재미있는 과학실험

* 고등학교 화학부 시절 2000년도 과학축전을 준비하기 위해 모은 자료들..



2000년 과학 축전

 

주제:마술로 불붙이기(1)

 

1.누가 고양이 목에 방울을 달 것인가?

시선 끌기--해보기

 

2.물로 솜뭉치에 불을 붙일 수 있을까?

호기심 끌기--해보기--언리 찾기

3.불이 붙어있어도 타지 않는 지폐와 손가락

호기심 끌기--참가하기--토의하기--기본개념 얻기

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<누가 고양이 목에 방울을 달 것인가?>

(수소 기체의 화학적 특징)

 

1.탐구 목적

1)염화수소와 아연이 반응하면 수소기체를 생성한다는 것을 증명한다.

2)수소 기체는 폭발성이 있다는 것을 증명한다.

 

2.준비물

플라스크(발생하는 기체를 다른 용기에 옮기기 쉬운).유리관(지름 7~8cm), 고무마개 2개(구멍 한 개 뚫린 것), 고무풍선(실험 횟수만큼),끈(풍선 개수만큼), 아연, 염산(6몰), 긴 막대기, 성냥, 클립

 

3. 탐구 절차

1)구멍 한 개 뚫린 고무 마개로 유리관의 양쪽을 막는다.

2)유리관의 한쪽에 풍선을 끼운다.

3)플라스크에 아연을 소량 넣는다.

4)아연이 잠기도록 6몰의 염산을 플라스크에 넣고, 발생하는 기체가 풍선에 채워지도록 재 빨리 풍선달린 유리관의 고무마개를 플라스크에 꽉 꼽는다.

5)풍선에 기체가 꼭 차면 고무 마개에서 분리하여 기체가 세지 않게 끈으로 잘 묶는다.

6)풍선을 공중에 띄우고 긴 막대기 끝에 성냥불을 붙여서 풍선이 폭발할 때까지 풍선에다 댄다.

 

4.생각해보기

1)풍선의 색깔은?--사용한 풍선에 따라 여러 가지 응답이 나올 수 있다.

2)풍선이 폭발했는가?--불을 가까이 가져가면 풍선이 폭발한다.

3)왜 그럴까?--불에 의해 풍선이 터지면서, 풍선 속의 수소가 공기중의 산소와 만나서 연소하여 수증기가 생기는 물의 합성 반응으로, 많은 에너지를 발생하기 때문에 폭음을 내면서 반응한다.

 

6.응용

수소와 산소가 반응하여 물이 합성되는 반응은 막대한 에너지를 방출하는 발열 반응으로, 인류아 생활 에너지로 개발하여 사용가능 하다는 꿈을 실어줄 수 있다. 또한 , 이 합성 반응은 폭발에 대한 경각심을 불러 일으켜 수소를 함부로 다루는 광고용 애드벌룬의 위험성을 지적해 줄 수 있다.

 

7.주의사항

수소 풍선에 불을 붙일 때 긴 막대기를 이용한다. 풍선은 작은 것으로 선택한다. 보안경 착 용.

 

 

 

<물로 솜뭉치에 불을 붙일 수 있을까?

 

1.개요

고온에서 산소는 화학적으로 매우 활성화 되어 있어서, 다른 모든 원소(물질)들과 쉽게 결합(화합)한다. 상온에서는 산소의 반응성이 보통으로 활성화되어 있지만. 소량의 산소를 포함한 화합물은 비교적 낮은 온도에서도 어떤 다른 물질들과 폭발적으로 반응할 수 있다.

 

2.탐구 목적

낮은 온도에서도 산소 ㅗ함(함유)화합물이 매우 활성화 되어 있다(반응성이 크다.)는 것을 보여주기 위한 실험이다.

 

3.준비물

비커, 따뜻한 물, 과산화 나트륨 소량, 솜뭉치

 

4.탐구 절차

1)숟가락으로 과산화륨의 알갱이들을 작은 솜뭉치에 뿌리고 비커에 넣는다.

2)그 위에 한 두 방울의 따뜻한 물을 떨어뜨린다.

 

5.생각해보기

1)솜뭉치에 어떤 변화가 일어날까?--솜뭉치에 자발적으로 불이 붙는다.

