용을 소개하였다. 읽기 자료(1), (2)와 전 차시의 자료를 근거로 바

이오에너지 개발에 한 본인의 입장을 찬성 또는 반 로 결정해보고 우리나라

바이오에너지 산업의 방향을 제시해보도록 하였다.

333 진행 방법

(1) 본 자료는 ‘석유, 다 써버리면 어떡하지?(신･재생에너지-1)’에 한 수업

을 한 후 진행하면 좋다.

(2) 읽기 자료(1)에 한 활동은 모둠별 토의를 하여 발산적이고 창의적인

사고를 자극하여 다양한 의견이 나올 수 있도록 한다.

(3) 읽기 자료(2)에 한 활동은 전 차시와 본 차시의 읽기자료를 통해 습득

한 지식을 토 로 하여 개별 학생 본인이 찬성 또는 반 의 입장을 결정

하고 그것을 뒷받침하는 근거를 들어 글을 쓰도록 지도한다.

(4) 본문을 읽을 시간을 주고 문제 해결을 하도록 지도한다. 차시의 여유가

없을 경우에는 과제로 체할 수 있다.

(5) 학생 수준에 맞게 분량을 정해줄 수 있다.



① (※ 아래 제시된 내용 이외에도 적절하면 정답으로 인정할 수 있다.)

∙ 가정주부

㉠ 폐식용유룰 무단으로 버리지 않고 수거통에 잘 보관한다.

㉡ 모아놓은 폐식용유를 수거회사에 잘 전달한다.

㉢ 기름을 함부로 낭비하지 않고 아껴가며 사용한다.

∙ 수거 업체 사장

㉠ 가정, 식당에 폐식용유 수거 용기를 무료로 배부한다.

㉡ 폐식용유 수거 용기를 사용하기 편하게 제작한다.

㉢ 수거 차량의 방문 일정을 홍보해 가정, 식당에서 모아놓은 폐식용유

를 잘 수거해간다.

∙ 연료 공장 사장

㉠ 여러 종류의 기름을 연료화할 수 있는 기술을 개발한다.

㉡ 연구사업 비용이 들더라도 지구 환경을 생각하는 사명감을 가지고 꾸

준히 노력한다.

㉢ 수거 업체와 탄탄한 연계를 바탕으로 가정과 수거 업체가 수거한 폐

식용유를 사들인다.

126 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

∙ 시정부

㉠ 사회 전반적인 공감 형성을 위해 시민들에게 폐식용유디젤에 관해

적극적으로 홍보한다.

㉡ 폐식용유를 무단으로 버리지 않고 모으도록 법적 조치를 마련한다.

㉢ 폐식용유디젤 연료를 사용하는 차량에게 면세 혜택을 주는 등 폐식용

유디젤의 보급을 위한 제도적인 장치를 마련한다.

∙ 버스 회사 사장

㉠ 소유하고 있는 차량에 폐식용유디젤 연료를 사용한다.

㉡ 초기 엔진 개조비용이 들더라도 지구 환경을 생각하는 사명감을 가지

고 폐식용유디젤 사용을 위해 노력한다.

㉢ 버스 외부 광고면에 폐식용유디젤 등 환경을 생각하는 내용을 실어

지구환경을 위한 캠페인 활동에 동참한다.

②, ③ ∙ 출제 의도：

읽기자료(1)에서는 오스트리아의 성공 사례를 통해 신･재생에너지의 한

종류인 폐식용유 바이오디젤의 친환경성, 폐기물 처리비용 절감 등의

장점을 설명하고 있다. 읽기자료(2)에서는 지구온난화의 주범인 온실가

스 감축, 에너지 안보를 위해 바이오연료 개발붐이 일고 있는 선진국들

과 이에 응해 곡물 가격 폭등, 유가 폭등을 경고는 OPEC의 립 구

조를 보여주었다. 이 외에도 전 차시의 읽기자료에서 체에너지(신･재

생에너지)개발의 필요성, 장･단점, 해결 과제 등에 관한 내용이 제시되

었으므로 이를 토 로 바이오에너지 개발에 한 본인의 입장을 찬성

또는 반 로 결정해보도록 한다.

본인의 입장을 토 로 하면서 읽기자료에서 제시된 내용들을 근거로

하여 바이오에너지 산업의 발전 방향을 제시해보도록 한다.

바이오에너지

개발

찬성 근거

(예시)

･ 한정된 화석에너지의 고갈 문제

･ 화석에너지 사용에 따른 지구온난화에 응

･ 에너지 생산국의 정치･경제적 불안으로 인한 유가의 불안정

･ 다양한 에너지원 필요

･ CO2발생이 거의 없는 친환경적 청정에너지

･ 비고갈성 에너지

･ 연구 개발에 의해 에너지 자원 확보가 가능한 기술에너지

･ 적은 자본으로도 개발이 가능

바이오에너지

개발

반 근거

(예시)

･ 세계 곡물값 폭등 우려

･ 무분별한 개발로 인한 밀림 원주민들의 생활 터전 파괴

･ 세계적인 물 부족 현상 악화

･ 바이오디젤의 경우 동결점이 낮아 추운 겨울에는 유동성이

떨어짐

제

5장


단 계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

읽고

생각

해봅

시다.

①

추리

문제

인식

자료

해석

폐식용유 바이오디젤

연료를 우리나라에도

적용하고자 할 때 각

부문에서 노력할 수

있는 방안들을 세 가

지 이상 모두 바르게

기술한다.





있는 방안들을 일부

만 바르게 기술한다.





있는 방안들을 기술

하지 못한다.

②

③

추리

문제

인식

자료

해석

바이오에너지 개발

에 한 본인의 입

장을 밝히고, 이를

토 로 합리적인 근

거를 들어 우리나라

바이오에너지 산업

의 발전 방향을 바

르게 기술한다.



장을 밝히고, 이를

토 로 근거를 들어

우리나라 바이오에

너지 산업의 발전

방향을 기술하지만

미흡하다.



장을 밝히지 못하고,

우리나라 바이오에

너지 산업의 발전

방향도 기술하지 못

한다.

555 학생용 활동지 채점 기준 평가시 유의점

1. 수행평가에서는 기존의

평가에서 이용하는 정답

과 정답표 신에 채 기

을 활용한다. 채 기

에서의 ‘상’이 가장 합당

한 형태의 해답을 정하는

기 이나, 교사의 편의를



다.

참고







수도 있다.




도 있다.

128 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

물질의 상태와 용액제666장



제 목분 류

[성격/ 장소]기 타

관련 오개념

(2장 참고)

6장.

물질의

상태와

용액

활동 1 부피는 온도의 따라쟁이 문제 해결/ 교실 교과서 탐구 2장 참고

활동 2 부피와 온도와 압력이 만났을 때 문제 해결/ 교실 교과서 탐구 〃

활동 3 누가 누가 더 빠를까? 문제 해결/ 교실 교과서 탐구 〃

활동 4 누가 누가 더 뜨거울까? 문제 해결/ 교실 교과서 탐구 ･활동 5 얼어도 얼지 않는~! 실험/ 실험실 교과서 탐구 ･

2. 선정 이유

활동 1. 기체의 부피와 온도는 어떤 관계에 있는지 정량적으로 알아보고, 이에 대한 문제를

풀이해보는 문제 해결 전략(이해-계획-풀이-검토)으로 진행되는 활동이다.

활동 2. 이상 기체 상태 방정식을 유도하고, 부피와 압력, 온도와의 관계를 설명해 본다. 또한

이상 기체 상태 방정식과 관련된 문제를 해결해보는 문제 해결 전략(이해-계획-풀이-검토)으로 진행되는 활동이다.

활동 3. 기체의 확산 속도와 분자량 사이의 관계를 설명하고, 그레이엄의 확산 속도 법칙과

관련된 문제를 풀이해보는 문제 해결 전략(이해-계획-풀이-검토)으로 진행되는 활동이

다.

활동 4. 묽은 용액의 끓는점 오름 현상이 무엇인지 이해하고 이를 입자적으로 설명해 본다. 또한 끓는점 오름과 관련된 문제를 풀이해보는 문제 해결 전략(이해-계획-풀이-검토)으로 진행되는 활동이다.

활동 5. 용액에 들어있는 용질의 입자수가 어느점이 내려가는 정도를 결정한다는 것을 실험을

통해 관찰해 본다. 이를 입자적인 관점에서 설명해 보는 POE 모형(예측-관찰-설명)으로 진행되는 활동이다.

제

6장

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

제 2부 소단원별 과학수업 지도 자료 129


학생용[물질의 상태와 용액 (샤를의 법칙)]

부피는 온도의 따라쟁이~12학년

기체의 부피와 온도는 어떤 관계에 있을까? 기체의 부피와 온도와의 관계를 다음에

주어진 활동을 통해서 알아보자.

도입하기

다음은 ‘샤를의 법칙’으로 잘 알려진 샤를(J. A. Charles, 1746-1823)의 일기

장이다.

✿ 샤를은 실패의 원인을 분석하였고, 그 해 12월 수소 기구를 띄우는데 성

공했다. 수소 기구를 다시 띄우기 위해 샤를은 어떤 조사를 했을까?

개념 익히기

(1) 온도에 따른 A 기체와 B 기체의 부피가 다음과 같다.

① B 기체의 부피와 섭씨 온도(℃)와의 관계를 제시된 그래프에 실선으로

그려보자.

온도(℃) -50 -20 0 20 50

A 기체의 부피(mL) 223 253 273 293 323

B 기체의 부피(mL) 446 506 546 586 646

참고

샤를

(J. A.. Charles: 1746-1823)

랑스의 물리학자로서 기체

의 성질을 연구하여 샤를의

법칙을 발견하 다. 이 원리

를 바탕으로 하늘을 나는 기

구에 한 여러 가지 실험을

통해 실용 인 기술을 개발

하는데 기여하 다.

130 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고

온도의 단

K(Kelvin)

도

기체의 부피가 0이 되는

온도

20℃, 1.00atm에서 2.24L의 헬륨 기체가 들어있는 용기가 있다. 외부 압

력을 일정하게 할 때, 이 헬륨 기체의 부피가 처음의 2배가 되는 온도는

몇 ℃인가?

② 두 그래프의 직선을 연장하여 x축과 만나도록 점선으로 그려보고, 각 그

래프의 기울기와 x절편을 구해보자.

✿ 기체의 부피와 온도의 관계 그래프

✿ 그래프의 기울기와 x절편

A 기체 B 기체

그래프의 기울기

x절편

③ 그래프가 원점을 지나도록 위 그래프에 y축을 새로 그려보자.

(2) 위의 활동을 통해 절 온도의 개념을 알아보자.

✿ 절 온도(T): ( )℃를 새로운 온도 기준 0으로 하고 섭씨 온도

(t)와 같은 온도 간격으로 나타내는 새로운 온도 체계

T(K) = t(℃) + 273

문제풀기

다음 문제를 문제 해결 전략을 이용해서 풀어보자.

제

6장


① 이해하기

✿ 문제에서 주어진 조건과 구해야 할 것을 생각해보자.

｝주어진 조건：

｝구해야 할 것：

✿ 주어진 조건을 이용하여 위 문제를 분자 모형으로 표현해보자.

② 문제풀이 계획하기

✿ 관련된 개념이나 법칙이 무엇인지 생각해보자.

✿ 답을 구하기 위해 먼저 구해야할 조건이 있는지 생각해보자.

③ 문제풀이하기

✿ 계획한 개념이나 법칙 등을 이용하여 문제를 풀어보자.

풀이 과정을 기록해보자.

132 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

④ 검토하기

✿ 위에서 구한 것이 문제에서 요구한 것인가? 계산 과정 및 단위는 옳은

지 확인해보자.

✿ 이것을 분자 모형으로 아래 그림에 표현해보고, 그것이 의미하는 바를

설명해보자.

추가 문제

(1) 0℃, 1atm에서 부피가 100cm3인 수소 기체가 있다. 압력을 일정하게

하고, 온도를 100℃로 높이면 수소 기체의 부피는 얼마가 되겠는가?

(2) 0℃, 1atm에서 부피가 200mL인 풍선을 액체 질소에 넣어 냉각시킬

때, 부피가 반으로 줄어드는 온도는 몇 ℃인가?

제

6장


부피는 온도의 따라쟁이~…➸ [물질의 상태와 용액(샤를의 법칙)]

12학년

교과서 탐구


111 목표

(1) 지식

∙ 기체의 부피와 온도의 관계를 설명할 수 있다.

∙ 샤를의 법칙과 관련된 문제를 문제 해결 전략을 이용하여 해결할 수

있다.

(2) 태도

∙ 문제 해결 전략을 통해 자신의 문제 풀이 과정을 반성할 수 있다.


(1) 이 수업자료는 기체의 부피와 압력의 관계를 이해하고, 그 관계에 한 문

제 해결력을 높이기 위해 문제 해결 전략을 이용한 문제풀이 활동을 포함

하고 있다. 문제 해결 전략은 이해-계획-풀이-검토의 4단계로 구성된다.

이해 단계에서는 학생들이 문제를 읽고, 문제에서 주어진 조건 정보를 끌

어낸다. 문제에 주어진 온도와 압력 조건을 확인하고, 문제에서 구해야 할

것이 무엇인지 결정하도록 한다. 또한 주어진 조건을 이용하여 분자 모형

으로 문제를 표현하도록 한다. 이 과정에서 학생들은 자기의 용어로 의역

하거나 그림을 그릴 수 있다.

계획 단계에서는 문제를 풀기 위해 세워야 할 세부적인 계획을 세우고, 조

건 사이의 관계를 찾는다. 또한 적용할 개념, 문제, 경험 등을 생각해내고

유도한 물리량 사이의 관계를 찾아본다.

풀이 단계에서는 계획한 것을 적용하여 식을 세우거나 계산을 통해 문제

를 해결한다. 답에 한 이유를 생각해보고, 하위 문제가 있을 경우 하위

문제의 답을 구해본다.

검토 단계에서는 계산 과정을 검토하고 유도해 낸 물리량의 의미를 파악

한다. 또한 답의 의미를 분자 수준에서 검토하도록 하고, 논리적ㆍ화학적

으로 타당한지 확인해본다.

(2) 일반적으로 학생들은 문제를 읽은 후, 계획-풀이, 이해-계획-풀이 단계를

거치는 것으로 알려져 있다. 문제 해결 전략에서는 학생들이 문제를 체

계적으로 해결해 봄으로써 화학 개념의 이해력을 높이고, 사고력을 키울

수 있다. 또한 학생들은 검토 단계를 통해 문제 해결에서 실수를 줄일 수

있다.

활동의 성격

교사 재량에 따라 강의식 수

업 등을 진행한 후, 문제풀

기 단계에서 문제 해결 략

을 이용하여 련 문제를 풀

어보는 형태이다.

지도상 유의점

1. 태도 역에서 자신의 문

제 풀이 과정을 자신의 언

어로 표 하고, 과정 자체

를 되돌아 생각해보는 반

성 사고 능력 함양을 목

표로 할 수 있다.

2. 문제풀기 단계 동안에 교

사는 학생이 문제 해결

략을 올바로 사용하고 있

는지 수시로 검하고, 실

제 문제 해결 과정에서 이

를 사용하도록 구체 으

로 지도할 필요가 있다.

134 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

지도상 유의점

문제 해결 략을 수행한 활

동지나 문제 해결 략 수행

태도를 수행평가에 포함시

킬 수 있다.

333 진행 방법

(1) 도입하기에서 학생들이 샤를이 수소 기구를 띄워 보내기 위해 한 연구에

해 자신의 생각을 다양하게 표현하도록 한다.

(2) 개념 익히기 단계에서 교사는 학생들이 그린 두 그래프의 직선을 외삽하

면, 기체의 부피가 0이 되는 온도가 -273℃임을 알 수 있도록 한다.

(3) 문제 해결 전략을 이용한 수업이 원활하게 진행되기 위해서는 문제풀기

단계 전에 학생들에게 문제 해결 전략에 해 바르게 설명해주어야 한

다. 학생들과 함께 1문제 정도 연습해보는 것도 좋다.

(4) 문제 해결 전략을 이용한 문제 풀이 활동의 소요 시간은 약 20-25분이

다. 처음 이 활동을 실행하는 경우, 이보다 더 많은 시간이 소요될 수 있

으나, 이것은 문제 해결 전략을 연습함으로써 조절할 수 있다.


도입하기

✿ 학생들의 답 예시

∙ 온도 변화에 따른 수소 기체의 팽창 정도를 다시 조사했다.

∙ 가스가 팽창할 때 가스를 배출할 수 있는 장치를 마련했다.

∙ 기구의 높이를 조절하고, 수소 기구의 가스량을 조절할 수 있도록

여분의 가스통을 준비했다.

개념 익히기

✿ 그래프 문제의 정답 (다음 쪽 참고)

✿ 그래프의 기울기와 x절편

A 기체 B 기체

그래프의 기울기 1 2

x절편 -273 -273

제

6장


①

②

③부

피

(mL)

✿ 절 온도(T): (-273)℃를 새로운 온도 기준 0으로 함.

문제풀기

① 이해하기


T1 20℃

T2 ＝ ?

P1 1atm P2 1atm

V1 2.24L V2 2 × 2.24L

｝주어진 조건：T1, P1, V1, P2, V2

｝구해야 할 것：T2

✿ 주어진 조건을 이용하여 위 문제를 분자 모형으로 표현해보자.

T1= 20℃ T2= ?

V1= 2.24L V2= 2 × 2.24L

136 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

도움말

분자의 운동은 화살표의 길

이와 방향을 이용하여 표시

할 수도 있다.


✿ 관련된 개념 및 법칙을 생각한다: 온도(T)와 부피(V)의 관계

- 샤를의 법칙

=

✿ 답에 도달하기 위해 먼저 구해야할 조건을 생각 한다: 섭씨 온도(℃)를

절 온도(K)로 바꾸고, 샤를의 법칙을 이용하여 T2를 계산 한다.

③ 문제 풀이하기

✿ 계획한 개념이나 법칙 등을 이용하여 풀이해보자.

×

× = ℃

④ 검토하기

✿ 구한 답이 문제에서 요구한 것인가? T2 = 313℃

✿ 이것을 분자 모형으로 표현해보고, 그것이 의미하는 바를 설명하자.

293K 586K

2.24L 4 48L

이것은 293K, 1atm에서 2.24L인 기체의 온도를 586K(313℃)로 높여주면,

기체 분자의 운동이 활발해져서 부피가 2배가 된다는 것을 의미한다.

추가 문제의 답

(1) ① 이해하기

｝주어진 조건：0℃, 1atm, 100cm3의 H2

｝구해야 할 것：100℃, 1atm에서 H2의 나중 부피

제

6장



✿ 샤를의 법칙

=

이용

✿ T1 = 0 + 273 = 273K

T2 = 100 + 273 = 373K

③ 문제 풀이하기

✿ V2 =

× V1 =

×

④ 검토하기

✿ V2 = 136.63cm3

✿ 0℃, 1atm에서 100cm3인 H2 기체가 100℃, 1atm에서는 분자

운동이 더 활발해져서 136.63cm3의 부피를 차지한다.

(2) -136.5℃

555 참고자료

더운 여름에는 정말 자동차의 타이어가 더 잘 터질까?

더운 여름날 자동차를 운행하면 타이어의 공기압이 증가하는 현상은 샤를의

법칙으로 설명할 수 있다. 보통 때도 타이어는 주행 중 접지에 의한 변형과

복원이 주기적으로 반복되기 때문에 열이 발생하게 된다. 이러한 열에 의해

온도가 높아지면 타이어 속의 공기를 이루는 입자들의 운동이 더 활발해진

다. 따라서 공기를 이루는 입자들이 타이어 내부의 벽에 더 많이, 그리고 더

세게 충돌하여 타이어의 부피와 공기압이 증가하게 된다. 더운 여름에는 이

러한 현상이 더 활발하게 일어나게 된다. 공기압이 기준치보다 높을 경우,

타이어에 무리를 줌으로써 이상 발열을 초래하여 과열에 의한 타이어의 파

열을 일으키기 쉬어진다. 이러한 타이어의 부피와 공기압 등의 요인은 자동

차의 하중이나 운행 속도, 노면의 상태 등과 같은 다른 요인들과 함께 타이

어의 파열에 영향을 미칠 수 있다.

<참고: 한국타이어 http://www.hankooktire.com/>

지도상 유의점

1. 추가 문제는 학생용 활동

지를 따로 복사하여 풀도

록 한다.

2. 문제 해결 략에 따라 추

가 문제를 풀 수 있도록

지도한다.

138 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

문제 해결 전략 활동지

학년 반 번 이름

-------------------------------------------------------------------------------------

이해하기

① 문제에서 주어진 조건과 구해야 할 것을 생각해보자.

② 주어진 조건을 이용하여 위 문제를 분자 모형으로 표현해보자.

문제풀이 계획하기

① 관련된 개념이나 법칙이 무엇인지 생각해보자.

② 답을 구하기 위해 먼저 구해야할 조건이 있는지 생각해보자.

문제풀이하기

계획한 개념이나 법칙 등을 이용하여 문제를 풀어보자.

검토하기

① 계산 과정 및 단위는 옳은지 확인해보자.

② 답의 의미를 생각해보자.

제

6장

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )



학생용[물질의 상태와 용액 (기체의 상태 방정식)]

부피와 온도와 압력이 만났을 때~12학년

LPG 가스통 안에 들어있는 가스의 무게를 저울로 재보지 않고 얼마인지 알 수 있을

까?

도입하기

달걀보다 입구가 작은 병에 껍질을 벗긴 삶은 달걀을 올려놓고 병을 따뜻한

물에 넣은 후, 다시 찬물에 넣으면 병 입구에 걸쳐졌던 삶은 달걀이 병 속으로

들어가게 된다. 이러한 현상이 일어나는 이유에 하여 병을 따뜻한 물에 넣

었을 때와 찬물에 넣었을 때로 나누어서 설명해보자.

개념 익히기

(1) 빈 칸에 적절한 관계식을 쓰고, 그 관계를 그래프로 표현해 보자.

보일

난 1662년에 일정 온도에서 일

정 양의 기체의 부피는 압력에

반비례한다는 사실 즉,

∝ 관계를 발견했지.

압력과 부피 관계(T, n 일정)

샤를

하하~ 난 1787년 무렵, 일정

압력에서 일정 양의 기체 부피

는 온도에 비례한다는 사실

즉, ∝ 관계를 알

아냈어!

온도와 부피 관계(P, n 일정)

아보가드로

1811년, 난 일정 온도와 압력

에서 기체의 부피는 기체의 양

에 비례한다는 사실 즉,

∝ 관계를 알아냈

어!

몰수와 부피 관계

(P, T 일정)

140 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고

이상 기체는 이상 기체 상태

방정식을 잘 만족하는 기체

로서 분자간의 상호작용이

없고, 기체 자체의 부피도

없다. 실제로는 존재하지 않

는다.

참고

몰수

질량

: 분자량

(2) 이상 기체 상태 방정식의 유도

✿ 부피와 압력, 온도, 몰수의 관계를 하나의 식으로 나타내보자.

…ⓐ

✿ ⓐ식에 비례상수 를 도입해서 정리하면,

…ⓑ

✿ 기체 1mol은 0℃, 1atm에서 부피가 22.4L 이다.

이 때, ⓑ식에서 비례상수 값을 구해보면,

= = =

atm‧L/mol‧K 이 값을 R로 표시하며, 기체 상수(gas constant)라 한다.

따라서 기체 상수 R을 도입하여 ⓑ식을 정리하면,

이 식을 이상 기체 상태 방정식(ideal gas equation)이라고 한다.

문제풀기

다음 문제를 문제 해결 전략을 이용하여 풀어 보자.

프로판(C3H8)이 용기에 많이 저장되면 내부 압력이 높아진다. 27℃에서

1L 용기의 내부 압력이 3atm이면 몇 g의 프로판이 들어 있는가?

(프로판 분자량 = 44, 기체상수(R) = 0.08atm･L/mol･K)

① 이해하기


‣ 주어진 조건:

‣ 구해야 할 것:

제

6장




✿ 위 문제와 관련된 개념이나 법칙이 무엇인지 생각해보자.




④ 검토하기



추가 문제


(1) 27℃, 4.1atm에서 0.1mol의 수소 기체는 600mL를 차지한다. 부피를 일

정하게 유지할 때, －3℃에서 이 기체의 압력은 얼마인가?

(2) 자동차가 충돌할 때 에어백에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.

→

65g의 가 분해될 때 21℃, 823mmHg에서 발생되는 질소의 부피

는 얼마인가?

142 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

부피와 온도와 압력이 만났을 때~…➸ [물질의 상태와 용액 (기체의 상태 방정식)]

12학년

교과서 탐구


활동의 성격

이 활동은 교사 재량에 따라

강의식 수업 등을 진행한

후, 문제풀기 단계에서 문제

해결 략을 이용하여 련

문제를 풀어보는 형태이다.

지도상 유의점

1. 학생들끼리 문제를 해결




이 요하다.

2. 학생용 활동지는 교사가

원하는 수업에 따라 변형

하여 이용할 수 있다.

참고

1. 도입부분을 간단한 시범

실험으로 하고자 하는 경

우에, 교사는 달걀보다 입

구가 작은 병을 비한다.

2. 껍질을 벗긴 삶은 달걀을

입구에 끼운 뒤 따뜻한 물

에 병을 담근다.

3. 얼마 후 따뜻한 물에 담갔

던 병을 다시 찬물에 담그

면 입구에 반쯤 들어가 있

던 달걀이 곧 ‘뻥’ 소리를

내며 병 안으로 들어가는

것을 찰할 수 있다.

111 목표

(1) 지식

∙ 이상 기체 상태 방정식을 유도하고 그 관계를 설명할 수 있다.

∙ 문제 해결 전략을 이용하여 이상 기체 상태 방정식과 관련된 문제를 해

결 할 수 있다.

(2) 태도



이 수업자료는 문제 해결 전략을 이용한 문제 풀이 활동을 포함하고 있

다. 학생들은 문제 해결 전략에 따라 문제를 체계적으로 해결함으로서 관

련 지식이나 수업 내용을 잘 이해할 수 있다. 문제 해결 전략은 이해-계획

-풀이-검토의 4단계로 구성된다.

이해 단계에서는 문제를 읽고, 문제에서 주어진 정보를 끌어낸다. 이 과정

에서 학생들은 자기의 용어로 설명할 수 있다.

계획 단계에서는 문제를 풀기 위해 세워야할 세부적인 계획을 세우고, 조

건 사이의 관계를 찾는다.


를 해결한다.


한다.

333 진행 방법

(1) 도입하기는 학생들의 호기심을 유발하는 단계로서, 학생들에게 도입 부분

에 제시되어 있는 내용의 결과를 예측하고 기록하도록 한다. 기록하기 전

주어진 상황에 한 질문을 자유로이 할 수 있도록 한다.

(2) 개념 익히기는 용어 정의 및 개념 설명 단계로서, 이상 기체 상태를 직접

유도해 보고 그 관계를 이해할 수 있도록 설명한다.

(3) 문제풀기에서는 성공적인 문제 해결을 유도하기 위하여 학생들에게 문제

해결 전략(이해, 계획, 풀이, 검토)을 설명해 주고, 교사와 함께 문제를 해

결하도록 한다. 학생들의 문제 해결 활동을 위하여 4단계 전략이 제시된

활동지를 사용하도록 한다.

제

6장


(4) 추가 문제에서는 학생들이 문제 해결을 위하여 문제 해결 전략을 사용하

도록 구체적으로 지도하며, 이 과정을 통하여 개념을 이해할 수 있도록

한다.


도입하기

달걀을 끼운 병을 따뜻한 물에 담그면 병 안의 공기가 데워져 병이 팽창된

다. 그 결과 병 안의 압력이 바깥 공기압보다 높아진다. 이 병을 다시 찬물에

담그면 병 안의 압력이 바깥공기보다 낮아진다. 그러므로, 달걀은 높은 외부

압력에 의해 병 속으로 들어가게 된다.

개념 익히기

압력과 부피 관계 온도와 부피 관계 몰수와 부피 관계

V∝(1/P) (T, n 일정) V∝T (P, n일정) V∝n (P, T일정)

✿ ‘보일의 법칙’, ‘샤를의 법칙’ 그리고 ‘아보가드로의 법칙’을 하나의 식으로

정리하면 다음과 같다.

∝

……ⓐ

✿ ⓐ식에 비례상수 를 도입하면, 다음 식으로 정리할 수 있다.

= ……ⓑ

✿ 기체 1mol은 0℃, 1atm에서 부피가 22.4L 이므로

P = 1atm, V = 22.4L, T = (273+0)K를 ⓑ식에 입하면

×× ··

참고

압력과 부피의 계

V

0 P

PV

0 V(P)

0 P

144 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

도움말

문제 해결 략을 이용한 문

제 풀이 활동의 소요 시간은

약 20~25분이다. 처음 이

략을 실행하는 경우 이와

같은 시간 배정이 어려울 수

있으나 해결 략을 연습함

으로서 조 할 수 있다.

이 값은 기체의 종류나 온도, 압력에 관계없이 항상 일정하므로 기체 상수

(gas constant)라 하고, R로 표시한다. 따라서 기체 상수 R을 도입하여 정

리하면, 다음과 같은 이상 기체 상태 방정식(ideal gas equation)을 얻을

수 있다.

문제풀기

① 이해하기

‣ 주어진 조건：V = 1L, P = 3atm, t = 27℃

M = 44g/mol, R = 0.08atm･L/mol･K

‣ 구해야 할 것：프로판의 질량(ω)


✿ 관련된 개념 및 법칙：

이상 기체 상태 방정식 에서

✿ 답을 구하기 위해 먼저 구해야할 조건:

절 온도 값을 구해야 한다. T = 273+27 = 300K


××··×

④ 검토하기

✿ 프로판의 질량(ω) = 5.5g

✿ 답이 의미：27℃에서 1L 용기의 내부 압력이 3atm일 때, 프로판 5.5g이

들어 있다.

제

6장


추가 문제 정답


‣ 주어진 조건：

, ,

,



✿ 관련된 개념 및 법칙：보일-샤를의 법칙

=


×

= ×

∴

④ 검토하기

✿ 답이 의미：-3℃, 0.6L의 용기 속에서 0.1mol의 수소 기체는 3.7

을 나타낸다.

(2) 33.4L

555 참고 자료

공기탱크를 쓰면 얼마나 오래 잠수할 수 있을까?

스쿠버 다이버들은 수중에서 장시간 호흡

하기 위해서 고압의 공기를 저장한 공기 탱

크(air tank)를 사용한다. 공기 탱크에 들어

있는 공기로 얼마동안 스쿠버 다이빙을 할

수 있을까?

스쿠버 다이버들은 2264L의 공기를 10.5L

로 압축시킨 공기 탱크를 많이 이용한다.

탱크 안의 공기 2264L 중 764L 정도는 비상용으로 남겨두어야 하므로, 표준

상태 0℃, 1atm에서 사용할 수 있는 공기의 부피는 1500L이다. 수심 20m에

서 다이버가 1분 동안 25℃, 1atm의 공기를 45L 사용한다고 할 때, 잠수할

수 있는 시간은 이상 기체 상태 방정식으로 계산할 수 있다.

참고

추가 문제는 학생용 활동지

를 따로 복사하여 풀도록 한

다.

146 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

×··×

=

1분 동안 45L의 공기를 사용한다고 하였으므로, 다음과 같은 비례식을 세울

수 있다.

분 : = 분 :

=

따라서 다이버는 이 공기 탱크를 20m 수심에서 약 36분간 쓸 수 있다.

이상 기체와 실제 기체

실제로 존재하지 않으나, 분자 자체의 질량만 있고 분자 기체의 부피와 분

자 간 인력이 없는 기체를 이상 기체(ideal gas)라 한다. 이상 기체 1몰을 밀

폐된 용기 속에 넣고 온도나 압력을 변화시킬 때 기체의 몰수(n=1)는 일정하

므로,

의 값도 항상 1이 된다. 즉, 이상 기체 상태 방정식을 잘 만족한다.

그러나 실제 기체는 이상 기체 상태 방정식에 잘 적용되지 않는 경우가 많

다. [그림 1]은 H2, N2, CH4, CO2 기체 1몰에 한

값을 이상 기체의 값

과 비교한 것이다. 실제 기체에 해 압력을 변화시키면서

값을 측정한

결과 이상 기체의 값에서 벗어난 것을 볼 수 있다.

[그림 1] 이상 기체와 몇 가지 기체의 1몰에 대한

값 비교(300K)

제

6장


그러나 온도가 높고 압력이 낮은 범위에서는 실제 기체도 이상 기체의

값과 거의 비슷한 것을 알 수 있다[그림 2].

[그림 2] 서로 다른 온도에서 질소 기체 1몰에 대한

값

실제 기체는 온도가 높고 압력이 낮을수록 부피가 커지고 분자 사이의 거리

도 멀어지므로, 분자 사이의 인력이 거의 미치지 않게 되어 이상 기체와 비

슷한 성질을 나타내기 때문이다. 이상기체와 가장 근접한 반응을 보이는 기

체로는 헬륨과 수소가 있다.

실제 기체에 보다 정확하게 적용될 수 있는 기체 상태 방정식 중 하나가 반데

르발스 방정식(van der Waals equation)이다.

이 식에서 상수 a, b는 반데르발스 상수라고 하며, 상수 a는 분자 간 인력의

효과를, 상수 b는 반발력의 효과를 나타낸다. 기체의 종류에 따라 인력의 세

기가 다르고(상수 a에 영향을 줌) 분자의 크기가 다르기 때문에(상수 b에 영

향을 줌) 반데르발스 방정식은 이상 기체 상태 방정식과는 달리 기체의 종류

에 따라 달라진다. 실제 기체라도 온도가 높고 압력이 낮아지면, 기체는 큰 부

피를 차지하게 된다. 이 경우 V- nb 항이 근사적으로 V와 같아지게 된다. 더

구나 낮은 압력에서는 분자들이 일반적으로 서로 멀리 떨어져있어서 상호 작

용을 하지 않기 때문에

항이 P에 비해 매우 작아서 무시할 수 있다. 결

과적으로 인력과 반발력이 중요하지 않게 된다. 따라서 반데르발스 방정식의

근사적인 형태는 이상 기체 상태 방정식과 같아지게 된다.

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

하나의 풍선에는 신맛이 나는 아세트산 분자가 들어있고, 또 다른 풍선에는 단맛이

나는 글루코오스 분자가 들어 있다. 지우는 어떤 냄새를 먼저 맡게 될까?

도입하기

성우는 같은 종류의 풍선에 A 기체와 B 기체를 같은 부피만큼 넣었다. 몇

시간 후 아래와 같이 풍선의 크기가 서로 달라진 것을 알 수 있었다. 이 때 A

기체와 B 기체가 풍선 밖으로 빠져 나가는 속도와 분자량의 크기를 비교해 보

자. (단, 온도와 기압은 일정하며, 풍선에는 작은 구멍이 있어 기체가 빠져

나갈 수 있다.)

