중3 Ⅴ 여러 가지 화학 반응 - 1 산과 염기의...

과학자들은 19세기까지도산과염기에대한정확한정의를내리지못하고

있었다. 이같은상황에서아레니우스는 19세기말산과염기의중화에대한

정확한정의를내린스웨덴의물리화학자이다.

산은이온화하여수소이온을내는물질이고, 염기는이온화하여수산화이

온을내는물질이며산과염기의세기는이온화정도에의해결정된다고정리

하였다.

수용액에한정된아레니우스의산과염기의개념은 1923년덴마크의브뢴

스테드와영국의로우리에의해좀더넓은개념으로수정되었다.

아레니우스(Arrhenius, S. A. ; 1859~1927)

206

206~229 5단원① 2012.8.19 11:24 AM 페이지206 DK

Ⅴ여러가지

화학반응

이단원에서는

일상생활에서 철은 부식되면 대부분 사용할 수

없게되지만, 철이부식되는현상을이용한건축물

도있다. 철은시간이지날수록부식이진행되어모

습이바뀌며, 산성비가내리면부식이더빨리일어

난다.

이 단원에서는 산과 염기의 종류와 특징에 대해

알아보고, 산과염기가반응하는중화반응과정과

실생활의예를살펴보자.

그리고산화－환원반응에서는산화반응과환원

반응의 의미를 이해하고, 일상생활에서 일어나는

산화－환원반응에는어떤것들이있는지찾아보자.

산과염기의반응1

산화－환원반응2207

206~229 5단원① 2012.8.19 11:24 AM 페이지207 DK

208 Ⅴ. 여러가지화학반응

Ⅴ.

여러

가지

화학

반응

1

산성을나타내는레몬

레몬과 같이 신맛이 나는 물질들은 산성

을띤다. 산성을띠는물질들은어떤특징

이있을까?

염기성을나타내는비누

비누와 같이 염기성을 나타내는

물질들은어떤특징을가지고있

을까?

산과염기의반응

중단원 미리 보기

1-1 산의성질 1-2 염기의성질 1-3 중화반응

206~229 5단원① 2012.8.19 11:24 AM 페이지208 DK

pH와지시약

pH라는 척도는 어떻

게 이용되고, 지시약

은 어떤 역할을 하는

것일까?

1. 산과염기의반응 209

지시약을이용한중화반응의확인

지시약의색변화를통해중화반응이일

어남을 확인할 수 있다. 중화 반응이 무

엇이며, 중화반응이일어날때에는어떤

변화가나타날까?

우리주변의물질들중에는과일과같이신맛이나는산과비누처럼미끈거리는염기가있다. 산과염기는

각각어떤물질이며, 이들은어떤성질을가지고있을까? 그리고우리생활에서산과염기를이용하는예에

는어떤것들이있을까?

206~229 5단원① 2012.8.19 11:25 AM 페이지209 DK


Ⅴ.

여러

가지

화학

반응

덜 익은 과일을 한입 베어 물면 떫기도

하고 시기도 하다. 너무 익은 김치는 신

맛이난다.

이와같이음식을먹을때신맛이느

껴지는 이유는 음식 속에 어떤 성분이

포함되어있기때문일까?

산의 성질1-1

신맛을나게하는물질

레몬은신맛이강해쉽게먹기어려운과일이다. 레몬뿐아니라오렌지, 자두

또는덜익은과일등은신맛이강해먹을때얼굴을찡그리기도한다.

이처럼과일등에포함되어신맛이나게하는물질이산이다. 산은과일뿐아니

라다른음식에도포함되어있다. 냉면이나오이냉국등에식초를넣으면신맛이

더해져맛이다양해진다. 또김치는오래되면발효되면서산이만들어지기때문

에신맛이강해지고, 청량음료나요구르트에도산을넣거나산이생성된다. 우리

몸의위에서도산이분비되어음식물의소화를돕고, 운동을할때에는근육에서

산이만들어지기도한다.

신맛을내는산은리트머스종이와 BTB(브로모티몰블루) 용액의색깔변화,

금속과의반응, 전기전도성등에서공통의성질을나타내는데, 이를산성이라고

한다.

‘산’의유래

산이라는 뜻의 영어 acid는 라틴

어의‘시다(acidus)’라는 말에서

유래하였다.

그림Ⅴ-̀1 냉장고속의신맛이

나는음식

•우리주변에서볼수있는산의

예를 찾아보고, 그 특징을 말할

수있다.

•수용액에서산의이온화과정을

이온반응식으로나타낼수있다.

학습 목표

206~229 5단원① 2012.8.19 11:25 AM 페이지210 DK


검색

산성비가 내리면조각상이 손상된

다고한다. 이런현상은산의어떤

성질과 관련이 있는지, 대리석의

주성분은무엇인지조사해보자.