2)왜 그럴까?--그 이유는, 물이 과산화나트륨과 격렬하게 반응하면서 솜뭉치에 불이 붙을 정도로 파랑의 열을 생성하기 때문이다.

 

6.응용

과산화물은 불안정하여 물과 쉽게 반응하고 많은 양의 에너지를 발생한다.

과산화물 속에 결합된 산소를 이용하여 물질을 연소 시킬 수 있다.

8.주의사항

보안경 착용, 소량으로 실험하여 큰 폭발을 예방한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<불이 붙어있어도 왜 타지 않을까?>

1.문제 제기

손가락에 불을 붙여서 화장지를 태울 수 있다고 한다. 과연 어떻게 하면 화상을 입지 않고 손에 불을 붙일 수 있을까?

지폐에 불이 붙어 있어도 지폐가 타지 않는 원리는 무엇인가?

 

2.탐구 수행

준비물:물 20ml, 알콜 20ml, 화장지, 핀셋

주의사항:알콜은 불붙기 쉬우므로 화재나 화상에 유의

실험장티 및 탐구절차

1)비밀 용액을 만들자. 물 과 알콜을 20ml씩 섞는다.

2)화장지를 비밀 용액에 담갓다가 빼내 핀셋으로 잡고 태워보자. 손수건을 비밀 용액에 담갔다가 빼내 핀셋으로 잡고 태워보자.

3)손가락에 비밀 용액을 묻혀 손가락에 불을 붙이고 화장지를 가까이 가져가 불을 붙여보자. (손가락이 뜨거우므로 먼저 손가락에 물을 묻히고 비밀용액을 묻힌다.)

4.실험정리

화장지나 손수건에 비밀 용액을 묻혀 불을 붙이면 빛과 열을 내면서 겉으로는 타지만 물의 증발로(기화열)인해 물질의 온도가 인화점까지 상승하지 못하여 알콜만 연소하면 종이에 붙은 불이 꺼진다. 그래서 종이는 타지 않고 완전한 모습으로 남아 있을 수 있다. 마찬가지로 비밀 용액을 손에 묻혀 불을 붇여도 뜨겁지 않은 것은 역시 물의 냉각작용 때문입니다.

 

5.심화과정

1)용액의 농도를 다르게 하면?

-용액 만들기-

a알콜 10ml b알콜 10ml : 물10ml

c알콜 10ml : 물 20ml d알콜 10ml : 물 30ml

e알콜 10ml : 물 40ml f알콜 20ml: 물 10ml

g알콜 30ml : 물 10ml h알콜 40ml: 물 10ml

 

2)탐구 결과

-불이 붙어도 타지 않은 것:b, c, d, e(연소시간:b> c> d> e)

-불이 붙어서 탄 것:a, f, g, h(연소시간:a> h> g> f)

-가장 많이 탄 것:a

3)결과 분석

-c,d,e,의 경우에는 무르이 비율이 많아 지면 불이 안 붙을 줄 알았는데, 연소시간만 다를 뿐 거름종이가 타지 않는 것은 b의 경우와 마찬가지였다.

-여러가지로 비율을 달리 하면서 실험을 해도 완전 연소가 되면서 그을음을 발생하지 않는경우가 드물어서, 완전 연소되는 방법을 고안해야 하겠다.

 

<더 해보기>

1)다양한 불꽃 색깔로 호기심 자극하기

-마그네슘+가 용액

-칼륨+나 용액

-질산나트륨+다 용액

-스트론튬+라 용액

 

2)불이 붙어도 타지 않는 지폐를 만들 수 있을까?

-위의 b용액을 지폐에 묻혀서 불을 붙이면 불이 타고 있어도 지폐는 타지 않는다.

-알칼리 금속의 염 수용액을 함께 섞어서 실험을 하면 더욱 흥미를 유발시킬 수 있다.

 

6.응용

-인화점이 낮은 물질이 연소하고 있을때에는 인화점이 높은 물질은 타지 않는다. 즉 , 불이 붙는 조건에는 발화점 이상의 온도가 필요하다는 개념을 터득할 수 있다.

