64 CHEMICAL EDUCATION

함께 만드는 화학수업 | Small Scale Chemistry를 활용한재미있는액체실험

산과염기의성질을구별할수있다

식초, 사과주스, 하수구세척액, 비눗물, 암모니아수(미지의용액), 페놀프탈레인용액, 메틸오렌지

용액, 마그네슘리본, 성냥, ss피펫, 반응판, ss전원장치

1. 식초, 사과주스, 하수구세척액, 비눗물, 암모니아수를ss피펫에넣어둔다.

2. 아래표를끼운반응판의빈칸에위의용액들을각각2방울씩떨어뜨린다.

3. 과정2의용액에페놀프탈레인용액과메틸오렌지용액을각각1방울씩떨어뜨리면서색깔변화

를관찰한다.

4. 각용액에ss전원장치로전류가흐르는지살펴본다.

5. 각용액에마그네슘리본을소량넣고기체발생여부를관찰한다.

※주의사항: 준비한용액들은절대로맛을보아서는안된다.

Small Scale Chemistry를

활용한재미있는액체실험1)

글 | 박광서(봉평고 suh616@hanmail.net)

실험 1. 산과염기의성질

실험목표

준비물

실험과정

1) 지난 봄호에서소개한‘SSC를 이용한재미있는기체실험’에이어서액체와관련된 SSC 실험을연재한다.

물질식초 사과주스 하수구세척액 비눗물 미지의용액

성질

페놀프탈레인용액

메틸오렌지용액

전류의흐름

마그네슘과의반응

2009 + Summer 65

1. 실험한용액을산과염기로분류해보고, 산과염기의수용액은각각어떤공통적인성질을가지

고있는지말해보자.

- 지시약의색깔은어떻게변하는가?

•페놀프탈레인에서붉은색을띠는것은?

하수구세척액, 암모니아수, 비눗물

•메틸오렌지에서붉은색을띠는것은?

식초, 아세트산

- 각용액들은전류가잘통하는가?

전해질이므로모두전류가통한다.

- 마그네슘과의반응에서기체가발생하는용액은어느것이며이기체는무엇인가?

식초, 사과주스는금속마그네슘과반응하여수소기체가발생한다.

2. 미지의용액에대하여같은실험을하여산인지염기인지를구별해보자.

(미지의용액의종류에따라달라진다.)

1. 산과염기의특징적인성질을각각두가지이상말해보자.

산의공통적인성질

①신맛이난다.

②푸른색리트머스종이를붉게변화시킨다.

③BTB 용액을떨어뜨리면노란색을나타낸다.

④메틸오렌지용액을떨어뜨리면붉은색을나타낸다.

⑤수용액상태에서전류가통한다.

⑥(수소보다이온화경향이큰)금속과반응하여수소기체를발생한다.

Zn(s) ＋H2SO4(aq) →ZnSO4(aq) ＋H2(g)↑

Mg(s) ＋2HCl(aq) →MgCl2(aq) ＋H2(g)↑

염기의공통적인성질

①쓴맛이나고미끈미끈하다.

②붉은색리트머스종이를푸르게변화시킨다.

③페놀프탈레인용액을떨어뜨리면붉은색을나타낸다.

④BTB 용액을떨어뜨리면푸른색을나타낸다.

⑤메틸오렌지용액을떨어뜨리면노란색을나타낸다.

⑥수용액상태에서전류가통한다.

2. 물질의액성을구별할수있는방법을말해보자.

지시약의색깔변화를통해구별할수있다.

실험결과

과제

66 CHEMICAL EDUCATION

함께 만드는 화학수업 | Small Scale Chemistry를 활용한재미있는액체실험

주변식물의pH에따른색깔변화를조사하고, 지시약으로의이용여부를확인할수있다.

묽은염산, 수산화나트륨수용액, 암모니아수, 아세트산수용액, ss피펫, 보라색양배추, 붉은무,

각종꽃잎, 거름종이

1. 거름종이의겉면(거친면)에보라색양배추, 붉은무, 각종꽃잎등을그림과같이그어놓는다.

2. 그어진선을부분별로나누어산과염기수용액을각각떨어뜨려색깔의변화를관찰하고아래의

결과표에나타내어보자.

1. 산과염기용액에의해색의변화가가장뚜렷한식물은어느것인가?

장미, 자주색양배추, 레디쉬

2. 실험한식물중에서지시약으로사용하기에가장적당한것은어느것인가? 그이유는무엇인가?

장미나붉은색양배추등은산, 염기에서색깔변화가뚜렷하게나타나므로지시약으로사용하기

에적당하다.

