산과 염기 실험
물질은 그 성질에 따라 산성, 염기성, 중성을 띠는데 이러한 성질을 이용하여 그 물질의 특성과 작용을 알아본다.
리트머스 종이의 색깔 변화 실험
+/-리트머스 종이 실험을 통해 여러 수용액의 성질을 파악할 수 있다. 리트머스 종이는 기체와 고체에는 아무 변화도 보이지 않는다.
리트머스 종이는 산성에서는 붉은색으로, 염기성에서는 푸른색으로 변한다. 이 성질을 이용하여 어떤 수용액이 산성인지, 염기성인지, 중성인지 알아본다.
- 준비물
- 푸른색·붉은색 리트머스 종이, BTB 용액, 핀셋, 붕산, 유리 막대, 여러 가지 수용액, 이산화탄소, 스포이트, 시험관, 비커, 레몬즙, 설탕물, 소금물, 물, 고무관 등
실험관찰
+/-① 고체인 붕산과 기체인 이산화탄소를 각각 리트머스 종이에 묻혀 색깔의 변화를 살펴보자.② 이산화탄소를 물에 녹여 만든 탄산수를 리트머스 종이에 묻혀 색깔의 변화를 알아보자.③ 여러 가지 수용액을 리트머스 종이에 묻혀 나타나는 색깔의 변화를 관찰해 보자.4 실험 결과를 보자
결과
+/-① 고체의 붕산이나 기체의 이산화탄소에서는 리트머스 종이에 아무 변화도 일어나지 않는다.② 푸른 리트머스 종이에 탄산수를 묻히면 붉은색으로 변하는 것으로 보아 탄산수는 산성 용액임을 알 수 있다.③ 수용액에는 붉은 리트머스 종이가 푸르게 변하는 염기성 용액, 푸른 리트머스 종이가 붉게 변하는 산성 용액, 두 리트머스 종이에 아무런 변화도 일으키지 않는 중성 용액이 있다. 예를 들어 염산, 붕산수, 레몬즙은 산성을 띠고, 석회수, 암모니아수, 수산화나트륨 용액은 염기성을 띠는 것으로 나타났다. 또 설탕물과 소금물은 중성을 띠는 것으로 나타났다.
산성 용액의 성질
+/-산은 푸른색 리트머스 종이를 붉은색으로 변화시키고, 신맛을 내며, 금속과 반응하여 수소를 발생시킨다. 이는 산이 가지고 있는 수소 이온 H+ 때문이다.
산성 물질에는 여러 가지가 있는데 그러한 산들은 어떤 특징과 성질을 가지는지 알아보고, 또 공통점이 무엇인지 조사해 보자.
- 준비물 ㅇ
- 시험관, 스포이트, 유리 막대, 플라스크, 고무 마개, 스탠드, 5% 황산·염산·아세트산, 리트머스 종이, 페놀프탈레인 용액, BTB 용액, 메틸오렌지 용액, 콕 달린 깔때기, 시험관대 등
실험관찰
+/-① 3개의 시험관에 5%의 묽은 황산·염산·아세트산을 각각 20㎖씩 넣고 시험관대에 꽂자. 유리 막대에 각각의 용액을 묻혀 붉은 리트머스와 푸른 리트머스 종이에 묻혀 색깔의 변화를 살펴보자.② 묽은 황산을 3개의 시험관에 나누어 넣고, 페놀프탈레인 용액, BTB 용액, 메틸오렌지 용액을 각각 두 방울씩 떨어뜨리고 액체의 색깔 변화를 살펴보자. 아세트산과 염산에 대해서도 같은 실험을 해보고 그 결과를 관찰해 보자.③ 마그네슘을 플라스크에 넣고 깔때기의 염산을 조금씩 넣어 발생하는 기체를 수상 치환으로 모아 색깔과 냄새를 맡아 보자. 또 성냥불을 켜 가까이 대어 보자.
결과
+/-① 푸른 리트머스 종이를 붉은색으로 변화시키는 것으로 보아 3가지 용액 모두 산성 용액임을 알 수 있다.② 페놀프탈레인 용액은 변화가 없고, BTB 용액은 노란색으로, 메틸오렌지 용액은 붉은색으로 변한다. 이러한 변화는 아세트산과 염산의 실험에서도 같다.③ 시험관에 모인 기체는 색깔도, 냄새도, 맛도 없으며 성냥불을 갖다 대면 폭음 소리를 내며 탄다. 실험 결과로 보아 이 기체는 수소이다.