-알칼리 금속의 염의 수용액을 불꽃반응 시키면 특유한 색깔이 나타남을 실험으로 알 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2000년 과학 축전

 

주제:마술로 불붙이기 (2)

1.불꽃 구름:시선끌기--해보기

2.맹물로 불붙이기:호기심 끌기--원리찾기

3.성냥이 없을 때 설탕을 어떻게 태울까?:참가하기--토의하기--기본 개념 얻기

4.타고 있는 마그네슘 리본을 수증기 속에 넣으면 불이 꺼질까?:참가하기--토의하기--기본개념 얻기

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.불꽃구름

 

1.탐구 목적

밀가루와 같이 미세하게 부순 곡식 가루가 얼마나 폭발성이 크고 위험한지를 알아본다.

 

2.준비물

가스 토치, 점화기(성냥, 가스 라이터), 밀가루(+탄소가루, 화약가루), 막자 사발, 막자, 스포이드

 

3.탐구 절차

1)밀가루를 막자 사발에 넣고 막자로 가능한 한 곱게 빻는다.

2)완전히 건조시킨 스포이드에 가능한 한 밀가루를 가득 채운다.

3)가스 토치에 불을 붙인다.

4)버너의 불꽃 속을 관통하도록 조정하여 조심스럽게 밀가루를 스포이드에서 방출시킨다.

 

4.생각해보기

1)밀가루를 불꽃을 관통하게 쏘았을 때 무슨일이 발생하는가?--폭발하면서 불꽃구름을 형성한다.

2)부두에서 곡식을 하역할 때, 곡식가루 먼지 속에서 담배를 피우면 어떻게 될까?--위의 실험과 같이 폭발할 것이다.

5.응용

곡식은 낟알로 되어 있을때에는 불이 잘 붙지 않는다. 그러나, 부두에서 곡식 하역작업을 할 때나 석탄 광산에서 석탄가루 먼지가 있는 곳에서 불똥을 튀기는 일은 위험 천만임을 상기시켜 안전 교육에 활용할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<맹물로 불붙이기>

 

1.탐구 목적

물 한 두 방울을 사용하여 일반적으로 반응성이 크지 않은 질의 혼합물을 사용하여, 폭발적이고 생생한 반응을 현출 할 수 있다.

 

2.준비물

물 , 요오드 결정, 알루미늄 가루, 금속 판, 막자사발, 막자, 메탄올, 막자 사발, 막자, 시약수저

 

3.탐구 절차

1)요오드 결정을 막자 사발에 넣어서 가루로 만들고 같은 양의 알루미늄 가루와 섞는다. 이 때, 두 가지 가루는 완전히 건조시킨 것을 사용한다.

2)금속 관 가운데에 이 혼합 가루를 조금 떠놓는다.

3)이 가루 더미의 꼭대기 부분을 약간 눌러서 평평하게 한다. 이 반응은 유독 기체인 요오드가 생성되므로, 공기가 잘 통하는 실회나 퓸 후드에서 실시하는 것이 좋다.

4)가루 더미의 꼭대기에 2~3방울의 물을 떨어뜨린 즉시 뒤로 물러난다. 곧 적자색의 증기가 더마로부터 피어로를 것이다. 그 다음은 가루더미에서 ㅁ낳은 양의 연기를 동반한 아름다운 적자색의 불꽃이 폭발적으로 피어오를 것이다.

 

4.생각해보기

1)요오드와 알루미늄 가루 사이에서 일어나는 반응은 무엇이 일어나게 해주는가?--물의 존재가 두 물질 혼합물의 반응을 일으키게 한다.

2)불꽃은 어떤 색을 띠는가?--보라색.

3)왜 그럴까?--이 반응은 발열 반응으로, 발생하는 열에 의하여 오오드 결정에서 요오드 기체로 승화가 일어나서 요오드 증기의 색깔이 보라색으로 아름답게 보이지만, 요오드 기체는 유독하므로 주의하자.

 

6.응용

승화의 개념과 원리를 설명할 수 있다.

물로 화학반응을 일으킬 수 있다는 사실을 연출할 후 있다.

 

7.주의사항:요오드는 유독하므로 증기를 들여 마시지 않도록 한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

<성냥이 없을 때 설탕을 어떻게 태울까?(산으로 불붙이기)

 

1.탐구 목적

1)자발적인 연소란 무엇일까?