A 기체 B 기체 A 기체 B 기체✿ A 기체와 B 기체가 풍선 밖으로 빠져나가는 속도 비교

: A 기체 B 기체

✿ A 기체와 B 기체의 분자량 비교: A 기체 B 기체

개념 익히기

1. 확산(diffusion): 물질을 이루고 있는 입자들이 스스로 운동하여

농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 퍼져 나가는 현상.

2. 확산 속도와 분자량, 밀도 사이의 관계

(1) 그레이엄의 확산 속도의 법칙

다음 내용을 읽고 식으로 나타내보자.

일정한 온도와 압력에서 A 기체와 B 기

체의 확산 속도의 비는 그 기체의 분자

량의 제곱근에 반비례한다.

⇒ v Av B

=

(단, , : A, B 기체의 확산 속도, , : A, B 기체의 분자량)

148 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


학생용[물질의 상태와 용액 (기체의 확산)]

누가 누가 더 빠를까?12학년

제

6장


일정한 온도와 압력에서 기체의 분자량과

밀도는 비례하므로, 기체의 확산 속도는

밀도의 제곱근에 반비례한다.

⇒ v Av B

=

(단, , : A, B 기체의 밀도)

(2) 다음은 273K에서 여러 가지 기체의 분자 속도에 따른 분자 수의 분포

를 나타낸 그래프이다.

✿ 위의 네 가지 기체의 분자량과 평균 운동 속도는 어떤 관계가 있을까?

문제풀기


0℃, 1atm에서 수소(H2)와 산소(O2)의 확산 속도의 비를 구해보자.

① 이해하기


‣ 주어진 조건:


참고

평균 운동 속도

기체 분자들의 평균 인 운

동 속도로서, 온도와

분자량에 따라 그 값이 변한

다.

150 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

도움말

분출

작은 구멍을 통하여 기체가

빠져나가는 상



✿ 위 문제와 관련된 개념이나 법칙이 무엇인지 생각해보자.




④ 검토하기



추가 문제


(1) 분자량을 모르는 A 기체가 일정한 온도와 압력에서 작은 구멍을 통해

분출하는데 88초 걸렸다. 같은 조건에서 산소 기체가 분출되는데 22초

걸렸다면, A 기체의 분자량은 얼마인가?

(2) H2 기체의 확산 속도는 Cl2 기체의 확산 속도보다 6배 빠르다. 만약 H2

기체의 밀도가 0.09g/L라 할 때, Cl2 기체의 밀도는 얼마인가?

제

6장


누가 누가 더 빠를까?…➸ [물질의 상태와 용액 (기체의 확산)]

12학년

교과서 탐구


111 목표

(1) 지식

∙ 기체의 확산 속도와 분자량 사이의 관계를 설명할 수 있다.

∙ 문제 해결 전략을 이용하여 그레이엄의 확산 속도 법칙과 관련된 문제

를 해결할 수 있다.

(2) 태도



이 수업자료는 문제 해결 전략을 이용한 문제 풀이 활동을 포함하고 있

다. 학생들은 문제 해결 전략에 따라 문제를 체계적으로 해결함으로서

관련 지식이나 수업 내용을 잘 이해할 수 있다. 문제 해결 전략은 이해-

계획-풀이-검토의 4단계로 구성된다.

이해 단계에서는 문제를 읽고, 문제에서 주어진 정보를 끌어낸다. 이 과

정에서 학생들은 자기의 용어로 설명할 수 있다.

계획 단계에서는 문제를 풀기 위해 세워야할 세부적인 계획을 세우고,

조건 사이의 관계를 찾는다.


를 해결한다.


한다.

333 진행 방법

(1) 개념 익히기 단계에서 교사는 확산을 정의하고, 확산 속도와 분자량의

관계를 이해시킨다. 개념 익히기 단계에서 ‘분자의 속도에 따른 분자의

분율 분포 그래프를 이용한 활동’은 교사의 재량에 따라 선택적으로 진행

할 수 있다.

(2) 문제 해결 전략을 이용한 수업이 원활하게 진행될 수 있도록 교사는 문

제풀기 단계 전에 학생들에게 문제 해결 전략에 해 설명해 주어야 한

다. 학생들과 함께 1문항 정도 연습해보는 것도 좋다.




활동의 성격






지도상 유의점





이 요하다.

2.학생용 활동지는 교사가

원하는 수업에 따라 변형

하여 이용할 수 있다.

참고

문제풀기 단계에서 교사는

학생이 문제 해결 략을 올

바로 사용하고 있는지 수시

로 검하고, 실제 문제 해결

과정에서 이를 사용할 수 있

도록 구체 으로 지도할 필

요가 있다.

152 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


도입하기

✿ A 기체와 B 기체가 풍선 밖으로 빠져나가는 속도 비교

: A 기체 < B 기체

✿ A 기체와 B 기체의 분자량 비교

: A 기체 > B 기체

개념 익히기

2. (1) ①

=

②

=

(2) 일정한 온도에서 각 기체의 운동 속도 분포 곡선을 비교해 보면 기

체 분자들의 평균 운동 속도는 He > H2O > N2 > O2 의 순서로 나

타나는 것을 알 수 있다. 즉, 분자량이 작은 기체일수록 평균 운동

속도는 크다.

문제풀기

① 이해하기

‣ 주어진 조건: 0℃, 1atm

‣ 구해야 할 것: H2와 O2의 확산 속도의 비


✿ 관련된 개념 및 법칙:

그레이엄의 확산 속도 법칙:

=

✿ 답을 구하기 위하여 먼저 구해야 할 조건:

H2와 O2의 분자량을 계산한다. 확산 속도의 비를 구한다.

제

6장



= =

확산 속도의 비

= = =

④ 검토하기

✿ H2와 O2의 확산 속도의 비

=

✿ 답이 의미: 분자량이 작은 H2가 O2보다 더 빠르게 확산한다.



‣ 주어진 조건: 일정 압력, A 기체의 분출 시간 = 88초

O2 기체의 분출 시간 = 22초

‣ 구해야 할 것: A 기체의 분자량


✿ 답을 구하기 위하여 먼저 구해야할 조건:

속도 ∝시간

이므로, 그레이엄의 확산 속도 법칙을

=

=

로 표현


× ×

④ 검토하기

✿ 답이 의미: A 기체의 분자량은 512이고, 분자량이 더 큰 A 기체 의

분출 속도가 O2 기체보다 더 느리다.

(2) Cl2 기체의 밀도= 3.33 g/L

도움말

문제 해결 략을 이용한 문

제 풀이 활동의 소요 시간은

약 20~25분이다. 처음 이

략을 실행하는 경우 이와

같은 시간 배정이 어려울 수

있으나 해결 략을 연습함

으로서 조 할 수 있다.

참고



록 한다.

2. 추가 문제의 답은 문제해

결 략을 이용하여 4단

계로 제시하 다.

154 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

555 참고 자료

기체의 분출과 확산

1864년 영국의 그레이엄은 ‘기체가 작은 구멍을 통하여 진공으로 분출되는

속도는 기체 분자량의 제곱근에 반비례 한다’는 사실을 실험으로 확인하였

다. 분출(effusion)이란 유체가 구멍을 통해 빠져나오는 현상으로 그레이엄

의 분출 법칙은 용기의 열린 구멍이 충분히 작고 압력이 충분히 낮아 분자

가 다른 분자와의 충돌 없이 직선 궤도를 따라 분출될 때 잘 적용된다[그

림 1].

[그림 1] 기체의 분출

[그림 2] 기체의 확산

이와 관련된 현상을 기체의 확산(diffusion)에서도 확인할 수 있으나, 확산

은 구멍을 통해 나가는 분자들이 다른 분자 및 장벽과 많은 충돌이 일어난

다는 면에서 분출과 구별된다[그림 2]. 확산 속도 역시 기체 분자량의 제곱

근에 반비례한다.

기체 분자 운동론과 그레이엄의 확산 속도 법칙

기체 분자 운동론의 가정에 따르면, 일정한 온도에서 기체의 평균 운동 에

너지는 기체의 종류와 상관없이 일정하다.

= ( )

( : 운동 에너지, : 분자의 질량, : 분자의 속도)

=

=

=

제

6장


[그림 4] (a)액체 속에서

브롬의 확산 (b)공기 중에서

브롬의 확산

= = (왜냐하면, ∝)

∴

= =

이 식으로부터 “온도와 압력이 같은 두 기체의 확산 속도의 비는 각 기체

의 분자량 또는 밀도의 제곱근에 반비례 한다”는 것을 알 수 있다. 이를

그레이엄의 확산 속도 법칙(Graham’s law)이라고 하며, 두 기체의 확산 속

도와 한 기체의 분자량을 알 때 이를 통해 나머지 기체의 분자량을 구할

수 있다. 기체의 분자량을 구할 때 아래 그림과 같이 온도가 같은 분자라

도 분자들이 가지는 속도가 다양하게 분포하므로, 기체 분자의 평균 운동

속도를 사용한다.

[그림 3] 기체의 종류에 따른 분자의 운동 속도

액체의 확산

오른쪽 그림은 브롬이 액체 속으로 확산되

는 속도와 공기 중으로 확산되는 속도를

비교한 것이다. 액체 상태는 기체 상태에

비하여 분자들의 배열이 훨씬 조밀하므로,

액체 분자와 브롬 분자의 충돌 횟수가 많

다. 따라서 액체 속에서 브롬의 확산 속도

는 공기 중에서의 확산 속도에 비해 매우

작다. 실험 결과에 따르면, 브롬이 공기 중

으로 확산되는 속도는 액체 속으로 확산되

는 속도보다 10∼100배 정도 빠르다.

156 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

우라늄 농축과 기체의 확산

천연 우라늄에는 234U와 235U, 238U의 세 가지 동위원소가 존재하며, 234U가

0.0054%이고, 235U가 0.711%, 238U 99.2836%이다. 이 중 핵분열의 연쇄반

응을 일으켜 실제적인 연료 가치가 있는 것은 235

U 뿐이다. 그러나 천연 우

라늄 중 235U의 함유율은 0.711%밖에 되지 않기 때문에, 우라늄을 핵연료

로 사용하기 위해서는 235U 함유율을 보다 높여야 한다. 또한, 원자력 발전

소에서 연료로 사용되기 위해서 235

U의 농축도는 3~5% 정도가 되어야 한

다. 235U를 농축시키는 특별한 공정을 우라늄 농축 공정(enrichment plant)

이라 한다.

우라늄 농축 공정에는 여러 가지 방법이 사용되고 있으나, 실용화된 방법

중 하나가 기체확산법(열확산법)이다. 이 방법은 2차 세계 전 중에 원자

폭탄을 만들기 위해 미국에서 개발한 방법으로, 오늘날 핵보유국에서 이용

하는 농축 설비의 원리로 알려져 있다.

기체확산법은 많은 구멍(약 1억 6천만 개/㎠)이 있는 막을 통하여 UF6(육

플루오르화우라늄) 가스를 흘려보내면 좀 더 가벼운 동위원소인 235U가 더

많이 통과하므로 이를 모으는 원리이다. 235

U가 5%의 농축도를 갖기 위해

서는 약 900번의 과정을 반복한다고 한다.

<참고: 한국과학기술정보연구원 http://www.kisti.re.kr/>

제

6장

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )



학생용[물질의 상태와 용액 (끓는점 오름)]

누가 누가 더 뜨거울까?12학년

같은 양의 물과 오렌지 쥬스를 끓일 때 어느 쪽이 더 높은 온도에서 끓을까?

도입하기

재석이와 호동이는 점심으로 라면을 끓여 먹기로 하였다. 재석이는 스프를

넣지 않고 물을 끓였고, 호동이는 물에 스프를 넣은 다음 끓였다.

(a) 재석이 냄비 (b) 호동이 냄비

물분자 스프 분자

✿ 누구의 냄비가 더 높은 온도에서 끓을까? 그 이유는 무엇인가?

개념 익히기

(1) 순수한 용매와 비휘발성 용질을 녹인 용액의 증기 압력 비교

다음 그림에 한 설명으로 알맞은 것에 ○표 해 보자.

ⓛ 순수한 용매의 경우

일정한 온도에서 순수한 용매는 증발을 방

해하는 용질 입자가 없으므로 용액에 비하

여 표면에서 증발되기 (쉽다/어렵다).

도움말

증기 압력

닫힌 용기 속에 들어있는 액

체 상태의 순수한 물질과 평

형을 이루고 있는 증기의 압

력이다. 즉, 일정한 온도에서

증발과 응축이 동 평형에

도달했을 때 증기의 압력이

다.

158 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

도움말

몰랄 오름 상수()

1m 용액의 끓는 오름값으

로, 용질의 종류에는 계없

이 용매의 종류에 따라 다르

다.

② 비휘발성 용질을 녹인 용액의 경우

비휘발성 용질을 녹인 용액은 용질 입자들

이 용매 입자가 증발하는 것을 방해하기

때문에 순수한 용매보다 증발되기 (쉽다/

어렵다).

③ 순수한 용매의 증기 압력보다 비휘발성 용질을 녹인 용액의 증기 압력이

더 (높다/낮다).

(2) 용액의 끓는점 오름

다음 그래프를 보고 괄호 안에 알맞은 말을 써보자.

[그림 1] 증기 압력과 끓는점 오름 곡선

용매의 증기 압력이 1기압이 되는 온도 (① )에서 용

액의 증기 압력은 1기압이 되지 못하므로 용액은 끓지 않는다. 따

라서 용액을 끓게 하게 하려면 용액의 온도를 (② )까

지 올려야 한다. 이 때, 두 온도의 차인 (③ )를 (④

)이라 한다.

(3) 끓는점 오름 관계식

다음 글을 읽고, 빈 칸에 알맞은 수식을 써보자.

용액에 녹아 있는 비휘발성 용질의 입자 수가 많을수록 증기 압력

내림이 커지므로 용액의 끓는점은 더 높아진다. 즉, 용액의 끓는점

오름은 몰랄 농도()에 비례한다.

△

제

6장


(4) 비전해질의 분자량 측정

다음 그림과 같이 비전해질, 비휘발성 용질이 녹아 있는 묽은 용액의

끓는점 오름을 △라 할 때, 용질의 분자량을 구하는 식을 유도해

보자.

① 용질의 몰수는 어떻게 구할 수 있을까?

용질의 몰수：

② 이 용액의 몰랄 농도(m)는 어떻게 구할까?

몰랄 농도：

③ 앞에서 구한 △의 관계식에 ②의 값을 입하여 분자량( )을 구해

보자.

△

∴ 분자량 M은 다음과 같이 구할 수 있다.

문제풀기

다음의 문제를 문제 해결 4단계를 이용하여 풀어 보자.

물 100g에 설탕(C12H22O11) 2.00g을 녹인 용액의 끓는점은 얼마인가? (단, 설

탕의 분자량은 342, 물의 몰랄 오름 상수는 0.52이다.)

① 이해하기


‣ 주어진 조건：

‣ 구해야 할 것：

도움말

몰랄 농도

용매 1kg 에 녹아 있는 용

질의 몰수로 나타낸다.

160 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


✿ 관련된 개념이나 법칙이 무엇인지 생각해보자.



✿ 관련된 개념이나 법칙 등을 이용하여 풀이해보자.


④ 검토하기

✿ 위에서 구한 것이 문제에서 요구한 것인가? 계산 과정 및 단 위는 옳은


✿ 답이 의미하는 것이 무엇인지 기술해보자.

추가 문제

다음의 문제를 문제 해결 4단계를 이용하여 풀어 보자.

(1) 12g의 포도당을 100g의 물에 녹인 용액의 끓는점이 100.34℃ 이었다.

포도당의 분자량은 얼마인가? (단, 물의 몰랄 오름 상수는 0.52이고,

물의 끓는점은 100℃이다.)

(2) 5.5g의 바이페닐(biphenyl, )을 100.0g의 벤젠에 용해할 때, 끓

는점이 0.903℃ 상승하였다. 벤젠의 몰랄 오름 상수는 얼마인가?

제

6장


누가 누가 더 뜨거울까?…➸ [물질의 상태와 용액(끓는점 오름)]

12학년

교과서 탐구


111 목표

(1) 지식

∙ 묽은 용액의 끓는점 오름 현상을 설명할 수 있다.

∙ 문제 해결 전략을 이용하여 끓는점 오름과 관련된 문제를 해결할 수

있다.

(2) 태도

∙ 문제 해결 전략을 통해 문제 해결 과정을 능동적으로 이해하고, 자신

의 사고 과정을 반성하는 태도를 갖는다.


이 수업자료는 문제 해결 전략을 이용한 문제 풀이 활동을 포함하고 있다.

학생들은 문제 해결 전략에 따라 문제를 체계적으로 해결함으로서 관련

지식이나 수업 내용을 잘 이해할 수 있다. 문제 해결 전략은 이해-계획-풀

이-검토의 4단계로 구성된다.

이해 단계에서는 문제를 읽고, 문제에서 주어진 정보를 끌어낸다. 이 과정

에서 학생들은 자신의 용어로 문제를 설명할 수 있다.

계획 단계에서는 문제를 풀기 위해 세워야 할 세부적인 계획을 세우고, 조

건들 사이의 관계, 관련된 개념 및 법칙을 찾는다.

풀이 단계에서는 계획한 것을 적용하여 식을 세우고 계산을 통해 문제를

해결한다.

검토 단계에서는 계산 과정을 검토하고, 얻은 결과의 의미를 파악한다.

333 진행 방법

(1) 개념 익히기 단계에서 교사는 학생들이 용액의 증기 압력 내림과 용액의

끓는점 오름의 관계를 이해시킨다. 또한 끓는점 오름 관계식 및 비휘발

성, 비전해질 용질의 분자량을 구하는 식을 학생들이 이해하고 유도할

수 있도록 진행한다.

(2) 문제 해결 전략을 이용한 수업이 원활하게 진행될 수 있도록 교사는 문

제풀기 단계 전에 학생들에게 문제 해결 전략에 해 설명해주어야 한

다. 학생들과 1문항 정도 문제를 함께 풀어보도록 한다.

활동의 성격






지도상 유의점

문제풀기 단계 동안에 교사

는 학생이 문제 해결 략을

올바로 사용하고 있는지 수

시로 검하고, 실제 문제 해

결 과정에서 이를 사용하도

록 구체 으로 지도할 필요

가 있다.

162 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

지도상 유의점

문제 해결 략을 수행한 활

동지나 문제 해결 략 수행

태도를 수행평가에 포함시

킬 수 있다.





도입하기

✿ (b) 호동이 냄비, 스프와 같이 비휘발성 용질이 용해된 용액의 증기

압력이 순수한 용매인 물의 증기 압력보다 낮아진다. 용액의 증기 압

력이 기압과 같아지는 곳이므로, 순수한 용매보다 더 높은 온도에서

끓게 된다.

개념 익히기

(1) ① 일정한 온도에서 순수한 용매는 증발을 방해하는 용질 입자가 없으

므로 용액에 비하여 표면에서 증발되기 (쉽다 / 어렵다).

② 비휘발성 용질을 녹인 용액은 용질 입자들이 용매 입자가 증발하는

것을 방해하기 때문에 순수한 용매보다 증발되기 (쉽다 / 어렵다).

③ 순수한 용매의 증기 압력보다 비휘발성 용질을 녹인 용액의 증기 압

력이 더 (높다 / 낮다).

(2) ① ② ③ △ ④ 끓는점 오름

(3) △ ·

(4) ① 용질의 몰수:

② 몰랄 농도

×

③ △ · ×

×

×× ×△

제

6장


문제풀기

① 이해하기

‣ 주어진 조건：물 질량( )=100g, 설탕 질량()=2.00g

설탕 분자량( )=342, = 0.52

용매가 물 이므로 물의 끓는점()=100℃

‣ 구해야 할 것：용액의 끓는점()



용액의 끓는점 오름：△ ·


용액의 몰랄 농도()를 구한다.

×

용액의 끓는점 오름(△ )를 구한다.


×

△ × ∴

△

④ 검토하기

✿ 용액의 끓는점() = 100.03℃

✿ 답이 의미：순수한 물의 끓는점은 100℃이나, 순수한 물 100g에 비휘

발성 용질인 설탕 2.00g을 녹인 용액은 100℃보다 높은

100.03℃에서 끓게 된다.

164 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

지도상 유의점



록 한다.

2. 문제 해결 략에 따라 추

가 문제를 풀 수 있도록

지도한다.

도움말

총 성

용액의 성질은 순수한 용매

와는 크게 다르다. 용질 자

체의 성질보다 용질 입자의

농도의 지배를 받는 성질을

총 성 ( c o l l i g a t i v e

properties)이라고 한다. 이

와 같은 성질로는 증기압 내

림, 끓는 오름, 어는 내

림, 삼투압 등이 있다.



‣ 주어진 조건：포도당 질량()=g, 물 질량(=g,

=℃, =℃, =

‣ 구해야 할 것：포도당의 분자량



△ · × ×


△


×× ×△

×××

④ 검토하기

✿ 포도당의 분자량 = 184

✿ 답의 의미：분자량이 184인 포도당 12g을 100g의 물에 녹이면

물의 끓는점이 0.34℃ 올라간다.

(2) 2.53

555 참고 자료

증기 압력 내림

다음 <그림 2>, <그림 3>과 같이 농도가 묽은 수용액은 순수한 물보다 느

린 속도로 증발한다. 이것은 용액의 증기 압력이 순수한 물의 증기 압력보

다 낮기 때문이다. 즉, 용질의 종류에는 무관하고 용질의 농도에만 비례한

다. 용매의 증기압과 농도 간의 관계는 다음과 같이 표시할 수 있다.

…ⓐ

제

6장


용매분자용질분자

이 식에서 은 용액의 증기 압력을, 은 같은 온도에서 순수한 용매의

증기 압력을, 은 용매의 몰분율을 각각 나타낸다. 용액의 은 항상 1

보다 작으므로 은 보다 작아야 한다. 이와 같은 관계를 라울의 법칙

(Raoult's law)이라고 부른다.

이성분계에서는 이며, 여기서 는 용질의 몰분율이다. 위

의 ⓐ의 라울의 법칙에서 신에 로 치환하면 증기 압력 내림

에 관한 직접적인 식을 얻을 수 있다.

이를 다시 적으면

이것은 순수한 용매의 증기 압력과 용액의 증기 압력의 차이다.

△

전해질의 총괄성

묽은 용액의 총괄성은 용질 입자의 농도에 정비례한다. 이를 바탕으로 농도

가 같을 때 전해질은 비전해질보다 더 큰 총괄성을 가진다.

△ × × 용질

이 식의 배수 는 Van't Hoff 계수로, 1mol 용질 당 몇 몰의 입자(분자 혹

은 이온)가 있는가를 말해준다. 따라서 농도가 같다면 전해질 용액이 비전

해질 용액보다 끓는점 오름이 크게 나타난다. 예를 들어, 0.1m 설탕 수용

액에 존재하는 용질 입자의 총 몰수는 0.1몰이고 이때의 끓는점 오름은

0.052 ℃이다. 0.1m 염화나트륨 수용액에 존재하는 용질 입자의 총 몰수는

0.1×2=0.2몰이 되고 이때의 끓는점 오름은 0.104℃가 된다. 0.1m 염화칼

슘 수용액에 존재하는 용질 입자의 총 몰수는 0.1×3＝0.3이 되고, 이 때의

끓는점 오름은 0.156℃가 된다.

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

준비물

비커, 얼음, 소 , 유리막 ,

시험 , 증류수, 4m 에틸

리콜 수용액, 4m 염화나트

륨 수용액, 피펫, 피펫필러

도움말

1. 얼음과 소 이 골고루 섞

이도록 잘 어 다.

2. 증류수와 4m 에틸 리

콜 수용액, 4m 염화나트

륨 수용액을 넣는 시험

은 직경이 작을수록 좋

다.

날씨가 몹시 추운 겨울 날, 시골로 놀러간 선영이는 물이 들어있던 독이 깨진 것을

발견했다. 그런데 바로 옆의 간장독은 얼지 않고 그대로였다. 이것은 무엇 때문일까?

예측하기

아래 순서 로 실험을 진행한다면 어떤 현상이 일어날지 예측한 후 기록해

보자.

① 1000mL 비커에 얼음을 4/5정도 담고 소금을 30g정도 넣어 유리막 로

잘 섞는다.

② 세 개의 시험관에 증류수, 4m(몰랄농도) 에틸렌글리콜 수용액, 4m 염화

나트륨 수용액을 피펫으로 각각 5mL씩 넣어 과정 ①의 비커에 넣어둔

다.

③ 5~10분 정도 기다렸다가 변화를 기록한다.

④ 세 개의 시험관에 증류수, 4m 에틸렌글리콜 수용액, 4m 염화나트륨 수

용액을 피펫으로 각각 5mL씩 넣어 과정 ①보다 소금을 2배 더 넣은 비

커에 넣어둔다.

⑤ 5~10분 정도 기다렸다가 변화를 기록한다.

[그림 1] 증류수와 여러 가지 수용액의 어는점 내림

166 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


학생용[물질의 상태와 용액 (묽은 용액의 성질: 어는점 내림)]

얼려도 얼지 않는~!12학년

제

6장


(1) 과정 ③에서 시험관에 넣은 증류수, 4m 에틸렌글리콜 수용액, 4m 염

화나트륨 수용액은 어떻게 될까?

그렇게 생각한 이유는 무엇인가?

(2) 과정 ⑤에서 시험관에 넣은 증류수, 4m 에틸렌글리콜 수용액, 4m 염

화나트륨 수용액은 어떻게 될까?

그렇게 생각한 이유는 무엇인가?

관찰하기

앞의 실험을 한 후, 관찰한 결과를 자세히 기록해 보자.

설명하기

(1) 위 실험에서 여러분이 예측한 내용과 관찰한 결과가 일치하는가? 이

러한 결과가 나온 이유에 해 토의한 후, 그 내용을 정리하여 기록

해 보자.

(2) 위 실험 결과를 토 로 증류수, 4m 에틸렌글리콜 수용액, 4m 염화나

트륨 수용액을 어는점이 낮은 것부터 순서 로 나열하시오.

도움말

비 해질과 해질의 차이

를 입자 에서 생각해

볼 수 있도록 한다.

168 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

(3) 순수한 용매에 비해서 용액의 어는점이 낮아지는 원리를 다음 그림을

참고하여 설명해 보시오.

[그림 2] 어는점 내림의 원리

적용하기

(1) 추운 겨울에 물이 들어있는 독은 얼어서 깨지지만 간장독은 깨지지 않

는다. 추운 겨울에도 간장독이 깨지지 않는 이유는 무엇일까?

(2) 눈이 많이 내린 추운 겨울 날, 도로에 염화나트륨을 뿌리는 경우와 염

화칼슘을 뿌리는 경우, 자동차의 미끄러짐 방지 효과의 차이를 입자의

관점으로 설명해 보시오.

(3) 더운 여름에 기온이 높아져서 자동차 냉각수가 얼지 않아도 겨울에 자

동차에 넣은 부동액을 그 로 사용한다. 그 이유는 무엇일까?

제

6장


얼려도 얼지 않는~! …➸ [물질의 상태와 용액(묽은 용액의 성질：어는점 내림)]

12학년

교과서 탐구


111 목표

(1) 지식

∙ 용액에 들어있는 용질의 입자수에 의해 어는점이 내려가는 정도가 결

정됨을 어는점 내림 현상으로 설명할 수 있다.

(2) 탐구 과정

∙ 에틸렌글리콜 입자와 염화나트륨 입자가 어는점을 낮추는 원리를 실험

을 통해 탐색할 수 있다.

(3) 태도

∙ 우리 주변에서 어는점 내림의 원리로 설명할 수 있는 현상에 관심을 갖

는다.


(1) 이 탐구 활동은 POE(예측－관찰－설명) 모형으로 구성한 실험 활동이다.

POE는 관찰하게 될 현상의 결과에 해 예측하고 그 예측에 한 구체적

인 이유를 제시하는 ‘예측’, 관찰한 사실에 해 서술하는 ‘관찰’, 예측과

관찰 사이의 갈등을 해결하는 ‘설명’의 3단계로 진행된다.

예측하기(Prediction) 단계에서는 학생들이 현상의 결과를 예측하고 자신

의 예측을 정당화시킬 수 있는 이유를 제시하도록 한다. 예측이나 그 근거

는 글로 표현하도록 한다. 자신의 생각을 글로 표현해봄으로써 학생들의

사고가 보다 정교해질 수 있다.

관찰하기(Observation) 단계에서는 학생들이 예측한 것과 관찰한 결과가

잘 맞는지에 중점을 두면서 관찰하도록 한다. 직접 관찰한 결과를 자세히

적도록 한다. 관찰한 현상을 기록하는 활동을 통해 학생들의 다양한 반응

을 명확히 알 수 있다.

설명하기(Explanation) 단계에서는 관찰한 것과 예측한 것 사이의 모순을

해결한다. 학생들이 조별 토의 활동을 통해 설명하기 단계를 작성한 후, 교

사는 몇 명의 학생들의 발표를 통해 학생들이 갖고 있는 개념의 이해도를

파악할 수 있다.

활동의 성격

실험실에서 조별 실험 는

시범 실험으로 가능한 활동

이다.

지도상 유의점

1. 보고서 작성 시 유의 을

학생들에게 주지시킨다.

2. 학생들이 실험 에 실험

결과와 그 이유에 해

측하고, 보고서에 기록할

수 있도록 충분한 시간을

다.

3. 조별 발표를 통해서 각 조

의 생각을 공유하고 자신

의 생각을 검할 수 있는

기회를 마련한다.

170 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

지도상 유의점

1.학생들의 발표를 통해서

학생들이 가지고 있는 오

개념을 악할 수 있다.

2. 조별 토의가 잘 이루어질

수 있도록 교사가 순회하

면서 지도한다.

3.학생들이 작성한 자료를 수

행평가 자료로 사용할 수

있다.

참고

한제(寒劑)

2개 이상의 물질을 혼합하여

만든 냉각제이다. 얼음과 염

화나트륨의 혼합물에서 온

이 얻어지는 것은 얼음의 융

해열과 소 의 용해열에 의

한 것으로, 고체인 얼음과 염

화나트륨 모두가 액체 상태

로 녹아 완 히 섞이는 온도

인 공융 (共融點) -21.3℃

까지 내려가게 되고 융해는

정지되어 일정한 온도가 유

지되는 것이다. 얼음 신에

드라이아이스를 사용한 경

우도 한제로 사용할 수 있다.

(2) 이 실험은 자동차의 부동액으로 사용하는 에틸렌글리콜 수용액을 이용하여

물이 얼 때 에틸렌글리콜 수용액은 얼지 않는 과정을 통해 학생들의 흥미를

유발할 수 있는 실험이다. 또한 같은 농도의 에틸렌글 리콜 수용액과 염화

나트륨 수용액을 이용한 실험을 통해 비전해질과 전해질의 경우 어는점 내

림 효과의 차이가 있음을 알 수 있다. POE모형을 사용하면 학생들의 선개념

을 직접 확인하고 학생들의 수준에 맞게 수업을 진행할 수 있다. 또한 예측

과 관찰 사이의 갈등을 해결하는 설명하기 단계에서 학생들의 토의를 잘 활

용하면 학생들의 개념 이해를 돕는 효과적인 수업 전략이 될 것이다.

333 진행 방법

(1) 도입부에서 학생들이 과학적으로 사고할 수 있도록 실생활에서 접할 수

있는 현상을 통하여 흥미를 유발하고 예측의 실마리를 제공한다.

(2) 예측하기 단계에서 학생 각자가 주어진 실험 상황에서 어떤 변화가 일

어날지를 스스로 충분히 예측하고 그렇게 생각한 이유를 자세히 기록할

수 있도록 한다. 또한, 학생들이 자신의 생각을 발표할 수 있도록 한다.

(3) 관찰하기 단계에서 증류수와 4m 에틸렌글리콜 수용액, 4m 염화나트륨

수용액이 들어있는 시험관을 소금과 얼음이 섞여있는 비커에 넣어두었

을 때 일어나는 변화를 잘 관찰할 수 있도록 한다. 토의가 이루어지기

전에 반드시 자신이 관찰한 것을 자세하게 기록하도록 하여, 다른 학생

들의 의견에 의해 관찰이 왜곡되지 않도록 한다.

(4) 설명하기 단계에서는 순수한 용매에 비해서 용액의 어는점이 낮아지는

원리를 조원들과 토의하고 설명할 수 있게 한다.

(5) 적용하기 단계에서는 실생활과 관련된 문제에 학습한 어는점 내림 개

념을 적용해 봄으로써 이해를 견고히 할 수 있다.


관찰하기

얼음과 소금 30g이 섞여있는 비커에 넣어 둔 증류수는 얼고, 4m 에틸렌글

리콜 수용액과 4m 염화나트륨 수용액은 얼지 않는다. 얼음과 소금 60g이 섞

여있는 비커에 넣어 둔 증류수와 4m 에틸렌글리콜 수용액은 얼고, 4m 염화

나트륨 수용액은 얼지 않는다.

제

6장


설명하기

(1) 에틸렌글리콜 분자나 염화나트륨의 이온화로 생성되는 염화 이온과 나

트륨 이온은 물의 어는점을 낮추기 때문에 순수한 물이 어는 온도에서

에틸렌글리콜 수용액과 염화나트륨 수용액은 얼지 않는다. 얼음에 소

금을 더 넣어 주변 온도를 더 낮추었을 때 에틸렌글리콜 수용액이 얼

때 같은 농도의 염화나트륨 수용액 은 얼지 않는다. 같은 몰수의 염화

나트륨은 에틸렌글리콜보다 물에 녹아 2배 더 많은 개수의 입자(이온)

를 내놓을 수 있기 때문에 어는점이 더 낮아진다.

(2) 어는점이 낮은 것부터 나열하면 4m 염화칼슘 수용액, 4m 에틸렌글리

콜 수용액, 증류수의 순서이다.

(3) 물의 어는점 0℃에서 물이 얼음으로 되는 속도와 얼음이 물로 되는 속

도가 평형을 이루고 있다. 비휘발성 비전해질 용질이 녹아있는 0℃ 수

용액에서는 물이 얼음으로 되는 속도보다 얼음이 물로 되는 속도가 더

빨라서 평형을 이루지 못한다. 물이 얼음으로 되는 것을 용질 입자가

방해하기 때문이다. 이때 얼음이 물로 녹게 되고, 얼음이 녹으면서 열

을 흡수(융해열)하므로 용액의 온도가 0℃보다 낮아진다. 온도가 낮아

질수록 점차 물이 얼음으로 되는 속도가 빨라져서 물이 얼음으로 되는

속도와 얼음이 물로 되는 속도가 평형을 이루게 된다. 즉, 용액의 어는

점은 순수한 물의 어는점 0℃보다 낮아진다.