인터넷 과학 세상속

산성비, 대리석

산의수용액에푸른색리트머스종이를대면붉게변하며, BTB 용액을떨

어뜨리면노란색으로변한다.

산은마그네슘과같은금속과반응하여수소기체를발생한다. 발생하는기

체를모은후성냥불을대면‘펑’하는소리와함께연소된다.

산의수용액에는전류가흐른다. 전류가흐르는것을통해산의수용액에는

이온이존재한다는것을알수있다.

그림Ⅴ-̀2 푸른색리트머스종이

와BTB용액의색변화

그림Ⅴ-̀3 마그네슘과산의반응

▶마그네슘

산은탄산칼슘과반응하여이산화탄소를발생한다. 발생하는기체를석회수

에통과시키면뿌옇게변하는것을통해이산화탄소가발생했음을알수있다.

그림Ⅴ-̀4 탄산칼슘과산의반응

고무마개

석회수

▶

탄산칼슘

그림Ⅴ-̀5 산수용액의전기전도성

산의성질

206~229 5단원① 2012.8.19 6:39 PM 페이지211 DK


산성이나타나는이유

산의수용액에서전류가흐르는것은산의수용액에이온이존재하기때문이다.

페트리접시에질산칼륨수용액을적신거름종이를깔고직류전원에연결한후

거름종이의중앙에묽은염산을 2~3`방울떨어뜨린다음, 양쪽전극가까이에

BTB 용액을떨어뜨리면 (-)극쪽에서노란색으로변한다. 묽은염산외에다

른종류의산을사용하여도결과는같다. 이를통해산이수용액에서공통적인양

이온을내는것을알수있다.

이를통해산의공통적인성질은수소이온에의한것임을알수있다. 산은수

용액에서이온화하여수소이온(H±)을내는물질이며, 수소이온에의하여산성

이나타난다.

H± H±

Mg¤±

H™

H H

Mg¤±

그림Ⅴ-̀7 산수용액과마그네슘의반응

그림Ⅴ-̀8 염산의이온화

Cl—H±ClH

BTB용액의색변화

BTB 용액은 산성 용액에서는 노

란색, 중성용액에서는초록색, 염기

성용액에서는파란색을나타낸다.

(-)극 (+)극

BTB용액

그림Ⅴ-̀6 산의이온화로생성되는수소이온의확인

금속과산을반응시키면공통적인양이온이무엇인지를알수있는데, 산의수

용액에마그네슘이나아연등의금속을넣으면금속이녹으면서수소기체가발

생한다. 이것은산이내놓은수소이온이금속으로부터전자를받아수소기체가

되기때문이다. 이때금속은양이온이되어수용액에녹는다.

수용액에서 이온화하여 수소

이온을 내는 물질을 ( )

(이)라고한다.

스스로해결하기

206~229 5단원① 2012.8.19 11:25 AM 페이지212 DK


산이수용액에서수소이온을내는정도는산의종류에따라다르다. 염산, 황

산, 질산등은물에녹으면거의이온화하지만, 아세트산은적은양만이온화하고

대부분분자그대로녹아있다. 따라서서로다른산수용액에마그네슘조각을

넣으면이온화가잘되는산수용액에서수소기체가더많이발생하면서격렬하

게반응한다.

염산, 질산등과같이물에녹아이온화가잘되는산을강산, 아세트산과같이

이온화가잘되지않는산을약산이라고한다. 같은농도의산수용액의경우에도

강산의수용액일수록강한산성을나타내는데, 이는이온화가더잘되어수소이

온의수가상대적으로많기때문이다.

여러가지산들이물에녹아이온화되는과정을이온반응식으로나타내면다음

과같다. 염산이나아세트산등은 1개의분자에서 1개의수소이온을생성하지만,

황산과같이 1개의분자에서 2개의수소이온을생성하는경우도있다.

더자세히

산의 종류에 따라 산의 세기가 다

르다.

H™SO¢HClHNO£

H™CO£CH£COOH

수용액이산성을나타내도록하는이온은무엇인가?

그림Ⅴ-̀9 산의종류에따른이온화모형

아세트산수용액

산수용액과금속의반응

서로 다른 산 수용액에 마그네슘

조각을넣어발생하는수소기체의

양을 비교하기 위해서는수용액의

농도와마그네슘조각의크기가같

아야한다.

H± Cl—

H±

CH£COO—

염산

HCl 12⁄ H± + Cl—염산 수소이온 염화이온

CH£COOH 12⁄ H± + CH£COO—아세트산 수소이온 아세트산이온

HNO£ 12⁄ H± + NO£—질산 수소이온 질산이온

H™SO¢ 12⁄ 2H± + SO¢¤ —황산 수소이온 황산이온

표Ⅴ-̀1 산의이온반응식

산성용액 12⁄ 양이온 + 음이온

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여러가지산

신맛을내는과일에는모두같은종류의산이들어있을까?

