정량적 반응 속도 측정 탐구 도구 개발 -과산화 수소 반응을 이용하여-
Development of Experimental equipment for Quantitative Reaction Rate Measurement -Using Decomposition of Hydrogen Peroxide-
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초록
본 연구에서는 화학Ⅱ 교과서 ‘반응 속도와 촉매’ 단원에 제시된 반응 속도 측정 실험 관련 탐구 활동들을 분석 대상으로 하여 교과서에 수록된 실험을 직접 수행하여 발생할 수 있는 문제점을 파악하고 교실에서 수행할 수 있는 현실적인 반응 속도 측정 실험 방법을 개선하고자 하였다. 화학Ⅱ 교과서 6종을 분석한 결과, ‘반응 속도와 촉매’단원의 53개 탐구 활동 중 학생 주도 실험 탐구 활동은 20개였으며 반응 속도의 개념을 제시하는 탐구 활동에서 학생 주도 실험 탐구 활동을 수록한 교과서는 2종에 불과하였다. 교과서에 제시된 묽은 염산과 마그네슘의 반응 실험을 수행하여 여러 가지 문제점이 있음을 파악하였고, 그 중에서 고체상 반응물의 한계점과 부피 측정 방법의 문제점을 개선 목표로 연구하였다. 고체상 반응물의 한계를 극복하기 위해서 과산화수소의 분해 반응을 이용하였고, 안전하고, 화학 물질을 적게 사용하며 저렴한 SSC 실험 도구를 활용하여 기체 부피 측정 방법을 개선하여 제안하였다. 개선된 장치와 물질로 실험한 결과 부피 변화는 이론과 매우 일치하였으며, 실험 장치 설치와 수행의 어려움이 감소하였으며 측정 시간도 15분 정도로 수업 시간 내 충분히 수행할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 개선된 탐구 장치를 이용한다면 학교 현장에서 학생들이 더 안전한 환경에서 이론과 부합하는 결과를 얻을 수 있으므로, 학생들이 반응 속도의 개념에 대해 학습할 때 도움이 될 것이다.
Abstract
The purpose of this study is to improve the reaction rate measurement experiment with high applicability to school sites by analyzing the research activities related to the reaction rate measurement experiment presented in the 'Reaction Rate and Catalyst' section of the Chemistry II textbook and identifying the problems of the experiment in the textbook. As a result of analyzing 6 types of Chemistry II textbooks, out of 53 inquiry activities, 20 were student-led experimental inquiry activities. And there were two textbooks that included experiments that students could explore on their own to understand the concept of reaction rate. As a result of experimenting with the reaction of dilute hydrochloric acid and magnesium presented in the textbook, it was found that there are several problems. We tried to improve the limitations of solid phase reactants and the problems of the volumetric method. In order to overcome the limitations of solid phase reactants, the decomposition reaction of hydrogen peroxide was used, and the method for measuring gas volume was improved by using a safe, low-chemical, and inexpensive SSC experimental equipment. As a result of the experiment with the improved device and material, it was confirmed that the volume change was very consistent with the theory, the difficulty of installing the experimental device and conducting the experiment was reduced. In addition, it was confirmed that the reaction time was about 15 minutes, which could be sufficiently performed within the class time of 50 minutes. If the improved inquiry device is used in school, it will be helpful for students to learn about the concept of reaction rate, as they can obtain accurate results consistent with the theory in a safe experimental environment.
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