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바이오연료 에탄올의 생성 및 연소 실험키트 바이오연료 에탄올의 생성 및 연소 실험키트 바이오연료 에탄올의 생성 및 연소 실험키트 바이오연료 에탄올의 생성 및 연소 실험키트 ( ) (KS-K39S)( ) (KS-K39S)( ) (KS-K39S)( ) (KS-K39S)학생용 실험보고서실험 바이오 연료 만들기실험 바이오 연료 만들기실험 바이오 연료 만들기실험 바이오 연료 만들기1 : 1 : 1 : 1 : 바이오 연료바이오 연료바이오 연료바이오 연료는 식물에서 얻는 연료로 석유나 석탄과 같은 재생 불가능한 화석 연료를 대체할 수 있는 재생 가능한 연료이다 바이오 연료를 생산하는 방법 중 하나는 곡물을 발효시키는 것이다. . 발효발효발효발효란 효모와 같은 미생물에 의해 식물에 들어있는 당분이나 녹말로부터 에너지를 얻는 과정을 말한다 발효를 통해 에너지뿐만 . 아니라 이산화탄소와 에탄올 화학식 과 참조 을 얻을 수 있다 발효는 산소가 없는 상황에서 더 ( 1 2 ) . 효과적으로 발생한다 발효를 통해 에탄올이 포함된 용액을 만들어내며 에탄올은 분별증류라는 과정을 . 12% , 통해 정제되어 의 에탄올과 의 물이 섞인 혼합물이 생성된다 이 수화 에탄올 혼합물은 자동차의 95% 5% . 연료로도 사용할 수 있고 가열 요리 발전 등에 사용된다, , , .연료용 에탄올을 생산하는데 가장 많이 사용하는 옥수수와 사탕수수 설탕을 이용해 발효와 에탄올 증류를 실험해 볼 수 있다. 화학식 포도당의 발효화학식 포도당의 발효화학식 포도당의 발효화학식 포도당의 발효1. 1. 1. 1. C6H12O6 2C→ 2H5OH + 2CO2 에너지 + 포도당 효모 에탄올 ( ) 이산화탄소+ 화학식 자당의 발효화학식 자당의 발효화학식 자당의 발효화학식 자당의 발효2. 2. 2. 2. C12H22O11 + H2O 4CH→ 3CH2OH + 4CO2 에너지 + 자당 물 효모 에탄올 이산화탄소+ ( ) + 실험을 위한 질문실험을 위한 질문실험을 위한 질문실험을 위한 질문옥수수와 사탕수수 중 어느 것이 에탄올을 더 많이 만들어낼까?실험준비물실험준비물실험준비물실험준비물실험용 고글 인당 개(1 1 )실험방법 실험실험방법 실험실험방법 실험실험방법 실험(A )(A )(A )(A )반드시 실험용 고글을 착용해야 한다.※ 옥수수 시럽과 설탕을 발효시키는 실험을 잘 관찰한다1. .어느 쪽이 더 많은 에탄올을 만들어낼까2. ?적어도 다섯 번의 실험시간을 갖는 동안 매일 관찰결과를 표 에 3. 1기록한다.플라스크에 무엇이 보이는가?• 비커에 무엇이 보이는가?• 튜브에서 얼마나 빨리 거품이 발생하나?•

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지난 번 관찰 이후로 새롭게 발생한 변화는 무엇인가?• 표 옥수수 시럽과 설탕의 발효표 옥수수 시럽과 설탕의 발효표 옥수수 시럽과 설탕의 발효표 옥수수 시럽과 설탕의 발효1. 1. 1. 1. 날짜 옥수수 시럽 관찰결과 설탕 관찰결과마지막 날 마개를 열어 손으로 바람을 일으켜 냄새를 맡고 냄새와 기타 관찰결과를 기록한다 서로 4. , . 관찰결과를 비교한다.실험방법 실험실험방법 실험실험방법 실험실험방법 실험(B )(B )(B )(B )증류 실험 준비 과정을 잘 관찰하고 표 를 작성한다1. 2 .질문질문질문질문옥수수와 설탕의 에탄올 생산 속도는 어떻게 다른가 자신의 1. ? 의견을 증명할 자료를 준비하자.옥수수와 설탕에서 나온 증류수의 양은 어떻게 다른가2. ?옥수수와 설탕에서 나온 증류수의 양이 같거나 다른 이유는 무엇인가3. ?