염기성 용액의 특성과 성질
+/-염기는 붉은 리트머스 종이를 푸른색으로 변하게 하며, 쓴맛이 난다. 또 단백질을 녹이는 성질이 있고, 염기 중에서 물에 녹는 것을 알칼리라고 한다. 염기의 특성은 염기가 가지고 있는 수산화 이온 OH- 때문이다.
염기성 용액은 어떤 특성과 성질을 지니며, 어떤 공통점을 가지는지 알아본다.
- 준비물
- 수산화나트륨 용액, 수산화칼륨 용액, 암모니아수, 페놀프탈레인 용액, BTB 용액, 메틸오렌지 용액, 리트머스 종이, 시험관, 시험관대, 유리 막대, 이산화탄소, 핀셋, 스포이트, 비커 등
실험관찰
+/-① 3개의 시험관에 5% 농도의 수산화나트륨·수산화칼륨·암모니아수를 각각 20㎖씩 넣은 다음 각 용액을 유리 막대로 찍어 리트머스 종이 실험을 해보고 변화를 살펴보자.② 3개의 시험관에 수산화나트륨 5㎖씩을 넣고 스포이트로 페놀프탈레인·BTB·메틸오렌지 용액을 각각 몇 방울씩 떨어뜨려 보자. 수산화칼륨과 암모니아수에 대해서도 같은 실험을 해보자.③ 수산화나트륨 용액을 담을 비커에 공기와 이산화탄소가 가득 찬 시험관을 거꾸로 세워보자.
결과
+/-① 붉은 리트머스 종이만 푸르게 변하는 것으로 보아 3가지 용액은 염기성임을 알 수 있다.② 수산화나트륨은 페놀프탈레인 용액을 붉은색으로, BTB 용액을 푸른색으로, 메틸오렌지 용액을 노란색으로 변화시킨다. 수산화칼륨과 암모니아수에서도 같은 반응을 나타낸다.③ 이산화탄소가 든 시험관으로 수산화나트륨 용액이 올라가며, 공기가 든 시험관은 변화가 없다.
중성 용액 만들기
+/-염산과 수산화나트륨 두 용액을 섞는 비율에 따라 산성, 염기성, 중성 용액을 만들 수 있다.
산성 용액과 염기성 용액을 섞어서 중성 용액을 만들 수 있는지 알아본다.
- 준비물
- 시험관, 비커, 플라스크, 스포이트, 페놀프탈레인 용액, 흰 종이, 염산, 묽은 수산화나트륨, 리트머스 종이
실험관찰
+/-① 시험관에 20㎖ 정도의 묽은 염산을 붓고 스포이트로 두세 방울의 페놀프탈레인 용액을 떨어뜨린 다음 몇 차례 흔들어 보자.② 위의 시험관에 묽은 염산과 같은 농도, 같은 양의 수산화나트륨 용액을 넣고 잘 흔들어 색깔의 변화를 살펴보자. 색에 변화가 없으면 있을 때까지 수산화나트륨 용액을 조금씩 더 넣어 보자. 색의 변화가 일어나면 변한 색이 없어질 때까지 묽은 염산을 더 넣은 다음 용액의 맛을 보자.
결과
+/-① 아무런 색깔 변화도 나타나지 않는다.② 수산화나트륨을 계속 넣으면 붉은색으로 변하기 시작한다. 이때 다시 묽은 염산을 조금 넣어 주면 용액의 붉은색이 없어진다. 이 용액을 맛보면 짠맛이 나는데 그것은 묽은 염산과 묽은 수산화나트륨 용액이 알맞게 섞여 중성 용액인 소금물로 변했기 때문이다.
중성 수용액에 다른 수용액을 섞었을 때의 반응
+/-중성 수용액에 다른 성질의 수용액을 섞더라도 변화가 생기지 않는다.
중성 수용액에 산성, 중성, 염기성 수용액을 섞으면 어떤 반응이 나타나는지 알아본다.
