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ISSN 1017-2548(Print)
ISSN 2234-8530(Online)
Volume 53, Number 3
JKCSEZ 53(3)
June 20, 2009 |
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Title |
Problem Analysis and Improvement of an Experiment on Reactivity of Metals in ChemistryⅠ
화학Ⅰ 금속의 반응성 실험의 문제점 분석 및 개선방안
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Author |
Sukkyoung Seong, Chui Im Choi, Dae Hong Jeong*
성숙경, 최취임, 정대홍* |
Keywords |
금속(Al, Zn, Fe, Cu)의 반응성, 산화-환원, 수소 기체의 발생
, Reactivity of metal(Al, Zn, Fe, Cu), Oxidation-reduction, Generation of hydrogen gas
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Abstract |
이 연구는 고등학교 화학I에서 이루어지는 금속의 반응성 실험에서 발견되는 문제점을 살펴보 고 이에 대한 이해를 목적으로 한다. 금속의 반응성 실험에서 제기된 문제는 세 가지로, 첫째 Al(s)이 전 혀 반응하지 않는 이유와 반응을 관찰할 수 있는 방안, 둘째 Zn(s)과 FeSO4(aq)의 반응에서 기포가 관찰 되는 이유, 셋째 FeSO4(aq)와 Zn(s)의 반응에서 나타나는 침전의 정체 확인이다. 연구 결과 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다. 첫째, Al(s)은 산화피막 생성속도가 매우 빨라 반응을 관찰할 수 없으며, 강한 염 산을 이용한 경쟁 반응을 이용하여 산화막 생성이 억제된 상태에서 알루미늄과 다른 금속 이온과의 반 응을 관찰할 수 있다. 둘째, 발생하는 기포는 수소이온의 환원에 의한 수소기체로, 금속과 금속이온의 반응과 함께 물속의 수소이온이 특정한 농도범위에서 경쟁적으로 금속과 반응하고 있음을 확인하였 다. 셋째, FeSO4(aq)와 Zn(s)의 반응에서 Fe(s)은 관찰되지 않으며 Zn(s) 표면에 생성되는 검은색의 자성 을 띠는 물질은 Fe3O4(s)이고 용액 속에서 침전되는 적갈색의 고체는 Fe2O3(s)임을 광전자분광(X-Ray Photoelectron Spectroscopy) 분석으로 확인하였다.
In this study we investigated and tried to understand problems monitored in an experiment on reactivity of metals in chemistry I. Three problems were discussed. First, the reason that aluminium plate does not react with other metal ions such as zinc, iron and copper was studied and the way to overcome this problem was suggested. Second, the reason that the bubbles were generated when FeSO4(aq) and Zn(s) react was discussed. Third, the precipitates which appeared in the reaction of FeSO4(aq) and Zn(s) were identified. Through reference study and experimental investigation, we could reach the following results. First, aluminium could not react with other metal ions due to the surface oxide layer that is formed very fast and prevents aluminium from reacting with metal ions in solution. This problem could be overcome by allowing a competing reaction of acid and aluminium during the reaction of aluminium and metal ions. Second, the observed bubbles were identified to be hydrogen gas, produced by the reaction between metals and hydronium ion in the solution. Third, black precipitates that were produced on the surface of zinc plate and exhibited magnetic property were characterized to be Fe3O4(s), and brown precipitates that were produced in the solution phase were to be Fe2O3(s) by the analysis of X-ray photoelectron spectra.
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