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표 증류 결과표 증류 결과표 증류 결과표 증류 결과2. 2. 2. 2. 관찰내용 옥수수 증류 설탕 증류플라스크 내의 변화빈 비커의 질량플라스크 내 물질비커 내 물질비커 증류액의 질량+증류액의 질량증류액의 부피증류액의 가연성실험결과를 바탕으로 옥수수와 설탕 중 에탄올 생산에 더 적합한 재료는 무엇인가4. ?에탄올 증류 공장을 만들기 전에 발효시킬 재료 이외에 어떤 내용을 확인해야 하는가5. ?실험 두 연료에 저장된 에너지 비교하기실험 두 연료에 저장된 에너지 비교하기실험 두 연료에 저장된 에너지 비교하기실험 두 연료에 저장된 에너지 비교하기2 : 2 : 2 : 2 : 인간의 모든 신체활동은 심지어 텔레비전을 보거나 잠을 잘 때도 에너지를 필요로 한다 이 실험에서는 . 연소반응에 대해 배우게 될 것이다 교통수단 요리 가열 발전 및 다른 활동에 필요한 대부분의 에너지는 . , , , 연소라는 과정을 통해서 만들어진다 뿐만 아니라 연소를 통해 화학제품을 만들기도 하는데 그 중 일부는 . 우리 환경에 매우 유해하고 건강을 해치는 오염물질이다 연소에 사용되는 가장 일반적인 연료는 석유제품의 . 한 종류인 등유와 작물로부터 생산하는 알코올의 종류인 에탄올이다 등유와 에탄올을 연소시켜 발생하는 . 에너지와 연소과정에서 발생하는 오염물질을 비교해보자.실험을 위한 질문실험을 위한 질문실험을 위한 질문실험을 위한 질문등유와 에탄올 중 어떤 것이 연소할 때 에너지를 더 많이 방출할까?실험준비물실험준비물실험준비물실험준비물각 조는 다음과 같이 실험준비물을 준비한다.등유 또는 에탄올이 들어있는 버너 개 성냥 통 눈금실린더 개 눈금자 개 알루미늄 캔 개1 , 1 , 100 1 , 1 , 1 , ㎖ 링스탠드 개 클램프 개 종이클립 개 온도계 개 계산기 개1 , 1 , 1 , 1 , 1공통 준비물 저울 초시계 물: , , 실험용 고글 인당 개(1 1 )실험방법실험방법실험방법실험방법

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버너 사용 시 주의를 해야 한다 만약의 사고에 대비하여 실험 전에 소화기의 위치를 확인하고 반드시 . , ※ 실험용 고글을 착용해야 한다 긴 머리는 뒤로 묶고 옷이나 머리가 불꽃에 닿지 않도록 주의하고 실험이 . 끝나면 반드시 손을 닦는다.번 실험 알아보기번 실험 알아보기번 실험 알아보기번 실험 알아보기1 : 1 : 1 : 1 : 버너에는 등유 색깔 있는 액체 나 에탄올 맑은 액체 이 들어있다1. ( ) ( ) .버너에 불을 붙이고 불꽃의 길이를 로 맞춘 다음 버너를 끈다2, 2~3cm .연료가 포함된 버너의 무게를 재고 초기 질량으로 기록한다 에탄올은 표 에 등유는 표 에 기록한다3. . 1 , 2 .실온의 물 를 알루미늄 캔에 넣는다 참고로 물의 밀도는 이기 때문에 물의 질량은 4. 100 . 1.0g/ 100㎖ ㎖ ㎖ 이다100g .그림 과 같이 링스탠드 클램프 그리고 종이클립을 이용해 불꽃 위 5. 1 , , 정도에 캔을 매단다5cm .캔 안에 있는 물의 초기 온도를 측정하고 표에 기록한다6. .버너에 불을 붙이고 불꽃이 캔 바닥 중앙을 살짝 닿을 정도가 되게 7. 캔의 높이를 조절한다 버너는 정확히 분간 연소시키고 끈다. 5 . 온도를 측정하고 표에 최종온도를 기록한다.연료를 포함한 버너의 무게를 측정하고 표에 최종 질량으로 8. 기록한다.데워진 물을 조심스럽게 따라내고 캔을 식힌 다음 번의 과정을 9. 1~8두 번 반복한다.실험결과를 발표할 지 아니면 다른 연료로 실험할 지 선생님의 10. 지시에 따른다 실험결과를 발표한다면 다른 종류의 연료에 대한 . 결과를 표에 작성한다 다른 실험을 하려면 버너를 이용해 다음과 같이 한다. .번의 내용을 다른 연료를 이용해 실험하고 실험결과를 표에 정리한다11. 4~10 .표 에탄올의 연소표 에탄올의 연소표 에탄올의 연소표 에탄올의 연소1. 1. 1. 1. 실험1 실험2 실험3 평균버너 및 연료의 최초 질량 연소 전( ) ①버너 및 연료의 최종 질량 연소 후( ) ②소모된 연료의 질량 = - ③ ① ②최초의 물의 온도 ④최후의 물의 온도 ⑤물의 온도의 변화 = - ⑥ ④ ⑤