적용하기

(1) 추운 겨울에 물이 들어있는 독은 얼어서 깨지지만 간장이 들어있는 독

이 깨지지 않는 이유는 간장은 소금과 여러 물질이 녹아 있는 혼합 용

액이기 때문이다. 물은 0℃에서 얼기 때문에 부피가 팽창하여 물독이

깨지지만 간장은 0℃보다 낮은 온도에서 얼기 때문에 간장독이 깨지지

않는다. 간장의 소금 농도는 보통 18~20%이다. 간장 안에 들어있는 염

분이 모두 소금이라고 가정하면 소금의 농도가 18%인 간장의 어는점은

-14℃이고, 소금의 농도가 20%인 간장의 어는점은 -16℃이다[그림 3].

172 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고 사이트

[그림 3] 참고 사이트

http://antoine.fsu.umd.edu

/chem/senese/101/solution

s/faq/why-salt-melts-ice.s

html

참고

염화칼슘(CaCl2)

1. 염화칼슘을 에 뿌리

면 염화칼슘이 속의 수

분을 흡수하여 스스로 녹

아 어는 을 낮추므로

이 녹게 된다.

2. 20% 염화칼슘 수용액은

-20℃, 30% 염화칼슘 수

용액은 -50℃까지 얼지

않는다.

[그림 3] 소금물의 %농도에 따른 어는점

(2) 염화칼슘 1몰이 물에 녹아 이온화하여 생성되는 총 이온의 수가 3몰이

고(이온화 반응식 참조), 염화나트륨 1몰의 경우는 총 이온의 수가 2몰

이므로 염화칼슘 1몰을 빙판에 뿌리면, 염화나트륨 1.5몰을 빙판에 뿌

린 것과 같은 어는점 내림 효과가 있다. 그러므로 염화나트륨보다는 염

화칼슘을 눈 쌓인 도로에 뿌렸을 때 자동차의 미끄럼 방지 효과가 더

크다.

CaCl2 → Ca2＋＋ 2Cl－

1몰 1몰 2몰 이온의 수: 3몰

(3) 겨울철에 자동차의 냉각수로 사용하던 에틸렌글리콜 수용액의 끓는점

은 순수한 물의 끓는점보다 높다. 에틸렌글리콜 수용액은 에틸렌글리

콜 입자가 증발이 일어나는 용액 표면의 일부를 차지하여 물 분자의 증

발을 방해할 뿐 아니라, 동시에 물 분자와 에틸렌글리콜 분자 간에 인

력이 작용하여 물 분자가 증발하려는 경향을 줄이기 때문에 에틸렌글

리콜 수용액의 끓는점은 1atm에서 100℃보다 높아진다. 그러므로 더운

여름에도 끓어 넘치지 않기 때문에 자동차 엔진 냉각수로 계절에 관계

없이 사용할 수 있다.

555 참고 자료

(1) 어는점 내림(Freezing point depression)

용매의 증기압 곡선에서 고체 용매의 증기압과 액체 용매의 증기압이

만나는 지점의 온도가 용매의 어는점이다. [그림 4]와 같이 용액 중의

용매의 증기압 곡선은 순수한 용매의 증기압 곡선보다 아래쪽으로 이

동하여 순수 고체 용매의 증기압 곡선과 만나는 지점이 왼쪽으로 이동

한다. 즉, 용액의 어는점은 순수한 용매의 어는점에 비해 낮아지게 된

다.

제

6장


Tf：순수한 용매의 어는점

Tf'：용액의 어는점

[그림 4] 증기 압력 곡선과 어는점 내림

이러한 현상을 어는점 내림이라 하는데, 어는점 내림(ΔTf)은 용액의

몰랄 농도(m)에 비례하고 용질의 종류에는 관계가 없으며 다음과 같

은 관계가 성립한다.

ΔTf = T'f - Tf = - Kf ･ mKf는 1m 용액에서의 어는점 내림이며, 몰랄 내림 상수라고 부른다.

Kf도 몰랄 오름 상수(Kb)와 마찬가지로 용질의 종류에는 무관하며 용

매의 종류에 따라 달라진다.

(2) 부동액의 성분과 원리

부동액은 물과 혼합하여 자동차의 엔진 냉각수로 사용하는 물질로, 냉

각수의 어는점을 순수한 물의 어는점보다 낮추는 역할을 한다. 과거에

는 냉각수로 순수한 물만을 사용한 적도 있었으나, 최근에는 메탄올과

에틸렌글리콜이 섞인 부동액을 물과 혼합한 용액을 주로 냉각수로 사

용한다. 순수한 물을 냉각수로 사용할 수 없는 이유는 세 가지가 있다.

첫째, 어는점이 0℃ 밖에 되지 않아 추운 겨울에는 얼어서 부피가 커지

므로 엔진 파열의 위험이 있다. 둘째, 냉각기 계통의 금속을 부식시킨

다. 셋째, 높은 온도에서 증발되므로 자주 보충해 주어야 한다. 따라서

이상적인 냉각수는 낮은 온도에서도 얼지 않고, 냉각 장치를 부식시키

지 않으며, 높은 온도에서도 증발되지 않아야 한다.

에틸렌글리콜(C2H4(OH)2)이 부동액의 주성분으로 사용되는 이유는 에

틸렌글리콜 한 분자 내에 히드록시기(-OH) 두 개가 있어서 분자 간 수

소 결합을 하므로 물과 쉽게 섞이며, 분자 간의 인력이 커서 끓는점이

197℃로 높고 어는점은 -13℃로 낮기 때문이다.

그러나 물에 에틸렌글리콜만 혼합한 경우는 금속 부식이나 기포 발생의

위험이 있으므로, 다른 첨가제도 넣어야 한다. 냉각기 계통에 사용되는

금속은 구리, 놋쇠, 알루미늄, 철 등 부식되기 쉬운 금속들이다. 부식된

금속은 냉각기의 통로를 막아 냉각수가 잘 흐르지 못하게 되어 엔진이

과열될 수 있다.

참고

용질은 비휘발성 비 해질

과 비휘발성 해질의 경우

만 생각한다.

참고

에틸 리콜의 분자구조

OH OH

｜｜

H－C－C－H

｜｜

H H

174 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

부식 방지를 위해서는 환원제 인 금속(M)의 아질산염(MNO2, M(NO2)2)

과 트리에틸아민((C2H5)3N)의 혼합 용액을 사용하는데, 환원제는 금속보

다 더 쉽게 산화하므로 금속이 부식되는 것을 피할 수가 있다. 또한,

냉각수가 산성화되면 금속의 부식이 심해지므로 산화 방지제로 알칼리

용액을 넣어주기도 한다.

(3) 자동차 냉각수로 사용할 에틸렌글리콜 수용액의 농도 계산

추운 겨울에 자동차의 냉각수를 사용하기 위해서는 적어도 냉각수

가 -20℃까지는 얼지 않아야 한다. 이때 물과 에틸렌글리콜의 혼합 용

액의 %농도가 얼마나 되어야 하는지 계산해 보자.

계산을 위해서는 물의 어는점 내림 상수( Kf = 1.86K･kg･mol-1)가 필

요하다.

ΔTf = T'f － Tf = － Kf ･ m(m은 몰랄 농도)에서

20 ＝ 1.86 × m

m ＝ 20/1.86 = 10.75

몰랄농도 용질의몰수 용매의질량 이므로, 물 1kg에 녹아 있는 에

틸렌글리콜의 몰수는 10.75mol이다.

물 1kg에 녹아 있는 에틸렌글리콜의 질량은

용질의몰수 용질의질량 용질의분자량 에틸렌글리콜(C2H4(OH)2)의 분자량 = 62

, x= 666.7(g)

물 1000g에 666.7g의 에틸렌글리콜이 녹아있는 용액의 %농도는,

×100 ＝ 40(%)

즉, 물과 에틸렌글리콜의 혼합용액의 농도는 최소 40%는 되어야 -20℃

까지 얼지 않으므로 겨울철 자동차 엔진의 냉각수로 사용될 수 있다.

제

7장


활동 1. 전자는 핵 주변을 돌고 있고 특정 전자껍질에 존재한다는 오개념을 고려하여 1s 오비탈과

2s 오비탈에서 거리에 따른 전자를 발견할 확률 그래프에 대한 2가지 견해를 제시하였다. 학생들이 그래프를 차이를 분석하여 그 의미를 해석할 수 있도록 하였다. 또한 망간의 에

너지 준위에 따른 전자배치 자료를 주어 학생들이 주양자수와 오비탈에 따라 에너지 준위

를 자료를 통해 추리할 수 있도록 한 경험 귀추적 자료 해석 형태의 탐구 수업 활동이다.

활동 2. 학생 스스로 주기율표를 만들어 족과 주기에 따른 규칙성을 찾도록 하기 위해서 원자번호

1번부터 20번까지 원소의 물리적 특성 및 성질을 나타낸 자료를 보고 조별로 원소 카드를

만들도록 한다. 원소카드를 1번부터 20번까지 제시된 순서로 책상위에 배열하여 세로줄과

가로줄의 규칙성을 찾도록 한 자료 해석 형태의 탐구 수업 활동이다.

활동 3. 주변 화학 물질들이 나타내는 물리적 특성에 따라 이온 결정, 공유 결정, 분자 결정으로 물

질을 분류하고, 분류한 이유를 다양하게 추리할 수 있도록 하였다. 몇 가지 화학 물질의 수

용액에서 전기 전도성, 녹는점, 끓는점, 물에 대한 용해성과 같은 물리적 특성이 들어 있는

자료를 해석하여 각 결정의 특징을 추리할 수 있도록 한 자료 해석 형태의 탐구 수업 활동

이다.활동 4. 공유 결합으로 이루어진 물질들이 가지는 분자와 분자 사이의 힘의 종류를 분류하고, 분자

와 분자 사이의 힘이 생기는 이유를 다양하게 추리할 수 있도록 하였다. 극성 물질과 무극

성 물질의 분자량과 끓는점이 들어 있는 자료를 해석하여 분자량에 따른 끓는점의 경향성

을 알아보도록 한 자료 해석 형태의 탐구 수업 활동이다.

물질의 구조제777장

과학 수업 지도자료 안내

1. 과학 수업 지도자료 목록

제 목 분 류[성격/장소] 기 타

관련 오갠념

(2장 참고)

7장.

물질의 구조

활동 1 오비탈이란? 자료 해석/교실 교과서 탐구 유형 1, 2

활동 2 원소들을 어떻게 분류하는 것이 좋을까? 자료 해석/교실 교과서 탐구 ･활동 3 물질의 특성에 따른 화학 결합 분류 자료 해석/교실 교과서 탐구 유형 3, 4

활동 4 분자간 힘의 종류 자료 해석/교실 교과서 탐구 ･유형 3, 4

2. 선정 이유

176 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

ꊝꊦ년교과서 탐구

학생용[물질의 구조]

오비탈이란?12학년

주의점



발산적 사고

어떤 방법으로 전자의 존재를 나타낼 수 있을까?

학습 목표

∙ 전자를 발견할 확률에 한 그래프를 보고 그 의미를 해석할 수 있다.

∙ 중성 원자의 바닥상태 전자 배치의 원리를 추리할 수 있다.

∙ 주양자수와 오비탈에 따른 에너지 준위 순서를 추리할 수 있다.

과정


※ [자료1] 그래프 (가),(나)는 1s 오비탈에서 전자를 발견할 확률에 한 2가

지 견해를 나타낸 것이다.

[자료1] 1s 오비탈에서 전자 발견 확률 그래프

① (가) 그래프에서 찾을 수 있는 의미를 모두 적어보자.

㉠

㉡

㉢

② (나) 그래프에서 찾을 수 있는 의미를 모두 적어보자.

㉠

㉡

㉢

③ (가)와 (나)의 1s 오비탈 그래프의 차이점을 적어보자.

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

제

7장


에

너

지

준

위

5d 5d 5d 5d 5d4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f

6s5p 5p 5p

4d 4d 4d 4d 4d5s

4p 4p 4p ∙ ∙ ∙ ∙ ∙

∙∙3d 3d 3d 3d 3d

4s∙∙ ∙∙ ∙∙

∙∙ 3p 3p 3p

3s ∙∙ ∙∙ ∙∙∙∙ 2p 2p 2p

2s

∙∙1s

[자료3] 망간(Mn)의 전자배치

※ [자료2] 그래프 (가), (나)는 2s 오비탈에서 전자를 발견할 확률에 한 2가

지 견해를 나타낸 것이다.

[자료2] 2s 오비탈에서 전자를 발견할 확률 그래프

④ (가) 그래프에서 찾을 수 있는 의미를 모두 적어보자.

㉠

㉡

㉢

⑤ (나) 그래프에서 찾을 수 있는 의미를 모두 적어보자.

㉠

㉡

㉢

⑥ (가)와 (나)의 2s 오비탈 그래프의 차이점을 적어보자.

※ [자료3] 그래프는 원자번호 25번인 망간(Mn)의 에너지 준위에 따른 전자

배치를 점(∙)으로 나타낸 것이다.

발산적사고

178 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

① [자료3]에서 주양자수가 1에서 3으로 커질수록 에너지 준위의 크기가 어떻

게 되는지 적어보자.

② [자료3]에서 주양자수가 4에서 5으로 커질수록 에너지 준위의 크기가 어떻

게 되는지 적어보자.

③ 같은 주양자수에서 s, p, d 오비탈의 에너지 준위가 어떤 순서로 되는지

적어보자.

∙ 주양자수 n=1인 경우：




④ [자료3]으로부터 1s오비탈부터 4p오비탈까지 오비탈의 에너지 준위 순서

를 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 차례로 적어보자.

⑤ [자료3]을 해석하여 전자가 어떤 규칙성을 가지고 배치되는지 구체적으로

적어보자.

㉠

㉡

㉢


① 오비탈：원자핵 주위에 전자가 발견될 수 있는 확률의 분포. 궤도함수

라고 함

<오비탈의 종류와 모양>

･ S 오비탈：구형으로 전자가 존재할 확률은 핵으로부터 거리에만

의존하므로 ( )이 없음

･ P 오비탈：아령모양으로 Px, Py, Pz 3종류의 오비탈이 존재

전자가 존재할 확률은 ( )와 ( )에 의존

② 오비탈의 표현

← 전자의 수← 오비탈의 종류← 오비탈의 방향

↖ 주양자수(전자껍질)

③ 수소 원자와 다전자 에너지 준위

∙ 수소 원자：( )

∙ 다전자 에너지 준위：( )

제

7장



※ 다음의 읽기자료를 읽고 물음에 답하시오.

[제시문(가)]

20세기 들어와 처음 10년 사이에 물리학의 혁명과 이때 도입된 양자

역학은 화학에도 결정적으로 중요한 영향을 주었다. 화학은 원자를 구성하

는 입자, 특히 전자의 성질과 밀접한 관계를 가지는데, 이 전자의 성질을

나타내는 데는 양자역학이 필수적이다. 양자역학의 특징 중 하나는 에너지

가 양자화되어 특정한 불연속적인 값으로 한정되어 있다는 것이다. 이들

허용 에너지들을 에너지 준위라고 한다. 원자에 있는 전자의 에너지 준위

도 양자화 되어 있다. 에너지 준위를 주양자수 n으로 나타내는데 n은 양의

정수이다. 가장 낮은 에너지 준위일 때는 n=1일 때고 n값이 커질수록 에너

지는 증가한다. 에너지를 흡수한 전자는 높은 에너지 준위로 올라갈 수 있

지만 불안정하기 때문에 전자는 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로

떨어진다. 이때 두 에너지 준위의 에너지 차이만큼 에너지를 방출하고 방

출하는 에너지는 빛의 파장에 따라 가시광선, 자외선, 적외선으로 나타난

다. 반 로 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 올라갈 때는 그 차

이만큼 에너지를 흡수해야 한다.

[제시문(나)]

어떤 순간에 전자가 존재하고 있는 곳을 정확하게 예측하는 것이 불가

능하다는 것을 하이젠베르크의 ‘불확정성의 원리’라고 한다. 이 원리에 의

하면 어떤 물체의 운동량과 위치를 동시에 아는 것은 불가능하다. 우리가

야구공을 던질 때 이런 점을 깨닫지 못하는 이유는 큰 물체에 해서는 이

런 제한이 무시될 수 있을 정도로 작기 때문이다.

[제시문(다)]

전자가 핵 주위의 공간에서 존재하는 확률은 궤도함수(orbital)로 나타낼

수 있다. 그림은 s오비탈과 p오비탈 모양을 보여준다.

180 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

각각의 오비탈은 특정한 에너지를 가지며 주양자수 n에 의한 에너지 준

위는 다시 몇 개의 에너지 부준위로 나뉘는데 n=1일때는 s오비탈만 존재하

고 n=2일때는 s, p오비탈, n=3일때는 s, p, d오비탈, n=4일때는 s, p, d, f오

비탈이 존재한다. 한 개의 오비탈에는 전자는 최 2개까지 있을 수 있다.

전자를 2개 이상 가지는 원자의 경우 주양자수 n이 같을 때는 s오비탈(1종

류)이 가장 낮은 에너지를 갖고 그다음 p오비탈(3종류), d오비탈(5종류), f

오비탈(7종류)순이다.

① 모둠별 토의를 통해 [자료2]의 2s 오비탈을 표현한 (가), (나) 두 가지 그

래프에서 합당한 그래프를 선택하고 그 이유를 위의 제시문을 참고하여

구체적으로 적어보자.

② 3s 오비탈에서 핵으로부터 거리에 따른 전자를 발견할 확률을 나타

낸 그래프를 예측하여 아래 그래프에 그려보자.

확

률

핵으로부터 거리

③ 각각의 원자의 전자배치를 적어보자.

･ Na(원자번호 11번)：

･ Cl(원자번호 17번)：

･ Sc(원자번호 21번)：

･ Cu(원자번호 29번)：

④ 금속의 종류를 확인하는 방법 중 하나는 불꽃 반응색을 비교해 보는 것

이다. 나트륨 금속의 불꽃 반응색은 노란색이다. 나트륨 금속이 노란색의

특정 빛을 방출하는 이유를 [제시문(가)]를 참고하여 서술하여 보자.

제

7장


오비탈이란?…➸ [물질의 구조]

12학년

교과서 탐구


111 교수 목표

① 지식

∙ 오비탈의 의미와 모양을 설명할 수 있다.

∙ 원자의 전자배치의 법칙을 설명할 수 있다.

∙ 오비탈에 따른 에너지 준위의 차이를 설명할 수 있다.

② 탐구 과정

∙ 전자를 발견할 확률에 한 그래프를 보고 그 의미를 해석할 수 있다.

∙ 중성 원자의 바닥상태 전자 배치의 원리를 추리할 수 있다.

∙ 주양자수와 오비탈에 따른 에너지 준위 순서를 추리할 수 있다.




보어의 원자궤도 모형을 설명한 후 현 적 원자모형을 설명하면 학생들은

전자는 여전히 핵 주변을 돌고 있고 특정 전자껍질에 존재한다는 오개념을 가

지고 있다. 따라서 학생들이 오개념을 가지지 않도록 보어의 원자모형을 입

하지 않고 바로 오비탈 이론으로 수업을 진행한다.


이 단계에서 [자료1]과 [자료2]는 1s, 2s 오비탈에서 핵으로부터 거리에 따른

전자의 발견 확률 그래프로 핵으로부터 거리에 따른 전자의 위치를 정확히 알

수 없는 것과 전자의 위치를 알 수 있는 것 2종류를 각각 제시하여 학생들이

그래프의 의미를 찾고 차이점을 구분할 수 있도록 하였다. 이때 어떤 그래프가

옳은지는 제시하지 않는다. [자료3]에서는 망간(Mn)의 오비탈에 따른 에너지

준위 그래프를 주고 학생들이 주양자수에 따른 에너지 준위 경향성과 오비탈

에 따른 에너지 준위 경향성을 추리하도록 하였다.




생들이 직접 적어볼 수 있도록 학습지의 중간에 괄호를 넣었다. 학습지에 나와

있는 개념 외에도 교사가 필요하다고 생각하는 개념을 추가로 설명할 수 있다.

활동의 성격


지도상 유의점



다.











182 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


학생들이 탐색단계에서 자료를 보고 1s, 2s 오비탈에서 거리에 따른 확률

그래프의 의미에 해 추리했던 것을 바탕으로 제시문을 읽고 해석하여 (가),

(나) 두 가지 그래프 중 옳은 그래프를 찾고 그 이유를 논리적으로 설명하도

록 하였으며, 핵으로부터 거리에 따른 3s 오비탈의 전자의 확률 그래프를 추

리하여 그리도록 하였다.



① ㉠ 핵에서 거리에 따라 전자를 발견할 수 있는 확률이 달라진다.

㉡ 특정거리에서 전자가 가장 많이 발견된다.

㉢ 일정 거리 이상에서는 전자를 발견할 수 없다.

② ㉠ 전자가 특정위치에서만 발견될 수 있다.

㉡ 특정거리에서 확률은 0부터 다양하게 발견될 수 있다.

③ 차이점：(가)는 특정 위치에서만 발견되는 것이 아니라 다양한 위치에서

전자가 발견될 수 있지만 (나)는 특정 위치에서만 전자가 발견될 수 있다.

④ ㉠ 핵에서 거리에 따라 전자를 발견할 수 있는 확률이 달라진다.

㉡ 특정거리에서 전자가 가장 많이 발견된다.

㉢ 일정 거리 이상에서는 전자를 발견할 수 없다.

㉣ 중간에 전자가 발견되지 않는 부분이 있다.

⑤ ㉠ 전자가 특정 위치에서만 발견될 수 있다.

㉡ 특정 거리에서 확률은 0부터 다양하게 발견될 수 있다.

⑥ 차이점：(가)는 특정 위치에서만 발견되는 것이 아니라 다양한 위치에서

전자가 발견될 수 있지만 (나)는 특정 위치에서만 전자가 발견될 수 있다.

※ [자료3]

① 주양자수가 증가할수록 에너지 준위가 커진다.

② 주양자수가 4인 경우 4f는 주양자수가 5인 5s, 5p보다 에너지 준위가

크다.

③ ∙ 주양자수 n=1인 경우：1s

∙ 주양자수 n=2인 경우：2s < 2p

∙ 주양자수 n=3인 경우：3s < 3p < 3d

∙ 주양자수 n=4인 경우：4s < 4p < 4d < 4f

④ 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p

제

7장


⑤ ㉠ 오비탈 1개에 전자는 최 2개씩 들어갈 수 있다.

㉡ 에너지가 낮은 순서로 전자가 채워진다.

㉢ 오비탈에 먼저 전자가 1개씩 채워진다.


방향성, 거리, 방향성

∙ 수소 원자：1s < 2s＝2p < 3s＝3p＝3d < 4s＝4p＝4d＝4f

∙ 다전자 에너지 준위：1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d..


① ∙ 그래프(가)

이유：제시문을 보면 ‘불확정성의 원리’에 의해 전자의 위치와 운동량

을 정확히 알 수 없기 때문에 전자의 위치를 아는 것은 불가능하다. 따

라서 전자가 있을 확률만 알 수 있다. (나)그래프는 특정 거리에 전자

가 있다는 것이기 때문에 전자의 위치를 알 수 있다. 따라서 (가) 그래

프가 맞다.

②

③

∙ Na(원자번호 11번)：1s22s22p63s1

∙ Cl(원자번호 17번)：1s22s22p63s23p5

∙ Sc(원자번호 21번)：1s22s

22p

63s

23p

64s

23d

1

∙ Cu(원자번호 29번)：1s22s22p63s23p63s13d10

④ 나트륨 원자의 전자배치는 1s22s

22p

63s

1이며 열에너지를 가하면 에너지를

흡수하여 전자 1개가 높은 에너지 준위로 올라가 들뜨게 된다. 높은 에너

지 준위는 불완전하기 때문에 다시 낮은 에너지 준위로 내려오게 되는데

이때 에너지 준위의 에너지 차이만큼 빛을 방출한다. 이때 방출하는 빛은

가시광선의 노란색 빛이다.

184 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

평가시 유의점



기 에서의 ‘상’이 가장

합당한 형태의 해답을 정

하는 기 이나, 교사의 편

의를 하여 가능한 정답

을 채 기 표와 함께 제

시하 다.

참고







수도 있다.




도 있다.



1. 탐색 단계



해석




해석

단 계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

탐색단계

①④추리

(가)그래프의 의미를 3가지 이상 설명할 수 있다.

(가)그래프의 의미를 1~2가지 설명할 수 있다.

(가)그래프의 의미를 설명하지 못한다.

②⑤추리

(나)그래프의 의미를 2가지 이상 설명할 수 있다.

(나)그래프의 의미를 1가지만 설명할 수 있다.

(나)그래프의 의미를 설명하지 못한다.

③⑥자료해석

(가)와 (나)그래프에서 거리에 따라 발견될 수 있는 확률의 차이를 비교하여 설명할 수 있다.

(가)와 (나) 그래프를 비교하였지만 거리에 따라 전자의 발견 확률로 설명하지 못한다.

(가)와 (나) 그래프의 차이점을 설명하지 못한다.

[자료3]①.②자료해석

주양자수 1~3과 4~5를 구분하여 에너지 준위 순서를 바르게 설명할 수 있다.

주양자수 1~3의 에너지 준위 순서는 설명하지만 4~5에서 에너지 가 바뀐 부분을 설명하지 못한다.

주양자수 1~3과 4~5를 구분하여 에너지 준위 순서를 설명하지 못한다.

③자료 해석

주양자수 1~4에서 오비탈에 따른 에너지 준위 순서를 바르게 설명할 수 있다.

주양자수 1~4에서 오비탈에 따른 에너지 준위 순서 중 2가지만 바르게 설명한다.

주양자수 1~4에서 오비탈에 따른 에너지 준위 순서를 설명하지 못한다.

④자료 해석

주양자수와 오비탈을 합쳐 에너지 준위 순서를 바르게 설명한다.

3d와 4s의 에너지 준위 순서가 바뀐 것을 설명하지 못한다.

에너지 준위 순서를 설명하지 못한다.

⑤추리

전자의 배치되는 원리를 3가지 이상 설명한다.

전자가 배치되는 원리를 2가지만 설명한다.

전자가 배치되는 원리를 1가지만 설명한다.

개념적용단계

①자료해석

(가)를 선택하고 그 이유를 불확정성의 원리로 설명할 수 있다.

(가)를 선택하지만 그 이유를 바르게 설명하지 못한다.

(가)를 선택하지 않고 그 이유도 설명하지 못한다.

②추리

그래프를 정확히 그린다.

핵으로부터 거리에 따라 발견 확률이 다양한 것은 표현하지만 정확하게 그래프로 그리지 못한다.

거리에 따라 발견 확률이 다양하다는 것을 표현하지 못한다.

③추리

네가지 원자의 전자배치를 바르게 적을 수 있다.

네가지 원자 중 2~3가지만 바르게 적는다.

네가지 원자 중 1가지 이하로 바르게 적는다.

④자료해석

나트륨 원자가 열에너지를 받으면 들뜰수 있다는 것을 알고 에너지 차이만큼 노란색 가시광선을 방출한다는 것을 설명할 수 있다.

나트륨 원자가 노란색 가시광선의 빛을 방출한다는 것을 설명하지만 에너지 준위의 차이로 가시광선의 빛을 방출한다는 것을 설명하지 못한다.

나트륨 원자가 노란색 빛을 방출하는 이유를 설명하지 못한다.


제

7장


년

교과서 탐구학생용

[물질의 구조]

원소들을 어떻게 분류하는 것이 좋을까?12학년

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

원자번호

원소이름

원소기호

원자량원자반지름(nm)

녹는점(℃)

끓는점(℃)

상태와 성질

1 수소 H 1.0079 0.037 -259 -253 무색기체, 비금속, 잘 반응함

2 헬륨 He 4.0026 0.05 -272 -269 무색기체, 비금속, 거의반응하지 않음

3 리튬 Li 6.9410 0.152 180 1340 연한금속, 밀도작음, 반응성 큼

4 베릴륨 Be 9.0122 0.111 1285 2780Li보다 단단한 금속, 밀도작음,반응성이 Li보다 작다

5 붕소 B 10.811 0.088 2370 2550 양쪽성, 매우 단단한 고체, 반응성 작음

6 탄소 C 12.011 0.0773730(승화)

4830 부서지기 쉬운 비금속 고체, 반응성 작음

7 질소 N 14.007 0.070 -210 -196 무색기체, 비금속, 반응성 작음

8 산소 O 15.999 0.066 -218 -182 무색기체, 비금속, 반응성 큼

9플로오르

F 18.998 0.064 -223 -188 담황색기체, 비금속, 반응성 매우 큼

10 네온 Ne 20.180 0.070 -248 -246 무색기체, 비금속,거의 반응하지 않음

11 나트륨 Na 22.990 0.186 98 889 연한금속, 밀도 작음, 반응성 매우 큼

12마그네슘

Mg 24.305 0.160 649 1110Na보다 단단한 금속, 반응성이 Na보다 작다

13알루미늄

Al 26.982 0.143 660 2060 부서지기 쉬운 비금속 고체, 반응성 작음

14 규소 Si 28.086 0.117 1410 2360 부서지기 쉬운 비금속 고체, 반응성 작음

15 인 P 30.974 0.110 44 281 비금속 고체,반응성 큼

16 황 S 32.066 0.104 119 445 비금속 고체,반응성 큼

17 염소 Cl 35.453 0.099 -101 -34 황록색 기체, 비금속, 반응성 매우큼

18 아르곤 Ar 39.948 0.094 -189 -186 무색기체, 비금속, 거의 반응하지 않음

19 칼륨 K 39.098 0.186 63 757 연한 금속, 밀도 작음, 반응성 매우 큼

20 칼슘 Ca 40.078 0.160 850 1487 K보다 단단한 금속, 반응성이 K보다 작다

백화점이나 큰 서점에서 물건이나 책들을 종류별로 진열해놓은 것은 찾기 쉽게 하

기 위한 것이다. 100여 종의 원소들은 어떻게 분류하는 것이 좋을까?

학습 목표

∙ 원소카드를 이용하여 원소를 규칙적으로 배열할 수 있다.

∙ 주기율표를 이용하여 원소의 주기적 성질을 추리할 수 있다.

과정


※ [자료1] 다음은 원자번호 1번부터 20번까지 원소의 물리적 특성 및

성질을 나타낸 것이다.

[자료1] 원소들의 물리적 특성 및 성질 주의점



186 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

가설설정

발산적사고

가설설정

발산적사고

수렴적사고

① [자료1]에 제시된 원소들

(원자번호 1~20)의 특성을 나타내

는 원소카드를 조별로 오른쪽 그

림과 같이 만들어 보자.

② 20개의 원소카드를 이용하여 아래 제시된 원자번호 순으로 책상

위에 배열하여 보자.

1 2

3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16 17 18

19 20

③ ②에서 배열한 원소카드를 바탕으로 원소카드의 성질들을 비교하여 세로

줄과 가로줄의 규칙성을 찾아 3가지 이상 적어보자.

규칙성：㉠

㉡

㉢

④ ③에서 찾은 여러 가지 규칙성 중 같은 세로줄에는 어떤 규칙성이 있는

지 적어보고 규칙성이 나타나는 이유를 3가지 이상 설명해 보자.

∙ 규칙성：

∙ 규칙성이 나타나는 이유：

㉠

㉡

㉢

⑤ 모듬별 토의를 통해 가장 합당한 한가지를 선택해보자.

(㉠, ㉡, ㉢ 중 한가지 선택)

∙ 설명 및 판서

1. 원소의 분류와 주기율

① 되베라이너의 세쌍 원소: 화학적 성질이 비슷한 원소가 세 쌍씩 존재

하며, 가운데 원소의 원자량은 나머지 두 원소의 원자량의 ( )

과 비슷

예) (원자번호 3번, 11번, 19번/Li, Na, K)


제

7장


② 눌렌즈의 옥타브설：원소들의 원자량 순서로 배열하면 ( )번째마다 성

질이 비슷한 원소가 위치

③ 멘델레예프의 주기율표

㉠ 원소들을 ( )순서로 배열하면 성질이 비슷한 원소가 주기적으로

나타나는 것을 발견하고 최초의 주기율표를 작성

㉡ 발견되지 않은 원소의 존재와 성질을 예언

④ 모즐리의 주기율표：원자들을 원자량 순서가 아닌 ( ) 순으로 배열

⑤ 현 의 주기율표

㉠ 족 ･ 주기율표의 세로줄(1~18족)

･ ( )이 유사

･ 같은 족은 ( )개수 일치(예외: 전이원소)

㉡ 주기･ 주기율표의 가로줄(1~7주기)

･ 같은 주기의 원소들은 물리적인 성질과 화학적인 성질이 규칙

적으로 변함

･ 같은 주기는 ( )개수 같다.

2. 전형원소와 전이원소

① 전형원소

･ ( )족, ( )족

･ 전형 원소는 원소의 주기적 성질을 잘 나타낸다.

･ 같은 족끼리 화학적 성질이 비슷

② 전이원소

･ ( )족

･ 모두 ( )원소, 부분이 밀도 4g/㎤인 중금속

･ 족이 달라도 성질이 유사(원자가 전자 1~2개)

･ 전이 원소는 d 또는 f 오비탈에 전자가 부분적으로 채워진다.

3. 금속 원소와 비금속 원소

구분 이온의 형성 산화물의 액성 열 및 전기전도성 상온에서의 상태

금속

비금속


① 주기율표의 1족(원자번호 3, 11, 19번)과 17족(원자번호 9, 17번)에서 원

자 번호가 커질수록 나타나는 원소들의 주기적 성질(원자반지름, 끓는점,

녹는점)의 경향성을 설명하고 같은 족 원소들의 화학적 성질이 비슷한

이유를 전자배치를 이용하여 적어보자.

188 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

1족 17족

주기적

성질

･ 원자반자름：

･ 끓는점：

･ 녹는점：

･ 원자반자름：

･ 끓는점：

･ 녹는점：

전자배치

･ Li：

･ Na：

･ K：

･ F：

･ Cl：

∙ 화학적 성질이 비슷한 이유：

② [표1]은 주기율표에서 여러가지 원소들의 녹는점, 끓는점, 밀도 등의 물리

적 성질을 나타낸 것이다. Tc는 자연계에는 존재하지 않기 때문에 원자

핵 반응을 시켜 인공적으로 만든다.

