화학 실험

1. 개요[편집]

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2015 개정 교육과정 과학과의 전문 교과로, 과학 계열 고등학교 또는 일반계 고등학교 2~3학년때 배운다.[1] 실험이 가장 발달한 학문답게 타 실험 교과보다 실험의 퀄리티가 높은 것이 특징.

2. 화학 실험[편집]

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2.1. 화학 실험의 기초[편집]

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• 실험을 수행하기에 앞서 실험의 목적을 파악하여 그에 필요한 자료를 화학 정보 검색을 통해 구할 수 있다.
• 화학 정보 탐색을 체계적으로 수행하여 사용할 시약과 기구의 특징을 조사하고 실험 노트에 정리하여 실험을 효율적으로 수행하고 안전사고를 예방할 수 있다.
• 실험 과정을 이해하여 순서대로 설명할 수 있으며 중요 실험 장치를 그림으로 그리고 각 기능을 설명할 수 있다.
• 실험 기구의 눈금에 따라 측정값의 유효숫자가 달라짐을 설명할 수 있고, 실험에서 요구되는 정밀도에 따라 실험 기구를 선택할 수 있다.
• 데이터 처리 과정에서 유효숫자 처리 원칙에 맞게 계산 결과를 나타낼 수 있다.
• 국제 표준 단위를 사용하여 복합 단위와 관용 단위를 나타낼 수 있다.
• 측정값과 계산 값을 과학적 표기법과 올바른 단위를 사용하여 나타낼 수 있다.
• 액체 부피 측정 도구인 눈금 실린더, 눈금 피펫, 부피 피펫, 부피 플라스크 등의 특징과 사용법을 익혀 실험에서 요구되는 정밀도에 따라 기구를 선택하여 올바르게 사용할 수 있다.
• 질량 측정 도구인 화학 저울과 전자저울의 특징과 사용법을 익혀 실험에서 요구되는 정밀도에 따라 기구를 선택하여 올바르게 사용할 수 있다.
• 뷰렛과 삼각 플라스크의 사용법을 익혀 적정 실험을 수행할 수 있다.
• 시약을 담아 옮기거나 반응시키는 시험관, 비커, 플라스크의 특징과 사용법을 익혀 올바르게 선택하여 사용할 수 있다.
• 여러 가지 가열 도구의 특징과 사용법을 익혀 올바르게 선택하여 사용할 수 있다.
• 고체･액체 시약을 더는 방법, 시약의 질량을 측정하는 방법, 시험관을 다루는 방법, 온도계 사용법 등을 익혀 올바르게 사용할 수 있다.
• 컴퓨터를 활용한 실험의 장점과 단점을 설명할 수 있다.
• 분광 광도계의 사용하여 흡광도를 측정하고, 그 값으로 미지 용액의 농도를 계산할 수 있다.
• 측정값의 종류에 따라 인터페이스와 감지기를 올바르게 선택할 수 있다.
• 수집된 데이터를 엑셀을 활용하여 올바르게 표현하고 계산할 수 있다.
• 수집된 데이터를 엑셀을 활용하여 그래프로 그리고, 축의 값, 범례, 상관계수, 추세선 등을 바르게 낼 수 있다.
• 자주 사용하는 산･염기와 중요 시약의 특성을 알아 시약을 올바르게 제조하고 사용할 수 있다.
• 실험 후 폐기물 처리 원칙에 따라 폐기물을 처리하여 환경 오염을 예방할 수 있다.
• 실험실에서 지켜야 할 규칙과 응급조치 등 안전사고 대처 방법을 익혀 안전사고를 예방하고 올바르게 대처할 수 있다.
• 실험의 준비, 수행, 결과를 실험 보고서로 체계적으로 작성할 수 있다.
• 각주와 미주를 구별하여 보고서에 적절하게 활용할 수 있다.
• 참고 문헌의 중요성을 인식하여 연구 윤리를 준수하게 하고, APA 방식으로 인용 문헌에 대한 참고 문헌을 제시할 수 있다.

2.2. 물질의 성질[편집]

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연계 단원
화학I 원자의 세계
화학II 물질의 세 가지 상태와 용액

• 불꽃 반응과 선 스펙트럼을 통해 원자 오비탈의 에너지 준위가 양자화되어 있음을 확인하고 수소 원자의 에너지 준위를 계산할 수 있다.
• 리튬, 나트륨, 칼륨을 자르고 물과 반응시키며 물리적, 화학적 성질의 공통성과 차이점을 비교하여 주기성을 설명할 수 있다.
• 할로젠수와 할로젠염 수용액의 반응을 통해 할로젠 원소의 반응성을 확인하고 그 결과를 설명할 수 있다.
• 분자량을 정확히 아는 기체의 질량과 부피를 측정하여 이상 기체 방정식의 기체 상수를 계산할 수 있다.
• 기체의 질량과 부피를 측정하여 이상 기체 방정식으로 미지 기체의 분자량을 계산할 수 있다.
• 2차원 격자 구조의 특징을 이해하여, 단위세포를 결정할 수 있다.
• 단순 입방, 체심 입방, 면심 입방, 육방 밀집 결정 구조를 만들고, 잘라서 단위세포를 만들어 각 결정격자의 특징을 설명할 수 있다.

