12.28 질량 보존의 법칙 실험

조원

• 함정수(조장)
• 이예복

역할분담

조원명	역할
함정수	SM위키 편집 및 실험게획·진행 및 실험결과 정리
이예복	실험게획·진행 및 실험발표 대본 준비

학습목표

• 물리적 변화가 일어날 때 반응 전 물질의 질량과 반응 후 생성물질의 질량의 변화를 확인할 수 있다.
• 화확적 변화가 일어날 때 반응 전 물질의 질량과 반응 후 생성물질의 질량의 변화를 확인할 수 있다.
• 위 물리적·화학적 변화가 일어날 때 반응 전·후 질량의 변화를 이해할 수 있다.

사전지식

Ⅰ. 질량 보존의 법칙

1) 정의: 닫힌 공간(외부와 물질교환을 하지 못 하는 밀폐된 공간)의 질량은 상태 변화에 관계없이 변하지 않고 같은 값을 유지한다는 법칙

2) 화학 반응식에서 질량 보존의 법칙: 화학 반응식에서 질량 보존의 법칙을 적용하면 [반응물의 총 질량] = [생성물의 질량] + [남은 물질의 질량] 이렇게 표현 할 수 있다.

Ⅱ. 이번 실험에 사용되는 여러가지 물질들의 분자식 및 각 분자의 상태를 표시하는 용어

ⅰ) 이번 실험에 사용되는 여러가지 물질들의 분자식

1) 탄산칼슘의 분자식: ${\ce {CaCO3}}$

2) 염산(염화수소): ${\ce {HCl}}$

3) 염화칼슘: ${\ce {CaCl2}}$

4) 이산화 탄소: ${\ce {CO2}}$

5) 물: ${\ce {H2O}}$

ⅱ) 각 분자의 상태를 표시하는 용어

1) 기체상태: ℊ(gas)

2) 액체상태: 𝓁(liquid)

3) 고체상태: 𝖘(solid)

4) 수용액(용매를 물로 하여 만들어진 용액): ${\ce {aq}}$(aqueous solution)

Ⅲ. 화학 반응식

1) 정의: 화학 반응이 일어나면 반응하는 물질인 반응물과, 반응물 사이에서 원자의 재배열이 일어나 새로운 결합을 형성하게 된 생성물을 화학식, 기호를 이용하여 나타낸 식

2) 식의 구성: '→' 화학반응식은 를 기준점으로 왼쪽에 반응물을, 오른쪽에 생성물을 나타내며, 화학반응 식을 구성하는 각 분자의 상태에 따라 ℊ, 𝓁, 𝖘, ${\ce {aq}}$ 등을 괄호로 표현한다.

3) 여러가지 화학 반응식

① 기체 생성 반응식

ex) 탄산칼슘, 염산 반응식: ${\ce {CaCO3(s) + 2HCl(aq) -> CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)}}$

② 앙금 생성 반응식

ex) 염화 나트륨, 질산 은 반응식: ${\ce {NaCl(aq) + AgNO3(aq) -> NaNO3(aq) + AgCl v}}$

③ 연소 반응식

ex) 메테인의 연소 반응식: ${\ce {CH4 + O2 -> CO2 + 2H2O}}$

실험준비물

실험준비물

준비물	가격(배송비 포함)	G마켓 링크	비고
전자저울	ㅤㅤㅤㅤ·	ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ ·	ㅤㅤ과학실에 있음ㅤㅤ
메디아 병
시험관
집게
칼
탄산칼슘(${\ce {CaCO3}}$)
묽은염산(${\ce {HCl}}$)
보호용 장갑
스포이트
지퍼백			ㅤㅤ집에서 가져오기ㅤ
드라이아이스	ㅤㅤ1,000￦	http://item.gmarket.co.kr/Item?goodscode=1853255398	ㅤㅤㅤㅤㅤ·ㅤㅤㅤㅤ
합계	ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ1,000￦

실험시 유의사항

1) 실험을 할 때는 항상 닫힌 공간을 조성해야한다. (닫힌 공간에서만 질량 보존의 법칙이 성립한다.)

2) 묽은 염산은 매우 위험하니 항상 보호용 장갑을 착용하고 이용해야 한다.

실험방법

[실험1] 물리적 변화가 일어날 때 반응 전·후 질량의 변화 알아보기

① 드라이 아이스를 칼로 적당한 규격(약6*6*6)으로 자른 후 지퍼백에 넣는다.

② 지퍼백에 넣은 드라이 아이스의 질량을 전자저울로 측정한다.

③ 총 10분동안 2분 간격으로 드라이 아이스의 질량 변화를 측정한다.

[실험2] 화학적 변화가 일어날 때 반응 전·후 질량의 변화 알아보기

① 탄산칼슘(${\ce {CaCO3}}$) 30𝑔을 메디아병에 넣는다.

② 염산(${\ce {HCl}}$)을 4ℳℓ를 시험관에 담고 시험관의 뚜껑을 닫은 후 메디아 병에 넣는다.

③ ①,②에서 만든 메디아 병의 질량을 전자저울로 측정한다.

④ 위 메디아 병 속에 들어있는 시험관의 뚜겅을 연 뒤 메다아 병을 뒤집은 후 총 10분 동안 2분 간격으로 메디아 병의 질량 변화를 측정한다.

실험결과

[실험1] 물리적 변화가 일어날 때 반응 전·후 질량의 변화 알아보기

드라이 아이스의 시간에 따른 질량 변화

시간(분)	0분(처음)	2분	4분	6분	8분	10분
질량(g)	ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ126𝑔

▶ 드라이아이스의 질량은 승화 즉, 물리적 변화가 일어나도 일정하게 보존됨을 알 수 있다.