[표 1] 여러 가지 원소들의 물리적 성질

족

주기6 7 8

4

Cr

녹는점：1900℃

끓는점：2642℃

밀도：7.14g/cm3

Mn

녹는점：1244℃

끓는점：2095℃

밀도：7.21g/cm3

Fe

녹는점：1535℃

끓는점：3000℃

밀도：7.86g/cm3

5

Mo

녹는점：2622℃

끓는점：4825℃

밀도：10.28g/cm3

Tc

Ru

녹는점：2450℃

끓는점：4150℃

밀도：12.45g/cm3

6

W

녹는점：3410℃

끓는점：5900℃

밀도：18.70g/cm3

Re

녹는점：3180℃

끓는점：5627℃

밀도：21.02g/cm3

Os

녹는점：2700℃

끓는점：5500℃

밀도：22.61g/cm3

[표1]를 보고 Tc의 녹는점, 끓는점, 밀도 등을 략 예상하여 적어보고, 그

렇게 생각한 이유를 구체적으로 적어보자.

제

7장


예상 그렇게 생각한 이유

녹는점

끓는점

밀도

190 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

원소들을 어떻게 분류하는 것이 좋을까?…➸ [물질의 구조]

12학년

교과서 탐구


활동의 성격


지도상 유의점



다.











111 교수 목표

① 지식

∙ 주기율표에서 원소의 주기적 성질을 설명할 수 있다.

∙ 원소의 주기적 성질이 나타나는 이유를 설명할 수 있다.

② 탐구 과정

∙ 원소카드를 이용하여 원소를 규칙적으로 배열할 수 있다.

∙ 주기율표를 이용하여 원소의 주기적 성질을 추리할 수 있다.

③ 태도

∙ 주기율표가 만들어진 과학사적 과정을 통하여 원소를 분류하는 방법에

도 여러 시행착오를 거쳤다는 것을 알고 원소를 분류하는 방법에 해

흥미를 느낀다.


이 자료는 자료해석을 활용한 교실 수업용 탐구 수업 지도 자료로서 탐색 단

계, 용어 도입 단계, 개념 적용 단계로 구성되어 있다.


이 단계에서 교사는 원자번호 1~20번의 특성이 나와 있는 [자료1]을 제시하

고 학생들은 주어진 자료를 이용하여 20개의 원소카드를 만든다. 20개의 원소

카드를 원자번호순으로 배열하여 규칙성을 3가지 이상 찾고 이 때 그렇게 생각

한 이유를 적도록 하여 학생들의 발산적이고 창의적인 사고를 자극한다. 교사

는 미리 만들어진 원소카드를 배부하여 학생들이 규칙성을 찾고 그 이유를 생

각하는데 시간을 줄 수도 있다. 학생들이 제시된 현 의 주기율표에서 규칙성

을 배우는 것보다 직접 주기율표를 만들고 이를 보면서 규칙성을 스스로 찾는

것이 사고력을 자극할 수 있다.




생들이 직접 적어볼 수 있도록 학습지의 중간에 괄호를 넣었다. 학습지에 나와

있는 개념 외에도 교사가 필요하다고 생각하는 개념을 추가로 설명할 수 있다.

제

7장



이 단계에서는 구체적으로 같은 족에서 화학적 성질이 비슷한 이유와 원자

번호 43번인 Tc의 주위에 위치하는 원소들의 녹는점, 끓는점, 밀도의 물리적

성질을 제시하고 Tc의 녹는점, 끓는점, 밀도를 예측하도록 하였다.

자료해석 안내

① 원소카드를 만들 때 두꺼운 종이와 굵은 펜을 미리 준비해 오도록 한다.

② 교사가 A4용지 1장을 4개로 잘라 학생들에게 20장 나누어 준다.

③ 교사용은 코팅을 해서 뒤에 자석을 고정시켜 칠판에 붙여 설명하면 좋다.



③ 규칙성

㉠ 가로줄에서 원자번호가 커질수록 원자반지름이 작아진다.

㉡ 세로줄에서는 원자번호가 커질수록 원자반지름이 커진다.

㉢ 같은 세로줄은 화학적 성질이 비슷하다.

④ 규칙성：같은 세로줄은 화학적 성질이 같다.

규칙성이 나타나는 이유:

㉠ 같은 금속이나 비금속의 성질을 가지고 있기 때문에

㉡ 최외각 전자수가 같기 때문에

㉢ 8번째 원소마다 화학적 성질이 비슷하기 때문에

⑤ 같은 세로줄은 최외각 전자수가 같기 때문에


평균값, 8, 원자량, 원자번호, 화학적성질, 최외각전자수, 전자껍질수,

1-2족, 13족-18족, 3족-12족, 금속

구분 이온의 형성산화물의

액성

열 및

전기전도성상온에서의 상태

금속 양이온 염기성 있음 고체(단 수은은 액체)

비금속 음이온 산성 없음 기체, 고체(단 브롬은 액체)

192 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

평가시 유의점

1. 수행평가에서는 기존의

평가에서 이용하는 정답

과 정답표 신에 채 기

을 활용한다. 채 기

에서의 ‘상’이 가장 합당

한 형태의 해답을 정하는

기 이나, 교사의 편의를



다.

참고







수도 있다.




도 있다.



1. 탐색 단계



해석




해석

단계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

탐색

단계

③

자료

해석

3가지 모두 옳게 서

술한 경우

세가지 중 두가지를

옳게 서술한 경우

세가지 중 한가지만

옳게 서술한 경우

④

추리

규칙성을 찾아내고

그 이유로 서술한 3가지가 모두 주기율

표의 경향성과 잘 맞

는 경우

규칙성을 찾아내고 그

이유로 서술한 3가지

가 중 2가지가 주기율

표의 경향성과 잘 맞

는 경우

규칙성을 찾아내지 못

하고 그 이유도 서술

하지 못한 경우

⑤

추리

최외각 전자수가 같

이 때문이라고 한 경

우

주기율표의 규칙적인

성질로 서술한 경우

주기율표의 규칙적 성

질로 서술하지 못한

경우

개념

적용

단계

①

추리

주기적 성질과 전자

배치를 모두 옳게 서

술하고 전자배치를

통하여 최외각 전자

수 때문이라고 서술

한 경우


배치를 모두 옳게 서

술하였지만 그 이유

를 옳게 서술하지 못

한 경우


배치를 옳게 서술하

지 못한 경우

②

추리

자료

해석

녹는점, 끓는점, 밀도

를 모두 예상하고 그

이유를 바르게 서술

한 경우


를 바르게 예상하였

지만 그 이유를 서술

하지 못한 경우


를 바르게 예상하지

못한 경우


① 1족 17족

주기적 성질

･ 원자반자름：Li < Na < K

･ 끓는점：Li > Na > K

･ 녹는점：Li > Na > K

원자반자름：F < Cl

･ 끓는점：F > Cl

･ 녹는점：F > Cl

전자배치

･ Li：1s22s

1

･ Na：1s22s22p63s1

･ K：1s22s22p63s23p64s1

･ F：1s22s22p5

･ Cl：1s22s

22p

63s

23p

5

∙ 화학적 성질이 비슷한 이유: 전자배치에서 같은 족은 최외각 전 자수가

같기 때문에

② 예상 그렇게 생각한 이유

녹는점 2212℃ 4족과 6족의 원소의 물리적 성질의 평균값과 비슷

끓는점 3861℃ 4족과 6족의 원소의 물리적 성질의 평균값과 비슷

밀도 14.115g/㎝3

4족과 6족의 원소의 물리적 성질의 평균값과 비슷


제

7장




물질의 특성에 따른 화학 결합 분류12학년

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

현재까지 알려진 원소는 약 100여종이지만 우리 주변에 존재하는 화학물질의 종류

는 헤아릴 수 없을 만큼 많다. 원소의 종류에 비해 물질의 종류가 다양한 이유는 무

엇일까?

학습 목표

∙ 자료를 해석하여 물질의 화학 결합(이온 결합, 공유 결합)에 따른 물리적

특성의 차이를 설명할 수 있다.

∙ 자료를 해석하여 분자 결정, 공유 결정 물질의 차이점을 설명할 수 있다.

과정


※ 다음은 몇 가지 화학 물질의 물리적 특성을 나타낸 표이다.

[자료 1] 물질의 물리적 특성

변인

화학물질

수용액에서

전기전도성

녹는점

(℃)

끓는점

(℃)

물에 대한

용해성

A 요오드화칼륨 KI ○ 784 1100 잘 녹음

B 사염화탄소 CCl4 X -23 77 녹지 않음

C 설탕 C12H22O11 X 190 - 잘 녹음

D 드라이아이스 CO2 X -78.5 - 녹지 않음

E플루오르화

마그네슘MgF2 ○ 1261 2239 잘 녹음

F 메탄 CH4 X -182 -164 녹지 않음

G 염화나트륨 NaCl ○ 801 1413 잘 녹음

① 수용액에서 전기 전도성 자료로 부터 A, E, G는 이온 결합 물질로 나머

지 B, C, D, F 는 공유 결합 물질로 분류할 수 있다. 이렇게 분류할 수

있는 이유를 적어보자.

활동의 성격


194 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

가설설정

발산적사고

수렴적사고

다이아몬드결정

물 질 전기전도성 녹는점(℃) 끓는점(℃)

A다이아몬드(C) × 3500 4200

수정(SiO2) × 1700 2230

B메탄(CH4) × -182 -164

사염화탄소(CCl4) × -23 77

② 물에 한 용해성 자료로부터 이온 결합 물질과 공유 결합 물질의 차이

점을 비교하여 설명해보자.

③ 녹는점, 끓는점 자료로부터 이온 결합 물질과 공유 결합 물질의 차이점

을 비교하여 설명해보자.

④ [자료1]을 참고하여 이온 결합 물질과 공유 결합 물질로 분류하는 기준

을 세 가지 이상 적어보자.

㉠

㉡

㉢

⑤ 모둠별 토의 후 이온 결합 물질과 공유 결합 물질로 분류하는 가장 합

당한 기준을 종합해 적어보자.

※ 다음은 물질의 물리적 특성에 따라 A와 B그룹으로 분류하여 나타낸

표이다.


제

7장


･ 설명 및 판서

구분 이온 결정 분자 결정 공유 결정

결정의

구성단위( ) 분자 원자

결합 이온결합, ( )결합 ( )

굳기단단하지만

부스러지기 쉬움아주 무름 단단함

녹는점 ( ) 낮음 ( )

전기전도성고체 액체 고체 액체 고체 액체

물에 한

용해성잘 녹음

극성 분자는 잘

녹으나 무극성

분자는 잘 녹지

않음

( )

예

⑥ [자료2]에 제시된 A그룹은 공유 결정 물질로 B그룹은 분자 결정 물질로

분류한다. A그룹과 B그룹 물질들의 공통점을 적어보자.

⑦ 녹는점, 끓는점 자료로부터 두 물질을 비교해 차이점을 적고, 이유를 설

명해보자.

(2) 개념을 익혀봅시다.

196 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

물질

물리적특성

염화나트륨

NaCl

요오드

I2

나프탈렌

C10H8

석영

SiO2

녹는점(℃) 801 114 81 2145

냄새 없다약한

소독약냄새좀약냄새 없다

약하게 가열했을

때변화 없다

쉽게 승화

보라색 기체

발생

쉽게 승화 변화 없다

고체 상태에서

전기전도성없다 없다 없다 없다

수용액에서

전기전도성있다 없다 없다 없다

물에 한

용해성잘 녹는다 약간 녹는다 녹지 않는다 녹지 않는다


※ 다음은 몇 가지 물질의 물리적 특성을 나타낸 표이다.


① 화학 결합에 따라 결정 물질을 분류해 보자.

이온 결정 분자 결정 공유 결정

② ①과 같이 물질들을 분류한 이유를 세 가지 이상 설명해 보자.

㉠

㉡

㉢

③ 모둠별 토의를 통하여 이온 결정, 분자 결정, 공유 결정의 특징을 정리

하여 적어보자.

제

7장


물질의 특성에 따른 화학결합 분류…➸ [물질의 구조]

12학년

교과서 탐구


111 교수 목표

① 지식

∙ 물리적 특성에 따라 화학결합의 차이를 설명할 수 있다.

∙ 이온결정, 분자결정, 공유결정의 차이점을 설명할 수 있다.

② 탐구 과정

∙ 주어진 자료를 해석하여 결정 물질을 분류할 수 있다.

③ 태도

∙ 실생활에서 화학 물질들이 어떻게 결합되어 있는지 관심을 갖는다.





이 단계에서 교사는 학생들에게 몇 가지 화학 물질의 물리적 특성

(용해성, 녹는점, 끓는점, 전기 전도성)이 다른 자료를 제시한다. 학생들은 주

어진 자료를 분석, 토의하여 질문에 한 답을 한다. 이 때 그렇게 생각한 이

유를 세 가지 이상 적도록 하여 학생들의 발산적이고 창의적인 사고를 자극하

고, 세 가지 이유 중 가장 합당한 한 가지를 선택하도록 하여 수렴적이고 비판

적인 사고력을 신장시킬 수 있다. 학생들은 전기 전도성 자료를 비교하여 이

온 결합 물질과 공유 결합 물질로 분류하고, 화학 결합에 따른 물리적 특성의

차이를 설명 하여 보도록 유도한다. 물에 한 용해성자료와 녹는점, 끓는점자

료로 부터 이온 결합 물질과 공유 결합 물질의 차이점을 생각하고, 이유를 설

명하여 보도록 한다.



하면서 용어를 도입하고 개념을 정리한다. 학습지에 나와 있는 개념 외에도 교

사가 필요하다고 생각하는 개념을 추가로 설명할 수 있다.


교사는 학생들이 용어 도입 단계에서 배운 개념을 개념 적용 단계를 통해

정교화 할 수 있도록 한다.

지도상 유의점



다.











198 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)



① 이온 결합 물질인 A, E, G는 고체에서는 전도성이 없으나 수용액에서

이온화하여 전류가 흐를 수 있다. 나머지 B, C, D, F는 공유 결합에 의

해 전자쌍이 움직일 수 없어 수용액에서 전도성이 없다. (A, E, G는 금

속원소와 비금속 원소가 결합을 형성하여 금속 원소에서 비금속 원소로

전자가 이동한다. 이때 금속 원소는 양이온이 비금속 원소는 음이온이

형성되어 물에 녹으면 이온이 해리되어 자유로이 이동할 수 있어 전류

가 흐른다. 나머지 B, C, D, F는 비금속과 비금속이 결합해 두 원자들이

전자쌍을 공유함으로써 공유 결합을 형성하므로 전류가 흐르지 않는다.)

② 이온 결합 물질들은 모두 물에 잘 녹고, 공유 결합 물질들은 부분 물

에 잘 녹지 않으나 설탕은 물에 잘 녹는다. (공유 결합 물질들 중에서도

극성 물질들은 물에 잘 녹는다.)

③ 이온 결합 물질들은 양이온과 음이온이 단단하게 결합되어 있으며 한

이온이 여러 개의 이온들과 결합되어 있어 용융시키거나 기화시키려면

많은 이온 결합을 끊어 주어야 하므로 녹는점과 끓는점이 높다. 공유 결

합 물질들은 분자와 분자사이의 약한 인력으로 녹는점과 끓는점이 비교

적 낮다.

④ ㉠ 녹는점이 높아 물질이 단단하면 이온 결합 물질이다.

㉡ 끓는점이 낮아 분자사이의 인력이 작으면 공유 결합 물질이다.

㉢ 수용액에서 전기전도성이 있으면 이온 결합 물질이다.

⑤ 끓는점, 녹는점이 높고, 전기전도성이 고체에서 없다가 수용액에서 생기

면 이온 결합 물질로, 끓는점 녹는점이 비교적 높지 않고 전기 전도성이

없으면 공유 결합 물질로 분류한다.

⑥ A, B그룹 물질들 모두 비금속 원소들의 공유 결합으로 자유전자를 가

지고 있지 않아 전기 전도성이 없다.

⑦ A그룹은 모든 전자들이 공유 결합에 의해 그물구조를 이루며 단단하게

결합되어 끓는점 녹는점이 높으나 B 그룹은 분자 내 결합은 공유결합이

지만 분자 사이의 결합이 약하므로 녹는점과 끓는점이 낮다.

제

7장


이온 결정 분자 결정 공유 결정

염화나트륨 요오드, 나프탈렌 석영


구분 이온결정 분자결정 공유결정

결정의

구성단위(양이온과 이온) 분자 원자

결합력 이온결합 (공유)결합 (공유결합)

굳기단단하지만

부스러지기 쉬움아주 무름 단단함

녹는점 (높음) 낮음 ( 높음 )

전기

전도성

고체 액체 고체 액체 고체 액체

× ○ × × × ×

물에 한

용해성부분 잘 녹음

극성분자는 잘

녹으나 무극성

분자는 잘 녹지

않음

( 잘 녹지 않음 )

예 KI, NaCl 설탕, 메탄 다이아몬드. 수정


①

② ㉠ 염화나트륨은 물에 잘 녹으며 녹는점이 높고 수용액에서의 전기

전도성이 있으므로 이온 결정으로 분류한다.

㉡ 요오드는 녹는점이 낮고 승화성이 있으며 전기 전도성이 없으므로

분자 결정으로 분류한다.

㉢ 나프탈렌은 녹는점이 낮고 승화성이 있으며 전기 전도성이 없기 때

문에 분자 결정으로 분류한다.

㉣ 석영은 녹는점이 높고 전기 전도성이 없으므로 공유 결정으로 분류

한다.

③ 이온 결정 물질은 물에 부분 잘 녹으며 녹는점, 끓는점이 높고, 수용

액에서 전기 전도성이 있다.

분자 결정 물질은 극성 분자인 경우 물에 녹으며, 녹는점, 끓는점이 낮

고 전기 전도성이 없다.

공유 결정 물질은 녹는점, 끓는점이 아주 높고 전기 전도성이 없다. 흑

연은 예외적으로 전기 전도성이 있는 공유 결정이다.

200 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

평가시 유의점

-정답과 정답표 신에 채







하 다.

참고

-제시된 채 기 은 상,






수도 있다.

-문항의 배 은 교사의 재



도 있다.

-활동지에 포함된 탐구 과


1. 탐색 단계



해석


기 탐구 과정: 분류,

추리


해석

단 계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

탐색

단계

①, ②,

③

자료

해석

추리

자료를 보고 전기

전도성, 물에 한

용해성, 녹는점, 끓

는점 차이를 알고

이유를 바르게 설

명한다.




는점 차이는 알고

있으나 이유를 설

명하지 못한다.




는점 차이와 이유

를 설명하지 못한

다.

④ , ⑤

추리

이온결합물질과 공

유결합물질을 바르

게 분류하고 분류

기준을 바르게 서

술한다.



게 분류하나 그 기

준을 종합해 설명

하지 못한다.



게 분류하지 못하

고 기준도 바르게

종합하지 못한다.

⑥ , ⑦

자료

해석

추리

공유결정물질과 분

자결정 물질의 공

통점과 차이점을

알고 이유를 설명

한다.



통점과 차이점은

알지만 이유를 설

명한지 못한다.



통점과 차이점은

모르고 이유도 설

명한지 못한다.

개념

적용

단계

①

분류

이온결정, 분자결

정, 공유결정을 바

르게 분류한다.

이온결정은 찾으나

분자결정과 공유결

정을 분류하지 못

한다.

이온결정, 분자결

정, 공유결정을 모

두 분류하지 못한

다.

② , ③

자료

해석

추리

결정물질을 분류한

이유와 각 결정의

특징을 바르게 서

술한다.


이유는 바르게 서

술하나 각 결정의




이유와 각 결정의




제

7장




분자간 힘의 종류12학년

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

주변의 물질들이 고체, 액체, 기체의 다양한 상태로 존재하는 이유는 무엇일까?

학습 목표

∙ 물질의 물리적 특성에 한 자료를 해석하여 분자간 힘의 종류를 추리

할 수 있다.

과정


※ 다음 A에서 D그룹은 분자량이 비슷한 물질의 끓는점을 나타낸 표이다.

[자료 1] 물질의 분자량과 끓는점

그룹극성 물질 무극성 물질

물질 분자량 끓는점(℃) 물질 분자량 끓는점(℃)

A CO 28.0 -192 N2 28.0 -196

B PH3 34.0 -88 SiH4 32.0 -112

C AsH3 78.0 -62 GeH4 77.0 -90

D ICl 162 97 Br2 160 59

① 분자량이 비슷한 A, B, C, D 그룹 내에서 끓는점이 높은 것은 어느 물질

인지 적어보자.

A , B , C , D

② ①의 4가지 물질의 공통점을 적고, 끓는점이 높은 이유를 적어보자.

공통점:

이유:

③ 극성 물질(무극성 물질) 끼리 비교할 때 분자량이 커질수록 끓는점이 높

아진다. 끓는점이 높아지는 이유를 적어보자.

활동의 성격


202 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

가설설정

※ 14족 , 15족, 16족, 17족 수소 화합물들의 끓는점 변화를 나타낸 것이다.

[자료 2] 14족 , 15족, 16족, 17족의

수소 화합물의 주기에 따른 끓는점

④ 14족 수소 화합물들의 그래프를 보면 2주기에서 5주기로 갈수록 끓는점

이 높아진다. 그 이유를 설명해보자.

⑤ 15족, 16족, 17족 수소 화합물 중에서 14족과 비슷하게 끓는점이 높아지

는 주기는 몇 주기부터 몇 주기인지 찾아 적어보자.

⑥ [자료 2]의 15족, 16족, 17족 수소 화합물 중에서 일반적인 끓는점의 경향

성에서 벗어나는 주기는 어느 주기인지 찾아 적고, 그 주기에 속하는 분

자들은 무엇인지 적어보자.

⑦ ⑥에서 찾은 분자들의 수소와 결합한 원소들은 무엇인가 적어보자.

제

7장


･ 설명 및 판서

물질 녹는점 (℃) 끓는점 (℃) 분자량 상온에서의 상태

F2 -217.9 -188.0 37.8

Cl2 -100.9 -34.1 71.0

Br2 -7.9 58.8 159.8

I2 113.6 184.4 253.8

(2) 개념을 익혀봅시다.


※ 다음은 할로겐 분자들에 한 물리적 특성을 조사하여 나타낸 표이다.

[자료 4] 할로겐의 물리적 특성

204 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

물질 끓는점 (℃) 분자량

HF 20 20.0

HCl -85 36.5

HBr -67 80.9

HI -35 127.9

① 위 표에 상온(25℃)에서 할로겐의 상태를 적어보자.

② [자료4]의 F2에서 I2 로 갈수록 녹는점, 끓는점, 분자량의 경향성을 적어보자.

㉠

㉡

㉢

③ ②와 같은 경향성이 나타나는 이유를 적어보자.

㉠

㉡

㉢

④ 각 할로겐 분자와 분자 사이의 힘의 종류는 무엇인지 적어보자.

※ 다음은 할로겐화수소 화합물에 한 물리적 특성을 조사하여 나타낸 표이다.

[자료 5] 할로겐화수소 화합물의 물리적 특성

⑤ HF를 제외하면 끓는점과 분자량이 [자료4]와 같은 경향성을 보인다. HF

가 경향성에서 벗어나는 이유를 적어보자.

⑥ HCl, HBr, HI의 각 분자와 분자사이의 힘의 종류는 무엇인지 적어보자.

제

7장


분자간 힘의 종류…➸ [물질의 구조]

12학년

교과서 탐구


111 교수 목표

① 지식

∙ 극성 물질과 무극성 물질의 끓는점 차이를 설명할 수 있다.

∙ 무극성 물질의 분자량에 따른 끓는점 경향을 설명할 수 있다.

∙ 분산력, 쌍극자-쌍극자 힘, 수소결합의 분자간의 힘의 종류를 설명할 수 있다.

② 탐구 과정

∙ 주어진 자료를 해석하여 분자간 힘의 종류를 추리할 수 있다.

③ 태도

∙ 주변에서 볼 수 있는 화학물질들의 특성을 알고 이를 바르게 이용할 수 있다.





이 단계에서 교사는 학생들에게 몇 가지 화학 물질의 물리적 특성 (분자

량, 끓는점)이 다른 자료를 제시한다.

학생들은 주어진 자료를 분석, 토의하여 질문에 한 답을 한다. 이 때 그렇

게 생각한 이유를 세 가지 이상 적도록 하여 학생들의 발산적이고 창의적인

사고를 자극하고, 세 가지 이유 중 가장 합당한 한 가지를 선택하도록 하여

수렴적이고 비판적인 사고력을 신장시킬 수 있다. 학생들은 분자량이 비슷

한 극성 물질과 무극성 물질의 끓는점을 비교하여 극성 물질의 끓는점이 높

음을 찾고 그 이유를 설명해보도록 유도한다. 같은 극성 물질(무극성 물질)

중에서도 분자량이 커질수록 끓는점이 높아지는 것을 찾고 그 이유를 설명

해보도록 유도한다. 14족, 15족, 16족, 17족 수소 화합물들의 주기에 따른

끓는점 그래프를 분석하여 분자량이 커질수록 끓는점이 증가하는 경향성에

서 벗어나는 분자를 찾아보도록 한다.



하면서 용어를 도입(쌍극자-쌍극자 힘, 유도쌍극자, 분산력, 수소 결합)하고 개

념을 정리한다.

지도상 유의점



다.











206 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


교사는 학생들이 용어 도입 단계에서 배운 개념을 개념 적용 단계를 통하

여 정교화 할 수 있도록 한다.



① A：CO, B：PH3, C：AsH3, D：ICl

② 공통점：극성 물질이다.

이유：분자량은 비슷하지만 무극성 물질보다 극성 물질의 분자와 분자

사이의 힘이 크기 때문에 끓는점이 높다.

③ 분자량이 커질수록 표면적이 커지고 끓는점도 높아진다.

④ 경향성：14족 수소 화합물의 경우 주기가 커질수록 분자량이 커진다.

이유 : 주기가 커질수록 분자량이 커짐에 따라 물질의 표면적이 넓어지

고 분자 간힘이 커져 끓는점이 높아진다.

⑤ 15족, 16족, 17족의 3, 4, 5 주기의 수소화합물들은 14족의 경향과 비슷

하게 주기가 커질수록 끓는점이 높아진다.

⑥ 15족 2주기 NH3, 16족 2주기 H2O, 17족 2주기 HF

⑦ N, O, F


★ 분자간의 힘：공유 결합 분자들 사이의 잡아당기는 힘

예：분산력 (런던힘), 쌍극자-쌍극자 힘, 수소결합

① 유도 쌍극자-유도 쌍극자 힘：무극성 분자사이의 힘

분산력 (런던 힘) - 분자량이 클수록 끓는점이 높아진다.

<참고 2> 무극성 분자라도 분자 내의 전자들이 한 곳에 정지되어 있지 않

고 계속 음직이기 때문에 순간적으로 약한 쌍극자가 생긴다. 이를 유도

쌍극자라고 하며, 유도 쌍극자 사이의 힘은 분자가 크고 전자가 많을수

록 커지므로 무극성 분자에서 분자량이 클수록 끓는점이 높아진다. 유

도 쌍극자와 유도 쌍극자 사이의 힘이 분산력이다.

② 쌍극자-쌍극자 힘 : 극성분자사이의 힘

<참고 1> A는 극성분자들로 쌍극자인 분자의 한 끝은 양전하를 띠고 있으

며 다른 한 끝은 음전하를 띠고 있으므로 분자들 사이에 반 전하를

띤 부분끼리 잡아끈다. 이러한 극성 분자 사이의 힘을 쌍극자-쌍극자 힘

이라고 한다.

제

7장


- 비슷한 분자량을 가지는 경우 무극성 분자 사이의 분산력보다 극성 분자

와 극성분자 사이의 힘이 강하다. 그러나 극성 분자 간힘이 무극성분자

간힘 보다 항상 큰 것은 아니다.

③ 수소결합：전기 음성도가 큰 N, O, F 와 H원자가 결합된

H-N, H-O, H-F 로 된 분자와 분자사이에 작용하는 힘

세 종류의 분자 간 힘 중에 가장 강하다.


① 상태：기체, 기체, 액체, 고체

② ㉠ 녹는점은 요오드로 갈수록 증가한다.

㉡ 끓는점은 요오드로 갈수록 증가한다.

㉢ 분자량은 요오드로 갈수록 증가한다.

③ ㉠ 플루오르에서 요오드로 갈수록 주기가 증가하므로 분자량은 증가

㉡ 요오드로 갈수록 분자량이 커져 끓는점은 증가한다.

㉢ 요오드로 갈수록 전자수가 많아져 분산력이 증가한다.

④ 분산력

⑤ HF는 분자와 분자사이에 수소결합으로 분자량이 작아도 끓는점이 높다.

⑥ 분산력, 쌍극자-쌍극자 힘

208 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

평가시 유의점








하 다.

참고







수도 있다.




도 있다.



1. 탐색 단계



해석




해석


단 계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

탐색

①, ②

③

자료

해석

추리

극성과 무극성의

분자간 힘과 무극

성 분자의 분자간

힘을 가지고 끓는

점을 바르게 비교

하고 이유도 바르

게 서술한다.


분자간 힘과 끓는

점은 바르게 비교

하나 무극성 분자

의 분자 간힘과

끓는점을 바르게

서술하지 못한다.


분자간 힘과 무극

성 분자의 힘을

끓는점과 바르게

비교하고 서술하

지 못한다.

④, ⑤

⑥, ⑦

자료

해석

추리

그래프를 바르게

분석해 끓는점의

경향을 바르게 서

술한다.

14족의 그래프는

이해하나 수소 결

합력을 바르게 서


그래프의 경향을

바르게 이해하지

못해 서술하지 못

한다.

개념

적용

①, ②

③, ④

자료

해석

추리

할로겐 물질의 바

른 상태와 경향

성, 분자간 힘의

종류를 이해해 바

르게 서술한다.

할로겐 물질의 상

태와 경향성은 바

르게 적었으나 분

자간 힘의 종류를

바르게 서술하지

못한다.

할로겐 물질의 상

태, 경향성, 분자

간 힘의 종류를 이

해하지 못해 서술

하지 못한다.

⑤, ⑥

자료

해석

추리

HF의 수소결합과

다른 수소화합물

의 분자간 힘의

종류를 바르게 서

술한다.

HF의 수소결합은

이해하지 못하나



종류는 서술한다.

HF의 수소결합과



종류를 이해하지

못해 서술하지 못

한다.

제

8장


반응 속도제 888장



제 목분 류

[성격/ 수준/ 장소]기 타

관련 오개념

(2장 참고)

8장.

반응 속도

활동 1 반응의 빠르기 측정(SSC) 실험/일반/실험실 새 탐구 유형 1

활동 2농도, 촉매에 따른 반응 속도

(SSC)실험/일반/실험실 새 탐구 ･

활동 3 온도에 따른 반응 속도 평가/일반/교실 서술형 평가 유형 1

2. 선정이유

활동 1. 기존의 교과서에 제시되어 있는 활동과는 달리 주사기와 3방향 밸브를 이용하여 간단

하게 반응 속도를 측정할 수 있는 실험이다. 전통적 실험기구를 사용하지 않으며 적

은양의 시약을 사용함으로 인해 쉽게 반복실험을 할 수 있는 SSC 실험으로 구성하였

다. 키트 형태로 실험 준비물이 제공되므로 실험실 뿐 아니라 교실에서도 이론을 배

우고 난 후에 간단히 실험할 수 있다.

활동 2. 농도에 따른 반응 속도를 SSC 실험 키트를 이용하여 짧은 시간 동안에 여러 반응을 동시에 경험

할 수 있도록 구성하였다. 또한 촉매에 따른 반응 속도 실험도 기존의 교과서에서 주로 시범 실

험으로 다루고 있는 것과는 달리 몇 방울의 시약을 이용하여 SSC로 간단히 실험할 수 있도록 하

였다.

활동 3. 반응 속도 단원에 한 평가에서 사용할 수 있는 서술형 문항을 개발함으로써 심층적 지식을 평

가하는 데 사용될 수 있도록 하였다. 특히 탐구능력에서 중요시 되는 그래프를 그리고 해석하는

능력을 평가할 수 있는 문항을 포함시켰다. 중간고사 또는 기말 고사와 같은 정기 고사 문항으

로 사용할 수 있는 서술형 평가 문항이다.

210 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

학 생 용새 탐구

12학년

[반응 속도]

반응의 빠르기 측정(SSC)

준비물

큰 주사기, 작은 주사기,

3방향 밸 , 시계, 알코올

램 , 0.2M 농도 염산, 마그

네슘 리본, 실리콘 오일


1. 정확한 읽기를 연습

한 다음 실험한다.

2. 큰 주사기 피스톤의 고무

둘 에 실리콘오일을 묻

미끄럽게 한다.

3. 사용한 시약이 피부에 묻

지 않도록 유의하고 묻으

면 즉시 물로 깨끗이 씻

는다.

화학 반응에는 연소 반응과 같이 순식간에 진행되는 경우가 있지만 종이가 누렇게

바래는 것처럼 서서히 진행되는 경우도 있다. 이처럼 화학 반응에 따라 달라지는 빠

르기를 구체적으로 나타낼 수 있는 방법은 무엇일까?

학습 목표

∙ 기체 생성 반응을 이용하여 화학 반응의 빠르기를 나타낼 수 있다.

∙ 생성된 기체의 성질을 말할 수 있다.

과정


반응의 빠르기를 측정하는 방법에는 어떤 것들이 있는지 알아보자.


① 큰 주사기에는 2cm 길이의 마그네슘 리본 조각을, 작은 주사기에는

0.2M 농도의 묽은 염산 5mL를 넣는다.

② 3방향 밸브를 돌려 위와 같이 맞춘 후 작은 주사기의 피스톤을 눌러 염

산이 큰 주사기로 들어가도록 한다.

③ 염산이 들어간 후 작은 주사기의 피스톤을 누른 채 큰 주사기의 첫 눈금

을 읽어 0초에 기록한다. 초시계로 30초마다 주사기의 눈금을 읽어 기록

한다.

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

제

8장


④ 반응이 끝나면 발생한 기체(수소)를

모으기 위해 염산만 작은 주사기로

빼낸다.

⑤ 3방향 밸브를 그림처럼 조정한 후 피

스톤을 천천히 밀어서 시험관에 수소

를 모으고 엄지손가락으로 막는다.

⑥ 수소 기체가 모아진 시험관의 주둥이

를 알코올램프의 불꽃에 갖다 고 엄

지손가락을 열어서 불을 붙여 본다.

(3) 정리해 봅시다.

1. 시간에 따른 기체 발생 부피를 2회 측정하여 다음 표에 기록하여 보자.

시간(sec) 0 30 60 90 120 150 180 210

발생 기체

부피(mL)

1회

2회

212 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

2. 측정한 자료를 이용하여 가로축을 시간(sec), 세로축을 발생한 기체의 부피

(mL)로 하는 그래프를 그려보자.

3. 다음 식을 이용하여 몇몇 시간 구간 당 발생한 수소 기체의 부피(반응 속도)를

구해보자. 시간이 지날수록 반응 속도는 어떻게 변하는가?

