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저자정보
저널정보
한국과학영재교육학회 과학영재교육 과학영재교육 제10권 제1호
발행연도
2018.1
수록면
18 - 29 (12page)

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연구의 목적은 중학교 과학영재학생들의 R & E 프로그램으로, Cu (II) -M'(M=Zn, Al, Fe)의 산화-환원반응에서 생성물의 형상과 반응속도에 미치는 구리(II) 이온의 농도, 활성 금속 (M) 및 음이온(spectator ion)의 영향에 대한 연구를 수행하는데 있다. 본 연구를 수행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, CuSO4-Zn 산화-환원반응에서 0.5 M 황산구리 수용액 보다 진한 농도와 표면적이 큰 아연 분말을 사용하였을 때, 환원 생성물은 빠르게 붉은색 구리로 환원됨을 확인 하였다. 불균일 반응계인 Cu(II)-M의 산화-환원반응은 반응물의 농도가 증가하면 구리의 핵형성 속도가 증가하므로 초기 형성된 검은색 구리가 빠르게 붉은색으로 변화되는 것을 알 수 있었다. 산화-환원반응의 진행에 따른 생성물의 형상 변화는 0.2 M CuSO4 수용액에서 가장 쉽게 확인할 수 있었다. 둘째, 환원 생성물인 구리의 형상은 사용하는 활성 금속의 종류에 따라 다른 것을 확인하였다. 반응성이 큰 아연(Zn)과 알루미늄(Al)은 반응초기에 검은색 구리가 석출되지만, 철(Fe)을 사용하면, 철 표면에 환원된 구리가 도금되는 현상을 쉽게 관찰할 수 있었다. 이처럼 철을 사용하면 새로운 지적 호기심은 감소되지만 형상에 따른 색변화에 따른 학생들의 오개념 형성을 방지할 수 있을 것으로 생각된다. 셋째, 활성 금속(M)의 종류에 따른 Cu(II) -M 산화-환원 반응의 반응속도는 Zn > Al > Fe 순으로 얻어졌다. 이는 환원된 구리의 핵형성 속도가 수소기체의 생성과 관련이 있고, 환원된 구리의 흡착속도 차이를 의미한다. 넷째, 음이온에 의한 Cu(II)-Zn 치환 반응의 반응 속도는 Cl- > SO42- > NO3- 순서로 얻어졌다. 질산 구리(NO3-)와 금속 아연을 반응시켰을 경우, 초기 생성물은 다른 음이온과 같이 검은색 생성물이 얻어졌으나, 2시간 후 다공성의 녹청색 생성물을 확인할 수 있었다. 이 프로그램의 특징은 페트리 접시를 이용한 산화-환원 반응의 실험으로 거시적 현상을 저 비용과 친환경적으로 학생들이 화학 변화를 직접 관찰할 수 있기 때문에, 과학 영재 학생의 지적 호기심과 탐구력을 자극하고 과제 집중력을 높일 수 있었다. 또한, 이 프로그램의 부분적 수정으로 고등학교 과학 영재교육에 적용될 것으로 기대된다.
#Cu #II)-M substitution #redox reaction #visualized experiments #Galvani cell #science gifted education #chemistry R& #amp #E programs

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김연미 / 2007 / 갈바니 전지와 전해전지 관련 개념에 대한 예비화학교사들의 개념유형 분석 / 교과교육학연구 11(1):295~320 dbpia 성숙경 / 2009 / 화학Ⅰ 금속의 반응성 실험의 문제점 분석 및 개선방안 / 대한화학회지 53(3):368~376 google schola 최민우 / 2016 / 화학적 환원법에 의한 구리 나노분말 합성 / 한국분말야금학회지 23(3):228~234 dbpia 화학교재연구회 / 2014 / 옥스토비의 일반화학 / 사이플러스 google schola Asadrokht, M. / 2017 / Kinetics of copper cementation by aluminum powder from sulfate solution under ball milling conditions / Journal of Advanced Materials in Engineering 36:87~96 google schola

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