앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험의 분석과 Small-Scale Chemistry를 적용한 실험 개발
Analysis of Precipitate Formation Reaction for Measuring Chemical Reaction Rate and Its Development Appling Small-Scale Chemistry
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이 연구의 목적은 고등학교 과학 교과서에 제시된 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험으로 small-scale chemistry (SSC)를 적용한 실험을 개발하고자 하는 것이다. 연구를 위해서 고등학교 10종 과학 교과서에 제시된 화학반응속도에 미치는 농도와 온도의 영향에 대한 실험 방법을 반응 생성물 확인 방법에 따라 분류하고, 과학 교과서에 가장 많이 제시되어 있는 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험을 교과서 실험 방법에 따라 수행하였다. 그리고 실험 과정에서 나타나는 문제점들을 분석해서 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험에 SSC를 적용한 실험을 개발하였다. 연구 결과에 의하면, 과학 교과서에 제시된 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험에는 반응 용액들의 혼합 방법에 대한 번거로움, X자가 보이지 않는 시점의 애매모호함, 실험 결과 수집의 시간 지연, 유독한 이산화황 기체의 발생, 물중탕 장치 조작의 불편함, 그리고 반응 온도 통제의 어려움 등의 문제점들이 있었다. 또한, 실험 결과들의 재현성이 부족하였다. 이러한 문제점들은 앙금 생성 반응을 이용한 화학반응속도 측정 실험에 SSC를 적용하여 개발한 실험으로 해결할 수 있었다. SSC를 적용한 실험에서는 A4 용지 반응판에 실험의 순서를 명시하여 실험 방법을 명확하게 할 수 있었으며, 홈판과 스템 피펫을 사용하여 반응시간을 단축하여 실험 결과들을 연속적으로 얻을 수 있었다. 또한, 유독한 이산화황 기체의 발생량을 1/7 정도로 줄일 수 있었으며, X자가 보이지 않는 시점도 뚜렷하게 관찰할 수 있었다. 그리고 30분 내에 화학반응속도에 미치는 농도와 온도의 영향에 대한 두 실험을 간편하고 재현성 있게 수행할 수 있었다. 또한, 수업시간 중 실험 결과들을 해석하고 토의할 수 있는 시간을 확보할 수 있어, 고등학생들이 화학반응속도에 미치는 농도와 온도의 영향에 대한 과학적인 개념을 형성하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.
Abstract
The purpose of this study was to understand the experiment for measuring chemical reaction rate by precipitate formation and to develop experiments applying small-scale chemistry. For this study, the experimental method for measuring the effect of concentration and temperature on chemical reaction rates presented in the 10 high school science textbooks were classified by their experimental methods of confirming production. Subsequently, problems observed in carrying out the experiments for measuring chemical reaction rates by precipitate formation frequently presented in the 10 high school science textbooks were analyzed. Experiments applying small-scale chemistry were developed measuring chemical reaction rate by precipitate formation. According to the result of this study, there were some problems in the experimental method of precipitate formation for measuring chemical reaction rates presented in the high school science textbooks. Those problems in the science textbook experiments were insufficient specification of mixing methods of reaction solutions, obscurity of knowing when the character letter X disappeared, time delay in collecting the experimental data, formation of hazardous sulfur dioxide, uneasiness of fixing water bath container, controlling the reaction temperature, and low reproducibility. Those problems were solved by developing experiments applying small-scale chemistry. Presenting the procedure of mixing reaction solutions on the A4 reaction paper sheet made the experimental procedure clearly, using well plates and stem pipette shortened the reaction time and made it possible to continuously collect the experimental data. Furthermore, the quantity of hazardous sulfur dioxide was reduced 1/7 times and the time when the character letter X disappeared could be observed clearly. Since experiments for measuring the effect of concentration and temperature on chemical reaction rates could be performed in 30 minutes, the developing experiments applying SSC would help students understand the scientific concepts on the effect of concentration and temperature on chemical reaction rates with enough time for experimental data analysis and discussion.
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