반응 속도= 생성물질의변화량시간의변화량

① 0초~30초 구간

반응 속도 = 초 초

= 초

= mL/초

② 30초~60초 구간


= 초

= mL/초

③ 90초~120초 구간


= 초

= mL/초

결론:

4. 염산과 마그네슘을 반응시켰을 때 발생한 기체는 무엇인가? 기체의 표적인

성질을 써보라.

발생한 기체 기체의 대표적 성질

5. 이 실험에서 사용된 기구를 통해 할 수 있는 다른 실험을 제안해보자.

제

8장


반응의 빠르기 측정(SSC)

…➸ [반응 속도]

12학년

새 탐구


111 활동 내용 분석 및 진행 방법

현행 화학 II 교과서에서는, 반응의 빠르기 측정 실험은 탐구 활동의 형태

보다는 자료 해석 수준으로 다루어져 있다. 그 이유는 반응 속도 측정 실험

과정이 번거롭고, 실험 결과도 정확하게 나오지 않기 때문이다. 하지만 이 장

에서 제시한 실험은 소량의 시약을 사용하며 실험 과정도 간단하고 실험 결

과도 매우 정확한 장점을 가지고 있다. 실험 결과가 예상과 다르다면 쉽게 재

실험을 할 수도 있다. 이러한 과정을 통해 학생들은 오차의 원인을 스스로 발

견하고 보다 정확한 탐구 실험을 할 수 있게 된다.

실험 전에....

SSC 실험은 부분 플라스틱 재질이며, 비전통적인 기구들을 실험에 사용

하게 된다. 비커, 플라스크, 시험관 등과 같이 유리 재질의 화학 실험 기구에

익숙해 있던 학생들에게는 SSC 실험 기구들은 낯설게 느껴질 수 있다. 따라

서 본격적인 실험에 들어가기 전에 실험 기구에 해 친숙해질 시간이 필요

하다.

이 실험에서 사용하는 주된 실험 기구는 주사기 2개와 3방향 밸브이다. 특

히 3방향 밸브의 방향에 따라 물질 이동 경로가 달라진다는 것을 알아야 하

므로 미리 3방향 밸브의 사용법에 해 익혀두어야 한다. 파란 색 손잡이가

가리키는 세 방향이 서로 통해 있다는 사실을 알려주도록 한다. 실험 전에 주

사기 피스톤에 실리콘 오일을 바른 후 여러 번 피스톤을 왕복하여 피스톤이

기체의 압력에 의해 쉽게 움직일 수 있도록 한다.


큰 주사기에는 마그네슘 조각을 넣고 작은 주사기에는 묽은 염산을 넣은

다음 3방향 밸브의 방향을 조절한다. 작은 주사기 속의 염산이 큰 주사기로

들어갈 때는 큰 주사기의 피스톤이 약간 밀려나게 된다. 이때의 눈금을 정확

하게 읽도록 하고, 조원 중 한 사람은 초시계를 이용하여 시간을 측정하도록

한다. 기체가 생성됨에 따라 피스톤은 밀려나가게 되고 학생들은 30초 간격

으로 눈금을 측정한다. 측정결과를 그래프에 나타내고 예상과 다른 결과가

나온 경우 조원들이 함께 토의한 후 변인을 조절하여 다시 한 번 실험을 한

다. 반응이 종료된 후 염산은 다시 작은 주사기 쪽으로 보내고 생성된 기체를

따로 작은 시험관에 담아 불꽃에 가까이 한다. 시험관에 담을 때는 피스톤을

너무 빨리 누르지 않도록 한다.


214 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

준비물

큰 주사기, 작은 주사기,

3방향 밸 , 시계, 알코올

램 , 0.2M 농도 염산, 마그

네슘 리본, 실리콘 오일


1. 정확한 읽기를 연습

한 다음 실험한다.

2. 큰 주사기 피스톤의 고무

둘 에 실리콘오일을 묻

미끄럽게 한다.




는다.

시간(sec) 0 30 60 90 120 150 180 210

발생 기체 부피(mL) 0 19.0 29.0 34.0 36.0 37.0 37.5 37.5


학생들은 이 실험에서 30초 간격으로 기체의 생성 부피를 측정하고 그래프

로 나타내었다. 그리고 반응 초기, 중기, 후기의 기체의 생성 속도를 계산으로

구하였다. 학생들은 기체의 생성 속도가 반응이 진행됨에 따라 어떻게 변하는

지를 확인할 수 있을 것이다. 반응이 종료되면 기체가 더 이상 생성되지 않으

므로 그래프가 수평하게 나올 것이다. 같은 양의 염산을 가지고 마그네슘 조각

의 길이를 2cm가 아닌 1cm 또는 3cm로 했을 때 어떤 결과가 얻어질지 예측

해보게 한다. 그리고 실험을 통해 예측한 결과가 맞는지 확인해볼 수 있다.


1. 시간에 따른 생성된 기체의 부피

아래 표는 실험 결과 예시이다.

2. 그래프의 모양은 처음에는 발생 기체의 부피가 증가하다가 일정해지는 형

태이다.

3. 시간당 발생기체의 부피(반응 속도) : 위의 실험 결과에 따라 계산

① 0초~30초 구간

반응 속도 =초 초

= 초

= 0.63mL/초

② 30초~60초 구간


= 초

= 0.10mL/초

③ 90초~120초 구간


= 초

= 0.06 mL/초

결론: 시간이 지남에 따라 반응 속도가 느려진다.

4. 염산과 마그네슘을 반응시킬 때 발생하는 기체는 수소이며, 공기보다 가볍

고 불꽃을 가져가면 ‘펑’하는 소리와 함께 폭발하는 성질이 있다.

5. 주사기와 3방향 밸브를 이용하면 과산화수소수와 이산화망간을 반응시켜

산소 기체를 얻는 등과 같이 다양한 기체를 생성, 포집할 수 있다.

제

8장



12학년

[반응 속도]

농도, 촉매에 따른 반응 속도(SSC)

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

반응 속도는 온도, 농도, 표면적, 촉매와 같은 요인들에 의해 영향을 받는다. SSC

실험키트를 이용하여 농도 및 촉매에 따른 반응 속도 실험을 하고자 한다.

학습 목표

∙ 반응물질의 농도에 따라 반응 속도가 어떻게 달라지는지 말할 수 있다.

∙ 촉매의 종류에 따라 반응 속도가 어떻게 달라지는지 말할 수 있다.

과정

(1) 생각해 봅시다

반응 속도에 영향을 주는 요인에는 어떤 것들이 있는지 생각해 보자.


[실험 1] 농도에 따른 반응 속도

① 다음 그림과 같이 아래쪽에 있는 4개의 투명 용기에는 0.05M 요오드산칼

륨 수용액과 증류수를 아래 그림에 주어진 비율로 넣는다. 그리고 녹말용

액을 3~4방울씩 넣어준다.

② 위쪽에 있는 주사기에는 0.05M 아황산수소나트륨 수용액을 5mL씩 넣어

준다.

③ 1번 주사기의 수용액을 아래 용기에 한 번에 넣고 초시계를 이용하여 색

이 청남색으로 변할 때까지 걸리는 시간을 잰다.

준비물

농도에 따른 반응 속도 실

험 키트(주사기 8개, 투명용

기 4개, 포함), 시계, 0.05M

요오드산칼륨 수용액, 0.05M

아황산수소나트륨 수용액,

증류수, 녹말 용액


1. 요오드산칼륨수용액과

증류수를 옮길 때는 서로

다른 주사기를 사용하도

록 한다.

2. 4개의 반응을 동시에 시

킬 경우 반응 시간 측정

이 어려운 문제가 있으므

로 한 번에 하나씩 반응

을 시켜도 무방하다.




는다.

216 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

준비물

24 홈 , 라스틱 시

험 , 약숟가락, 10%

과산화수소수, 주방용

세제, 식용색소, 젓개,

감자조각, 요오드화칼

륨, 탄소가루, 이산화

망간, 인산, 자, 향


1. 시험 하나씩 실험

하여 거품의 높이를

비교한다.

2. 과산화수소수가 피

부에 묻지 않도록

주의하고 묻으면 신

속하게 흐르는 물에

씻는다.

④ 2~4번 용액도 같은 방법으로 실험한 후 청남색으로 변화할 때까지 걸린 시간

을 결과표에 기록한다.

⑤ 계산기를 이용하여 시간의 역수를 구한다.

⑥ 가로축을 요오드산칼륨 용액의 농도, 세로축을 반응 속도(시간의 역수)로 하

여 그래프를 그린다.

⑦ 이 반응이 요오드산칼륨 용액의 농도에 해 몇 차 반응인지 구한다.

[실험 2] 촉매에 따른 반응 속도

① 24홈판의 6개의 홈에 눈금이 있는 작은 플라스틱 시험관 6개를 꽂고 10% 과

산화수소수 10방울, 주방용 세제 3방울, 식용색소 용액 1방울씩을 넣어주고

젓개로 잘 저어준다.

② ~ 의 시험관에 각각 a~f의 물질을 넣고 1분 동안에 부풀어 오른 거품의

높이를 자로 재어 기록한다.

③ 발생한 거품에 향불을 넣어보아 어떤 기체인지 알아본다.

제

8장



1. 요오드산칼륨 수용액의 농도에 따른 색 변화 시간을 기록하고 시간의 역수

값으로 반응 속도를 계산해 보자 .

실험 번호 1 2 3 4

요오드산칼륨 수용액 부피(mL)

첨가한 증류수 부피(mL)

요오드산칼륨 수용액의 농도(M)

청남색으로 변하는데 걸린

시간(s)

반응 속도(1/s)

2. 요오드산칼륨 수용액의 농도를 가로축, 반응 속도를 세로축으로 하여 그래

프를 그려보자.

3. 농도에 따라 반응 속도는 어떻게 달라지며 그 이유는 무엇인가?

4. 일상생활에서 농도에 따라 반응 속도가 달라지는 예를 두 가지 이상 써 보

자.

218 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

5. 우리 조의 실험이 시행착오를 거쳤다면 무엇을 잘못했기 때문인지 써보자.

6. 두 번째 실험에서 일정한 시간 동안 올라간 거품의 높이 순서 로 시험관 기호

를 나열하라.

＞＞＞＞＞

7. 두 번째 실험에서 정촉매, 부촉매로 작용했다고 생각되는 물질을 각각 찾아 써

라.

정촉매:

부촉매:

8. 발생한 거품 속에 향불을 넣었을 때 향불은 어떻게 되었는가?

향불이 그렇게 되는 것으로 보아 거품 속에 발생한 기체는 무엇이라고 생각되

는가?

9. 정촉매와 부촉매는 각각 어떤 원리로 반응 속도를 조절하는지 설명해보자.

읽을거리

질량 작용의 법칙

반응이 진행함에 따라 반응물의 농도가 줄어들어 반응 속도는 감소한다. 두 입자 사이에 일어나는

충돌수는 각 물질의 농도에 비례하므로, 반응 속도는 각 반응 물질의 농도에 비례한다. 이것을 다음과

같은 일반적인 반응에 적용시켜 보자.

aA + bB → cC + dD

이 화학 반응에서 반응 속도 υ는 반응 물질의 농도에 비례하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.

υ ∝ [A]m[B]n

여기에서 비례 상수를 k로 나타내면, 이 식은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다. 이 식을 반응 속도식이

라고 한다.

υ = k[A]m[B]n

제

8장


Guldberg와 Waage

비례 상수 k는 반응 속도 상수라고 하는데. k는 반응에 따라 고유한 값을 가지며, 농도와는 관계

없고 온도에 따라 변하는 상수이다. 여기서 k는 반응 속도 상수이며 농도와 무관하며 반응물의 종류와

온도에 의해서만 변화한다. A에 하여 m차, B에 하여 n차 반응이라고 부르며 전체반응차수는 m+n

차 반응이라고 한다. 반응 차수 m과 n은 화학 반응식의 계수 a, b와는 무관하며 실험적으로만 구해진

다. 화학 반응은 한 단계만을 거쳐서 일어나는 것이 아닌 경우가 많다. 따라서 단일단계반응의 경우를

제외하고는 반응식의 계수와 차수가 일치하지 않는다.

이와 같이 반응 물질의 농도와 반응 속도 사이에 나타나는 정량적인 관계는 1864년 노르웨이의 화

학자인 굴베르그(Guldberg, C.)와 보게(Waage, P.)에 의해 최초로 밝혀졌는데, 이것을 질량 작용의 법

칙(mass action law) 이라고 한다. 기체 사이의 반응에서 반응 속도는 농도 신 압력을 써서 나타내

기도 한다. 그것은 기체의 농도가 압력에 비례하기 때문이다.

1) Cato Maximilian Guldberg (1836.8~1902.1)

크리스티아니아(지금의 오슬로) 출생. 크리스티아니아 학에서 화학·수학·물리학을 공부한 후,

1861년에 왕립 육군사관학교의 수학 및 열역학 교사를 지냈다. 1869년에는 모교인 크리스티아니아

학의 응용수학 교수가 되었다. 1864년 의형인 화학자 P.보게와 함께 ‘질량작용의 법칙’을 발견하였다.

이는 P.E.M.베르틀로와 생지르의 화학 평형에 관한 실험결과(1862)를 바탕으로, 보게가 300회 이상의

실험을 하고 굴베르그가 이를 수식으로 정리하여 법칙화한 것이다.

처음에 쓴 노르웨이어 논문과 두 번째의 프랑스어 논

문(1867)은 학회의 인정을 받지 못했으며, 1877년에 이

법칙을 독자적으로 발견한 J.H.반트호프의 영향을 받아

독일어로 쓴 세번째 논문(1879)이 겨우 주목을 받았다.

굴베르그는 1867~1890년 분자론에 입각하여 기체 ·액

체 ·고체의 일반상태식을 구하는 여러 가지 논문을 발

표하였다. 그는 물리화학의 응용에도 관심이 있었으며,

또 1875년에는 노르웨이에 미터법을 채택하게 하였다.

2) Peter Waage (1833.1.29~1900.1.13)

노르웨이의 플렉케표르 출생으로 크리스티아니아(현

재의 오슬로)의 로열 프레데릭 학교에서 수학하고, 프랑스와 독일에서 연구하였으나 주로 하이델베르

크의 R.W.분젠에게서 배웠으며, 1862년 모교의 화학 교수가 되었다. 1864∼1867년 의형제인 C.M.굴

베르그와 공동으로 화학 반응 연구를 통해 '질량작용의 법칙'을 발견하였고, 1864년 화학 평형의 법칙

을 발견하였다.

<출처: 엔싸이버 백과사전>

<사진출처: http://www.kfki.hu/~cheminfo/hun/olvaso/histchem/vegy/gw.html>

220 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

농도, 촉매에 따른 반응 속도(SSC)


12학년

새 탐구


실험실 는 교실에서

가능한 활동임 111 활동 내용 분석

현행 화학 II 교과서에서 다루고 있는 반응 속도에 영향을 미치는 요인과 관련

한 실험들은 Large-Scale의 실험으로 한 번 실험을 할 때 다량의 시약을 필요로 하

게 된다. 또한 학 입시로 인해 진도를 빨리 나가야 하므로 실험 시간을 내기가

쉽지 않은 실정이다. SSC 실험의 경우 키트 형태로 제공이 되므로 교실에서 강의

와 실험을 병행하기에 적합하다고 할 수 있다. 소량의 시약을 사용하게 되므로 폐

수도 기존 실험의 1/10 수준 정도 밖에 나오지 않는다. 또한 실험을 잘못한 경우

간단히 재실험을 해볼 수 있는 장점이 있다.

222 진행 방법

실험 전에....

농도에 따른 반응 속도 실험은 ‘요오드-녹말 시계반응’ 실험을 새롭게 개발한

SSC 실험 키트를 이용하여 실험한다. 눈금실린더, 뷰렛, 시험관, 플라스크 등의 전

통적 화학 실험기구가 아닌 주사기, 투명용기 등을 이용하여 실험하므로 미리 실

험기구에 친숙해질 시간이 필요하다.


아래쪽에 놓인 4개의 투명용기에는 요오드산칼륨 용액과 증류수를 각각 다른

비율로 혼합하여 서로 다른 4가지 농도의 요오드산칼륨 용액을 준비하게 된다. 증

류수와 요오드산칼륨 용액의 부피는 주사기를 이용하여 측정하되 각각 다른 주사

기를 이용하도록 한다. 위쪽에 아황산수소나트륨 용액은 동일한 농도로 같은 부피

만큼씩 담아서 4개를 준비하되 동시에 반응을 시킬 수도 있고 하나씩 차례 로 반

응시킬 수도 있다.

촉매에 따른 반응 속도 실험에서는 6개의 시험관에 모두 과산화수소수와 중성

세제, 식용색소를 넣고 한 시험관은 조군으로 사용하기 위해 아무런 물질도 추

가로 첨가하지 않는다. 정촉매를 찾기는 쉽지만 부촉매를 찾기는 쉽지 않다. 부촉

매를 찾아내기 위해서는 1시간 정도 놓아두어 거품의 높이를 조군으로 사용한

시험관에 생긴 거품의 높이와 비교해보면 된다.

제

8장



학생들은 농도에 따른 반응 속도 실험에서 요오드산칼륨 용액의 농도에 따

른 반응 속도의 그래프를 작성하게 된다. 그래프의 모양을 통해 학생들은 시계

반응이 요오드산칼륨 용액의 농도에 한 1차 반응임을 알 수 있게 된다.

촉매에 따른 반응 속도 실험에서 생감자조각, 요오드화칼륨, 이산화망간 등

은 반응 속도를 빠르게 하는 정촉매이고, 인산 용액은 부촉매임을 알 수 있게

된다. 거품에 향불을 넣어보아서 과산화수소의 분해 결과 산소 기체가 생성되

었음을 확인할 수 있다.


1. 실험 결과 예시는 아래 표와 같다. (실험실 온도 조건에 따라 실험 결과는

달라질 수 있다.)

실험 번호 1 2 3 4

요오드산칼륨 수용액 부피(mL) 5.0 4.0 3.0 2.0

첨가한 증류수 부피(mL) 0 1.0 2.0 3.0

요오드산칼륨 수용액의 농도(M) 0.05 0.04 0.03 0.02

청남색으로 변하는데 걸린

시간(s)4.96 6.03 7.26 10.92

반응 속도(1/s) 0.20 0.17 0.14 0.09

2. 요오드산칼륨 수용액의 농도를 가로축, 반응 속도를 세로축으로 하여 그래

프를 그려보면 원점을 지나는 직선 모양으로 나타난다. 즉 요오드산칼륨 수

용액의 농도에 한 1차 반응임을 알 수 있다.

3. 반응물의 농도가 진해질수록 반응 속도는 빨라진다. 그 이유는 농도가 진해

질수록 반응물 구성 입자간의 충돌 횟수가 증가하기 때문이다.

4. 일상생활에서 농도에 따라 반응 속도가 달라지는 예

∙ 산성도가 높은 비가 내릴수록 금속의 부식이 빨라진다.

∙ 퍼머 약의 농도를 진하게 할수록 퍼머가 빨리 된다.

5. 가능한 시행착오의 예시

∙ 주사기를 누를 때 너무 세게 눌러서 용액이 바깥으로 튀었다.

∙ 색변화 시간을 정확히 측정하지 못했다.

222 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

탐구과정 및

평가항목

채점 기준

상 중 하

실험 결과 기록

요오드산칼륨 수용액

농도에 따른 색변화시

간을 정확하게 기록한

다.

요오드산칼륨 수용액

농도에 따른 색변화 시

간을 한번 놓쳐서 재실

험을 한다.

농도에 따른 색변화

시간을 제 로 기록하

지 못한다.

6. 일정한 시간 동안 올라간 거품의 높이 순서

B ≈ E ＞ A ＞ D ＞ C ＞ F

7. 두 번째 실험에서 정촉매, 부촉매로 작용한 물질

정촉매: 요오드화칼륨, 이산화망간, 감자조각

부촉매: 인산

8. 발생한 거품 속에 향불을 넣었을 때 향의 불꽃이 확 살아난다.

거품 속에 발생한 기체는 산소 기체임을 알 수 있다.

9. 정촉매와 부촉매는 활성화 에너지를 조절함으로써 반응 속도를 조절하게 된다.

정촉매의 경우 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 하며 부촉매의 경

우 활성화 에너지를 높여 반응 속도를 느리게 한다.

333 탐구 과정 채점 기준

(1) 탐구 과정에 한 채점 기준

제

8장


그래프 그리기

X축과 Y축의 변인

을 정확하게 표시

하고, 눈금을 동일

한 간격으로 매긴

다.

측정된 값을 그래

프에 정확하게 찍

고 점들을 원점부

터 시작하여 선으

로 연결한다.

X축과 Y축의 변인을

정확하게 표시하였으

나 눈금 간격이 일정

하지 않다.

그래프에 점을 정확

히 찍었으나 원점부

터 연결하지 않는다.

X축과 Y축의 변인

을 정확하게 표시하

지 않고 그래프에

점을 찍을 때 정확

하지 않게 찍는다.

추리

그래프를 통해 요오

드산칼륨 수용액 농

도에 따른 반응 속

도 변화를 정확하게

말할 수 있다.

그래프는 정확하게 그

렸으나 요오드산칼륨

수용액 농도에 따른

반응 속도 변화 설명

이 정확하지 않다.

그래프 작성에 따른

설명이 정확하지 않

다.

(2) 개인별 실험 기능에 한 채점 기준

평가항목채점 기준

상 중 하

실험 수행

농도에 따른 반응 속

도 키트를 정확하게

조립하고 주사기를

정확하게 조작한다.

아황산수소나트륨 수

용액이 든 주사기를

조심스럽게 밀어 넣

어 용액이 튀지 않게

한다.

농도에 따른 반응 속도

키트를 정확하게 조립

하였으나 주사기 조작

이 미숙하여 용액을 밀

어 넣을 때 용액이 튀었

다.

농도에 따른 반응 속

도 키트를 제 로 조

립하지 못하고 주사기

조작이 미숙하여 용액

이 주입되는 시간이

동일하지 않다.

주의사항 따르기

농도에 따른 반응

속도 실험과 과산화

수소 분해반응에서

유의점을 잘 따른다.

주사기를 이용하여 용

액을 측정할 때 유의점

을 잘 따르나 과산화수

소 분해반응에서 유의

점을 잘 따르지 않는

다.

실험 시 정해진 유의

점을 잘 따르지 않는

다.

뒷정리

실험키트를 분리하

여 잘 세척하고 남

은 용액을 폐수용기

에 모아 처리한다.

키트를 잘 분리하기는

하였으나 제 로 세척

하지 않는다. 남은 용

액을 폐수용기에 모은

다.

실험 후 뒷정리에 참

여하지 않는다.

224 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

학 생 용서술형 평가

12학년

[반응 속도]

온도에 따른 반응 속도

서술형 문항

(1~2)다음 표는 서로 다른 두 온도에서 수행된 반응을 나타낸 자료이다.

물음에 답하시오.

시간(분)30℃에서 발생한 기체의

총 부피(cm3)

40℃에서 발생한 기체의

총 부피(cm3)

1 5 10

2 10 20

3 15 30

4 20 40

5 25 40

6 30 40

7 35 40

8 40 40

9 40 40

1. 위의 자료를 가지고 시간을 X 축으로 하고 기체 발생 부피를 Y축으로 하는 그

래프를 그리시오.(12점)

2. 이 자료를 통해서 알 수 있는 반응 속도에 미치는 온도의 영향에 해 서술하

시오. (5점)

제

8장


3. 낮은 온도(T1)과 높은 온도(T2)에서 반응 분자들의 에너지 분포곡선을 그리고 높

은 온도와 낮은 온도에서 반응 속도가 달라지는 이유를 그래프를 이용하여 서술

하시오. (10점)

4. 일상생활에서 온도에 의해 반응 속도가 달라지는 예를 한 가지만 찾아 쓰시오.

(5점)

226 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

온도에 따른 반응 속도


12학년서술형 평가


111 출제 의도 및 채점시 유의 사항

출제 의도

온도에 따른 반응 속도의 영향을 잘 이해하고 있는지 알아보기 위해 구체적인

실험 자료를 제시하고 이를 그래프로 나타내도록 하였다. 그래프 작성 능력 및

해석 능력은 과학 탐구 능력에서 매우 중요한 능력 중 하나이며 반드시 길러야

할 능력이라고 할 수 있다. 최근에는 서술형 평가의 비중이 지필고사의 50%를 차

지할 정도로 높아지고 실험과 관련된 내용도 서술형 평가를 통해서 출제하도록

권장하고 있다. 또한 어떤 개념을 이해하는 데서 그치지 않고 그 개념을 생활 속

에 적용하는 내용도 서술형 평가에서 다루어질 필요가 있을 것으로 생각된다.

채점시 유의 사항

1. 일상생활에서 반응 속도가 달라지는 예는 매우 많으므로 학생들이 쓴 답안의

응답 유형을 보고 채점 기준을 정하여 일관되게 채점하도록 한다.

2. 그래프 문제에서는 평가 기준을 세밀하게 세워서 부분 점수를 적절하게 부여

하도록 한다.

222 정답

1. 그래프 그리기

제

8장


2. 이 자료를 통해서 알 수 있는 반응 속도에 미치는 온도의 영향

온도가 높아질수록 기체 발생 속도가 빨라진다. 즉 온도가 높을수록 반응 속도

는 빠르다.

3. 반응 분자들의 에너지 분포곡선을 이용한 높은 온도와 낮은 온도에서 반응 속

도 차이의 설명

왼쪽과 같은 반응 분자들의 에너지 분포곡선에서

반응을 하기 위한 충분한 운동에너지를 가진 분

자의 비율은 높은 온도(T2)가 낮은 온도(T1)보다

더 크게 나타난다. 따라서 온도가 높을 때 반응

속도가 빨라지는 것이다.

4. 일상생활에서 온도에 의해 반응 속도가 달라지는 예

- 미용실에서 퍼머 약을 바른 후 열이 나는 전기 모자를 쓰게 하여 퍼머가 빨

리 되도록 한다.

- 여름철에 음식물이 쉽게 상한다.

333 채점 기준

1. 그래프 채점 기준

각 온도에서의 발생 기체의 부피를 그래프에 정확하게 점을 찍었음 : 4점

(각 온도에서의 점 각 2점씩)

X축의 변인을 표시함 : 1점

Y축의 변인을 표시함 : 1점

X축 눈금을 동일한 간격으로 매겼음 : 1점

Y축 눈금을 동일한 간격으로 매겼음 : 1점

두 그래프를 원점부터 시작하여 선으로 연결함 : 2점(각 온도 1점씩)

각 그래프에 해당 온도 표시 : 2점(각 온도 1점씩)

2. 유사정답：온도가 낮을수록 반응 속도는 느려진다.

3. 그래프를 그리지 않고 말로만 설명한 경우 5점 부여

4. 두 개 이상의 예를 든 경우 둘 다 맞으면 정답이지만 하나만 맞으면 오답 처리

함

228 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

화학 평형제 999장



제 목분 류


관련 오개념

(2장 참고)

9장.

화학 평형

활동 1화학 평형과 르 샤틀리에의 원

리(SSC)실험/일반/실험실 새 탐구 ･

활동 2 온도에 따른 평형이동(POE) 실험/일반/교실 확장 탐구 유형 2

활동 3 하버의 암모니아 제조 방법 평가/일반/교실 서술형 평가 유형 2

2. 선정 이유

활동 1. 몇 방울의 시약과 간단한 실험 도구를 이용하여 화학 평형의 이동과 르샤틀리에의

원리를 탐구할 수 있는 SSC 실험 활동이다. 키트 형태로 실험 준비물이 제공되므로

실험실 뿐 아니라 교실에서도 이론을 배우고 난 후에 간단히 실험할 수 있다. 폐수의

양도 적어도 뒤처리도 간단한 장점이 있다.

활동 2. 온도에 따른 평형이동을 POE(Prediction-Observation-Explanation) 형태로 구성한 활동이다. 자

신이 가지고 있는 선개념을 드러내게 하고 과학적 개념과의 갈등 유발을 통해 과학적 개념을 습

득하도록 도와주는 활동이다.

활동 3. 화학 평형 단원에 한 평가에서 사용할 수 있는 서술형 문항을 개발함으로써 심층적 지식을 평

가하는 데 사용될 수 있도록 하였다. 과학 탐구 능력에서 중요시되는 그래프 해석 능력을 평가

할 수 있는 문항이다. 중간 고사 또는 기말 고사와 같은 정기 고사 문항으로 사용할 수 있는 서

술형 평가 문항이다.

제

9장



12학년

[화학 평형]

화학 평형과 르샤틀리에의 원리(SSC)

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

이 실험에서는 평형상태의 계에 반응물이나 생성물을 더하거나 제거함으로써 평형

이 어떻게 이동하는지 관찰하고 르샤틀리에의 원리로 이러한 변화를 설명한다.

학습 목표

∙ 반응물과 생성물의 농도변화에 따라 화학 평형이 어떻게 이동하는지 관찰

하고 기록한다.

∙ 르샤틀리에의 원리로 평형의 이동을 설명한다.

과정

(1) 생각해봅시다.

어떤 화학 반응에서는 생성물이 다시 원래의 반응물로 되돌아가기도 한다.

이러한 반응을 가역반응이라고 한다. 가역반응의 예를 들어보자.

(2) 실험해봅시다.

[실험 1] 황산구리 수용액을 이용한 화학 평형 이동

① 반응판을 준비하고 반응판 위에 황산구리 수용액(CuSO4) 2방울을 떨어뜨리

고 암모니아수(NH4OH) 1방울을 첨가한 후 저어준다. 관찰한 것을 표에 기

록한다.

② 변화가 일어날 때까지 저어 주면서 계속 암모니아수(NH4OH)를 1방울씩 첨

가한다. 처음 1방울을 떨어뜨렸을 때의 변화와 다른 변화가 일어났다면 관

찰한 것을 표에 기록한다.

③ 이번엔 묽은 염산(HCl)을 밝은 푸른색의 앙금으로 돌아갈 때까지 저으면서

첨가한다.

④ 앙금이 사라질 때까지 더 많은 묽은 염산(HCl)을 첨가한다. 확실한 변화가

관찰될 때까지 이것을 반복한다.

※ 다음의 반응식을 참고하라.

Cu2+ + 2OH- ⇄ Cu(OH)2(s) (밝은 푸른색 앙금)

Cu2+ + 4NH3 ⇄ [Cu(NH3)4]2+ (진푸른색 용액)

H+ + OH- ⇄ H2O

준비물

1.0M 묽은 염산, 1.0M 암모

니아수, 0.2M 질산납수용액,

1.0M 질산 수용액, 1.0M 수

산화나트륨 수용액, 0.2M

황산구리 수용액, 0.1M 요

오드화칼륨 수용액, 반응 ,

젓개용 빈 라스틱 스포이

트, 라스틱 컵, 라스틱

스포이트 꽂이 는 24홈


1. 반응 에 용액을 떨어뜨

릴 때는 1cm 정도 에서

수직으로 떨어뜨려서 먼

떨어뜨린 용액과 섞이

지 않도록 한다.




는다.

3. 반응이 끝난 용액은 키친

타올로 잘 흡수시킨 후

닦아낸다.

230 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

[실험 2] 질산납 수용액을 이용한 화학 평형 이동

① 반응판을 준비하고 질산납 수용액(Pb(NO3)2) 1방울을 반응판에 떨어뜨린 후

요오드화칼륨 수용액(KI) 1방울을 첨가하고 저어준다. 관찰한 것을 표에 기록

한다.

② 변화가 일어날 때까지 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 1방울씩 저으면서 첨가

한다. 관찰된 변화를 표에 기록한다.

③ 여기에 질산(HNO3)수용액을 첨가하면서 변화를 관찰한다. 관찰된 내용을 표에

기록한다.

※ 다음의 반응식을 참고하라.

Pb2＋＋ 2I－ ⇄ PbI2(s) (밝은 노란색 앙금)

Pb2＋＋ 2OH－ ⇄ Pb(OH)2(s) (유백색 앙금)

(3) 정리해봅시다

① 실험 1과 실험 2에서 관찰한 내용을 아래 표에 기록하자.

과정 관찰 내용

1. CuSO4 ＋ NH4OH

＋ NH4OH 추가

＋ HCl

＋ 추가 HCl

2. Pb(NO3)2 ＋ KI

＋ NaOH

＋ HNO3

② 소량의 암모니아수와 과량의 암모니아수를 넣었을 때의 반응의 차이를 화학

반응식을 이용하여 설명하여 보자.

③ 짙은 푸른색의 용액에 묽은 염산(HCl)을 방울방울 떨어뜨렸을 때 관찰할 수 있

는 변화를 르샤틀리에의 원리로 설명하여 보자.

④ 질산납 수용액에 요오드화칼륨 수용액을 첨가하였을 때 생성된 노란색 앙금에

수산화나트륨 수용액을 떨어뜨리면 유백색의 앙금으로 변하는 것을 관찰할 수

있다. 이를 르샤틀리에의 원리로 설명하여 보자.

제

9장


우리 생활 -

센물을 단물로 바꾸려면?

자연수는 포함된 칼슘이나 마그네슘의 합계량인 경도(세기)에 따라 센물과 단물로 구분하는데, 그

수치가 높은 것을 센물, 낮은 것을 단물이라 한다. 센물에는 석회염, 칼슘, 마그네슘, 철, 구리, 질산염,

염화염, 실리콘, 나트륨 등의 물질들이 포함되어 있는데 그 중에서도 칼슘 이온과 마그네슘 이온이 가

장 많이 용해되어 있다.

센물에 포함된 칼슘의 농도를 감소시켜 단물로 만들려면, 다량의 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 넣어주면

된다.

Ca(OH)2가 해리하여 생성된 OH-는 HCO3－와 다음과 같이 반응한다.

HCO3

－(aq) ＋ OH

－(aq) → H2O(l) ＋ CO3

2－(aq)

위 반응의 결과, CO32－

의 농도가 증가된다. 이 때, 용해도곱 상수는 일정하므로 Ca2＋

가 감소하는

CaCO3의 앙금 생성 반응이 진행된다.

Ca2＋(aq) ＋ CO3

2-(aq) → CaCO3(s)

결국 센물의 Ca2＋와 석회에서 나온 Ca2＋가 모두 앙금이 되므로, 센물이 단물로 된다. 이 방법 외에

나트륨 이온 교환 수지법으로 센물을 단물로 바꿀 수도 있다.

출처：화학교육 홈페이지(http://www.chemed4u.net) 자료실 - 생활 속의 화학

232 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

화학 평형과 르샤틀리에의 원리(SSC)

…➸ [화학 평형]

12학년

새 탐구


교실에서 가능한 활동

임 111 활동 내용 분석 및 진행 방법

활동 분석

이 실험은 화학 평형 이동을 SSC 실험으로 구성하여 간단한 도구와 몇 방울의

용액을 가지고 간단히 실험할 수 있는 활동으로 구성하였다. 용액을 플라스틱 스

포이트에 담아 미리 준비하므로 특별히 물이 필요하지 않고, 실험 준비물도 간단

하여 교실에서 강의와 실험을 병행하여 실시할 수 있다.