코로나 시국으로 인하여 온라인으로 전환이 되면서 저희 조가 주문해 두었던 드라이아이스가 모두 승화해서 이실험을 진행할 수 없었습니다. 그래서 저희는 신뢰성이 높은 타 실험들의 보고서들의 결과값을 인용하여 이 실험의 보고서를 작성한 점 양해부탁드립니다.

[실험2] 화학적 변화가 일어날 때 반응 전·후 질량의 변화 알아보기

탄산칼슘(달걀껍질)의 시간에 따른 질량 변화

시간(분)	메디아 병을 뒤집기 전	0분(메디아 병을 뒤집은 후)	2분	4분	6분	8분	10분
질량(g)	ㅤㅤㅤ124.6𝑔	ㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤㅤ124.3𝑔

▶ 중간에 메디아 병의 뚜껑 바깥으로 염산이 유출되어 0.3ℊ 정도의 오차가 생겼으나 반응 후 질량은 일정하게 보존됨을 알 수 있다.

실험1·2의 실험결과의 해석

[실험1] 실험결과 해석

▶ [실험1]을 통해서 닫힌 공간(위의 사전지식 참고)에서 화학변화가 일어날 때 질량 보존의 법칙이 성립함을 알 수 있다.

[실험2] 실험결과 해석

▶ [실험2]를 통해서 닫힌 공간(위의 사전지식 참고)에서 화학변화가 일어날 때 질량 보존의 법칙이 성립함을 알 수 있다.

* 위 실험은 전문성이 떨어지는 모의실험이므로 실제 수치와 어느 정도의 오차가 있을 수 있는 점 양해부탁드립니다.

실험원리

[실험1]의 실험원리

▶ 닫힌 공간에서 물리변화가 일어날 때 분자의 배열만이 바뀔 뿐 분자의 종류, 분자의 개수는 변화지 않으므로 물리변화가 일어나더라도 질량은 항상 일정하게 보존됨을 알 수 있다.

[실험2]의 실험원리

▶ 닫힌 공간에서 화학변화가 일어날 때 원자의 배열이 바뀔 뿐 전체 원자의 개수는 바뀌지 않으므로 화학변화가 일어나더라도 질량은 항상 일정하게 보존됨을 알 수 있다.

${\ce {CaCO3(s) + 2HCl(aq) -> CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)}}$ 이 화학식을 통해서 전체 원자의 개수는 반응 전·후 동일함을 알 수 있다.

느낀점

함정수: 코로나 시국으로 인해서 드라이아이스가 물리변화(승화)할 때 질량 보존의 법칙이 성립하는 지를 확인하는 실험을 온라인 전환으로 인해서 하지 못하여 정말 아쉽지만, 이번 실험으로 화학에서 널리 알려진 질량 보존의 법칙이 성립하는지 그 이유는 무엇인지, 물리변화와 화학변화에서도 성립하는지 등을 더 잘 이해할 수 있어서 보람을 느끼는 실험이었고, 실험진행이나 실험 보고서 작성에서 한 걸음 더 성숙해 질 수 있는 매우 좋은 실험을 마지막으로 한 것이 매우 기쁘다.

이예복: (차후 등록 예정)

선생님 피드백

• 코로나로 인해 실험물품 신청이 너무 늦었어요 ㅜㅜ.. 여러분의 드라이아이스는 2학년에서 사용했습니다...

▶ 코로나로 인해서 저희 조가 실험물품으로 신청한 드라이아이스를 이용하지 못해 1번째 실험을 하지 못하여 정말 아쉬웠습니다.....

• 대 유튜브의 시대가 열렸습니다... 앞으로 간단한 동영상 편집을 할 수 있다면 나중에 발표자료를 만들 때나 본인의 산출물 정리할 때 굉장히 좋을거야. 어플로 할 수 있는 간단한 편집법 정도는 배워두면 좋을 것 같아!

▶ 다음에는 기초적인 영상 편집법을 공부하여 저희 조의 산출물 정리를 보강하겠습니다.

• 영상 찍을 때 다른 아이들도 있어서 좀 어수선한 느낌이 있네. 내년엔 영상만을 위한 교실이 따로 생기니까... 그걸 우리가 차지해보자! 2학년 때 아이들을 새로 뽑아서 어떻게 될진 모르지만...ㅜ

▶ 해당 영상을 찍을 때 저희 조만 그 공간에 있었던게 아니어서 잡음이 섞여드러갔던 것 같습니다..... 내년에 영상 제작만을 위한 교실이 따로 생기니까 2021학년도 과학동아리원이 되어서 그 공간을 활용해서 잡음이 없고 전달력이 높은 실험영상을 만들도록 하겠습니다.

• 선생님 피드백 칸을 미리 만들어서 개선점을 찾으려 한 점이 놀랍다. 중학생 1학년이 이정도 포멧의 실험보고서를 만들어낼 수 있다니.. 어디서 좀 놀아보셨군요?!

▶ 이번 실험보고서를 만드는데 노력을 많이 기울였는데 노력의 결실이 있는 것 같아 다행입니다^^

과학동아리 코멘트

김성환 :

안우진 :

박상훈 :

이강재 :

이주헌 :

이현준 :

장하준 :

이혁준 :

황찬욱 :

이예복 : (본 실험의 조원)

이재윤 :

함정수 : (본 실험의 조원)

김유민 :

배준형 :

백민광 :

노윤석 :

익명 :

* 코로나로 인해 이번 실험 마무리 활동을 교내에서 할 수 없어서 과학동아리 코멘트를 작성할 수 없었습니다.