반응속도와 MBL (Microcomputer Based Laboratory)

1. 반응속도와 MBL(Microcomputer Based Laboratory) 2007 고등학교 과학교사 직무연수 평촌고등학교 류상하

3. 1. 기체(보일의 법칙) • 보일의 법칙 일정한 온도에서 일정량의 기체의 부피는 압력에 반비례한다. PV＝ k (k는 비례상수)

4. 1. 기체(샤를의 법칙) • 샤를의 법칙 압력이 일정할 때 일정량의 기체의 부피는 절대온도에 비례한다. V/T ＝ k (k는 비례상수) 온도의 증가에 따른 기체 부피의 팽창률은 온도가 1℃ 상승함에 따라 0℃일 때 부피의 1/273만큼 증가한다

5. 1. 기체(아몽통의 법칙) • 아몽통의 법칙 부피가 일정할 때 일정량의 기체의 압력은 절대온도에 비례한다. P/T ＝ k (k는 비례상수) 공기를 수은으로 봉한 공기온도계

6. 1. 기체(실험에 앞서서) • 이번 실험에 사용할 실험기구는 핫플레이트, 온도프로브(2개), 기체압력센서, 스탠드, 클램프, 1000mL 비커, 찬물, 200~250mL 삼각플라스크(고무마개에 맞게) • 실험 전 실험방법과 유의사항을 꼭 확인하세요.

7. 1. 기체(실험을 하면서) • 또 다른 실험 가열된 상태를 서서히 냉각시키면서 실험하면 어떨까요? • 보일-샤를의 법칙(PV/T ＝ k) 실험이 일찍 끝난 조는 보일-샤를의 법칙에서 다른 변인들의 관계를 확인할 수 있는 실험을 해보세요.

8. 1. 기체(실험결과 자료1)

9. 1. 기체(실험결과 자료2)

10. 1. 기체(실험을 마치고) • 실험 자료 분석 얻어진 실험결과 그래프에 ‘y=mx+b’형태의 추세선을 그려 실험을 통해서 얻어진 절대 0도(y절편)를 구해보세요. • 실험에 대하여 다음 내용을 토론해보세요. ① 이론값과 실험값의 오차 ② 실제 수업의 적용방안

12. 2. 액체와 고체(고체상태) • 고체상태 구성입자들 사이의 거리가 매우 가깝다. 진동운동만 하고 있다. 물질의 상태 중 가장 낮은 에너지 상태이다. 밀도가 크다. 압력에 의한 부피변화가 거의 없다.

13. 2. 액체와 고체(융해와 녹는점)

14. 2. 액체와 고체(과냉각) • 과냉각 어떤 온도 T를 경계로 하여 그 이상에서는 다른 결정형의 고체가 되거나 또는 녹아서 액체가 되는 변화가 있는 경우, 그 물질을 T 이상의 온도에서 T 이하로 급냉시키면 응고점 이하인데도 여전히 액체로 있거나, T 이상의 온도에서 가진 안정한 결정형으로 있는 현상이 일어난다. 이것을 지나치게 빨리 냉각했다는 뜻에서 과냉각이라 한다.

15. 2. 액체와 고체(어는점 자료) • 몇 가지 물질의 어는점

16. 2. 액체와 고체(실험에 앞서서) • 이번 실험에 사용할 실험기구는 온도프로브, 스탠드, 클램프, 500mL 비커, 시험관, 유리막대, 10mL 눈금실린더, 증류수, 소금, 얼음 • 실험 전 실험방법과 유의사항을 꼭 확인하세요. 증류수의 냉각곡선을 각자 그려보세요. (그렇게 그린 이유를 서로 이야기 해 보세요.)

17. 2. 액체와 고체(실험을 하면서) • 녹는점 측정실험 실험이 끝나면 얼음이 들어있는 시험관과 따뜻한 물을 이용하여 녹는점 측정실험을 할 수 있습니다. 기존의 실험장치에서 얼음을 빼고, 따뜻한 물을 조금씩 넣으면서 실험을 합니다. • 또 다른 실험 아세트산을 이용하여 같은 실험을 해 봅시다.

18. 2. 액체와 고체(실험결과 자료)

19. 2. 액체와 고체(실험을 마치고) • 실험 자료 분석 앞서 그렸던 증류수의 냉각곡선과 비교해 봅시다. 녹는점을 측정한 조는 녹는점 그래프와 비교해 봅시다. • 실험에 대하여 다음 내용을 토론해보세요. ① 녹는점과 어는점 그래프의 차이 ② 용질이 첨가되었을 때의 어는점 그래프

21. 3. 액체와 기체(액체상태) • 액체상태 압력에 의한 부피변화가 거의 없다. 일정한 형태를 갖지 않고 유동성이 있다. 기체에 비하여 활발하지는 못하지만 진동, 회전, 병진을 모두 한다.