사과나오렌지, 딸기등의여러가지과일에는서로다른종류의산이들어있

지만신맛은공통적으로느낄수있다.


이밖에도이산화탄소는물에녹으면탄산이되는데, 청량음료에는탄산이들

어있어톡쏘는맛을즐기는사람들이많이마신다. 또음식을할때신맛을내기

위해사용하는식초에는아세트산이들어있고, 잘익은김치에는주로락트산이

들어있다.

음식에들어있는산이외에도염산, 황산, 질산등이있다. 염산은색깔이없고

자극성이강한염화수소(HCl) 기체를물에녹여만든다. 위에서도분비되는염

산은조미료나염료등의원료로사용되기도하며, 단백질의소화를돕고살균작

용을한다. 또화장실에서나는냄새를제거할때염산을아주묽게희석해서사

용하기도한다.

그림Ⅴ-̀11 산성을띠는음식의종류

그림Ⅴ-̀10 과일속에들어있는주요산의종류

오렌지(시트르산)

파인애플(타타르산)

딸기(벤조산)

포도(피루브산)

사과(말산)

식초(아세트산) 김치(락트산)청량음료(탄산)

검색

딸기에 들어 있는 산의 종류와 벤

조산에대해서조사해보자.

인터넷 과학 세상속

딸기, 벤조산

206~229 5단원① 2012.8.19 11:25 AM 페이지214 DK


진한황산은물질의성분중에서물을뽑아내는탈수작용을한다. 설탕에진한

황산을가하면설탕이부풀어오르면서검게변하는것을볼수있는데, 이는설

탕이물을빼앗기고탄소성분만남기때문이다. 실험실에서는진한황산을데시

케이터에넣어시약을건조시키는데이용하기도한다. 황산을다룰때에는피부

나옷에닿지않도록주의해야한다.

산의정의를쓰고, 산의특징을 2~3가지만써보자.

개념확인하기

진한황산의탈수작용에대해알아보고, 진한황산이주로

이용되는분야를조사해보자.

과학과기술, 사회연관짓기자기

주도

학습

산을이용한에칭

산이금속을부식시키는작용을이용한판화의한기법을에칭이라고한

다. 에칭은독일어의‘먹는다’라는말에서유래하였으며, 표현하고자하는

선을도구로파내지않고산을이용해금속판을부식시켜나타낸다.

우선산의부식작용을방지하기위해금속판전체에그라운드(또는내

산성방식제)라는물질을입힌다. 그 다음에칭바늘로그림을그리면그

라운드가벗겨지면서금속이드러난다. 이판을산이담긴용기에담그면

드러난금속부분만부식되는데, 이때산의농도또는부식시간에따라표

현이달라진다. 마지막으로부식된부분에잉크를바르고인쇄하면작품이

완성된다.

에칭동판화

그림Ⅴ-̀12 설탕에진한황산을가했을때의변화

➞진한황산

설탕

그림Ⅴ-̀13 데시케이터

시약

진한황산

206~229 5단원① 2012.8.19 11:26 AM 페이지215 DK

비누와 같은 세탁 세제가

없던옛날에우리조상들은잿물을이용하

여 빨래를 하였다. 잿물은 나무나 볏짚을 말

려서태웠을때생긴재를시루와같이구멍이있는그릇에넣

고물을부어걸러낸물이다.

잿물에는어떤물질이들어있어서빨래할때이용되었던것일까?

염기의 성질1-2

요즘에는가정에서세탁을할때잿물대신비누나세제를사용한다. 옛날의잿

물이나요즘의비누를세탁을하는데사용한것을통해잿물과비누에공통성분

이들어있음을알수있다.

쓴맛이나고미끈거리는물질

우리조상들이잿물을사용하여빨래를할수있었던것은잿물속에기름이나

때를녹이는물질이들어있기때문이다. 마찬가지로비누나가루또는액체로만

들어진여러가지종류의세제에도기름이나때를녹이는물질이들어있다. 이들

은손이나피부에묻으면미끈거리고쓴맛이난다. 이와같이잿물이나비누등이

공통된성질을나타내는것은염기가들어있기때문이다.

염기는또어떤성질을가지고있을까?

염기성물질의쓴맛

잿물이나 비누, 세척제 등에 들어

있는 염기는 쓴맛을 나타내므로,

함부로맛을보아서는안된다.


Ⅴ.

여러

가지

화학

반응

그림Ⅴ-̀14 세제의다양한쓰임새

설거지 손씻기

바닥청소 세차

•우리주변에서볼수있는염기

의예를찾아보고, 그특징을말

할수있다.