- 준비물
- 리트머스 종이, 슬라이드 글라스, 비커, 붕산수, 석회수, 소금물, 설탕물, 현미경, 알코올 램프, 유리 막대, 유리관 등
실험관찰
+/-중성인 소금물과 산성인 붕산수를 섞은 뒤 리트머스 종이 실험을 해보자. 또 소금물과 염기성인 석회수를 섞은 뒤 리트머스 종이 실험을 해보자. 끝으로 소금물과 같은 중성인 설탕물을 섞은 뒤 리트머스 종이 실험을 해보자.
결과
+/-중성 수용액은 산성·중성·염기성 수용액을 섞어도 새로운 변화가 생기지 않는다. 두 가지 수용액이 각자의 성질을 유지한 채 혼합되어 있다.
자주색 양배추 용액 만들기와 색깔 반응
+/-자주색 양배추로 용액을 만들고 이것을 산성, 중성, 염기성 용액과 섞었을 때 각각 어떤 반응이 나타나는지 알아본다.
- 준비물
- 자주색 양배추, 비커, 알코올 램프, 시약병, 지시약, 시험관 3개, 소금물, 묽은 염산, 묽은 수산화나트륨, 스포이트, 거름종이
실험관찰
+/-① 자주색 양배추 잎을 깨끗이 씻어 잘게 썬 다음 비커에 넣고 물을 양배추가 잠길 만큼 부은 뒤 용액의 색깔이 변할 때까지 가열해 보자. 가열을 마친 용액을 거름종이로 거른 다음 식혀서 시약병에 따라 부어 놓자. ② 시험관 3개에 묽은 염산 용액, 묽은 수산화나트륨 용액, 소금물 각각 20㎖씩 넣은 뒤 스포이트로 시약병의 자주색 양배추 용액을 각각 2-3 방울씩 떨어뜨려 색깔의 변화를 살펴보자.
결과
+/-① 자주색 양배추를 잘게 잘라 물과 함께 가열한 뒤 거르면 보라색의 용액이 만들어진다.② 자주색 양배추 용액은 산성인 묽은 염산 용액에서는 붉은색으로 변하고, 염기성인 수산화나트륨 용액에서는 연록색으로 변하며, 중성인 소금물에서는 아무 변화도 보이지 않는다.
산에 금속을 녹이기
+/-알루미늄은 묽은 염산에 녹아서 수소를 발생한다. 이때 염산의 온도를 높이거나 낮추면 수소가 나오는 모양은 어떻게 되는지 알아본다.
- 준비물
- 비커(500m/쯤), 묽은 염산, 시험관, 시험관꽂이, 메스 실린더, 접시저울, 알루미늄 조각, 핀셋, 온도계, 물, 삼발이, 석면 쇠그물, 알코올 램프, 그래프 용지, 기록장, 필기 도구
실험관찰
+/-① 묽은 염산을 3개의 시험관에 농도를 같게 하여 각각 10㎖씩 넣고 그 속에 같은 크기(무게)의 알루미늄 조각을 넣는다. 1개는 그대로 두고, 다른 1개는 더운물 속에 넣어 데우고, 또 다른 1개는 찬물로 식혀서 각각 수소가 발생하는 모양을 비교해 본다.② 수소가 가장 심하게 나올 때의 염산의 온도를 재어 본다.③ 각 시험관에서 수소가 나오지 않게 될 때까지의 시간을 재어 본다.④ 수소가 없어진 뒤, 남은 알루미늄의 크기(무게)를 비교해 보고, 어느 시험관의 알루미늄이 많이 녹았는가를 살펴보자.
결과
+/-① 수소는 더운물로 데운 염산에서 가장 심하게 발생하고, 찬물로 식힌 염산에서 제일 조금 발생한다.② 염산의 온도가 높을수록(60℃) 수소가 많이 발생하고, 또 알루미늄이 녹아서 수소가 발생하면 염산의 온도가 올라간다. 이것으로 알루미늄과 염산이 반응할 때 열이 생긴다는 것을 알 수 있다.③ 온도가 높은 염산일수록 수소가 발생하는 시간이 짧고, 온도가 낮을수록 수소가 발생하는 시간이 오래 계속된다. 실험결과를 볼 때 온도가 높을 수록 변화가 심하다는 것을 확인할 수 있다.④ 어느 시험관이나 남은 알루미늄의 크기(무게)는 같다. 온도가 높은 염산에서는 알루미늄이 녹는 속도는 빠르지만, 알루미늄을 녹이는 양은 같다는 것을 알 수 있다.
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