실험 전에....

SSC 화학 평형과 르샤틀리에 실험에서는 SSC 플라스틱 스포이트를 사용하게

되므로 미리 플라스틱 스포이트에 담겨진 용액 떨어뜨리는 연습을 해보는 것이

필요하다.


클리어 파일에 아크릴 판과 흰 종이를 끼워놓은 판을 반응판으로 사용할 수 있

다. 각 용액을 떨어뜨리고 저어줄 때는 빈 플라스틱 스포이트를 이용하여 공기를

약간씩 불어 넣어가면서 저어주도록 한다. 한 번의 실험으로 결과를 정확히 알아

보기 어려운 경우 반응판의 여백에 다시 한 번 실험을 실시하도록 한다. 앙금이

생성되었는지 또는 앙금이 사라졌는지를 관찰하기가 쉽지 않다. 따라서 사전에 반

응판의 흰 종이에 ｝표시를 해두고 그 위에서 반응을 시켜서 X표시가 보이는지

보이지 않는지로 앙금 생성 여부를 판단할 수 있다.


학생들은 용액들이 반응함에 따라서 생기는 변화를 정확하게 관찰하고 이를 평

형 이동으로 설명하기 위해서는 이온들의 반응에 한 이해가 선행되어야 한다.

특히 구리의 수산화물과 암민 착이온 생성 반응식을 미리 설명해두면 실험 결과

를 학생들이 해석하는데 도움이 될 것이다. 또한 납 이온과 요오드화 이온, 납 이

온과 수산화 이온과의 반응식도 사전에 확실히 이해하고 있는 것이 필요하다.

제

9장



① 실험1과 실험 2에서 관찰한 결과

과정 관찰 내용

1. CuSO4 ＋ NH4OH 밝은 푸른색 용액에서 하늘색 앙금이 생성됨

＋ NH4OH 추가 진한 청색의 용액 생성

＋ HCl 하늘색 앙금 생성

＋ 추가 HCl 앙금이 사라짐

2. Pb(NO3)2 ＋ KI 연한 노란색 앙금 생성

＋ NaOH 노란색 앙금이 차츰 유백색 앙금으로 변함

＋ HNO3 연한 노란색 앙금이 다시 나타남

② 소량의 암모니아수를 넣었을 때는 다음 반응식과 같이 암모니아수의 수산

화이온이 구리 이온과 만나서 하늘색의 앙금인 수산화구리를 생성한다.

Cu2＋

＋ 2OH－ ⇄ Cu(OH)2(s) (하늘색 앙금)

여기에 암모니아수가 더 첨가되면 다음 반응식과 같이 암모니아 분자가 구

리이온과 결합하여 암민 착이온이 생성되므로 진한 청색의 용액이 된다.

Cu2＋

＋ 4NH3 ⇄ [Cu(NH3)4]2＋

(진한 청색 용액)

③ 진한 청색의 용액에 묽은 염산을 조금 떨어뜨리면 암모니아가 중화되므로

착이온 평형을 왼쪽으로 이동시키게 된다. 수산화 이온과 반응할 수 있는

구리 이온이 생성되어 다시 수산화구리 앙금이 나타나는 것이다. 그러나

염산을 좀 더 가하면 수산화 이온이 수소 이온과 만나 중화되므로 첫 번

째 반응식에서 평형은 왼쪽으로 이동하게 되고 앙금은 사라지게 된다.

④ 질산납 수용액에 요오드화칼륨 수용액을 첨가하였을 때 생성된 노란색 앙

금에 수산화나트륨 수용액을 떨어뜨리면 유백색의 앙금으로 변한다. 이는

다음과 같은 반응식으로 설명할 수 있다.

Pb2＋＋ 2I－ ⇄ PbI2(s) (밝은 노란색 앙금)

Pb2＋＋ 2OH－ ⇄ Pb(OH)2(s) (유백색 앙금)

수산화 이온이 납 이온과 결합하면서 납 이온의 농도가 줄어 요오드화 납

앙금 생성 반응식에서 평형이 왼쪽으로 이동하여 납 이온이 줄어들게 되어

나타나는 현상이다. 질산을 첨가하면 수산화이온이 중화되므로 수산화납

앙금이 용해되면서 납 이온 농도가 증가되어 다시 요오드화납 앙금이 생성

된 것이다.

234 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

탐구과정 및

평가항목

채점 기준

상 중 하

실험 결과 기록

용액 첨가에 따른

결과를 자세하고 정

확하게 기록하였다.

용액 첨가에 따른 결

과 기록이 1~2개 누

락되었다.

용액 첨가에 따른

결과 기록이 제대로

이루어지지 않았다.

추리

화학 반응식을 이

용하여 화학 반응

에 따른 평형 이동

을 정확하게 설명

하였다.

1~2개의 화학 반응

을 화학 반응식을

이용하여 설명하지

못하였다.

화학 반응을 설명

하는데 화학 반응

식을 이용하여 설

명하지 못하였다.



(2) 개인별 실험 기능에 한 채점 기준

평가항목채점 기준

상 중 하

실험 수행

용액을 반응판에 떨

어뜨릴 때 수직으로

1cm 정도 위에서 조

심스럽게 떨어뜨리

고 젓개를 이용하여

용액을 잘 섞어주었

다.

용액을 반응판에 떨

어뜨릴 때 수직으로

1cm 정도 위에서 잘

떨어뜨렸으나 젓개

를 이용하여 용액을

잘 섞어주지 않았다.

플라스틱 스포이트

의 조작이 미숙하여

용액을 떨어뜨릴 때

너무 가까이 떨어뜨

려 다른 용액과 혼합

이 되었다.

주의사항 따르기

용액에 피부에 닿

지 않도록 유의하

는 등의 실험에 따

른 유의점을 잘 따

른다.

실험에 따른 유의점

을 1가지를 잘 따르

지 않는다.

실험 시 정해진 유

의점을 잘 따르지

않는다.

뒷정리

남은 용액을 스포

이트 꽂이에 제

로 다 꽂고 반응

용액을 키친 타올

로 잘 흡수시켜 제

거한 후 쓰레기통

에 버린다.

용액을 스포이트 꽂

이에 잘 꽂았으나

반응판을 깨끗이 닦

지 않았다.

실험 후 뒷정리에

참여하지 않는다.

제

9장


우리 생활

단 것을 먹으면 충치가 생기는 이유

단 음식을 먹은 후 이를 제 로 닦지 않으면 충치가 생기기 쉽다. 단 것을 먹으면

왜 충치가 생기는 것일까?

건강한 치아는 음식물을 잘게 부수고 치아 내부를 보호하는 역할을 하는 에나멜 층으

로 덮여 있다. 에나멜 층은 뼈와 마찬가지로 칼슘이 주성분이며 주로 수산화인산칼슘

(Ca5(PO4)3OH)으로 되어 있다. 치아 에나멜과 에나멜을 형성하는 이온 사이의 평형

은 다음과 같다.

Ca5(PO4)3OH(s) ⇄ 5Ca2＋(aq) ＋ OH－(aq) ＋ 3PO43－(aq)

치아 에나멜

입 속에는 무수히 많은 세균이 있다. 입 속으로 들어온 당분에 의해 세균이 빠

르게 증식하여 에나멜 표면에 막이 형성된다. 이 막을 플라크(dental plaque, 치

태)라고 하는데, 눈에 보이지 않고 얇다.

치아에 형성된 플라크가 당분과 반응하면 산을 생성하여 입 속의 H＋의 농도

를 증가시킨다. H＋의 농도가 증가(즉, OH－의 농도가 감소)되기 때문에 르샤틀

리에의 원리에 의해 위의 평형에서 정반응이 우세하여 치아 에나멜이 없어지므로 충치가 생기기 쉽다.

충치를 유발하는 플라크는 입을 물로 헹구는 정도로는 없어지지 않으므로 칫솔질을 해야 한다. 만약

칫솔질 후에도 플라크가 치아에 남아 있으면, 침 속의 칼슘과 엉겨 붙어 돌처럼 단단해져서 치석

(calculus)이 된다.

출처：화학교육 홈페이지(http://www.chemed4u.net) 자료실 - 생활 속의 화학

236 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

학 생 용확장 탐구

⓬학년

[화학 평형]

온도에 따른 평형 이동(POE)

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

준비물

진한질산, 구리 조각, 기체포

집 장치, 둥근 라스크, , 고

무마개, 비커, 얼음물, 끓는

물, 온도계


1.이산화질소 기체는 유독

한 기체이므로 기체의 포

집은 후드 장치가 있는 곳

에서 하는 것이 좋다. 후

드가 없으면 환기가 잘되

는 곳에서 실시한다.

2. 이산화질소는 물에 잘 녹

으므로 이산화질소 기체

를 포집하는 용기는 사

에 건조시켜 물기를 완

히 제거한 후 사용한다.

3.기체의 색변화를 정확히

찰하려면 디지털 카메

라로 사진을 어서 색깔

을 비교하는 방법을 사용

하도록 한다.

4.이산화질소 기체의 포집

이 어려우므로 교사가 시

범실험으로 POE를 실시하

여도 된다.

어떤 화학 반응이 평형 상태에 있을 때 농도, 온도, 압력 등의 조건이 바뀌면 새로운

평형 상태에 도달하게 된다. 광화학 스모그의 주범인 적갈색의 이산화질소 기체를

이용하여 온도에 따른 화학 평형 이동을 알아보자.

목표

∙ 온도 변화에 따른 평형 이동의 방향을 말할 수 있다.

∙ 온도 변화에 따른 평형 이동을 열화학 반응식을 보고 예측할 수 있다.

과정

예측하기

이산화질소가 반응하여 사산화이질소가 생성되는 반응은 다음과 같다.

2NO2(g) ⇄ N2O4(g), ΔH = -54.8kJ

(적갈색) (무색)

아래의 순서 로 실험을 진행한다면 어떠한 현상이 관찰될지 예측한 후 기

록해 보자.

① 진한 질산과 구리를 반응시켜 이산화질소 기체를 발생시켜 둥근 플라스크

에 포집하고 고무마개로 입구를 막는다.

② 처음의 색깔을 관찰하고, 이 둥근 플라스크를 얼음물에 담근다.

③ 둥근 플라스크를 끓는 물에 담그고 색 변화를 관찰한다.

얼음물에 이산화질소가 든 둥근 플라스크를 넣었을 때 플라스크 속 기체의

색깔이 어떠할지 예측하여 적어보자.

✿ 얼음물에서의 색깔 :

✿ 위와 같이 생각한 이유는 무엇인가?

제

9장


끓는 물에 이산화질소가 든 둥근 플라스크를 넣었을 때 플라스크 속 기체

의 색깔이 어떠할지 예측하여 적어보자.

✿ 끓는 물에서의 색깔 :

✿ 위와 같이 생각한 이유는 무엇인가?

관찰하기

앞의 실험을 한 후, 관찰한 결과를 자세히 기록해 보자.

① 실온에서 포집한 이산화질소가 든 둥근 플라스크를 얼음물과 끓는 물이

든 비커에 각각 넣어본다.

얼음물과 끓는 물에서 둥근 플라스크의 색을 관찰한 후 적어보자.

✿ 얼음물 :

✿ 끓는 물 :

설명하기

① 다음 문장을 읽고 ( )안의 내용 중 옳은 것에 ○표 하자.

✿ 온도가 낮아지면 (이산화질소 / 사산화이질소) 쪽으로 평형이 이동하여

색깔이 더(짙어 / 흐려)진다.

✿ 발열 반응의 경우 온도를 높여주면 (정반응 / 역반응)쪽으로 평형이 이동

한다.

② 다음 글을 참고하여 조별 토의를 통해 자동차의 엔진에서 이산화질소 기

체가 생성되는 이유를 평형이동으로 설명하여 기록해 보자.

산성비의 주원인 물질 중 하나인 이산화질소가 자동차 엔진에서 생성되는 것은 온도

가 높아짐에 따라 반응 속도가 빨라져서 나타나는 현상이 아니라 온도 상승에 따른

평형이동의 결과로 볼 수 있다. 질소와 산소로부터 이산화질소가 생성되는 열화학

반응식은 다음과 같다.

N2(g) +2O2(g) ⇄ 2NO2(g), ΔH = +66kJ

이 반응은 흡열반응이며, 25℃에서 평형상수 Kp= 1.3 ×10-19이다. 그런데 자동차 엔

진 내부의 온도는 약 1500~2000K까지 올라가게 되고, 이때 이산화질소 생성반응의

평형상수 Kp값은 7.9×10-6정도가 된다.

주의점

1. 실험 결과와 그 이유에

해 측하고, 보고서에 기

록할 수 있도록 충분한 시

간을 갖는다.

2. 자신이 측하여 기록한

것을 발표한다.

238 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

온도에 따른 평형 이동(POE)


12학년

확장 탐구


활동의 성격

실험실에서 조별 실험

는 시범 실험으로 가

능한 활동임

지도상 유의점

1. 학생들이 실험 에

실험 결과와 그 이

유에 해 측하고,

보고서에 기록할 수

있도록 충분한 시간

을 다.

2. 조별 발표를 통해서

각 조의 생각을 공

유하고 자신의 생각

을 교정할 수 있는

기회를 마련한다.

3. 보고서 작성 시 유

의 을 학생들에게

주지시킨다.


(1) 화학수업에서는 실험이 필수적이지만 진도에 쫓기다보면 일일이 실험을 하기

가 어렵다. 그렇지만 교실에서의 강의 위주의 이론 수업은 학생들로 하여금

과학을 재미없고 딱딱한 과목으로 인식하게 만든다. 이러한 문제를 해결하는

가장 좋은 방법은 시범 실험(Demonstration)이다.

시범 실험은 실험실 수업이 어려울 때뿐만 아니라 극적인 효과를 통해 학생들

을 수업에 끌어들이고 흥미 및 동기를 유발하는데도 효과가 크다. 또한 구성

주의적 관점에서 보면 적절하게 구성된 시범실험은 인지적 갈등을 유발하는

효과도 있다. 또한 시범실험은 비용 및 시간을 절약할 수도 있고, 실험 시에

발생할 수 있는 위험을 최소화할 수도 있는 장점이 있다.

(2) 이 탐구 활동은 특별히 POE(예측－관찰－설명) 모형으로 구성한 시범 실험

활동이다. POE는 관찰하게 될 현상의 결과에 해 예측하고 그 예측에 한

구체적인 이유를 제시하는 ‘예측’, 관찰한 사실에 해 서술하는 ‘관찰’, 예측

과 관찰 사이의 갈등을 해결하는 ‘설명’의 3단계로 진행된다. POE를 사용하면

학생들의 선 개념이나 이해 정도를 직접 확인할 수 있다. 또한 설명 단계에서

학생들의 활발한 토의를 잘 활용하면 학생들에게 개념을 이해시키는데 효과적

인 수업 전략이 될 수 있다.

예측(prediction) : 학생들이 현상의 결과를 예측하고 자신의 예측을 정당화시

킬 수 있는 이유를 제시하도록 한다. 몇 가지 현상의 결과를 예측하고, 자신의

예측을 정당화한다.

관찰(observation) : 학생들에게 각자 자신의 관찰 결과를 쓰도록 한다. 자신

의 기존 생각과 모순이 되는 현상을 접할 경우, 학생들은 사례 자체를 무시하

거나 왜곡하여 받아들일 수도 있다. 따라서 관찰 내용을 각자 쓰도록 함으로

써, 관찰한 현상에 한 학생들의 다양한 반응을 명확히 알 수 있다. 즉 자신

이 관찰한 것을 서술한다.

설명(explanation) : 설명 단계에서는 관찰한 것과 예측한 것 사이의 모순을

해결한다. 이 단계에서 교사는 학생들이 가능한 한 모든 가능성을 고려할 수

있도록 도와야 한다. 학생들이 제시한 설명은 관련된 개념에 한 이해도를

파악하는데 유용한 자료가 될 수 있다. 설명 단계를 학생들 간의 토론으로

진행하는 것도 효과적이다. 예측과 관찰 사이의 갈등을 해결(Reconciliation)

한다.

제

9장


(2) 이 수업의 장점은 실험과 관련된 개념을 이해하기 쉽고 실험 과정이 비교

적 간단하며 학생들에게 시각적으로 흥미를 줄 수 있다는 점이다. 이산화

질소는 산성비와 광화학 스모그를 일으키는 주범이기도 하므로 학생들에

게 보다 흥미롭게 도입할 수 있는 주제이다. 또한 예측과 관찰 사이의 갈

등을 해결하는 설명하기 단계에서 학생들의 활발한 토의를 잘 활용하면

학생들의 개념 이해를 돕는 효과적인 수업 전략이 될 것이다.

(3) 이 POE 활동을 할 때 학생들은 자신이 선행학습 등을 통해 암기한 사실

을 그 로 반복하면 인지갈등을 유발하는 효과를 거두기가 어렵다. 정답

을 맞추는 데 초점을 두지 말고 예측하고 관찰하고 설명하는 과정을 강조

하도록 한다.

(4) 진행 방법

① 예측의 도입부에서 학생들이 이산화질소가 우리 생활에 어떤 영향을 미

치는지 강조함으로써 흥미를 유발하도록 한다.

② 예측하기 및 설명하기 단계에서 옆의 친구들과 충분히 토의할 수 있도

록 한다.

③ 관찰하기 단계에서 디지털 카메라를 이용하여 실험결과를 캡쳐하거나

녹화한 후 비교해주면 더 정확한 관찰을 할 수 있을 것이다.

④ 관찰하기 단계에서는 토의가 이루어지기 전에 반드시 자신이 관찰한 것

을 자세하게 기록하도록 하여, 다른 학생들의 의견에 의해 관찰이 왜곡

되지 않도록 한다.

⑤ 예측하기 및 설명하기 단계에서 학생들이 자신의 생각을 발표할 수 있

도록 하고, 교사가 피드백을 준다.

⑥ 설명하기 단계에서는 이산화질소의 온도에 따른 평형이동을 열화학 반

응식을 이용하여 설명하게 하고 이를 바탕으로 실험 결과를 조원들과

토의하고 설명할 수 있게 한다. 또한 실생활과 관련된 문제를 통해 평

형 이동에 한 개념을 적용해 봄으로써 개념에 한 이해를 견고히 할

수 있다.

222 학생용 활동지 정답

관찰하기

✿ 얼음물에서의 색깔 : 흐려진다.

✿ 끓는 물에서의 색깔 : 적갈색이 더 진해진다.

지도상 유의점

1. 조별 토의가 잘 이루어질

수 있도록 교사가 순회하

면서 지도한다.

2.학생들의 발표를 통해서

학생들이 가지고 있는 오

개념을 악할 수 있다.

240 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고

학생들이 작성한 자료를 수

행평가 자료로 사용할 수 있

다.

주의점

이온 개념을 도입하기 단

계이므로 해질과 비 해

질의 정의 정도까지만 학습

할 수 있도록 한다.

참고

발 다이오드의 밝기 차이

는 명확히 구분되지 않을 수

도 있다. 해질의 양에 따

른 밝기의 변화를 실험을 통

해 직 알아보기 해서는

발 다이오드 신 꼬마

구를 사용하는 것이 하

다.

설명하기

① 다음 문장을 읽고 ( )안의 내용 중 옳은 것에 ○표 하자.

✿ 온도가 낮아지면 (사산화이질소) 쪽으로 평형이 이동하여 색깔이 더(흐려)

진다.

✿ 발열 반응의 경우 온도를 높여주면 (역반응)쪽으로 평형이 이동한다.

② 산성비의 주원인 물질 중 하나인 이산화질소가 자동차 엔진에서 생성되는

것은 온도가 높아짐에 따라 반응 속도가 빨라져서 나타나는 현상이 아니라

온도 상승에 따른 평형이동의 결과로 볼 수 있다. 질소와 산소로부터 이산

화질소가 생성되는 열화학 반응식은 다음과 같다.

N2(g) +2O2(g) ⇄ 2NO2(g), ΔH = +66kJ

이 반응은 흡열반응이며, 25℃에서 평형상수 Kp= 1.3 ×10-19

이다. 그런데

자동차 엔진 내부의 온도는 약 1500~2000K까지 올라가게 되고, 이때 이산

화질소 생성반응의 평형상수 Kp값은 7.9 × 10-6정도가 된다. 즉 25℃에서보

다 약 100조배 정도 커지게 된다. 따라서 위의 화학 반응식에서 평형은 정

반응 쪽으로 이동하게 된다. 즉 상온에서는 거의 일어나지 않는 반응이 고

온의 자동차 엔진에서는 일어나게 되고 따라서 이산화질소의 농도가 증가

하게 되는 것이다.



탐구

과정

채점 기준

상 중 하

예측

얼음물과 끓는 물에

서의 반응 예측 및

그렇게 생각한 이유

를 모두 기록하였다

얼음물 또는 끓는

물에서의 반응을 예

측하였으나 그렇게

생각한 이유 기록이

미흡하다.

얼음물과 끓는 물에

서의 반응 예측 및

그렇게 생각한 이유

를 기록을 하지 않

았다.

관찰

얼음물과 끓는 물

경우에 대해 바르게

관찰하여 기록한다.

두 가지 경우 중 한

가지에 대해 바르게

관찰하여 기록하지

못한다.

두 가지 경우 모두

제대로 관찰 결과를

기록하지 못한다.

설명

관찰한 내용을 자신

이 알고 있는 과학

적 개념과 관련지어

정확하게 설명하였

다.

관찰한 내용을 과학

적 개념과 관련지어

설명하는 것이 미흡

하다.

관찰한 내용을 설명

하는데 있어서 오개

념이 드러났다.

제

9장


(2) 개인별 실험 기능에 대한 채점 기준

평가

항목

채점 기준

상 중 하

실험

수행 시

참여도

실험에 적극적으로 참

여하고, 조원들과 협

동을 잘 한다.

실험을 수행하나 수동

적이고 협동을 거의

하지 않는다.

실험 수행에 거의 참

여하지 않는다.

토의

참여도

나름 로의 예측과 근

거를 가지고 토의에

적극적으로 참여한다.

토의에 소극적으로 참

여한다.

토의에 거의 참여하지

않는다.

주의

사항

따르기

실험시 주의사항을 잘

숙지하고 철저하게 따

른다.

실험시 주의사항을

체적으로 따른다.

실험시 주의사항을 거

의 따르지 않는다.

정리

정돈

하기

실험이 끝난 후 모든

기구와 주변을 깨끗

하게 정리･정돈한다.

실험이 끝난 후 기구

와 주변 정리･정돈을

체로 잘 한다.

실험이 끝난 후 기구

와 주변의 정리･정돈

을 거의 하지 않는다.

참고

탐구 과정 개인별 실험

기능을 채 할 때 상, , 하

각각의 단계를 3 /2 /1

으로 할 수 있으나, 단계를

세 부분으로 세분화하기 힘

든 경우에는 흡족/미흡의 2

단계로 채 할 수 있다.

242 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

서술형 평가

12학년

[화학 평형]

하버의 암모니아 제조 방법 학 생 용

서술형 문항

※ 다음은 하버법에 의해서 암모니아를 생성하는 과정을 나타낸 것이다.

그림에서 보면 수소와 질소 혼합물을 넣고 압력은 250기압, 온도는 450℃로 맞춰준 상

태에서 반응을 시켜 암모니아를 얻게 된다. 물음에 답하라.

1. 하버법에 의해 암모니아가 생성되는 화학 반응식과 엔탈피 변화는 다음과 같다.

N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g), ΔH < 0

이 반응식을 보고 암모니아의 수득률을 높이기 위한 온도와 압력 조건을 쓰고 그

이유를 서술하시오. (20점)

2. 다음 그래프를 보면 1000기압, 200℃에서 암모니아의 수득률이 가장 높음을 알

수 있다.

수

득

률

(%)

온도(℃)

기압

기압

기압

그러나, 하버법에서는 250기압, 450℃ 조건에서 반응을 시켜 암모니아를 얻는다.

그 이유가 무엇인지 서술하시오. (10점)

제

9장


하버의 암모니아 제조 방법


12학년

서술형 평가


111 출제 의도 및 채점시 유의 사항

출제 의도

암모니아를 생성하는 방법인 하버법을 화학 평형과 관련지어 정확하게 알아보

기 위해 서술형 문항으로 출제하였다. 열화학 반응식을 이용하여 평형 이동을 예

측할 뿐 아니라 반응 속도와의 관련성도 더불어 고려할 수 있는지를 확인하고자

하는 것이 이 문제를 출제한 의도이다.

채점시 유의 사항

1. 일상생활에서 반응 속도가 달라지는 예는 매우 많으므로 학생들이 쓴 답안의

응답 유형을 보고 채점 기준을 정하여 일관되게 채점하도록 한다.

2. 유사 정답에 한 평가 기준을 세밀하게 세워서 부분 점수를 적절하게 부여하

도록 한다.

222 정답

1. 수득률을 높이기 위한 온도와 압력 조건 : 온도는 낮추고 압력은 높여야 함

반응물의 전체 몰수는 4몰이고, 생성물의 몰수는 2몰이므로 압력을 높여주면

기체의 몰수가 감소되는 방향, 즉 정방향으로 평형이 이동하게 되어 암모니아

의 수득률이 높아진다. 반응엔탈피가 음수라는 것은 발열반응을 의미하므로

온도를 낮추어주면 열이 발생하는 방향, 즉 정방향으로 반응이 이동하게 되어

수득률이 높아지게 된다.

2. 압력을 높일수록 수득률이 높아지지만 1000기압까지 높이려면 현실적으로 높

은 압력을 버티기 위한 추가적인 공장 설비가 필요하다. 공장 시설에 더 많은

경비가 소요된다. 온도를 낮추어주면 입자들의 충돌속도가 느려져서 암모니아

의 생성 속도가 느려지게 된다. 따라서 경제적인 문제와 반응 속도를 고려하였

을 때 가장 적절한 조건인 250기압, 450℃에서 암모니아를 생산하는 것이다.

244 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

333 채점 기준

문항 1~2에 해 아래의 요소별로 각각 채점하여 합산한다.

문항 채점 기준 배점

1

(1) 압력은 높이고, 온도는 낮춤

압력을 높여주면 기체의 몰수가 감소되는 방향, 즉 정방

향으로 평형이 이동하게 되어 암모니아의 수득률이 높아

진다.

(2) 이 반응은 발열반응이므로 온도를 낮추어주면 열이 발생하

는 방향, 즉 정방향으로 반응이 이동하게 되어 수득률이

높아지게 된다.

각 5점

각 5점

2

압력이 너무 높아지면 공장 설비 등의 비용이 많아진다.

온도가 너무 낮아지면 반응물의 충돌 회수가 적어지므로 암모

니아 생성 속도가 느려진다.

각 5점

유사 답안 및 채점 기준

문항 채점 기준 배점

1 높은 압력, 낮은 온도 정답처리

2 경제적인 이유 5

제

10장


산과 염기의 반응제101010장



제 목분 류


관련 오개념

(2장 참고)

10장.

산과 염기의

반응

활동 1 중화 적정 곡선 그리기(SSC) 실험/일반/교실 새 탐구 유형 3

활동 2 무지개 용액(POE) 시범실험/일반/실험실 교과서 탐구 ･활동 3 우리 몸의 완충체계 논술/일반/교실 통합 논술 유형 3

2. 선정 이유

활동 1. 산과 염기의 중화 반응과 관련 적정 곡선은 대부분의 화학II 교과서에 빠짐없이 제시

되고 있다. 이번 탐구 실험을 통해서는 직접 학생들이 SSC 실험 활동으로 적정반응

을 진행하면서 적정 곡선을 그려보는 것이 목적이다. 또한 자신이 작성한 적정 곡선

에 담긴 의미가 무엇인지 파악해 볼 수 있는 기회를 제공한다.

활동 2. 산과 염기를 판별하는 지시약으로 ‘야마다 만능 지시약’을 선택하여 드라이아이스를 넣으면

서 변화되는 액성에 따라 지시약이 어떤 반응을 보이는지 확인해 볼 수 있는 시범실험이다. 만

능지시약 안에 들어있는 여러 가지 지시약들이 다양한 변색범위에 따라 다양한 색깔변화를 갖고

있다는 것을 먼저 제시해 주고 이를 바탕으로 학생들이 미리 일어날 색깔 변화를 예측해보도록

하는 POE 활동이다. 한 가지 지시약을 사용하는 것보다 다양한 지시약을 섞어서 사용함으로 인

해 좀 더 다양한 pH 변화를 관찰할 수 있음을 학생에게 안내함으로 ‘과학에 한 이해’를 넓

혀갈 수 있는 기회가 될 수도 있다.

활동 3. 산과 염기의 중화 반응을 기반으로 하는 예시문을 읽고 그 안에 담겨진 산-염기 중화 반응의 예

를 살펴볼 수 있는 논술형 평가 문항이다. 주변에서 쉽게 볼 수 있는 세제들의 사용법에 산-염기

중화 반응의 예가 어떻게 담겨있는지, 호흡의 속도에 따라 우리 몸 속 완충체계의 변화가 어떤

신체반응의 변화를 가져오는지 자료를 통해 파악해보도록 하자.

246 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)


12학년

[산과 염기의 반응]

중화 적정 곡선 그리기(SSC)

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

24홈 , 만능지시약, SSC용

스포이트, pH 1~12완충용

액, 염산, 수산화나트륨수용

액, 아세트산수용액

위산 과다로 속이 쓰릴 때는 제산제를 먹는다. 생선의 비린내가 심할 때는 레몬즙을

떨어뜨린다. 산성과 염기성이 만나 액성이 변화되는 예는 우리 일상생활의 여러 곳

에 응용되고 있다. 이번 실험에서는 실제로 산에 염기를 떨어뜨리면서 어떻게 액성

이 변화되는지 Small-Scale로 간편하게 실시하면서 직접 중화 적정 곡선을 그려보

도록 하자.

학습 목표

∙ 강산과 약산을 강염기를 이용하여 직접 중화 적정 반응을 수행해 보고

pH 변화를 그래프로 나타낼 수 있다.

∙ 중화 적정 곡선이 나타내는 의미를 파악하고 적절한 지시약 선택에 이를

활용할 수 있다.

과정


산과 염기를 반응시키면 산의 음이온과 염기의 양이온이 합해져서 염을 생

성하고, 수소이온과 수산화이온이 결합하여 물을 만드는데, 이 반응을 중화 반

응이라고 한다.

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

산 염기 염 물

① 중화 반응에서 일어나는 알짜이온 반응식을 쓰시오.

② 산이나 염기와 반응하여 색변화를 일으키는 물질을 지시약(indicator)이

라고 한다. 지시약은 그 자체가 약한 산이나 약한 염기이고 지시약의 산

성형을 HIn, 그 짝염기형을 In-이라고 하면, 수용액 속에서의 산-염기 평

형은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

HIn(aq) ＋ H2O(l) ⇆ H3O＋(aq) ＋ In

－(aq)

제

10장


③ 산성 용액에서는 르 샤틀리에의 원리에 의해 평형이 ( )으로 이동

하므로 지시약은 주로 ( )의 형태로 존재한다.

④ 염기성 용액에서는 르 샤틀리에의 원리에 의해 평형이 ( )으로 이

동하므로 지시약은 주로 ( )의 형태로 존재한다.

이처럼 서로 다른 액성에서 지시약의 산성 형태와 염기성 형태의 색깔이

서로 다르면 이 물질은 지시약으로 사용될 수 있다.


[실험 1] 간이 pH 미터 만들기

① SSC용 플라스틱 스포이트에 만능지시약을 담고 24홈판의 12개의 홈에

만능지시약을 1방울씩 떨어뜨린다.

② pH 1~12 완충용액을 만능지시약이 담긴 12개의 홈에 순서 로 각각 10

방울씩 떨어뜨리고 젓개로 저어준다.　

③ 이 때 각 pH에서 나타나는 만능지시약의 색 변화를 관찰한다.

pH 1 pH 2 pH 3 pH 4

pH 5 pH 6 pH 7 pH 8

pH 9 pH 10 pH 11 pH 12

[실험 2] 산 염기 중화 적정

① 위에서 실험한 24홈판의 비어있는 홈에 만능지시약 한 방울과 HCl 수

용액 10방울을 넣는다.

② 여기에 NaOH 수용액을 한 방울씩 떨어뜨리면서 [실험1]에서 만든 간이

pH 미터의 색깔과 비교한다. 매 방울이 첨가될 때마다 나타나는 만능

지시약의 색변화를 관찰하여 그 색에 해당하는 pH 값을 기록한다.

③ NaOH 수용액이 30방울 정도 들어갈 때 까지 계속해서 실험을 진행한다.

④ HCl 수용액 신에 CH3COOH 수용액을 사용하여 위의 ① ~ ③까지의

과정을 반복한다.

⑤ HCl 수용액과 CH3COOH 수용액을 각각 NaOH 수용액으로 중화 적정

했을 때 관찰된 pH 값을 그래프로 나타낸다. 이 때 X축은 첨가된

NaOH 수용액의 방울 수이며, Y축은 pH 값이다.

248 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

실험 후 뒷정리

다루는 용액이 산과 염기이

기 때문에 항상 주의를 기울

이도록 한다. 남은 액체는

종이 타올에 흡수시켜 쓰

기통에 버리고, 손은 비 로

깨끗이 씻는다.

<HCl 수용액을 NaOH 수용액으로 중화 적정>

방울

수1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH

방울

수16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

pH

<CH3COOH 수용액을 NaOH 수용액으로 중화 적정>

방울

수1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH

방울

수16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

pH


1. HCl 수용액과 CH3COOH 수용액을 NaOH 수용액으로 중화 적정할 때

중화 반응식과 산-염기의 몰수비, 실험 결과에 따른 몰농도의 비는?

반응식산-염기의 비 (산 : 염기)

몰수의 비 몰농도의 비

①

②

제

10장


2. 두 실험에서의 중화점(적정 곡선에서 기울기가 가장 큰 부분의 중간지

점)의 pH는 각각 얼마인가?

① HCl 수용액에서의 중화 반응 :

② CH3COOH 수용액에서의 중화 반응 :

3. 실험 결과를 이용해 그린 적정 곡선을 보고 다음 물음에 답하라.

① 초기 pH가 높은 것은 어느 것이며, 그 이유는 무엇인가?

② 두 중화 반응의 결과 찾은 중화점의 pH를 비교하라. 그러한 결과가

나타난 이유를 설명하라.

4. 다음은 여러 가지 지시약의 변색 범위를 나타낸 표이다. 표를 참고할

때 각 중화 반응에 적합한 지시약은 어떤 것들이 있는가? (단, 강한 염

기 수용액으로 적정할 경우이다.)