•수용액에서염기의이온화과정

을 이온 반응식으로 나타낼 수

있다.

학습 목표

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염기는붉은색리트머스종이를푸른색으로변화시키고단백질을녹이며,

수용액에서는전류가흐르는등공통적인성질을나타내는데이를염기성이라

고한다.

페놀프탈레인 용액을 떨어뜨렸을 때 붉게 변하는 수용액에 붉은색 리트머스 종이를

담그면어떤변화가일어나는가?

염기의수용액에붉은색리트머스종이를대면푸른색으로변하고, 페놀프

탈레인용액을떨어뜨리면붉은색으로변한다.

염기는단백질을녹이는성질이있어서수산화나트륨수용액에머리카락

을넣고가열하면머리카락이잘게나누어지며녹는다.

그림Ⅴ-̀15 붉은색리트머스종

이와페놀프탈레인용액의색변화

그림Ⅴ-̀16 수산화나트륨수용

액과머리카락의반응

▶머리카락조각

염기의성질

염기의수용액도산의수용액과마찬가지로전류를잘흐르게한다. 이를

통해산과염기는모두물에녹아전류를흐르게하는전해질임을알수있다.

그림Ⅴ-̀17 염기수용액의전

기전도성

수산화나트륨수용액

206~229 5단원① 2012.8.19 6:41 PM 페이지217 DK


염기성이나타나는이유

염기의공통적인성질들이나타나는이유는무엇일까?

산이수용액에서수소이온을내는것처럼염기는수용액에서수산화이온(OH—)

을내놓는다. 염기의공통적인성질은수산화이온때문에나타난다.

염기는수용액에서수산화이온을내지만수산화이온을내는정도는염기의종

류에따라다르다. 꼬마전구가연결된전원장치의전극을같은농도의서로다른

염기수용액에담갔을때불빛의세기로이를확인할수있다. 수산화나트륨수

용액과암모니아수에전극을넣으면수산화나트륨수용액에서꼬마전구의불빛

이더밝게빛난다. 이는암모니아수보다수산화나트륨수용액에서수산화이온

이더많이생성되기때문이다.

질산칼륨수용액을적신거름종이의중앙에묽은수산화나트륨수용액을떨어

뜨린후양쪽전극가까이에페놀프탈레인용액을 2~3방울떨어뜨리고직류전

원을연결하면 (+)극쪽의페놀프탈레인용액이붉게변한다. 이는 (-)전하를

띤수산화이온이 (+)극쪽으로끌려가기때문이다. 수산화나트륨대신수산화

칼륨등다른종류의염기를사용하여도같은결과가나타난다.

NaOHNa±

OH—

그림Ⅴ-̀18 수산화나트륨의이온화

그림Ⅴ-̀19 염기의이온화로생성되는수산화이온의확인

(-)극 (+)극

산은 수용액에서 ( ) 이

온을 내놓고, 염기는 ( )

이온을내놓는다.

스스로해결하기

페놀프탈레인용액

206~229 5단원① 2012.8.19 11:26 AM 페이지218 DK


수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화바륨(Ba(OH)™) 등과같

이 이온화가 잘되는 염기를 강염기라고 하고 암모니아(NH£), 수산화 구리

(Cu(OH)™) 등과같이이온화가잘되지않는염기를약염기라고한다.

그림Ⅴ-̀20 수산화나트륨수용액과암모니아수의불빛세기비교

표Ⅴ-̀2 염기의이온반응식

더자세히

염기의종류에따라염기의세기가

다르다.

NaOHKOHCa(OH)™

NH£

암모니아의이온화

암모니아는 물에 매우 잘 녹는데,

물에녹은암모니아는일부분이물

과 반응하여 암모늄 이온(NH¢±)

과 수산화 이온(OH—)을 생성한

다. 따라서 암모니아는 수산화 암

모늄을거쳐이온화하여수산화이

온을낸다.

NH£+H™O 2⁄ NH¢OH

NH¢OH 2⁄ NH¢±+OH—

이와같이여러가지염기가물에녹아서이온화되는과정을이온반응식으로

나타내면다음과같다.

(Na±)

(OH—)

(NH¢±)

(OH—)

그림Ⅴ-̀21 염기의종류에따른이온화모형

수산화나트륨수용액

암모니아수

NaOH 12⁄ Na± + OH—수산화나트륨 나트륨이온 수산화이온

KOH 12⁄ K± + OH—수산화칼륨 칼륨이온 수산화이온

NH¢OH 12⁄ NH¢± + OH—수산화암모늄 암모늄이온 수산화이온

Ca(OH)™ 12⁄ Ca¤ ± + 2OH—수산화칼슘 칼슘이온 수산화이온

염기성용액 12⁄ 양이온 + 음이온

206~229 5단원① 2012.8.19 6:42 PM 페이지219 DK


그림Ⅴ-̀23 남한산성_̀ 석회반죽

을이용하여지은성벽중의하나이다.