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표 등유의 연소표 등유의 연소표 등유의 연소표 등유의 연소2. 2. 2. 2. 실험1 실험2 실험3 평균버너 및 연료의 최초 질량 연소 전( ) ①버너 및 연료의 최후 질량 연소 후( ) ②연소된 연료의 질량 = - ③ ① ②최초의 물의 온도 ④최후의 물의 온도 ⑤물의 온도의 변화 = - ⑥ ④ ⑤번 실험 실험결과 분석하기번 실험 실험결과 분석하기번 실험 실험결과 분석하기번 실험 실험결과 분석하기2 : 2 : 2 : 2 : 두 가지 연료에 대해 다음을 계산하여 위의 표를 작성하라1. .각 실험에서의 소모된 연료의 질량 1) ( )③연소된 연료의 평균 질량2) 각 실험에서의 온도의 변화3) 평균 온도 변화4) 표 에 연소된 연료의 질량의 평균을 기록한다2. 3 .가열된 물 의 질량과 물의 평균 온도 변화를 이용해 물로 전환된 열에너지를 계산하고 아래 화학식의 3. 100g빈칸을 채우자.물로 얻은 에너지 물 의 질량 평균 온도 변화 = 100g × × Cpwaterº물의 열 Cp = = 칼로리1.00 또는 4.2 J g ºC g ºC• •에탄올:물로 얻은 에너지 칼로리 칼로리= 100g × _____ºC × 1.00 /g ºC = _____ • 등유:물로 얻은 에너지 칼로리 칼로리= 100g × _____ºC × 1.00 /g ºC = _____ • 연료에 의해 가열된 물이 모두 물로 전환 되었다고 가정하면 그 물에 의해 얻은 에너지는 연료의 연소에 4. , 의해 발생한 에너지와 같다고 할 수 있다 이 에너지 값을 이용해 연료의 에너지를 칼로리로 나타내라 . 계산 결과를 표 에 기록하라(cal/g). 3 .

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표 두 연료의 비교표 두 연료의 비교표 두 연료의 비교표 두 연료의 비교3. 3. 3. 3. 질문질문질문질문실험 결과는 다양한 오류에 의해 영향을 받을 수 있다 이 실험에서 실험 결과에 영향을 미칠 수 있는 1. . 잠재적인 요소에는 어떤 것들이 있는지 나열하라.가솔린은 화학적으로 등유와 매우 흡사하다 이 실험결과를 감안할 때 순수한 가솔린 보다 에탄올이 2. . 함유된 연료를 차량용으로 구매하는 것을 어떻게 생각하는가?이 실험에 사용된 연료 중 하나를 차량용 연료로 선택한다면 어떤 다른 정보가 필요할까3. ?번 실험 두 연료의 연소 부산물 비교하기번 실험 두 연료의 연소 부산물 비교하기번 실험 두 연료의 연소 부산물 비교하기번 실험 두 연료의 연소 부산물 비교하기3 : 3 : 3 : 3 : 에너지 자원이 어떻게 변형되어 사람이 사용할 수 있게 되는지 그리고 사람은 어떻게 그 에너지를 , 사용하는지를 배웠다 이 실험에서는 연료의 연소로부터 발생하는 부산물에 대해서 배우게 될 것이다 각 . . 연료에 의해 발생한 그을음을 관찰함으로써 특정 오염물질을 연구하게 될 것이며 브롬티몰블루 지시약을 , 사용해 지구온난화와 관련 있는 그린하우스 기체인 이산화탄소의 양을 측정할 것이다.실험을 위한 질문실험을 위한 질문실험을 위한 질문실험을 위한 질문에탄올과 등유를 연소시키는 과정에서 발생하는 오염물질은 근본적으로 어떤 차이가 있는가?실험준비물실험준비물실험준비물실험준비물각 조는 다음과 같이 실험준비물을 준비한다.등유 또는 에탄올이 들어있는 버너 개 브롬티몰블루 개1 , 15 dropper bottle(BTB) 1 , 15 0.05 M ㎖ ㎖ 수산화나트륨 개 집게 개 알루미늄 호일 개 뚜껑이 달린 플라스틱 용기 개(NaOH) 1 , 1 , 1 , 180 1 , 30㎖ ㎖ 눈금달린 컵 개2공통 준비물 물 실험용 고글 인당 개: , (1 1 )