2.3. 물질의 분리[편집]

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• 중력 여과법에 필요한 거름종이를 바르게 접을 수 있고 장치를 꾸며 거름으로 혼합물을 분리할 수 있다.
• 감압 여과법에 필요한 장치를 꾸며 혼합물을 분리할 수 있다.
• 추출의 원리를 이해하여 올바른 용매를 선택하고, 분별 깔때기를 올바르게 사용하여 혼합물을 분리할 수 있고, 분배 계수를 이용하여 효과적 추출 방법을 설명할 수 있다.
• 회전 진공 증발기를 사용하여 추출한 혼합 용액에서 용매를 제거하여 특정 성분을 얻을 수 있다.
• 재결정과 분별 결정의 원리를 이해하여 혼합물을 분리할 수 있다.
• 다양한 종류의 크로마토그래피 원리를 이해하고, 이를 이용하여 혼합물을 분리할 수 있다.
• 증류와 분별 증류를 구분하여 설명할 수 있다.
• 증기압 차이를 이용하여 분별 증류의 원리를 설명할 수 있다.
• 분별 증류 장치를 꾸미고 각 부분의 역할을 설명할 수 있으며 이를 이용하여 혼합물을 분리할 수 있다.

2.4. 용액의 성질[편집]

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연계 단원
화학I 화학의 첫걸음
화학II 물질의 세 가지 상태와 용액

• 여러 가지 농도의 개념을 알고, 필요한 농도의 용액을 제조할 수 있다.
• 중요한 산과 염기의 표준 용액을 제조할 때 주의할 점을 설명할 수 있다.
• 여러 가지 액체의 증기압을 측정하고, 그 차이를 분자 간 상호 작용의 크기로 설명할 수 있다.
• 비휘발성 용질이 녹은 용액에서 용매보다 증기압이 낮아짐을 관찰하고, 그 이유를 열화학 관점에서 설명할 수 있다.
• 끓는점 오름을 측정하여 용액의 증기압이 낮아지는 이유를 설명할 수 있다.
• 어는점 내림으로 고분자 물질의 화학식량을 구할 수 있다.
• 용액의 삼투압을 측정하여 용질의 화학식량을 구할 수 있다.
• 콜로이드 용액을 제조하고, 틴들 현상, 투석, 엉김, 염석 등을 관찰하며, 그 현상들을 설명할 수 있다.

2.5. 화학 반응[편집]

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연계 단원
화학I 역동적인 화학 반응
화학II 반응 엔탈피와 화학 평형, 반응 속도와 촉매, 전기 화학과 이용

• 간이 열량계를 이용하여 여러 가지 화학 반응의 반응열을 측정하여 반응 엔탈피를 포함한 열화학 반응식으로 나타낼 수 있다.
• 헤스 법칙을 이용하여 무수 황산 구리의 수화 엔탈피를 측정할 수 있다.
• 가역 반응에서 평형 농도를 측정하여 화학 반응의 평형 상수를 구할 수 있다.
• 농도, 온도, 압력에 의한 평형 이동을 관찰하고 평형 이동 현상을 설명할 수 있다.
• 공통 이온 효과를 관찰하고, 염의 용해도곱 상수를 결정할 수 있다.
• 중화 반응과 산･염기 반응의 특징을 구별하여 설명할 수 있다.
• pH 미터, pH 시험지 등을 사용하여 용액의 액성을 측정할 수 있다.
• 원하는 pH 용액을 제조하여 여러 가지 지시약의 변색 범위를 실험을 통해 확인할 수 있다.
• 표준 용액을 제조하고 올바른 지시약을 선택하여 중화 적정 실험을 수행할 수 있고, 그 결과로 미지 산의 농도를 구할 수 있다.
• 중화 적정의 결과를 지시약의 변색 범위, 염의 가수분해 등을 이용하여 설명할 수 있다.
• 산화･환원 반응의 양적 관계를 이용하여 산화･환원 반응식의 계수를 맞출 수 있다.
• 과망가니즈산 적정의 원리를 이해하여 과산화수소를 정량할 수 있다.
• 아이오딘 적정의 원리를 이해하여 비타민 C를 정량할 수 있다.
• 산화･환원 반응을 이용하여 화학 전지를 꾸미고 기전력을 좌우하는 요인을 설명할 수 있다.
• 전기 분해를 일으키는 원리를 설명할 수 있고, 두 전극에서 생성되는 물질을 예측할 수 있으며 흘려준 전하량과 생성물의 양을 계산할 수 있다.
• 화학 반응의 초기 농도와 초기 속도를 측정하는 실험을 통하여 반응 속도식과 반응 차수를 구할 수 있다.
• 농도, 온도, 촉매의 존재 등을 변화시키며 반응 속도를 측정하여, 이들의 영향을 알아보고 그 결과를 설명할 수 있다.

2.6. 탄소 화합물의 합성과 특성[편집]

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• 탄화수소와 불포화 탄화수소를 연소시켜 반응성의 차이를 확인하고, 그 이유를 화학 결합의 관점에서 설명할 수 있다.
• 에틸렌과 아세틸렌을 제조하고, 브롬수를 첨가하여 첨가 반응의 색깔 변화를 관찰하고, 반응 속도가 차이 나는 이유를 설명할 수 있다.
• 메탄올, 1차, 2차, 3차 알코올의 산화 실험을 수행하고, 그 생성물을 이용하여 은거울 반응, 펠링 용액 반응, 아이오도폼 반응 등을 수행하여 생성물을 확인할 수 있다.
• 알코올, 알데히드, 케톤, 카복시산 등 탄화수소 유도체의 성질과 반응을 설명할 수 있다.
• 에스터화 반응과 아마이드화 반응을 수행하여 고분자 화합물을 만들고, 그 원리를 설명할 수 있다.
• 비누를 제조하고, 그 원리를 설명할 수 있다.
• 벤젠, 나프탈렌 등의 방향족 물질의 구조와 성질을 설명할 수 있다.
• 페놀류의 특성을 실험으로 확인하고 그 이유를 설명할 수 있다.
• 아스피린을 합성하고, 그 원리를 설명할 수 있다.