유리세정제의주성분인암모니아는기체상태의물질이지만물에매우잘녹으

며, 비료나폭탄을만드는중요한원료로사용된다.

석회는산화칼슘(CaO)이주성분이며, 물과반응하여수산화칼슘(Ca(OH)™)

이된다. 이석회반죽은접착력이뛰어나성벽을지을때돌과돌을단단하게연

결해주는역할을하였고, 오늘날에도시멘트를만들때석회를사용한다. 또석

회수라고불리기도하는수산화칼슘수용액은이산화탄소기체를통과시키면

뿌옇게흐려지므로이산화탄소검출에도이용한다.

한편, 봄이되면중국이나몽골의사막지대에서발생한황사가우리나라로넘

어와많은피해를입힌다. 미세먼지인황사는기계의틈에들어가기계장애를

일으키기도하고호흡기질환을비롯한각종질병의원인이되기도한다. 그러나

염기성을띠고있어산성화된토양의산성도를감소시키는효과를내기도한다.

염기의 정의를 쓰고, 염기의

특징을 2~3가지만써보자.

개념확인하기

설거지를하거나빨래를할때고무

장갑을끼는것이좋은이유를설명

해보자.

생활속문제해결하기

예전에우리조상들은벌레에물리거나벌

에쏘이면묽은암모니아수대신된장을발

랐다고한다. 이는 된장의어떤성질을이

용한것인지설명해보자.


주도

학습

여러가지염기

수산화나트륨(NaOH)은대표적인염기로서, 공기중에놓아두면공기에포함

된수분을흡수하여스스로녹는성질이있다. 수산화나트륨은폐식용유와섞어

비누를만들기도하고, 하수구세척액의성분으로사용되기도한다.

그림Ⅴ-̀22 수산화나트륨의수분흡수

➞

206~229 5단원① 2012.8.19 11:27 AM 페이지220 DK


산성식품과알칼리성식품

보통산성식품은신맛을내고, *알칼리성식품은쓴맛을낼것이라고생각하기쉽다. 그런데신맛을내는사과는대표

적인알칼리성식품이다. 그러면산성식품과알칼리성식품을어떻게구별할수있을까?

산성식품과알칼리성식품을구별하는것은각식품이가진맛과는관계가없고, 식품이소화된후에생성되는성분이

산성인지, 알칼리성인지에따라나누어진다. 식품의연소생성물을물에

녹인다음, 그 액성이산성인지또는알칼리성인지에따라알아볼수

도있다.

예를들어육류와달걀, 생선등은황·인·염소등의성분이많기

때문에산성식품이고, 채소와과일은나트륨·칼륨·칼슘등의성분

이많기때문에알칼리성식품이다.

황·인·염소등이많이들어있는산성식품은대사과정

에서각각황산, 인산, 염산을생성한다. 단백질·인산·탄

수화물·지방이풍부한식품은다량의이산화탄소와물을

방출하므로산성식품에속한다.

반면, 오렌지나감귤은체내에서대사되는동안알칼리성을나타내

기때문에알칼리성식품에속한다.

산성식품을먹는다고몸이산성체질로바뀌고, 알칼리성식품을먹는다고알칼리성체질로바뀌는것은아니다. 우리

몸의혈액은어떤식품을먹어도액성이거의일정하게유지되기때문이다. 따라서산성식품과알칼리성식품을골고루

섭취하는것이좋다.

*알칼리: 염기중에서수산화나트륨이나수산화칼륨과같이물에잘녹는물질을말한다.

산성식품

알칼리성식품

206~229 5단원① 2012.8.19 11:27 AM 페이지221 DK


Ⅴ.

여러

가지

화학

반응

이집트의여왕클레오파트라는

키드누스강에서의선상파티에로마의

집정관안토니우스를초대하였다. 클레오파트라는

그의마음을사로잡기위해시녀에게식초를잔에담아오라고하여자신의진주귀걸

이한쪽을식초잔에넣고진주가다녹자단숨에마셔버렸다. 이에안토니우스는미모

와재력을겸비한클레오파트라에게마음을빼앗기게되었다고한다.

클레오파트라가진주를식초에넣었을때어떤반응이일어난것일까?