2)마음대로 섞은 화학 약품은 엄청난 재난을 일으키는 이유는 무엇인가?

 

2.준비물

설탕, KCIl3, 진한 황산, 막자 사발, 막자, 시약수저

 

3.탐구 절차

1)설탕을 막자 사발에 넣고 곱게 빻는다.

2)깨끗한 다른 막자 사발에서 KCIl3를 간다.

*주의:K와 설탕을 같은 막자 사발에서 갈지 말아야 한다. 두 가루의 마찰은 연소를 일으킬 수 있다.

3)k, 1g에 설탕 2g을 넣는다. 그리고, 조심스럽게 섞는다.

4)혼합물을 주석 양철이나 불에 타지 않는 물질 위에 올려놓는다.

5)가루 더미 위에 진한 황산을 2방울 떨어뜨리고, 재빨리 물러선다.

 

4.생각해보기

1)염소산 칼륨과 설탕의 혼합물에 진한 황산을 떨어뜨리면 어떤 변화가 있는가?--폭발적으로 불이 붙어서 설탕이 연소한다.

2)왜 그럴까?--진한 황산은 탈수 작용을 하여, 설탕이 탄소로 변하면서 많은 야으이 열을 방출한다. 이 열은 염소산 칼륨을 분해시켜서 산소를 발생시킨다. 발생하는 산소와 열로 설탕이 연소한다.

 

6.응용

산소와 열을 공급하면 불을 붙이지 않아도 연료에 불을 붙일 수 있다. 즉, 성냥이 없어도 화학 반응을 이용하여 물질에 불을 붙일 수 있다.

열분해 반응을 설명 할 수 있다.

 

7.주의 사항:진한 황산은 탈수 작용을 하므로 탄수화물로 이루어진 물건에 닿지 않게 한다. 보안경 착용

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<타고 있는 마그네슘 리본을 수증기 속에 넣으면 불이꺼질까?>

 

2.탐구 목족

끓고 있는 물에서 생성되는 수증기가 타고 있는 마그네슘 리본에 미치는 영향을 알아본다.

 

2.준미물

물, 플라스크, 고무마개(구멍 한 개 뚫린것)유리관, 도가니 집게. 스탠드, 마그네슘 리본, 가스 버너

 

3.탐구과정

1)플라스크에 물을 넣고 삼발이 위에 올려놓는다.

2)가스버너에 불을 붙이고 물을 끓인다.

3)도가니 집게로 마그네슘 리본을 집에서 버너의 불꽃에 불을 붙인다.

4)타고 있는 마그네슘 리본을 플라스크에서 발생하는 수증기 속에 넣고 반응을 관찰한다.

 

4. 생각해보기

1)마그네슘에 불을 부이면 어떤 현상이 일어나는가?--섬광을 내면서 연소한다.

2)불붙은 마그네슘 리본을 수증기 속에 넣으면 어떤 현상이 일어나는가?--섬광이 더욱 밝고 격렬하게 반응한다.

3)왜 그럴까?--물을 이루고 있는 산소가 마그네슘과 결합하고 남은 수소가 공기 중의 산소와 반응하면서 격렬하게 반응하고, 마그네슘도 함께 연소하기 때문에 섬광을 내면서 연소한다.

 

5.응용

마그네슘이 연소하면 많은 양의 에너지를 방출하는 발열 반응으로 이 빛을 이용하여 사진 촬영 시 플래쉬로 사용하였다. ㅏ반응성이 중간쯤인 금속은 뜨거운 수증기에 의하여 산화되면서 수소를 발생시킴을 알 수 있다.

6.주의 사항:마그네슘은 연소할 때 막대한 에너지를 방출하므로 화상에 주의한다.

보안경 착용, 수증기 화상 조심, 화재 주의

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2000 과학 축전

주제:석회수에 이산화탄소를 넣으면 과연 뿌옇게 흐려질까?

1.산소 실린더:시선 끌기--해보기

2.거울 만들기:호기심끌기--해보기--원리찾기

3.속회수에 이산화탄소를 넣으면 과연 뿌옇게 흐려질까?:참가하기--토의하기--기본 개념 얻기