22. 3. 액체와 기체(증발열과 끓는점1) • 증발열 어떤 액체 1g을 같은 온도의 기체 상태로 증발시키는데 필요한 열량 • 몰증발열 같은 온도에서 어느 액체 1몰을 완전히 기체로 만드는데 필요한 열량

23. 3. 액체와 기체(증발열과 끓는점2) • 몇 가지 물질의 끓는점과 몰증발열 • 분자 간 인력이 크다. → 몰증발열이 크다. → 증기압력이 낮다. → 끓는점이 높다.

24. 3. 액체와 기체(실험에 앞서서) • 이번 실험에 사용할 실험기구는 온도프로브, 스탠드, 클램프, 50mL 비커, 거름종이, 10mL 눈금실린더, 셀로판테이프, 증류수, 에탄올, 아세톤 • 실험 전 실험방법과 유의사항을 꼭 확인하세요.

25. 3. 액체와 기체(실험결과 자료)

26. 3. 액체와 기체(실험을 마치고) • 실험 자료 분석 시간에 따른 온도변화를 증발속도로 생각하여 세가지 물질을 비교할 수 있습니까? • 실험에 대하여 다음 내용을 토론해보세요. ① 증발속도에 영향을 미치는 요인을 확인하기 위한 실험설계 ② 증발속도와 분자간 인력 등 다른 요소들의 관계

28. 4. 용액(액체와 증기의 동적평형) • 동적평형 일정한 온도에서 밀폐된 용기에 액체를 놓아두면 액체표면에서 증발이 일어나 점차 기체분자수가 많아지고, 그들 중 일부가 다시 액체로 되돌아간다. 일정한 시간이 지나면 증발하는 분자수와 응축되는 분자수가 같아져 겉보기에는 아무런 변화가 없는 상태가 되는데 이러한 상태를 동적평형상태라고 한다.

29. 4. 용액(증기압력과 증기압력곡선) • 증기압력 증발속도와 응축속도가 같은 동적평형상태에서 증기가 나타내는 압력 • 증기압력곡선 액체와 기체가 평형을 이루어 공존하는 온도와 압력을 나타낸 그래프

30. 4. 용액(끓는점과 기준끓는점) • 끓는점 액체의 온도가 높아져 액체의 증기압력과 액체 외부의 압력이 같아지면 액체표면과 액체 내부에서 기포가 발생하며 급격한 기화가 일어나는데 이러한 현상을 끓음이라 하며, 이때의 온도를 그 압력에서의 끓는점이라 한다. • 기준끓는점 외부 압력이 1기압일 때의 끓는점

31. 4. 용액(묽은 용액의 증기압력 내림) • 증기압력내림 용액의 증기압력이 순수한 용매의 증기압력보다 낮아지는 현상을 용액의 증기압력내림이라고 한다. 일반적으로 용액의 농도가 증가할수록 증기압력은 점점 더 낮아지며, 끓는점은 높아진다. 용액의 증기압력내림은 용질의 종류와는 관계없이 용질의 몰수가 클수록 커진다.

32. 4. 용액(라울의 법칙) • 라울의 법칙 비휘발성이고 비전해질인 용질이 녹은 용액의 증기압력내림은 용질의 몰분율에 비례한다. 용질이 전해질인 경우, 증기압력내림은 양이온과 음이온으로 나누어진 용질 입자의 총 몰수에 비례한다. ΔP = P용매·X용질= P용매·(1 - X용매) ΔTb = Kb·m

33. 4. 용액(휘발성용질이 녹은 용액)

34. 4. 용액(실험에 앞서서) • 이번 실험에 사용할 실험기구는 온도프로브, 기체압력센서, 스탠드, 클램프, 20mL 주사기, two-way 밸브 고무마개, 1000mL 비커, 증류수, 에탄올 • 실험 전 실험방법과 유의사항을 꼭 확인하세요.

35. 4. 용액(실험을 하면서) • 또 다른 실험 물과 에탄올 혼합용액의 가열시간에 따른 온도변화 그래프를 예측해보고, 실험을 통하여 예측한 그래프가 맞는지 확인해보세요.

36. 4. 용액(실험결과 자료1)

37. 4. 용액(실험결과 자료2)

38. 4. 용액(실험을 마치고) • 실험 자료 분석 같은 온도에서 증류수, 에탄올, 증류수와 에탄올 혼합용액의 증기압력이 큰 것부터 순서대로 나열해 봅시다. 이 순서는 끓는점과 어떤 관계입니까? • 실험에 대하여 다음 내용을 토론해보세요. ① 온도에 따른 증기압력과 증발속도