중화 반응1-3

식초에들어있는성분은아세트산(CH£COOH)이고, 진주의주성분은탄산칼

슘(CaCO£)이다. 아세트산은산성을띠고탄산칼슘은염기성을띠기때문에두

물질이반응하면산과염기의성질이약해진다.

pH와지시약

어떤수용액이산성인지염기성인지를판단할때에는 pH라는척도를사용하면

편리하다. pH는수용액에포함된수소이온의농도에대한척도로서, 0~14의

범위로나타낸다. 상온에서 pH가 7보다작으면수소이온이많은산성이고, pH

가 7보다크면수산화이온이많은염기성이다. 이때 pH가작을수록강한산성이

며, pH가클수록강한염기성이다. 중성의 pH는 7이다.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

그림Ⅴ-̀24 우리주변물질의 pH

•중화 반응이 일어날 때 지시약

의색변화와온도변화를관찰

하면서 용액의 성질을 설명할

수있다.

•중화 반응을 이온 모형과 이온

반응식으로나타낼수있다.

학습 목표

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pH를측정할때에는만능 pH 시험지나 pH 측정

기를사용한다. pH 측정기를사용하면 pH를더

정확하게측정할수있고, 측정된 pH 수치로산

성이나염기성의정도를비교할수있다.

실험실에서는여러가지지시약을사용하여물

질의액성을알아보기도한다. 지시약은수용액중의수소이온농도에따

라다른색깔을나타내는데붉은색리트머스종이, 푸른색리트머스종이,

BTB 용액, 페놀프탈레인용액, 메틸오렌지용액등을많이사용한다.

한편, 음식재료로사용하는자주색양배추도수용액의액성에따라여러가지

색깔을나타낸다. 자주색양배추를잘게잘라뜨거운물이담긴비커에담가두었

다가걸러낸다. 여기에식초, 비눗물, 수돗물등을넣으면식초에서는붉은색, 비

눗물에서는초록색, 수돗물에서는색이변하지않는것을관찰할수있다. 즉, 자

주색양배추로만든천연지시약은산성에서는붉은색, 염기성에서는초록색을

나타내며강한염기에서는노란색을나타낸다.


표Ⅴ-̀3 액성에따른지시약의색변화

그림Ⅴ-̀27 양배추지시약에식초, 비눗물, 수돗물을넣었을때의색변화

지시약 산성 중성 염기성

붉은색리트머스종이

푸른색리트머스종이

BTB용액

페놀프탈레인용액

메틸오렌지용액

식초 비눗물 수돗물

그림 Ⅴ-̀25 만능 pH 시험지와 pH

측정기

액성

용액의산성, 중성, 염기성을나타

내는성질이다.

그림Ⅴ-̀26 자주색양배추

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산과염기의반응

김치가너무시어졌을때김치항아리에달걀껍데기를넣어두

면신맛이줄어든다. 이는김치의신맛을내는산과달걀껍데기

의탄산칼슘이라는염기성분이반응하기때문이다.

이와같이산의수용액에염기의수용액을조금씩가하면산성이

점차약해지고, 반대로염기의수용액에산의수용액을조금씩가하

면염기성이점차약해진다. 이는산과염기가반응하면산도아니고

염기도아닌새로운물질과물이생성되기때문인데, 이와같은반응을중화

반응이라고한다.

그렇다면산과염기가반응할때새로운물질과물이생기는것외에또어떤현

상이일어날까?

산과 염기의 중화 반응을 지시약의

색변화와온도변화로설명할수있다.

5.5%염산, 5%수산화나트륨수용

액, 만능 지시약, 스타이로폼 컵, 눈

금 실린더, 온도계, 스포이트, 스탠

드, 장갑

과정

목·표

준·비·물

❶스타이로폼컵에 5.5%염산 100mL를넣고만능지시약을 3방울떨어뜨린다음, 온도

를측정한다.

❷과정❶의스타이로폼컵에 5% 수산화나트륨수용액을 25mL를넣은후, 최고온도

를측정하고색변화를관찰한다.

❸과정❷의스타이로폼컵에 5%수산화나트륨수용액을 25mL씩추가로 150mL까지

더넣으면서온도를측정하고색변화를관찰한다.

실험산과염기의중화반응

유·의·점

1. 열의손실을최대한줄인다.

2. 눈금 실린더는 염산용과 수산화

나트륨수용액용으로구분하여사

용한다.

탐구 활동

탐│구│도│우│미

최고온도를측정하는이유

반응이 일어나면서 온도 변화

가 일어나는데 약간의 시간이

걸릴수있으므로최고온도를

측정하며, 시간이지남에따라

용액이식을수있으므로지나

치게 시간을 소비하지 않도록

한다.

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결과

1염산 100mL에넣은수산

화 나트륨 수용액의 부피

에 따른 혼합 용액의 색깔

과 최고 온도를 표에 기록

해보자.

2표의결과를가지고온도

변화를 그래프로 나타내

어보자.

1⃞수용액의색깔이변한이유는무엇인가?

2⃞각실험에서혼합용액의온도가반응전용액의온도와다른이유는무엇인가?