지시약메틸

오렌지

메틸

레드리트머스

브로모

티몰블루

페놀프

탈레인

브로모

크레졸그린

티몰

블루

변색범위

(pH)3.1~4.4 4.8~6.0 5.0~8.0 6.0~7.6 8.0~9.6 3.8~5.4 1.2~2.8

① HCl 수용액에서의 중화 반응에 적합한 지시약 :

② CH3COOH 수용액에서의 중화 반응에 적합한 지시약 :

5. 만약 적정에 사용된 NaOH 수용액의 몰농도가 0.2M이라고 한다면, 각

적정에 사용된 HCl 수용액과 CH3COOH 수용액의 몰농도는 얼마인지

구하시오.

① 사용된 HCl 수용액의 몰농도 :

② 사용된 CH3COOH의 몰농도 :

250 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

우리 생활

콜라 성분의 비밀

콜라는 1887년 미국 조지아주의 약제사인 존 펨버턴(John Pemberton)에 의해 처음 만들어졌다. 그

해에 공교롭게도 애틀랜타 시에서 주류 추방운동이 일어나고 있어서 주류를 체하는 음료 중 하나로

등장한 신생음료인 콜라가 각광을 받기 시작했고 그 인기는 아직까지 지속되고 있다. 콜라는 햄버거의

세트 메뉴에도 포함되는데, 현재 미국인들이 하루에 먹는 맥도날드 햄버거가 1억 개를 넘으니 같이 끼

워서 파는 콜라의 양은 상상을 초월한다. 이런 콜라 가격의 거의 부분이 포장, 운반, 광고비용과 이

익이며 생산 원료비는 10% 이하라는 사실은 더욱 놀랍다.

코카콜라라는 상품명은 코카나무의 ‘코카’와 콜라 열매의 ‘콜라’를 합성한 것이다. 처음 제조한 콜라

역시 코카나무의 잎과 콜라 열매를 혼합해서 만들었다. 코카나무에는 코카인 성분이, 콜라 열매에는

카페인이 함유되어 있는데 초기의 콜라에는 실제로 코카인 성분이 들어 있었다고 전해진다. 코카콜라

의 성분은 여전히 비밀에 붙여지고 있는데 코카콜라 회사에서도 콜라의 제조 비법은 최고위층 두 사람

만이 알고 있다고 한다. 윌리엄 파운드스톤(William Poundstone)의 ≪커다란 비밀들(Big Secrets)≫

(1983)이라는 책에는 콜라에 설탕, 캐러멜, 코카 잎 추출물, 구연산, 콜라 열매 추출물, 오렌지, 레몬,

유두고, 네놀리유 등과 같은 성분을 함유하고 있다고 한다. 그러나 성분을 정확히 안다고 하더라도 섞

는 순서와 방법을 몰라 10년이 지나도 여전히 원조의 맛을 재현하는 것은 불가능하다.

콜라의 pH는 2.5정도로 매우 낮은 편이다. 산성비의 기준이 되는 pH가 5.6이므로 콜라는 산성비보

다도 H+의 농도가 약 1000배 정도 더 높다는 얘기다. 산성비의 pH가 4.5정도만 되어도 매스컴에서

큰 이슈가 되는데, 콜라는 아무 거리낌 없이 몇 잔씩 들이켜도 눈 하나 깜짝하지 않는다.

탄산음료인 콜라는 이산화탄소를 주입한 상태에서 마시기 때문에 입안에서 톡 쏘는 느낌을 받는다.

김빠진, 즉 이산화탄소가 날아가 버린 콜라에는 다른 비휘발성 성분이 그 로 있어서 집안에 있는 녹

이나, 자동차의 크롬 성분이 포함된 그릴, 범퍼 등을 닦아 광택을 내는데 사용되기도 한다.

자료출처 : 여인형, 퀴리부인은 무슨 비누를 썼을까?, 한승

제

10장


중화 적정 곡선 그리기(SSC)…➸ [산과 염기의 반응]

12학년

새 탐구


111 활동 내용 분석 및 진행방법

① HCl 수용액과 NaOH 수용액, CH3COOH 수용액의 농도는 교사가 다양하게

정할 수 있지만 이번 실험에서는 산과 염기의 사용 부피를 1 : 2 정도 (10

방울 : 20방울)로 계획했고 농도가 진할 경우 실험 수행시 위험이 따르므로

HCl 수용액과 CH3COOH 수용액의 농도를 0.1M로 하고, NaOH 수용액의

농도는 0.05M로 하는 것이 좋다.

② pH 미터를 사용하지 않고 만능지시약을 이용한 색깔 변화로 간이 pH 미터

로 만들었기 때문에 홈판 아래 흰 종이를 깔고 색깔을 서로 비교하면서 자

료를 기록하도록 한다.

③ 그래프 용지에 직접 pH 변화를 표시하면서 적정 곡선을 학생들이 직접 그

려보도록 한다. 한 그래프 용지에 약산과 강산을 강염기로 각각 적정할 때

나타나는 pH 변화를 그래프로 나타내면서 강산과 약산의 중화 적정 곡선

모양을 비교해보도록 한다.

④ 이번 실험에서 지시약이나 용액을 떨어뜨리기 위해 사용하는 Small- Scale

스포이트는 1부 3장에 제시된 SSC 기구 사용법을 참고하도록 한다.

⑤ 중화점은 산의 H＋ 몰수와 염기의 OH－ 몰수가 같아지는 지점으로 산과 염

기가 완전히 중화되는 시점이라는 의미로 쓰이고 있다. 그러나 종말점이란

실험자가 중화점이나 중화점이라고 생각해서 적정을 멈추는 지점으로써,

중화점과 종말점이 꼭 같지 않으므로 실험 오차가 생긴다.

⑥ 많은 학생들이 중화점을 pH가 7이 되는 지점으로 생각하는 경우가 많다.

이 실험을 통해 단순히 수소 이온과 수산화이온의 중화 반응 이외에 생성

된 염의 가수분해에 의해 중화점의 pH가 달라질 수 있음을 학생 스스로

확인하게 할 필요가 있다. 이 실험에서는 Small-Scale로 실험하기 때문에

간편하게 중화 적정 실험을 하고 그 결과를 그래프로 그려 간단히 확인해

볼 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 간이 pH 미터의 색깔 차이를 이용하여

중화 과정의 pH를 결정하기 때문에 정확한 pH값을 판단하기에는 어려움

이 있어서 pH 그래프가 교과서에서 제공되는 것처럼 매끄럽게 나오지 않

을 수도 있다.

.

252 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

⑧ 지시약은 종류에 따라 다양한 색깔을 나타내고 지시약의 색깔이 변하는

pH 범위(변색범위)도 다양하다. 중화 반응에 사용하는 산과 염기의 종류

가 다르고 그래서 중화점에서의 실제 pH 값이 서로 다르기 때문에 색깔

변화를 보다 정확하게 확인하기 위해서는 중화점 근처에서 변색범위를 갖

는 지시약을 선택해야 한다.

222 채점기준

(1) 학생용 활동지 해답


① 중화 반응의 알짜이온 반응식

H＋(aq) ＋ OH

－(aq) → H2O(l)

② 산성 용액에서는 르 샤틀리에의 원리에 의해 평형이 (왼쪽 또는 역반응)으

로 이동하므로 지시약은 주로 (산성형 또는 HIn)의 형태로 존재한다.

③ 염기성 용액에서는 르 샤틀리에의 원리에 의해 평형이 (오른쪽 또는 정반

응)으로 이동하므로 지시약은 주로 (염기성형 또는 In-)의 형태로 존재한

다.

실험해 봅시다

1. 간이 pH 미터 만들기

<pH에 따른 만능지시약의 색 변화>

pH 1 bright red pH 2 red pH 3 red orange

pH 4 orange pH 5 yellow pH 6 yellow green

pH 7 green pH 8 blue green pH 9 blue

pH 10 dark blue pH 11 blue violet pH 12 violet

제

10장


2. 적정하기

<HCl 수용액을 NaOH 수용액으로 중화 적정>

방울

수1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

방울

수16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

pH 1 1 1 3 7 10 12 12 12 12 12 12 12 12 12

<NaOH ＋ CH3COOH < HCl 수용액을 NaOH 수용액으로 중화 적정>

방울

수1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH 3 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 6 6 6

방울

수16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

pH 6 6 7 8 9 10 11 12 12 12 12 12 12 12 12

적정 곡선

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35

NaOH 방울 수

pH

HCl+NaOH CH3COOH +NaOH

정리해 봅시다.

1. 두 가지 중화 반응

반응식

산-염기의 비

(산 : 염기)

몰수의 비 몰농도의 비

① HCl(aq) + NaOH(aq) ⇄ NaCl(aq) + H2O(l) 1:1 2:1

② CH3COOH(aq) + NaOH(aq) ⇄ CH3COONa(aq) + H2O(l)

1:1 2:1

2. 중화점에서의 pH 비교

① HCl 수용액과 NaOH 수용액 : 약 pH 7

② CH3COOH 수용액과 NaOH 수용액 : 약 pH 9

254 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

단계채점기준

상 중 하

생각해

봅시다

중화 반응의 알짜이온

반응식을 이해하고, 지

시약의 액성에 따른

화학 평형 이동을 말

할 수 있다.


반응식을 완성할 수

있지만 지시약의 화학

평형을 정확하게 이해

하지 못한다.


반응식과 지시약의 화

학 평형을 제 로 이

해하지 못한다.

실험해

봅시다

NaOH를 떨어뜨릴 때

일어나는 색깔변화를

꼼꼼하게 비교 관찰하

고 적정곡선으로 그릴

수 있다.

NaOH 떨어뜨릴 때 일

어나는 색깔변화를 꼼

꼼하게 기록하였으나

적정곡선으로 그리지

못한다.

NaOH를 떨어뜨릴 때

나타내는 색깔변화로

pH의 변화를 알아내

는데 어려움이 있어서

적정곡선을 제 로 그

리지 못한다.

설명해

봅시다

적정 곡선을 통해 중

화점을 파악하고 각

중화 반응 예에 적합

한 지시약을 선택할

수 있다.

적정 곡선의 중화점을

략적으로 파악하지

만 적절한 지시약을

선택하지 못한다.

적정 곡선에서 중화점

을 파악하지 못해 지

시약 선택하지 못한다.

3. ① CH3COOH이 약산이기 때문에 초기 pH 값이 더 크다.

② 강산과 강염기를 이용한 중화 적정에서는 생성된 염의 성질이 중성이

기 때문에 pH가 7에 가깝지만 약산과 강염기의 중화 적정에서는 생성

된 염이 약한 염기성을 띠고 있기 때문에 중화점에서의 pH 값도 7보

다 크게 된다.

4. HCl 수용액에서는 변색범위가 pH 4~10에서 나타나는 지시약인 메틸레드,

리트머스, 브로모티몰블루, 페놀프탈레인 등이 적당하여, 약산인 CH3COOH

수용액과 강염기인 NaOH 수용액을 이용한 중화 적정에서는 페놀프탈레

인을 이용하는 것이 적당하다.

5. NaOH 수용액의 농도를 0.2M 이라고 가정하면 중화 적정에 사용된 산과

염기의 부피비가 1:2이고 같은 1가의 산과 염기를 사용했기 때문에 산의

농도가 염기의 농도보다 2배 더 진하다고 할 수 있다.　그래서 사용된 산

의 몰농도는 0.4M 이라고 추측할 수 있다.

제

10장


참고 자료

페놀프탈레인 지시약의 무색화 현상

염기성에서 붉은 색을 띤다고 알고 있는 지시약 페놀프탈레인이 pH가 12이상인 용액에서는 색깔이

점점 흐려지다가 결국 색깔이 사라지는 현상이 나타난다. 이러한 현상은 다음과 같은 페놀프탈레인 지

시약의 구조 변화로 설명할 수 있다.

산성 범위에서 안정한 구조는 Ph1 type이며 염기성 범위에서는 Ph2 type으로 변한다(Ph1↔Ph2, pH

8.0). 자주색 페놀프탈레인 수용액인 Ph2 용액에 진한 NaOH 수용액을 더 넣으면 Ph3 type(Ph2 ↔

Ph3, pH 9.6)인 매우 안정한 무색 구조로 변화된다. 다시 말해서 강염기에서는 오히려 무색으로 변화

된다는 것이다.

그래서 강염기의 수산화나트륨 수용액에 2~3방울의 페놀프탈레인을 떨어뜨리고 낮은 온도에서 아세

트산으로 천천히 중화시키는 경우 색이 나타나지 않고도 중화점에 도달하는 경우가 생긴다는 것이다.

그리고 중화점을 지나쳤는데도 얼마 후 다시 무색으로 변해버리면 학생들은 아직 중화점에 도달하지

못해서 색이 사라졌다고 생각할 수도 있어 과량을 떨어뜨리는 경우도 생길 수 있다.

그래서 이런 어려움을 최 한 줄이기 위해 페놀프탈레인을 산에 몇 방울 집어넣고 염기로 떨어뜨리

는 것이 좋고 가능한 염기의 농도는 진한 농도를 사용하지 않는 것이 좋다.

출처：전영화, 홍란선, 강영진, 강성주(2004), 산-염기 중화 반응 실험의 문제점 분석 및 개선 방안, 한화학회지,

48(2), 189-194.

256 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

학 생 용교과서 탐구

12학년


무지개 용액(POE)

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

준비물

<시범실험 비물>

실린더(1000 mL), 만능

지시약, 스포이트, 드라이아

이스, 수산화나트륨 용액

(0.1 M), 염산 용액(6 M)

우리 주변에 존재하는 액체들은 액성에 따라 3가지로 분류할 수 있다. 구체적으로

어떤 액성을 띠고 있는지에 관한 판단은 지시약을 사용하거나 pH 미터를 이용해 알

아낼 수 있다. 이번 실험에서는 여러 가지 색을 띠고 있는 다양한 지시약을 혼합하

여 사용할 경우 액성을 훨씬 더 정확하고 세밀하게 판단할 수 있음을 확인해보자.

학습 목표

∙ 드라이아이스가 물에 용해되었을 때의 pH변화를 만능지시약을 통해 알아

낼 수 있다.

∙ 만능지시약을 이용하여 일상생활 속의 산성 또는 염기성 물질을 확인할

수 있다.

과정

(1) 탐색해 봅시다(시범실험)

묽은 수산화나트륨 용액이 들어있는 눈금실린더에 만능지시약을 넣었더니 보라색

이 되었다. 여기에 드라이아이스 조각을 넣으면 어떻게 될지 다음 표를 참고로 예

상해보자.

아래 표를 만능지시약에 사용되는 여러 가지 지시약의 색깔 변화를 나타낸

표이다.

지시약 변색 pH 색깔의 변화

티몰블루 8.0 - 9.6 노랑 → 파랑

메틸레드 4.8- 6.0 빨강 → 노랑

BTB 6.0 - 7.6 노랑 → 파랑

페놀프탈레인 8.2 - 10.0 무색 → 분홍

① 이 때 예측되는 현상을 적어보자.

제

10장


② 그렇게 생각한 이유를 적어보자.

<시범실험 과정>

1. 눈금 실린더에 물을 1000 mL 채운다.

2. 만능 지시약을 5~10 mL 정도 넣은 뒤 잘 섞는다.

3. 수산화나트륨 용액을 조금씩 넣어 용액 전체가 보라색을 띠게 한다.

4. 이 용액에 드라이아이스 조각을 몇 개 넣고 변화를 관찰한다.

5. 드라이아이스가 다 없어지면, 염산 용액을 넣어본다.

③ 관찰 결과를 적어보고, 그런 결과가 나타난 이유를 설명해 보자.

　


① 이 반응에서 여러 가지 색깔이 나타나는 이유는 무엇일까?

② 이 변화를 화학 반응식으로 나타내보자.

③ 우리가 일상생활에서 마시는 탄산음료에 만능지시약을 떨어뜨린다면 어

떤 색으로 변화할지 예상해보고 그 이유를 설명해보자.

258 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

주변의 다양한 물질들이 갖는

pH를 이용해 무지개와 같은

색깔 배열을 갖는 팔 트를

구성할 수 있다.

④ 이러한 색깔 변화가 다시 일어나게 하려면 어떤 방법들이 있을까?

⇨_____________________________________________________________

⇨______________________________________________________________

⇨_____________________________________________________________

⑤ 만능지시약을 이용해 무지개 팔레트를 만든다면 일상생활에서 어떤 물

질들을 사용하는 것이 좋을지 제안해보시오. 　　

⑥ 한 가지 지시약을 사용하는 것보다 여러 가지 지시약을 섞어 만능지시

약을 만들어 사용하는 것이 어떤 장점이 있을지 논의해보자.

제

10장


무지개 용액(POE)…➸ [산과 염기의 반응]

12학년교과서 탐구


111 활동 내용 분석 및 진행방법

① 만능지시약 만들기

95% 에탄올 500 mL에 0.025 g의 티몰블루, 0.06 g의 메틸레드, 0.3 g의

BTB, 0.5 g의 페놀프탈레인을 녹인다. 여기에 녹색이 될 때까지 0.1 M 수

산화나트륨 용액을 넣은 뒤, 전체 용액이 1000 mL가 될 때까지 증류수로

묽힌다. 이것은 ‘야마다의 만능지시약’이라고 불리는 것으로 한번 만들어

놓으면 6개월 정도는 지속된다.

② 처음의 보라색이 선명해야 색깔이 변하는 것이 잘 보인다. 지시약의 양을

조금 더 넣는 한이 있더라도 선명한 보라색이 보이도록 하는 것이 좋다.

③ 색깔이 변하는 반응이므로 배경을 흰색으로 받쳐주는 것이 좋다. 실험 가

운을 입거나 커다란 흰 종이를 사용하도록 한다.

④ 드라이아이스가 물에 들어가면 승화되면서 기체가 발생하고 용액의 색은

보라색 → 파란색 → 녹색 → 노란색으로 변화한다.

⑤ 무극성 기체인 이산화탄소는 다른 무극성 기체에 비해 용해도가 비교적 큰

편이다. 이는 무극성 공유결합을 하는 다른 기체에 비해 이산화탄소는 극

성 공유결합을 하되 구조에 의해 상쇄되는 것이므로 완전히 부분 전하가

존재하지 않는 기체에 비해 물 분자와 상호작용 할 수 있는 여지가 크기

때문이다.

기체의

종류수소 헬륨 산소 질소 이산화탄소

몰

용해도

(mol/L)

1.411 × 10-5

6.997 × 10-6

2.293 × 10-5

1.183 × 10-5

6.15 × 10-4

.

260 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

⑦ 양배추 지시약으로도 비슷하게 실험을 할 수 있다. 양배추 즙을 만능 지

시약 신 사용하면 녹색에서 파랑, 보라색을 거쳐 붉은 보라색으로 변하

는 것을 볼 수 있다.


1. 이 반응에서 여러 가지 색깔이 나타나는 이유는 무엇일까?

수산화나트륨 용액은 염기성이므로 만능지시약을 넣으면 보라색(각 지시

약의 염기성 색깔이 혼합되어 만들어지는 색)이 된다. 여기에 드라이아이

스를 넣으면 발생하는 이산화탄소 기체가 물에 녹아 탄산이 만들어지므로

용액의 pH가 변화하게 된다. 탄산은 약산이므로 강염기인 수산화나트륨

과 중화 반응을 하게 되어 점차 용액의 pH가 낮아지고 색깔은 보라색에

서 -파랑 - 녹색으로 변한다. 중화점을 지나면 약산의 색깔인 노란색-주황

색으로 변화가 끝나게 된다. 강산성에서의 색까지 보고 싶으면 HCl 수용

액을 넣어 붉은 색이 나타나는 것을 볼 수 있다.

2. 이 변화를 화학 반응식으로 나타내보자.

CO2 ＋ H2O → H2CO3 → 2H＋＋ CO3

2－ (탄산의 형성)

H2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O (탄산의 중화 반응)

3. 우리가 일상생활에서 마시는 탄산음료에 만능지시약을 떨어뜨린다면 어떤

색으로 변화할지 예상해보고 그 이유를 설명해보자.

우리가 평소에 마시는 탄산음료 속에는 이산화탄소 기체가 많이 녹아있어

약산성이므로 만능 지시약을 넣으면 주황색이 된다.

제

10장


4. 이 색깔 변화가 다시 일어나게 하려면 어떻게 해야 할까?

➜ 수산화나트륨 용액을 넣어 보라색으로 만든 뒤 드라이아이스를 다시 넣어

준다. 실제로 해보면 다시 색깔이 변화하는 것을 볼 수 있다. 그러나 색

깔이 변하는 속도가 조금 느려지는 경향이 나타난다.

➜ 또한 용액을 가열하여 이산화탄소 기체를 날려 보내는 것도 방법의 일종

이다. 염산을 넣기 전의 상태에서 용액을 비커에 조금 옮겨서 가열하면

주황색에서 노란색을 거쳐 보라색으로 돌아가는 것을 볼 수 있다. 만약

염산을 넣은 후에는 이 방법을 사용할 수 없다.

➜ 알칼리 금속(반응성이 가장 작은 Li 정도)을 조금 잘라 용액에 넣어도 마

찬가지로 색깔이 보라색으로 돌아가는 것을 관찰할 수 있다.

⑤ 이번 실험에서 제조한 야마다 만능 지시약의 경우 각 pH에서의 색깔은

다음과 같다.

pH 4 5 6 7 8 9 10

color red orange yellow green blue indigo violet

염산(pH 1.0), 위산(pH 1.0~3.0), 레몬주스(pH 2.2~2.4), 식초(pH 2.4~3.4),

탄산음료(pH 3.9), 토마토쥬스(pH 4.5), 침(pH 5.7~7.1), 빗물(pH 5.8),

우유(pH 6.4), 혈액(pH 7.4), 사람의 오줌(pH 7.5), 베이킹소다0.1M(pH

8.4), 액상 제산제(pH 10.5), 가정용세제-암모니아(pH 12.0), 수산화나트

륨1.0M(pH 14.0) 등 여러 물질들의 pH가 교과서나 인터넷 등이 실려 있

다. 각 pH에 적절한 물질들을 찾아 다양한 무지개 팔레트를 구성할 수

있다.

⑥ 만능지시약에 포함된 4가지 지시약을 따로따로 사용할 경우 각 pH에서의

색깔 변화를 다양하게 관찰할 수 없기 때문에 알고자 하는 물질의 pH를

좀 더 정교하게 표현하기가 어렵다. 그러나 여러 가지 지시약을 섞어서

사용하면서 단순한 산성, 중성, 염기성의 분류를 넘어서 더욱 세분화된

pH를 알아낼 수 있게 된다. 이런 작은 응용이 과학자들의 실제 탐구에서

는 여러 예로 드러날 수 있다. 교사의 이러한 언급은 학생들로 하여금

‘탐구에 한 이해’를 더욱 구체화시킬 수 있다.

262 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)



단계채점기준

상 중 하

탐색해

봅시다

만능지시약에 들어가

는 여러 가지 지시약

을 각 액성에서 맞게

색깔을 예측할 수 있

다. 관찰 결과를 상

세하게 기록하고 그

이유를 설명할 수 있

다.

집어 넣는 물질의 액

성을 파악할 수는 있

지만 그 액성에 맞는

만능지시약의 색깔을

파악하는데 어려움을

갖고 있다. 관찰결

과를 잘 기록할 수

있다.

만능지시약의 색깔 변

화를 예측하지 못한

다. 관찰한 결과를 기

록하지만 결과에

한 설명을 합리적으

로 하지 못한다.

생각해

봅시다

드라이아이스가 용액

안에서 어떤 반응을

하는지 잘 유추하여

그것을 화학식으로 잘

표현한다. 색깔 변화

를 재현할 수 있는 방

법을 2가지 이상 설명

할 수 있다.

드라이아이스가 용액

안에서 하는 역할을

설명할 수 있지만 반

응식으로 정확하게 표

현하지 못한다. 색깔

을 재현하는 방법을

1가지 정도로 설명

한다.

용액 내에서 드라이

아이스의 역할을 제

로 설명하지 못하

고 색깔 재현 방법을

제안하지 못한다.

제

10장


통합 논술

12학년


우리 몸의 완충체계 학 생 용

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

산과 염기의 핵심 내용은 우선 산과 염기의 특성을 알아보고, 산과 염기를 이용한

중화 반응, 염의 가수분해, 완충용액의 원리 등에 대해 파악하는 것이다. 학생들이

대부분 중화 반응보다는 염의 가수분해와 완충용액 원리에 대해서는 이해하는데 어

려움을 갖고 있다. 이번 논술자료에서는 주변에서 쉽게 볼 수 있는 세제들의 사용

법에 제시된 주의사항이 산-염기 중화 반응과 어떤 관련성을 갖고 있는지, 호흡의

속도에 따라 우리 몸 속 완충체계가 어떤 신체반응의 변화를 가져오는지 자료를 통

해 파악해보도록 하겠다.

제시문 자료

자료 1 세제 사용법에 제시된 주의사항

가정의 화장실 청소에 주로 사용되는 표백제는 약 5%의 하이포아염소산나

트륨(NaOCl)으로 강력한 산화제이며, 얼룩을 제거하여 표백시키는 작용을

한다. 표백제 수용액은 NaOH 수용액에 염소기체를 녹여서 제조한다.

Cl2(g) ＋ 2OH-(aq) ⇆ OCl

－(aq) ＋ Cl

－(aq) ＋ H2O(l)

용액의 pH가 8이상으로 유지되는 동안 OCl- 이온은 염소를 포함하는 주된

성분이다. 그러나 수산화이온의 감소로 인해 용액이 산성이 되면 염소기체의

형성이 쉬워질 뿐 아니라 생성된 Cl2는 하이포아염소산나트륨(NaOCl)보다도

물에 용해되기가 어렵다. 반면에 표백제를 암모니아가 포함된 세제와 섞으면

염소와 암모니아가 반응하여 NH2Cl, NHCl2, NCl3 등이 생성되는데 이 화합

물들은 호흡장애를 유발할 수 있는 역겨운 냄새를 낸다.

자료 2 우리 몸의 완충체계

우리 몸속에서 일어나는 완충작용의 한 예로 다음 반응을 들 수 있다.

CO2 ＋ H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H＋＋ HCO3

－

우리가 에베레스트 산처럼 높은 산을 오를 때 종종 고산병에 걸릴 위험이 있

다는 얘기를 듣는다. 이는 높은 산에 올랐을 때 기압이 내려가는 동시에 공기

속의 산소 분압이 감소하므로 불쾌해지거나 피로해질 뿐 아니라 두통, 청색

증, 구토 등이 일어나며 더 올라가면 졸음, 정신 혼미, 감각 이상이 일어나게

되는 것을 말한다.

264 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

높은 산에 올랐을 때 호흡을 빠르게 하면 몸 안의 pH가 높아지는 호흡성 알

칼리혈증에 걸리게 되는데, 이 경우 인체는 기절이라는 방법을 통해 혈액의

pH를 조절한다. 기절하게 되면 호흡이 느려지기 때문이다. 기절을 피하려면

과호흡 환자를 종이로 만든 자루 안에서 호흡하도록 해 배출한 이산화탄소를

다시 흡수하도록 해줘야한다.

반 로 호흡이 너무 느려지는 경우에도 문제가 발생하게 된다.

천식이나 폐기종, 흡연 등은 호흡을 방해하기 때문에 혈액의 pH가 감소하

게 되어 호흡성 산혈증이 나타나게 된다. 따라서 이런 환자가 발생하면 환자

의 호흡을 돕기 위해 인공호흡기로 치료를 받게 해줘야 한다.

호흡이 원활해지면 이산화탄소의 배출이 늘어나고 다시 혈액의 pH도 정

상으로 돌아오게 된다. 숨을 들이마시고 내쉬는 것이 너무 쉬운 일처럼 보이

지만 결코 우리 몸에서 잠시도 쉼이 없이 규칙적이어야 하는 아주 중요한 일

이다.

자료출처 : 전화영, 루이스가 들려주는 산 염기 이야기, 자음과 모음

논제

논제 1 원리 찾기

표백제 용기에 ‘다른 세척제와 같이 사용하지 말라’는 경고문이 붙어있다.

변기 세척용 세제는 주로 H3PO4나 HSO4-이온과 같은 산으로 되어있고, pH가

2정도이다. 표백제를 변기 세척용 세제와 함께 사용했을 때 위험한 이유는 무

엇인지 설명하시오.

논제 2 적용하기

만약 높은 산에 올랐을 때 부족한 산소를 보충하기 위해 호흡을 빠르게 한다

면 어떻게 될까? 호흡의 속도를 빠르게 하거나 느리게 했을 때 어떤 pH 변화

가 몸 안에서 일어나 위험을 초래하는지 그 변화 과정을 몸 안의 완충 체계

반응과 연관 지어 설명하시오.

제

10장


우리 몸의 완충체계

…➸ [산과 염기의 반응]

12학년

통합 논술


111 예시 답안

논제 1 원리찾기

변기 세척용 세제가 산성을 띠고 있기 때문에 표백제와 섞어 쓰게 되면 중화 반

응이 일어나게 된다. 표백제의 염기성을 나타내는 수산화이온이 변기 세척용 세제

의 수소 이온과 결합하여 중화 반응이 진행되면 수산화이온의 수가 줄어들게 된

다. 그러면 르샤틀리에의 평형 원리에 의해 반응은 감소한 수산화이온을 증가시키

려는 방향으로 반응이 진행되고 그렇게 반응이 왼쪽으로 진행되면서 동시에 염소

기체가 생성된다. 염소기체는 물에 한 용해도가 낮기 때문에 이 상황에서 유독

한 염소기체가 갑자기 용액으로부터 방출되어 인체에 큰 위험을 초래하게 된다.

그러므로 변기세척용 세제는 표백제와 함께 사용해서는 안 된다.


높은 산에 올라가서 산소를 충분히 마시기 위해 호흡을 빠르게 하면 산소를 많

이 마심과 동시에 이산화탄소를 지나치게 배출하게 되어 위험을 초래하게 된다.

왜냐하면 이산화탄소는 몸속의 중요한 완충체계 요소이기 때문이다. 호흡을 빠르

게 해 이산화탄소가 과도하게 빠져나가면 혈액의 완충능력이 없어지고 반응이 전

반적으로 역반응(왼쪽)으로 이동하면서 혈액의 pH가 오히려 증가하게 되어 호흡

성 알칼리혈증이 생기게 된다.

반 로 호흡이 지나치게 느려지면 혈액 속의 이산화탄소가 적절하게 빠져나가지

않아 몸 안에서 이산화탄소의 양이 지나치게 증가한다. 그러면 이산화탄소의 양을

감소시키기 위해 전반적으로 반응이 정반응(오른쪽)으로 이동하면서 수소이온의 농

도가 증가하여 혈액의 pH가 감소하게 되고 호흡성 산혈증이 나타나게 된다.

266 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

산화와 환원제111111장



제 목분 류


관련 오개념

(2장 참고)

7장.

산화와 환원

활동 1 노화와 산화 논술/일반/교실 통합 논술 ･활동 2 내 손 안의 멜로디(SSC) 실험/일반/실험실 새 탐구 유형 4

활동 3 산화와 환원 반응 평가/일반/교실 서술형 평가 유형 4

2. 선정이유

활동 1. 산화와 환원에 관련된 세 가지 제시문을 읽고 단계별로 제시된 문항에 해 서술함으로

산화와 환원의 개념을 명확하게 구별할 수 있도록 유도하였으며, 과학 글쓰기를 통하여

논리적인 사고와 통합적인 시각을 가질 수 있는 경험을 가질 수 있게 하였다. 생활 속에

서 실제로 일어나고 있는 산화와 환원 개념을 이해하기 위하여 통합 논술로 진행되는 활

동 자료이다.

활동 2. 멜로디 IC와 전선, 마그네슘 리본 소량과 구리 테이프를 이용하여 쉽고 간단하게 전지를 만

들어볼 수 있도록 함으로서, 반응성의 차이가 있는 두 금속을 이용하면 기전력이 발생하여

전기에너지가 발생하고 그로 인해 멜로디를 들을 수 있는 화학 전지를 만들 수 있음을 경

험할 수 있도록 하였다. 구리와 마그네슘의 반응성 차이를 이용하여 멜로디가 울리는 화학

전지를 만들어보는 SSC 실험 활동이다.

활동 3. 산화와 환원 단원에 한 평가에서 사용할 수 있는 서술형 문항을 개발함으로써 심층적 지

식을 평가하는 데 사용될 수 있도록 하였다. 중간 고사나 기말 고사와 같은 정기 고사 문항

으로 사용할 수 있는 서술형 평가 문항이다.

제

11장


통합 논술

12학년

[산화와 환원]

노화와 산화 학 생 용

산화와 환원 단원의 핵심 내용은 전자의 전달과 관련하여 산화와 환원 현상을 이해

하고 산화 환원 반응식으로 현상을 표현하며, 전지에서 일어나는 화학 반응을 이해

하고 기전력을 알아내며, 전기 분해에 도입함으로 정량적인 관계를 알아내는 것이

다. 산화수나 기전력, 페러데이 법칙 등의 정량적 계산이 많아 학생들이 어렵게 느

끼는 단원이기도 한데, 실제로 우리 주변에서 가장 흔하게 볼 수 있는 반응이 산화

･환원 반응인 만큼, 정량적으로 접근하는 것도 중요하지만 정성적인 측면에서 실제

현상을 분석할 수 있는 능력을 키우는 것이 중요하다. 최근 논술의 중요성이 강조되

면서, 통합적인 시각으로 사물을 관찰하는 것이 중요한 능력으로 부각되고 있기 때

문에, 몇 가지 사례를 들어 산화･환원 반응이 우리의 주변에서 어떻게 일어나고 있

으며, 우리에게 어떤 영향을 끼치고 있는지를 논리적, 통합적으로 서술하도록 하는

것이 중요할 것이다.

제시문 자료

자료 1 금속 철을 이용하여 중금속 폐수를 정화하는 방법

오염된 지하수의 처리는 일반적으로 그 과정이 매우 복잡하고, 또 비용이

많이 드는 어려운 문제이다. 그러나 몇몇 화학자들은 미국 캘리포니아주의

Sunnyvale시의 반도체 제조 공장이 있었던 곳의 오염된 지하수를 처리하기

위해 간단하고도 경제적인 방법을 개발하였다. 10년 이상 사용되던 복잡한

오염 제거 장치를 220톤의 강철 줄을 꽂은 거 한 통으로 교체한 것이다. 이

장치는 펌프나 전기를 필요로 하지 않기 때문에, 연간 300,000달러를 절약해

주고 있다.

Sunnyvale에 설치된 철 구조물은 길이 40피트, 폭 4피트, 깊이 20피트로,

오염된 지하수가 4일 간 철의 벽을 통해 흐르도록 하였다. 이 때, 염소를 포

함한 유기 화합물들이 분해되는데, 이들은 다시 더 간단한 물질로 분해된다.

현장 엔지니어들에 따르면, 벽으로 스며들었던 오염된 물은 반 편으로 배

출될 때 EPA의 환경 기준을 만족시킨다.