등유 에탄올물에 의해 흡수된 평균 에너지(cal)E = masswater × rTwater × Cpwater표 및 에서 소비된 연료의 평균 질량1 2 (g)연료의 평균 에너지 용적 (cal/g)

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실험방법실험방법실험방법실험방법주의 실험용 고글을 반드시 착용한다 버너는 끄고 난 후에도 뜨거울 수 있으니 조심한다: . . ※ 수산화나트륨은 강항 염기로 피부나 옷을 상하게 할 수 있기 때문에 특별히 조심해야 한다 만약 . 수산화나트륨이 엎질러지면 물로 계속 씻어내고 선생님께 즉시 알린다.버너의 심지 길이를 조절하며 너무 길지 않도록 한다 심지 뚜껑을 덮었을 때 심지가 닿지 않을 정도의 1. . 길이면 적당하다 버너에 불을 붙이고 불꽃을 관찰한다 다른 연료를 담고 있는 버너에서 만들어지는 . . 불꽃과 비교해 보자.집게를 이용해 조심스럽게 알루미늄 호일을 초 동안 불꽃 위에 가져다댄다 호일에 어떤 변화가 2. 5cm 15 . 생기는지 잘 관찰하고 그 내용을 아래 표 에 기록한다1 .다른 연료를 이용해 실험할 수 있도록 호일을 교체하고 두 조각의 겉모습을 비교하고 그 모양을 표 에 3. 1기록한다.의 물을 눈금 컵에 붓고 브롬티몰블루 시약 두 방울을 각 컵에 떨어뜨린 후 잘 섞이도록 4. 10 (BTB) ㎖젖는다 용액이 파란색을 띄지 않으면 선생님께 확인을 받는다. . 주의주의주의주의 브롬티몰블루 시약은 : (BTB) 염기성일 때는 파란색 중성일 때는 초록색 산성일 때는 노란색을 띄는 지시약이다, , .병의 주둥이로 버너의 심지를 조심스럽게 덮고 5. 180㎖ 오른쪽에 보이는 그림과 같이 버너의 금속 부분에 올려놓는다 불꽃이 꺼지면 병은 그대로 거꾸로 들고 . 있다가 약간 위로 올려 빠르게 뚜껑을 닫는다.최대한 빠르게 병의 오른쪽을 들어 뚜껑을 열고 6. 내용물을 용액이 담긴 눈금 컵에 붓고 뚜껑을 BTB 잠근다.병을 스무 번 힘차게 흔들어 용액이 연소의 기체 7. BTB 부산물과 완전히 섞이도록 한 후 용액을 빈 눈금 BTB 컵에 다시 담고 용액의 모습을 기록한다 그냥 . BTB 용액과 비교하면 차이점을 쉽게 파악할 것이다.원래의 푸른색으로 돌아올 때까지 용액 병에 담아 8. BTB (흔든 용액 에 수산화나트륨을 한 방울씩 ) 0.05 M 떨어뜨리고 흔드는 과정을 반복한다 원래의 푸른색으로 . 돌아올 때까지 필요한 수산화나트륨 방울수를 표에 기록한다 수산화나트륨 염기 이 많이 들어갔다는 것은 . ( )그만큼 용액에 더 많은 산이 포함되어 있었다는 것을 의미한다.사용한 실험기구는 잘 씻고 번의 과정을 두 번 더 반복하고 실험결과를 기록한다9. 4~8 .연료가 다른 버너를 서로 교환하고 번의 실험내용을 반복한다10. 4~9 .

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표 두 연료의 연소 부산물표 두 연료의 연소 부산물표 두 연료의 연소 부산물표 두 연료의 연소 부산물1. 1. 1. 1. 실험결과에 대한 질문실험결과에 대한 질문실험결과에 대한 질문실험결과에 대한 질문두 연료의 연소로 발생하는 부산물이 존재한다는 것은 무엇으로 입증할 수 있는가1. ?

어떤 연료가 연소될 때 공해를 더 적게 만들어낼까 왜 그렇게 생각하는가2. ? ?어떤 연료가 연소될 때 공해를 더 적게 만든다고 확실하게 말할 수 있으려면 어떤 정보가 더 필요할까3. ?이 실험서는 주 한국과학에 의해 작성되었으며 저작권법에 의해 보호를 받습니다( ) . 무단복제를 금하며 무단 복제 및 배포 시 저작권법에 의해 처벌 받을 수 있습니다, .

등유 에탄올호일 관찰용액 실험BTB (1)용액 실험BTB (2)용액 실험BTB (3)평균 방울 수BTB