3⃞염산과수산화나트륨수용액이완전히중화된용액은어느것인가? 또그렇게

생각한이유는무엇인지토의해보자.

완전히중화된혼합용액을증발접시에넣고가열한후증발접시에남은고체로다음과같은

실험을했을때, 그결과를예측해보자.

1⃞ 고체를니크롬선에묻혀서불꽃반응실험을하였을때불꽃색은어떠한가?

2⃞ 증류수에고체를녹인다음질산은수용액을몇방울떨어뜨리면어떤변화가일어나는가?

중화반응으로생성되는물질탐구의 확장

해석

40

30

20

10

0

( )#

(mL)

25 50 75 100 125 150

염산

(mL)혼합용액의

최고온도(æ)혼합용액의

색깔

수산화나트륨

수용액(mL)

0

25

50

75

100

125

150

100

창의·인성

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중화반응이일어나면수용액중의수소이온이나수산화이온의수가변하여

용액의액성이달라져지시약의색이변할뿐만아니라, 열이발생하여혼합용액

의온도가올라간다. 산의수용액에염기의수용액을가하면서온도를측정하면

산과염기가중화반응하는동안열이발생하므로, 산과염기가완전히중화되는

지점에서혼합용액의온도가가장높게나타난다. 계속염기의수용액을가해주

면혼합용액의온도가다시낮아진다. 이것은더이상중화반응이일어나지않고

가해준수용액이혼합용액의온도를낮추기때문이다. 따라서산과염기가중화

반응을할때온도변화를측정하면산이모두중화되는데필요한염기의양을

알수있다. 그리고중화반응과정에서발생하는열을중화열이라고한다.

H™O Na±H±

˚c

0 0

1 0

2 0

3 0

4 0

50

H™O Na±Cl—

Cl— Cl—

Cl—

H±

H™O Na± Cl—

˚c

0 0

1 0

2 0

3 0

4 0

50

H™O

H™O

H™O

Na±

Na±

Na±

Cl—

Cl—

Cl—

OH—H™O Na±

˚c

0 0

1 0

2 0

3 0

4 0

50

OH—

H™O

H™O

H™O

Na±

Na±

Na±

Na±

Na±

Cl—

Cl—

Cl—

Cl—

표Ⅴ-̀4 중화반응이일어날때의온도변화(̀단, 염산과수산화나트륨의농도는같다.)

100 mL+50mL 100 mL+100 mL 100 mL+150 mL

산성 중성 염기성

산은수소이온을내놓는물질이고염기는수산화이온을내놓는물질이므로,

산과염기가반응하면수소이온과수산화이온이반응하여물이생성된다.

따라서산의수용액에염기의수용액을가하면수소이온의수가점점줄어들어

산성이약해지다가결국중성이된다. 또염기의수용액에산의수용액을가하면

수산화이온의수가점점줄어들어염기성이약해지다가결국중성이된다.

H±와 OH—가많이반응할수록

열이많이발생한다.

액성

염산+수산화나트륨수용액

H± + OH— ⁄ H™O + 열

화학반응과열

중화반응, 연소, 녹스는반응등은

열이발생하는반응으로발열반응

이라부르며, 반응후주변의온도

가상승한다.

같은 농도의 염산 10 mL와 수산화 나트륨 수용액 30 mL를 섞은 경우와 염산

30 mL와수산화나트륨수용액 10 mL를섞은경우의온도를비교하시오.

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중화반응에서일어나는이온사이의

반응을모형으로나타낼수있다.

두꺼운비닐종이 3장, 색깔이나모양

이다른스티커 4종류, 필기도구

과정

목·표

준·비·물

❶두꺼운비닐종이의위쪽에각각염산, 수산화나트륨수용액, 혼합용액이라고적는다.

❷색깔이나모양이다른스티커 4종류에각각H±, Cl—, Na±, OH—이라고적는다.

❸염산과수산화나트륨수용액이라고적은종이에각각정해진개수의스티커를붙인다.

❹혼합용액이라고적은종이에는염산과수산화나트륨수용액의종이에붙였던스티커

를모두이동시켜붙인다. 이때H±과OH—은반쯤겹쳐붙인다.

실험이온모형을이용한중화반응의표현

결과

1겹쳐지지않은수소이온과수산화이온이있는가?

2혼합용액의액성은무엇인가?

탐구 활동

염산과수산화나트륨수용액이중화반응을일으킬때수소이온과수산화이

온이 1 : 1의개수비로결합하여물을형성하므로혼합용액은남아있는이온에

따라액성이달라진다. 즉, 수소이온이남아있으면산성을띠고수산화이온이

남아있으면염기성을띤다. 그리고중화반응에참여하지않은염산의염화이온

과수산화나트륨수용액의나트륨이온은이온상태로남아있다.