어떻게 철이 오염된 지하수를 정화시키는 것일까? 반응식은 다음과 같이

표현될 수 있다.

Fe(s) ＋ RCl(aq) ＋ H＋ (aq) → Fe2＋(aq) ＋ RH(aq) ＋ Cl－(aq)

이 반응식은 금속과 금속의 표면에 흡착된 RCl 분자 사이에서 일어나는 모

종의 반응과 관련되어 있음을 보여준다.

또한, 철이 다른 오염 물질의 정화에도 유용하다는 것이 드러났다. 철은

직물 공장의 염료 폐기물을 분해시킬 수 있는데, 유독하며 물에 잘 녹는 크

롬 6가 화합물을 훨씬 덜 해로우면서 물에 잘 안 녹는 크롬 3가 화합물로 변

화시킬 수 있는 것이다.

EPA: 환경 보호 기구

(Environmental Protection

Agency)

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

268 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

SOD: superoxide dismutase

아연이나 주석, 팔라듐 등의 금속들 또한 지하수 정화에 사용될 수 있다.

이 금속들은 철보다 더 반응성이 커서 더 빠르게 반응하지만, 값이 비싸고,

물질들 자체가 위험성을 가지고 있다. 가격이나 환경을 생각할 때, 철은

부분의 지하수 정화를 위해 가장 적합한 것으로 보인다. 값이 싸면서도 효과

적이니, 이것은 어쩌면 기적에 가깝다고 하겠다.

자료 출처: Zumdahl &Zumdahl, CHEMISTRY, 6th ed

자료 2 노화와 산화의 관계

노화가 비록 지혜를 가져다준다고 할지라도, 개는 아무도 늙는 것을 원

하지 않는다. 지혜와 함께 노화는 주름, 육체적 힘의 감퇴, 더욱 커가는 죽음

에 한 느낌을 가져온다.

우리는 왜 늙는 것일까?

아무도 정확한 이유를 모른다. 하지만 많은 과학자들은 산화가 중요한 역할

을 한다고 생각하고 있다. 우리 몸 안에 있는 활성 산소는 세포의 막을 만드

는 큰 분자들로부터 전자 하나를 빼내서 그것들이 매우 반응성이 커지도록

만들 수 있음이 밝혀졌다. 결국 이렇게 활성화된 분자들은 세포막의 성질을

바꿀 수 있다. 이런 반응이 충분히 일어난 어느 순간이 되면, 우리의 면역

시스템은 변화된 세포를 “적”으로 보고, 파괴해버리게 된다. 이것은, 파괴

된 세포가 체 불가능한 것일 경우 생물체에 심각하게 해로운 것이 된다.

예를 들어, 신경 세포가 이런 경우에 해당되는데, 그것들은 성인일 경우 거

의 재생되지 않는다.

우리의 몸은 산화에 항하기 위해 방어 기제(예를 들어, 비타민 E)를 가

지고 있는데, 이는 잘 알려진 항산화제이다. 연구에 따르면, 적혈구는 비타

민 E가 부족할 경우 정상보다 훨씬 더 빠르게 노화된다. 이 연구에 따라 노

화 방지책으로 비타민 E를 많이 먹는 방법이 제시되었지만, 이것이 노화에

어떤 효과가 있는지 확실한 증거가 없다.

우리 몸에 있는 또 다른 산화방지제로 SOD가 있는데, 이것은 세포 안에

있는 효소로, 특히 해로운 과산화 이온(O2-)을 과산화수소를 거쳐 물로 분해

함으로써 우리를 보호해준다. 노화 과정에 맞서는 SOD의 중요성은 볼티모어에

있는 Gerontology Research Center of the National Institutes of Health의

Richard Cutler 박사의 연구 결과로부터 나타났다. 그는 12종의 포유류의 수명

과 SOD 농도 사이의 강력한 연관성을 보여주었다. 사람의 SOD는 이제 생명

공학 기술에 의해 생산되고 있는데, 과학자들로 하여금 노화와 류머티스 관

절염, 근육 영양 실조와 같은 다양한 질병에 미치는 효과를 주의 깊게 연구

할 수 있도록 해줄 것이다. 그러나, SOD를 건강식품 가게에서 구할 수 있다

고 할지라도, 그런 복용은 SOD가 혈류 속에 도착하기 전에 소화되기 때문에

무용지물이다.

제

11장


연구에 의하면 어떤 음식물을 먹는 것은 노화 과정을 늦출 수 있다고 한

다. 예를 들어, 하버드 졸업생 8,000명의 남자들을 상으로 한 연구에서 초

콜릿과 사탕을 먹는 사람들은 금주가에 비해 거의 1년을 더 살았다. 연구자

가 이런 효과의 메커니즘을 밝혀내지 못했을지라도, 그들은 초콜릿 속에 항

산화제가 들어있으며, 그것이 건강에 이익을 준다고 제안하였다. 예를 들어,

초콜릿은 적당량을 사용했을 때 건강에 도움을 준다고 알려져 있는 다른 물

질이나 와인에도 들어있는 항산화제를 함유하고 있다.

산화는 노화를 설명하는 가능성 있는 하나의 원인일 뿐이다. 시간이 지날

수록 왜 우리가 '늙어 가는지'에 한 이유를 발견하려고 노력하는 많은 부분

들에서, 연구는 계속되고 있다.

자료 출처: Zumdahl &Zumdahl, CHEMISTRY, 6th ed

자료 3 폴리페놀

초콜릿의 원료인 카카오, 적포도주, 녹차 등에 풍부하게 들어있는 폴리페

놀은 식물 속에서 발견되는 물질로 한 분자 당 페놀을 한 개 이상 가지고

있다.

왼쪽) 페놀 오른쪽) 폴리페놀의 일종

페놀은 독극물에 속하지만, 페놀이 다른 것과 결합하여 만들어지는 폴리페

놀은 쉽게 산화된다.

자료 출처：http://en.wikipedia.org/wiki/Polyphenol (위키 백과)

270 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

논제

논제 1 개념 찾기

제시문 1과 2에서 제시되고 있는 산화제와 환원제를 찾고 그 개념

에 해 설명하시오.


폴리페놀을 풍부하게 포함하는 물질을 섭취했을 때 우리 몸 속에서

일어날 변화에 해 제시문 2와 3을 참고하여 기술하시오.

제

11장


노화와 산화

…➸ [산화와 환원]

12학년

통합 논술


111 예시 답안

논제 1 개념 찾기

제시문 1과 2에서 제시되고 있는 산화·환원은 전자의 이동을 기준으로 전자를

잃는 것은 산화, 얻는 것은 환원 반응으로 정의된다. 전자를 주고받음으로서 일어

나는 반응이므로, 산화와 환원은 반드시 동시에 일어난다. 즉, 어떤 물질이 산화

혹은 환원될 때는 동시에 다른 물질은 반드시 반 의 반응을 일으킨다. 이 때, 환

원되기 쉬운 물질은 스스로 환원되면서 다른 물질이 산화되도록 만들기 때문에

산화제라고 한다. 마찬가지로 산화되기 쉬운 물질은 스스로 산화되면서 다른 물질

이 환원 반응을 하도록 하기 때문에 환원제라고 한다.

제시문 1에서 환원제로 쓰인 물질은 스스로 산화되는 것이므로 ‘철’이다. 반응

성이 큰 철은 스스로 Fe2＋

으로 산화되면서 염소를 포함한 유기염소화합물 R-Cl을

R-H로 환원시키므로 산화제로 사용되고 있다. 제시문 2에서 나오는 항산화제란

스스로 산화되어 다른 물질의 산화를 막아주는 물질이므로 환원제에 해당한다. 그

예로는 비타민 E와 SOD, 초콜릿 속에 들어있는 물질 등이 제시되고 있다.

위의 환원제와 반응하여 환원되는 물질은 산화제에 해당하므로, 제시문 1에서

는 유기 염소화합물 R-Cl, 6가 크롬화합물 등이 그에 속한다. 제시문 2에서는 세

포막 성분이나 활성 산소, 과산화물 등이 이에 해당한다.


제시문 2에 따르면 노화의 원인으로 지목되고 있는 것은 산화 반응이다. 활성

산소나 과산화물과 같은 산화제들은 세포막을 이루는 분자들에게서 전자를 빼앗

아 산화시켜 막의 성질을 변화시켜 면역 시스템을 가동시킴으로써 노화를 촉진할

수 있다. 따라서 비타민 E나 SOD와 같이 쉽게 산화되는 환원제는 다른 물질의 산

화 반응을 막아 노화를 늦춰줄 수 있다. 제시문 3에서 알 수 있듯이, 포도주나 초

콜릿, 녹차 등에 풍부하게 들어있는 폴리페놀은 쉽게 산화되는 물질이므로 강력한

환원제, 즉 항산화제로 작용할 수 있다. 따라서 폴리페놀이 풍부하게 함유되어 있

는 식품을 먹었을 경우 항산화 작용을 통해 노화의 원인이 되는 산화 반응 속도를

늦춰줄 수 있다.

272 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

새 탐구

12학년

[산화와 환원]

내 손 안의 멜로디(SSC) 학 생 용

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

준비물

우드락, TR-IC(멜로디 내

장), 구리 테이 , 마그네슘

리본, 피에조 스피커, 송곳,

물, 가 , 양면테이 , 종이

컵, 칼

구멍 사이의 거리가 무 가

까우면 합선의 험이 있고,

무 멀면 다리를 벌려 꽂을

수 없으니 주의한다.

구리와 마그네슘을 멜로디 트랜지스터에 연결한 후 물 위에 띄우

면 어떻게 될까?

구리 테이프와 마그네슘 리본을 이용해서 멜로디가 울리는 전지를 만들어보자.

학습 목표

∙ 전지의 원리와 산화, 환원의 원리를 이해하고 전자회로를 직접 제작할 수

있다.

과정


구리와 마그네슘을 이용하여 전지를 만들고자 한다. 각 금속을 어떤 극에

연결하여야 할까?


※ 아래의 과정을 거쳐 다음의 질문을 해결해 보자

① 우드락 판에 송곳으로 트랜지스터(TR-IC)의 세 다리를 각각 꽂을 구멍 세

개를 뚫는다.

제

11장


② 구멍에 TR-IC의 세 다리를 꽂는다. (ⓐ-1번, ⓑ-2번, ⓒ-3번 위치에 오도

록 하고, 이때 인쇄면의 글자 (TR-IC)가 보이도록 한다.)

③ 피에조 스피커의 전선 피복을 벗긴다.

④ 가운데 구멍 2에 붉은 전선을, 바깥쪽 구멍 3에 검은 전선을 끼운다.

⑤ TR-IC의 다리 ⓑ에는 피에조 스피커의 붉은색 전선을, ⓒ에는 검은색 전

선을 감아준다.

주의점

선 피복을 벗길 때 니퍼나

가 , 칼 등을 사용하면 되

는 데 힘을 많이 주면 끊어

지는 경우가 많으므로 주의

한다.

.

274 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

준비물

구리와 마그네슘의 극이 바

지 않도록 주의한다.

마그네슘 리본은 여러 번 구

부리면 쉽게 부러지므로 자

주 구부리지 않도록 주의한

다.

해질을 녹이지 않은 수돗

물에도 미량의 이온이 있기

때문에 실험이 가능하지만,

해질 수용액을 쓰면 훨씬

소리가 잘 들린다.

⑥ 구리판을 가운데 트랜지스터의 다리 2에 끼우고, 마그네슘 리본을 1번

다리에 끼운 다음, 피에조 스피커의 전선으로 감아 준다.

⑦ 만들어진 전지를 금속 부분이 수용액에 닿도록 하여 전해질 수용액위에

띄워본다. 멜로디 소리가 들리는가?

⑧ 안전한 보관과 미관을 위하여 뒤의 위 부분을 양면테이프로 가려준다.

(3) 설명해 봅시다.

※ 아래의 과정을 거쳐 다음의 질문을 해결해 보자.

구리와 마그네슘을 멜로디 트랜지스터에 연결한 후 물 위에 띄웠을

때 멜로디가 나오는 이유는 무엇일까?

① 멜로디 키트에서 멜로디가 나오는 이유는 무엇일까?

제

11장


② 구리와 마그네슘에서는 어떤 반응이 일어날까?

③ 이를 토 로 구리와 마그네슘을 멜로디 트랜지스터에 연결한 뒤 전해질

수용액에 띄웠을 때 멜로디가 나오는 이유를 구체적으로 적어 보자.

※ 응용 문제

치아를 금이나 아말감으로 때운 곳에 알루미늄 포일을 작은 공처럼 말아

접촉시킨 뒤 씹으면 꽤 큰 통증이 느껴진다. 그 이유를 앞의 실험 결과

를 토 로 하여 설명해보자.

･ 이유：

276 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

하이 리드 자동차

1.태양에 지 이용 방식 -

자동차를 곧바로 움직이

기에는 에 지 도(3.5cal

/cm2*min)가 무 낮다는

문제 이 있다.

2. 기와 휘발유를 함께 사

용하는 방식 - 힘이 많이

필요한 출발, 가속 시에는

같이 발 하고, 평상시에

는 기로 가는 방식이다.

3. 물을 수소로 가수분해하

여 사용하는 방식 - 수소

가 연료 지의 역할을 하

는 것으로 폭발의 험성

이 큰 수소를 안 하게

용량으로 보 하는 장

기술의 문제 이 있다. 따

라서 멤 인 문제와 함

께 장 기술의 문제가 해

결되어 상용화되는 시

을 2030년으로 보고 있다.

진로 탐색-과학자와의 인터뷰 - 연료 전지 막

한양대학교 분자시스템공학과 조창기 교수님

1. 현재 연구 중인 주제는?

하이브리드 자동차 등에

사용되는 연료 전지의 성능

을 좌우하는 고분자 막(멤브

레인)의 합성 및 제조에

해 연구 중이다.

연료 전지는 연료인 수소와

공기 중 산소가 전기 화학

반응에 의해 직접 전기에너

지를 만들어내는 전지이다.

연료극(양극)에 공급된 수소

는 수소이온과 전자로 분리된 다음 수소 이온은 전해질 층을 통해 공기극으

로, 전자는 외부회로를 통해 공기극으로 이동한 뒤, 공기극(음극)쪽에서 만난

산소이온과 수소이온이 반응생성물인 물을 만든다. 따라서 전지 전체에서 일

어나는 반응은 수소와 산소가 결합하여 전기, 물 및 열을 만들어내는 것이다.

2. 연구에 따른 성과 및 기대 효과는?

현재는 부분 리튬전지를 사용하고 있는데, 이는 전기가 없으면 무용지물이

고 무게에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한 석유는 점차 양이 줄고 있

고, 향후 화학 재료로 쓰일 양밖에 남지 않을 것이므로 체 에너지의 필요성이

두되고 있다. 그러나 현재 까지 개발된 연료전지는 효율이 높지 않다는 단점

때문에 일회용인 군사용으로 사용되고 있으며, 메탄올 연료전지 등이 나와 있긴

하지만 상용화는 아직 잘 안 되고 있는 형편이다. 그러므로 저장 기술과 함께

멤브레인 연구가 잘 진행 된다면 빠른 상용화를 기 할 수 있다.

제

11장


3. 이쪽 분야를 선택하게 된 동기는?

그냥 화학이 좋아서이다. 고등학교 때 화학을 잘 했고, 좋아해서 2학년 1학

기가 되기 전에 고등학교 과정을 다 끝내 버렸다. 이런 얘기도 있다. 석기 시

에는 돌이 돈이었고, 청동기 시 에는 청동이 곧 돈이었으며, 철기 시 에는

철기가 돈이었다. 지금 돈을 플라스틱으로 많이 만드니까 지금은 플라스틱 시

라고 할 수 있지 않은가?

4. 일을 하는 데 힘든 점은?

연구가 잘 안 풀리는 때가 있지만 그건 수학 문제를 풀 때의 어려움 만큼

밖에는 되지 않고, 연구를 한다는 것이 참 재미있다. 또한 교수라는 직업이 어

느 한 곳에 매여 있지 않아 내 나름 로의 ‘경영’을 할 수 있어서 좋다. 학회도

내 마음 로 다니고, 연구하고 싶으면 연구실에 틀어박히면 되니까 말이다.

5. 학교에서 문과생과 이과생의 비율이 3:1 인만큼 이과의 인기가 떨어진다. 이

런 현상에 관해 어떻게 생각하는가?

염려하지는 마라. 선진국에서 잘 나가려면 문과 쪽을 택하고, 어느 곳이냐

에 상관없이 잘 살고, 재미있게 살려면 이공계를 택하라. 예술인과 운동 선수

는 국경이 없어서 외국에서도 성공할 수 있다. 이 둘 말고 이공학도 또한 외

국에서 성공이 가능하다. 어떤 측면에서는 종교와도 비슷한 것 같다.

6. 실례가 되지 않는다면 연봉은 얼마 정도인지?

개인 기업체에서 부장급 연

구원으로 일했었는데 그때 교

수가 되면서 연봉이 1/2로 줄

었다. 지금은 기업체 부장

정도의 월급이다. 하지만 내

연구와 학회 활동을 할 수 있

어서 충분히 만족한다.

278 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

내 손 안의 멜로디(SSC)


12학년새 탐구


( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

납땜이 번거롭다면 도성

착제를 사용해도 좋다. 가

격이 비교 비싸다는 단

이 있지만, 번거롭지 않게

을 시킬 수 있어 편리하다.



이 단계에서 구리와 마그네슘의 반응성을 비교하여 반응성이 큰 마그네슘이

(-)극에, 반응성이 작은 구리가 (+)극에 연결되어야 함을 생각해내도록 한다.


이 단계에서는 실험의 진행에 앞서 ‘구리와 마그네슘을 멜로디 트랜지스

터에 연결한 후 물 위에 띄우면 어떻게 될까?’라는 서술적 질문을 제시한

다. 학생들은 이 질문에 한 해답을 얻기 위하여 전지를 만들고, 이를 전해질

용액에 올려놓았을 때, 멜로디가 들리는 것을 경험하게 한다.

(1) 멜로디 트랜지스터와 금속, 피에조 스피커의 연결이 잘될 수 있도록 주의

한다.

(2) 손바닥 안에 들어갈 정도로 작은 스케일의 전지를 만들기 때문에 학생 1

인당 1개씩 만들 수 있도록 지도한다.

(3) 납땜이 가능하다면 연결 부위를 납땜을 해주도록 한다.

(4) 비교적 간단한 실험이므로, 학생들이 성공의 즐거움을 맛볼 수 있도록 격

려한다.


이 단계에서는 ‘구리와 마그네슘을 멜로디 트랜지스터에 연결한 후 물 위에

띄웠을 때 멜로디가 나오는 이유는 무엇일까?’라는 질문에 해 반응성의 차

이가 있는 두 금속과 전해질 수용액이 있을 때 화학 전지가 만들어진다는 것

을 알아내도록 한다.

제

11장


222 심화 자료

1. 표준 환원전위

물질의 표준상태는 1기압, 지정한 온도로 정의한다. 용질의 표준상태는 이상

용액에서 용질의 농도가 1M일 때로 정의한다. 표준전지전압(standard cell

voltage) 〫△ℰ°는 표준상태에 있는 반응의 표준 자유에너지 변화 △G°와 다음

식과 같이 나타낼 수 있다.

△G°＝ - nF△ℰ°

△ℰ°는 표준상태에 있는 반응물과 생성물로 이루어진 갈바니전지의 전위차

이다. 가능한 모든 조합의 표준전압을 도표화하기는 어려우므로 반쪽전지전압

ℰ°를 도표화한다.

보통 H2(g)와 H＋(aq)의 반쪽 반응에 한 ℰ°를 0으로 정의한다. 이 때 수

소기체의 압력은 1기압이고 H＋(aq)의 농도가 1M인 상태를 기준으로 삼는다.

모든 다른 반쪽 전지전위는 그들의 표준반쪽전지를 기준 수소반쪽전지와 연결

한 후 전지전압을 측정하여 결정하는데, 이를 표준 환원전위(standard reduction

potential)라 한다. 우리는 보통 전압차를 계산하기 위해 이 표준 환원전위를

이용한다.

△ℰ° = ℰ°(환원전극) － ℰ°(산화전극)

2. 표준 전극 전위

표준전극전위는 수소/수소이온을 기준으로 하여 이 물질보다 더 잘 산화되

는 물질은 음의 방향으로 순서 로 늘어놓고, 더 잘 환원되는 물질은 양의 방

향으로 순서 로 늘어놓아 상 적으로 어느 것이 더 잘 산화 혹은 환원되는지

를 알 수 있게 해 주고, 정량적인 지표로 삼을 수 있도록 한 것이다.

Half-reaction Eo, V Half-reaction Eo, V

Li＋(aq) ＋ e－ → Li(s) -3.040 Cu2＋(aq) ＋ 2e－ → Cu(s) ＋0.340

K＋(aq) ＋ e

－ → K(s) -2.924 I2(s) ＋ 2e

－ → 2I

-(aq) ＋0.535

Na＋(aq) ＋ e－ → Na(s) -2.713 Ag＋(aq) ＋ e－ →Ag(s) ＋0.800

Al3＋

(aq) ＋ 3e－ → Al(s) -1.676 Br2(l) ＋ 2e

－ → 2Br

－(aq) ＋1.065

Zn2＋(aq) ＋ 2e－ → Zn(s) -0.763 Cl2(g) ＋ 2e－ → 2Cl－(aq) ＋1.358

Fe2＋

(aq) ＋ 2e－ → Fe(s) -0.440 Au

＋＋ e

－ → Au(s) ＋1.68

2H＋(aq) ＋ 2e－ → H2(g) 0.000 F2(g) ＋ 2e－ → 2F－(aq) ＋2.866

280 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

각 이온의 농도를 1M로 고

정하고 수소 기체의 분압을

1기압으로 맞추면 기 력이

이론값인 0.76V에 가깝게 얻

어진다. 따라서 황산 용액을

수소 기체로 포화시키는 것

이 요하다.

이온화에너지(ionization energy), 전자친화도(electron affinity)는 환원력, 산

화력과 일치하는 개념인데, 단지 반응이 일어나는 매체가 진공이냐 용액이냐

의 차이일 뿐이다. 그러므로 일반적으로 이온화경향이 큰 물질일수록 표준전

극전위값이 더 음의 방향에 존재하게 되고, 전자친화도가 큰 물질들일수록 더

양의 방향에 존재하게 된다.

3. Nernst equation

실제로 실험은 표준상태에서 이루어지지 않기 때문에, 표준상태에서 벗어나

는 정도를 보정해주어야 한다. 먼저 수소기체의 압력과 수소이온의 농도가 표

준상태에 있지 않기 때문에 기준반쪽전지의 ℰ°는 0이 아니다. 둘째, 사용하는

용액의 농도가 1M에 맞추어지지 않기 때문에 농도의 영향을 고려해야 한다.

좀 더 정확하게는 농도가 1M이라 하더라도 실제로 몇 M로 활동하고 있는가를

보정하는 활동도(activity)를 도입해야 한다. 이를 보정하는 식이 다음의 Nernst

equation이다.

△G = △G°＋RTlnQ

- nF△ℰ = - nF△ℰ°＋RTlnQ

△ℰ = △ℰ°－

lnQ

△ℰ = △ℰ°－

log10Q

그러므로 네른스트 식은 표준상태가 아닌 농도에서의 전극전위를 예측하고,

이로부터 전지의 전압을 추정하는 데 유용한 식이다. 또한, 더 중요한 응용은

실험적으로 전극전위를 기준전극에 하여 측정하게 되면, 그 물질의 표준전극

전위는 알려져 있으므로, 용액에 존재하는 물질의 농도에 한 정보를 얻을 수

있게 되는 점이다. 이와 같이 전압을 측정하여 물질의 농도를 결정하는 전기화

학적인 방법을 전위법(potentiometry)라 한다.

4. 볼타 전지의 기전력에 관한 오개념에 대한 연구

① 논문제목：고등학교 화학교과서에 기술된 볼타 전지의 오개념을 줄이기

위한 실험 장치 개발

② 저자：장낙한, 이경옥, 이진승, 서정쌍

③ 출처： 한화학회지(2003) v.47, No. 1, pp 79~86)

④ 요약：볼타 전지에 한 학생들과 교과서의 기술 내용을 분석하였다. 볼타

전지의 초기 전압이 1.1V와 유사한 이유와 시간이 지남에 따라 전압이 감

소하는지에 한 설명이 부분의 교과서에 없다. 표준 상태에서 볼타 전

제

11장


지의 기전력은 0.76V이다. 하지만 어떤 교과서에는 다니엘 전지와 마찬

가지로 1.1V라 기술되어 있다. 부분의 학생들은 볼타 전지를 직접 실

험을 통해 학습하고도 여전히 기전력에 한 오개념을 갖는데, 그 이유

는 두 가지 요인에서 기인된다.

1. 볼타 전지의 초기 전위 측정값이 다니엘 전지와 거의 유사하기 때문에 학

생들은 혼동을 하여 오개념을 갖게 된다.

2. 볼타 전지 실험은 표준 상태가 아닌 조건에서 수행되기 때문에 학생들이

실험을 한다고 해도 표준상태 기전값을 측정할 수 없다. 따라서 학생들의

오개념을 줄이기 위해서는 개선된 볼타 전지의 실험 모형을 제안할 필요

가 있다.



마그네슘은 구리보다 반응성이 커서 쉽게 산화되므로 전자를 내놓는 극인

(-)극에 연결하고, 구리는 전자를 얻어 환원되는 (+)극에 연결한다.


⑦ 만든 전지를 전해질 수용액 위에 띄우면 전지가 완성되어 멜로디가 들

린다.


① 반응성이 큰 마그네슘과 구리가 전해질 수용액을 만나 전지가 만들어졌

기 때문이다.

황산 용액에 수소 기체를 포

화시키기 해서는 7M의 염

산 용액을 아연 조각 에

방울방울 떨어뜨리면서 발

생하는 수소 기체가 황산 용

액 속으로 들어갈 수 있도록

해 다. 약 20분 정도면 충

분하다.

지도상 유의점



다.

2. 교사는 정 인 피드백

을 주어 학생들의 동기를

유발한다.






282 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

참고

제시된 채 기 은 상, ,

하의 3단계로 개발하 으나

교사의 재량으로 축소하여

활용할 수 있다.

문항의 배 은 교사의 재량

에 따라 정하고, 문항에 따

라 가 치를 부여할 수도 있

다.

② 구리와 마그네슘에서는 다음의 반응이 일어난다.

(－)극：Mg → Mg2＋＋ 2e－

(＋)극：2 H＋

+ 2e－

→ H2 (양이온의 종류에 따라 달라짐)

③ 반응성이 다른 두 금속인 마그네슘과 구리를 전해질 수용액에 담그면 반

응성이 큰 마그네슘은 전자를 잃고 산화되며, 구리 쪽에서는 전자를 얻

는 환원 반응이 일어나, 화학 전지가 만들어진다. 화학전지는 멜로디 트

랜지스터가 작동하도록 에너지를 공급하여 멜로디가 피에조스피커를 통

해 흘러나오는 것이다.

④ 응용 문제：반응성이 작은 금이나 아말감으로 때운 곳에 반응성이 큰 알

루미늄 포일을 고 씹으면 침 속의 전해질과 함께 전지가 만들어지므로

작은 전기적 충격을 받아 통증을 느끼게 된다.



단계탐구

과정

채점 기준

상 중 하

실험

해봅

시다

해보기

두 금속의 극을 바

르게 연결하여 멜

로디가 울리는 전

지를 만들었다.

금속의 극은 바르게

연결하였으나, 연결

부위가 견고하지 않

아 작동하지 않는다.

전지의 극을 틀리

게 연결하여 전지

가 작동하지 않는

다.

설

명

해

봅

시

다

추리

전지가 만들어지

기 때문이라고 서

술한다.

전기가 발생하기 때

문이라고 서술한다.이유를 전지와 관

련시켜 서술하지 못

한다.

지식

각각 마그네슘의

산화와 양이온(수소 이온)의 환원

반응이 일어난다

고 서술한다.

마그네슘의 산화는

서술하지만 환원 반

응의 종류를 서술하

지 못한다.

양 극에서 일어나

는 산화 환원 반응

을 서술하지 못한

다.

결론

반응성이 서로 다

른 금속을 전해질

용액에 담그면 전

지가 만들어지기

때문이라고 서술

한다.

두 금속을 전해질

용액에 담그면 전

지가 만들어지기 때

문이라고 서술한다.

금속의 반응성 차

이와 전지의 생성

에 해 서술하지

못한다.

(2) 개인별 실험 기능에 대한 채점 기준

평가 항목 예 아니오

멜로디가 들리는 전지를 만들었다.

제

11장


학 생 용서술형 평가

12학년

[산화와 환원]

산화와 환원 반응

서술형 문항

1. 다음은 금속 철(Fe)을 전극으로 사용한 화학 전지와 표준환원전위를 나

타낸 것이다. 물음에 답하여라.(단, (＋)극에서는 [보기]에 주어진 두 반

응 중의 하나만 일어난다고 가정한다)

[보기]

○ Fe2+(aq)＋2 e-→ Fe( s) E 0=-0.44 V

○ Fe 3+(aq) + e-→ Fe 2+(aq) E 0=+0.77 V

1) 이 전지에서 산화되는 것과 환원되는 것, 산화제와 환원제는 각각 무엇인지

서술하시오. (5점)

2) (＋)극에서 일어나는 반쪽 반응식과 전체 반응식을 쓰시오.

3) (＋), (－)전극으로 사용된 철 막 의 질량 변화를 각각 예측하여 서술하시

오.

( )년 ( )월 ( )일 ( )학년 ( )반 ( )번 이름 ( )

284 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

2. 초기의 음주 측정기는 운전자의 날숨 속에 에탄올이 있는지 확인하는 방식

을 사용하였다. 중크롬산이온( )이 산성 용액에 안에서 크롬 이온

( )으로 변하면서 에탄올을 아세트알데히드로 변화시키는 반응을 이용

한 것이었는데, 중크롬산 이온은 오렌지색이며, 크롬 이온은 녹색이므로 음

주 측정기에서 녹색이 나타나면 음주 운전자를 가려낼 수 있었다.

아래 반응식은 여기에서 일어나는 반응을 간단하게 표시한 것이다.

+ + → + +

위의 반응식을 완성하여라.

3. 아래 그림은 BTB 지시약을 넣은 황산나트륨() 수용액을 전기 분해하

는 장치 모형과 각 극에서 일어나는 반응을 나타낸 것이다.

(＋)극：

2 →

(－)극：

4＋ →

1) 양 쪽 극에서 일어날 수용액의 색깔 변화를 서술하시오.

2) 수용액 신 전해질 수용액을 사용하여 전기 분해를 하면 이 실

험 결과와 비교하여 어떤 변화가 생길지 아래 표를 참고하여 한 가지만 서술하

시오.

[표준 환원 전위]

○ →

○ →

○ →

○ →

제

11장


산화와 환원 반응


12학년서술형평가


111 출제 의도 및 채점 시 유의 사항

출제 의도

이 단원은 크게 산화와 환원 개념, 화학 전지, 전기 분해로 구성된다. 따라서 각

중단원 당 하나씩의 서술형 문항을 예시하였으며, 1번 문항은 기본 개념인 산화, 환

원의 정의, 산화제, 환원제의 정의, 화학 전지에서 일어날 반응을 표준 환원 전위를

이용하여 알아내고 전지 내에서 일어날 화학 변화를 알고 있는지 평가하기 위해 출

제하였다. 2번 문항은 기본적인 산화 환원 반응식에서 산화수 변화를 확인하고 계

수를 찾아 전체 반응식을 완성할 수 있는지를 확인하고자 하였다. 3번 문항은 수용

액의 전기 분해에서 양 쪽 극에서 일어나는 변화를 예측하고 방전되는 물질을 예측

할 수 있는지 평가하고자 하였다.

채점 시 유의 사항

1. 3번 문항의 1)의 경우 색깔에 한 애매한 표현이 나오기 쉬우므로 기준을 세워

채점하도록 한다.

2. 3번 문항에서 2)의 경우 학생들의 답안이 다양하게 나올 가능성이 많으므로 학

생들이 쓴 답안의 응답 유형을 보고 채점 기준을 정하여 일관되게 채점하도록

한다.

3. 화학 반응식의 경우 원소 기호( 문자, 소문자), 첨자(위첨자, 아래 첨자)등을 감

점을 하기로 할 경우 학생들의 답지가 애매할 때는 학생들의 전체적인 답안 수

준을 보아 교사들이 채점 기준을 정하는 것이 좋다.

222 정답

1. 1) 산화된 것, 환원제：Fe 환원된 것, 산화제：

2) 전지의 (＋)극에서는 환원 반응이 일어나므로 두 반쪽 반응 중 표준환원 전위

가 큰 반응이 일어난다.

(＋)극： →

전체 반응식 : →

3) (－)극의 철막 는 산화되므로 질량이 줄어들고, (＋)극의 철막 는 반응에 참

가하지 않아 질량의 변화가 없다.

화학종의 상태 표시

인 (aq)는 표시하지

않아도 무방함

286 고, 고! 화학!(Go, 高! 화학!)

2. 8 ＋＋ 3 → 2 ＋ 3 ＋ 7

3. 1) (＋)극에서는 산화가 일어나 이 만들어지므로 BTB 지시약은 노란색으로

변색하고, (-)극에서는 환원이 일어나 이 만들어지므로 파란색으로 변색

한다.

2) 전해질을 신 를 사용하면 생길 수 있는 변화

① 양 쪽 극에서 만들어지는 물질

･ (－)극：금속 A가 석출, (＋)극：물질 가 발생

② 양 쪽 극 부근의 색깔 변화: 용액의 색깔은 변하지 않는다.

③ 양 쪽 전극의 질량 변화

(－)극의 경우 금속이 석출되어 달라붙으면 질량이 증가한다.

333 채점 기준

1. 1) Fe 신 철이라고 써도 무방함

2. 산화 환원 반응식의 계수가 모두 맞는 경우 정답으로 인정

3. 1) (＋)극：녹색 → 노랑, (－)극：녹색 → 파랑. 파란색 신 푸른색으로 써도 무

방함

2) 두 개 이상의 예를 든 경우 둘 다 맞으면 정답이지만 하나만 맞으면 오답

처리함

444 참고 사항

위의 답은 전적으로 열역학적인 수준의 답을 제시한 것이다. 실제로 전기 분해

반응에서는 이와 다른 실험 결과가 나타날 수 있는데, 그 이유는 열역학적으로 자발

적인 반응이라 할지라도 몇몇 가지의 요인들에 의해 반응 속도가 느려서 결과가 나

중에 나타나는 경우가 있기 때문이다. 실제 반응에서 결과를 좌우하는 것은 열역학

적 요인 뿐 아니라 반응 속도론적 요인도 중요하다.

03-화학 제2부

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