실험목표

준비물

실험과정

실험결과

산성수용액 염기성수용액

리트머스종이 푸른색⇒붉은색 붉은색⇒푸른색

페놀프탈레인 무색 붉은색

메틸오렌지 붉은색 노란색

BTB 용액 노란색 푸른색

실험 2. pH값에따른식물의색깔변화

산성에서의 강산(HCl)

색깔 약산(CH3COOH)

염기성에서의 강염기(NaOH)

색깔 약염기(NH4OH)

식물의종류보라색 붉은색 식물A 식물B 식물C

양배추 무 ( ) ( ) ( )

3. 꽃잎의색소를산-염기지시약으로사용할수있겠는가?

사용할수있다.

4. 꽃잎의색을띄게하는식물색소에는어느것이있는가?

안토시아닌(Anthocyanin)

안토시아닌은양배추이외에도여러가지자연식물의꽃과과일에서발견된다. 안토시아닌이있는식

물이면무엇이든지pH에따라색이변하기때문에지시약으로사용될수있다. 여러식물들이똑같은

안토시아닌을가지고있음에도불구하고천차만별의서로다른색을가지는것은, 안토시아닌이식물

체속의다른칼륨, 마그네슘등의금속염과여러가지복잡한착물을형성하기때문이다.

1. 우리주변에서지시약으로사용하기적당한물질을찾아보자.

검은콩, 나팔꽃

2. 천연지시약을써서생활속의물질들을산, 염기로구분해보자.

같은농도의산과염기수용액의전기전도도가다른것을확인하고, 물질의종류에따라이온화

정도가다름을설명할수있다.

5% 염산, 5% CH3COOH 수용액, 5% NaOH 수용액, 5% NH4OH 수용액, ss피펫, 연필심(9mm) 또

는시침핀, ss전원장치, 마그네슘리본, 반응판, 앰플병, 세제(글리세린: 주방세제= 2 : 1 혼합),

전류계, 발광다이오드

1. 반응판위에0.5M 염산, 0.5M CH3COOH 수용액을한두방울떨어뜨리고, <그림1>과같이ss전

원장치의도선에연필심또는시침핀을연결한다.

2009 + Summer 67

실험 3．산과염기의세기

과제

실험목표

준비물

실험과정

나팔꽃 도라지꽃 달개비꽃

봉숭아꽃할미꽃

꽃의 종류

이름 꽃즙의 색산성 염기성

나팔꽃 보라색 붉은색 푸른색

도라지꽃 파란색 붉은색 녹색, 푸른색

달개비꽃 파란색 붉은색 녹색, 푸른색

할미꽃 보라색 붉은색 녹색, 푸른색

봉숭아꽃 붉은색 붉은색 녹색, 푸른색

68 CHEMICAL EDUCATION

함께 만드는 화학수업 | Small Scale Chemistry를 활용한재미있는액체실험

2. 과정1에서만든장치에연결된시침핀을각용액의방울에갖다대어발광다이오드의밝기를비

교관찰하자.

3. <그림1>과같이ss전원장치에연필심또는시침핀을연결하여반응판위에서용액에직접갖다

대어전류계의눈금을읽어전류의세기를확인한다.

4. 0.5M NaOH 수용액, 0.5M NH4OH 수용액으로과정2와3의실험과정을되풀이한다.

5. <그림2>와같이앰플병에0.5M 염산, 0.5M CH3COOH 수용액을약1/4정도넣고같은크기의

마그네슘조각(1cm 정도)을떨어뜨린후, 앰플병입구에세제를바르고, 부풀어오르는비누방울

의크기를비교한다.

1. 산의세기와염기의세기가강한순서대로나열해보자.

산의세기: 염산> CH3COOH

염기의세기: NaOH > NH4OH

2. 발광다이오드불의밝기와전류의세기가서로다른이유를설명해보자.

강산과강염기일수록강전해질이므로발광다이오드의불이밝다.

3. 두용액에서발생하는기체의발생속도가다른이유를설명해보자.

강산이약산보다수소이온(H+)을많이내놓으므로수소기체가빠른속도로발생한다. 그러나

전체발생량은같다.

1. 다음화합물의수용액의농도가모두같을때, 위의이온화도를보고판단하여수소이온농도가

큰것부터차례로나열하여라.

①HCl ②CH3COOH ③H2CO3 ④NH4OH ⑤NaOH

①＞②＞③＞④＞⑤

2. 우리주변에는여러가지의산이있다. 생활속의산은무엇인지조사해보자.

위액속에는염산이, 벌침의독속에는포름산이, 신김치속에는젖산이들어있다.

실험결과

과제

<그림1> 반응판으로실험하기 <그림 2> 수소기체발생실험

2009 + Summer 69

3. 여러종류의산에서서로다른성질이나타나는이유는?

여러종류의산에서서로다른성질이나타나는이유는수소이온과결합한음이온의종류가다르

기때문이다.

중화적정을이용하여미지산의농도를구할수있다.