OH— H± OH— H±

OH—OH—

OH—

H™O

H™O H™O

H™OH™O

Na± Na±

Na±

Na± Na±

Na±

Na±

H±

Cl—

Cl—

Na±

Cl—

Cl—

Cl—

Cl—

Cl— H± Cl— H±

H±

Cl—

그림Ⅴ-̀28 염산과수산화나

트륨수용액의반응모형

탐│구│도│우│미

이온의개수

염산과 수산화 나트륨 수용액

의 모형을 만들 때 이온의 개

수는 실험자 임의대로 한다.

단, 양이온과 음이온의 수는

같아야한다.

창의·인성

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염산과수산화나트륨수용액의중화반응에대한이온반응식은다음과같다.

중화반응후혼합용액을가열하여증발시키면용액속에남아있던나트륨이

온과염화이온은흰색고체의염화나트륨(NaCl)으로남는다. 이때염화나트륨

과같이중화반응후물과함께생성되는물질을염이라고한다. 염은반응하는

산과염기의종류에따라달라지며, 물에잘녹는염도있고잘녹지않는염도

있다.

물에 잘 녹는 염과 녹지 않

는염

•물에잘녹는염: 염화나트륨, 탄

산나트륨, 염화암모늄, 질산은등

•물에 잘 녹지 않는 염: 탄산 칼

슘, 황산 칼슘, 황산 바륨, 염화

은등

염산 HCl 1⁄ H± + Cl—

수산화나트륨 NaOH 1⁄ OH— + Na±

HCl + NaOH 1⁄ H™O + NaCl +중화열

HCl + KOH 12⁄ H™O + KCl염산 수산화칼륨 염화칼륨

HNO£ + NaOH 12⁄ H™O + NaNO£질산 수산화나트륨 질산나트륨

H™SO¢ + Ca(OH)™ 12⁄ 2H™O + CaSO¢황산 수산화칼슘 황산칼슘

CH£COOH + NaOH 12⁄ H™O + CH£COONa아세트산 수산화나트륨 아세트산나트륨

산 + 염기 12⁄ 물 + 염

생활속의중화반응

위산이너무많이분비되어속이쓰리면제산제를먹는다. 제산제는수산화마

그네슘(Mg(OH)™)이나수산화알루미늄(Al(OH)£)과같은약한염기로되어있

어서위산의주성분인염산과중화반응을일으켜속쓰림을완화시킨다.

또 생선회를 먹을 때 레몬 조각을

생선회에뿌리면비릿한냄새가없어

진다. 비릿한냄새의주범은아민이라

는약한염기인데, 아민이레몬의시

트르산과중화반응하여제거되면비

린내가덜나게된다.

표Ⅴ-̀5 여러가지산과염기의반응식

그림Ⅴ-̀29 생선회와레몬

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한편, 산성비가내리면토양이나호수가산성화되기도하는데산성화된토양에

서는식물이자라기어렵고산성화된호수에서는물고기가살기어렵다. 이러한

토양이나호수에염기성물질인탄산칼슘을뿌려주면중화반응이일어나생물

들이잘살수있다.

그림Ⅴ-̀30 산성화된토양과호수에탄산칼슘살포

산성과염기성을비교하여

설명해보자.

개념확인하기

머리를샴푸로감고잘헹구어내지않으

면 머리카락이 갈라지거나 손상된다. 왜

이런현상이나타날까?

생활속문제해결하기

산성비가내려산성화된토양이나물에서

는식물과물고기가살기어렵다. 산성비

를막기위한방법을조사해보자.


주도

학습

미생물도중화반응을일으킨다!

헬리코박터파일로리는나선형의몸체와 4~8개의긴편모로위안의점

액층에서헤엄을치듯운동하며살고있는세균이다. 이세균은만성위염,

위·십이지장궤양, 위암, 위림프종을일으키는원인으로알려져있다.

위안은강한산성의위산으로가득차있는데, 이것은음식과함께들어

오는미생물을죽이고음식의부패를막는다. 그래서대부분의병균이나미

생물은위속에서살아남을수없다.

그런데헬리코박터균은어떻게위속에살수있는것일까? 그이유는헬

리코박터균이산을중화시키는염기성물질, 즉암모니아를만들기때문이

다. 헬리코박터균은유리네이즈라는효소를많이갖고있는데, 이효소는요

소를분해하여암모니아를만든다. 염기인암모니아는위산을중화하여헬

리코박터균이살아남을수있도록한다.

헬리코박터균에감염되면일반적으로항생제를다량투여하는요법을사

용하여치료한다. 헬리코박터균에감염된위

206~229 5단원① 2012.8.19 11:28 AM 페이지229 DK

중3 Ⅴ 여러 가지 화학 반응 - 1 산과 염기의...

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