미지농도의염산(HCl), 0.1M NaOH 수용액, 페놀프탈레인용액, ss피펫, 12-well, 24-well

1. 12-well 하나를가득채우는데떨어뜨린산의방울수와염기의방울수를각각센다. 계속해서몇

번을반복하여평균값을얻는다.

2. 24-well에농도를모르는염산을과정1에서사용했던ss피펫을이용하여20방울떨어뜨리고

페놀프탈레인용액을한방울가한다.

3. 과정2의염산에0.1M NaOH 수용액을과정1에서사용했던ss피펫을이용하여혼합용액의

색이붉게변하는순간까지가한방울수를센다.

실험 4. 산과염기의중화적정

실험목표

준비물

실험과정

구 분 1회 2회 3회 4회 평균

염 산

NaOH 수용액

12-well을 12-well을 붉게변할때까지 산의몰

구 분 채우는데 사용된 채우는데사용된 떨어뜨린염기의 농도(mol/L)

산의방울수(Ca) 염기의방울수(Cb) 방울수(Db) (Ma)

염산1회

2회

NaOH 1회

수용액 2회

Mb : NaOH의농도(이실험에서는0.1M)

Da : 실험에사용된산의방울수(이실험에서는20방울)

Db : 붉게변할때까지가한방울수

Ca : 12-well 하나를채울때까지떨어뜨린산의방울수

Cb : 12-well 하나를채울때까지떨어뜨린염기의방울수

Ma = ×

1. 위의계산법에의해구한미지의산의농도는얼마인가?

(실험결과에따라계산함)

2. 12-well 하나를채울때까지떨어뜨린산과염기의방울수를세는이유는무엇인가?

사용하는ss피펫마다한방울의부피가다르므로피펫을바꿀때마다한방울의부피를보정하기

위해서

3. 황산(H2SO4)을수산화나트륨으로중화시켰을때의알짜이온반응식을써보자. 또3가산의예

와1가산의예를들어보자.

H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) →Na2SO4(aq) + 2H2O(ℓ)

3가산: H3PO4 1가산: HCl, HNO3

4. 산과염기의세기에따라지시약을다르게선택해야한다. 강산- 강염기, 강산- 약염기, 약산-

강염기, 약산- 약염기각각의경우에있어서어떤지시약을사용해야할까?

강산- 강염기: 페놀프탈레인, 메틸오렌지

강산- 약염기: 메틸오렌지

약산- 강염기: 페놀프탈레인

약산- 약염기: 없음

1. 중화점과종말점의차이를설명해보자.

중화점: 산과염기가완전히중화하는점, 즉이론적으로“가한산의H+의몰수=가한염기의

OH-의몰수”인점

종말점: 중화적정실험으로얻을수있는지시약의변색지점

2. 미지농도의NaOH수용액50mL가있다. 이용액을삼각플라스크에넣고페놀프탈레인지시약

을1~2방울떨어뜨린후, 0.1M CH3COOH수용액으로적정하였다. 지시약이붉은색에서무색으

로변할때까지가해준CH3COOH수용액의양은25mL였다.

①사용한NaOH수용액의농도는몇mol/L 인가?

0.05mol/L

②중화점의pH는얼마인가?(단, CH3COO-의Kb=5.6×10-10, log 4.3=0.6)

pH=8.6

Ca

Cb

Mb×Db

Da

70 CHEMICAL EDUCATION

함께 만드는 화학수업 | Small Scale Chemistry를 활용한재미있는액체실험

실험결과

과제

1. 물의전기분해실험을통해전기분해의원리를설명할수있다.

2. 물의전기분해실험에서(+)극과(-)극에서의반응을식으로표현할수있다.

3. 여러가지전해질의전기분해실험결과를예측할수있다.

물의전기분해실험키트(SSC 키트)

1. 아래빈칸에여러분이알고있는물의전기분해실험방법(장치)을그리시오.

2. 여러분이그린실험방법(장치)을조별로비교하고수정하시오.

SSC 실험키트나눠준다.

3. SSC 실험키트를확인한후, 준비된실험키트로실험할수있는실험방법(장치)을아래에그리시오.

4. 조별로논의하고가장적합한방법대로실험을수행하시오.

물의전기분해실험수행

실험결과를기록

소금(NaCl)물의전기분해

(1) (+)극과(-)극에서일어나는반응을예측해보자.

(2) 주어진준비물을이용하여(+)극과(-)극에서일어나는반응을확인할수있는방법을고안

해보자.

(3) 조별로논의하고가장적합한방법대로실험을수행하시오.

소금물의전기분해실험수행

(4) 실험결과를기록

1. 물과소금물의전기분해에서(+)극과(-)극에서일어나는반응을반응식으로나타내보자

2. 황산구리(CuSO4) 수용액의전기분해실험결과각극에서일어나는반응을반응식으로나타내

보자.

2009 + Summer 71

실험목표

준비물

실험과정

고찰

실험 5. 물의전기분해