전해질과 이온

Ⅵ. 전해질과 이온

   

1. 스탠드에 전류가 흘러 불이 켜지게 하는 것은?

 학습 목표 

 전류가  잘  흐르는  물질과  전류가  잘  흐르지  않는  물질을  구별할  수  있다

 1. 도체와 부도체

  1)도체 : 

       전기를 잘 통하는 물체  

     예)금, 은, 구리 등의 금속

  2)부도체 : 

        전기가 통하지 않는 물체  

     예)고무, 나무, 종이 등의 비금속

 

2. 금속에서 전류가 흐르는 이유

  1)금속에서 전류가 흐르는 이유

      전압을 걸어주면 자유전자가 (+)극을 향해  이동

  2)비금속에서 전류가 흐르지 못하는 이유

      a. 고체 상태의 염화나트륨(소금) :

              이온들이 정전기적인 힘에 결합되어 움직이지 못함

      b. 설탕에 전류가 흐르지 않는 이유 : 

              전기적 중성 상태의 분자로  존재하므로 전류가 흐르지 못함

 

3. 금속 이외에 전류가 흐르는 물질

  1) 물의 전기 전도성 : 

           분자 자체가 중성 물질이어서, 전류가 흐르지 못함

  2) 물이 묻은 물질에 전류가 흐르는 이유 : 

            물 속에 녹아 있는 이온의 이동에 의해 전류가 흐름

2. 전해질과 비전해질 구별해 보기

 학습 목표

 1. 전해질과  비전해질을  구별할  수  있다.

 2. 전해질의  종류에  따라  수용액에  흐르는 전류의  세기를  비교할  수  있다.

1. 전해질과 비전해질

  1)전해질

      물에 녹아 수용액이 되었을 때 전류가 흐르는 물질  

       예)염화나트륨, 비타민C 등

  2)비전해질

       수용액이 되었을 때 전류가 흐르지 않는 물질   예)녹말, 포도당, 설탕  등

2. 전해질과 전류의  세기

  1)강전해질

      수용액에 전류가  강하게 흐르는 물질  

       예)염화나트륨, 염산, 수산화나트륨 등

  2)약전해질

       수용액에 전류가  약하게 흐르는 물질

       예)아세트산, 비타민C, 암모니아 등

  3)전해질의 농도에 따른 전류의 세기

        농도가 진할수록  전류의 세기가 증가

        농도가 어느 한계 이상으로 진해지면 더 이상 전류의 세기가 증가하지 않음

3.전해질 수용액에서 전류가 흐르는 이유

 학습  목표

 1. 전해질 수용액에서 전류가 흐르는 이유를 알 수 있다.

 2. 강전해질과 약전해질의 차이를 설명할 수 있다 .

 3. 비전해질 수용액에서 전류가 흐르지 않는 이유를 설명할 수있다.

1.염화나트륨 수용액에서 전류가 흐르는 이유

1) 물 분자의 성질

   a.물 분자의 구조

       굽은 형의 구조,  극성 분자

   b.극성 분자의 용해

       극성 분자끼리는 서로 잘 섞임

       물에 잘 섞이는 물질들은 일반적으로 극성 분자임

 

2) 이온성 물질의 용해

  a. 이온성 물질 : 양이온과 음이온이 정전기적 인력에 의해 결합하여 이루어진 물질

  b. K+, Na+, NH4+, NO3+  이온을 포함한 이온성 물질은 물에 매우 잘 녹지만, 앙금을 생성하는  이온성 물질도 있음

  c. 염화나트륨의 용해

  d. 수화 : 이온 결정에서 떨어져 나온 이온이 물 분자에 의해 둘러싸이는 현상

  

 

3) 염화나트륨 수용액에 전류가 흐르는 이유 :

    전압을 걸어주면 Na+은  (-)전극으로 이동하고, Cl-은  (+)전극으로 이동하므로

2.비타민C 수용액에 전류가 약하게 흐르는 이유

1)강전해질과 약전해질

  a.이온화 : 전해질이 수용액에서 이온으로 나누어지는 현상

  b.강전해질 : 물에 녹을 때 대부분이 이온화

                            수용액 속에 이온이 많아 전류의 세기가 강함  

                           예)염화나트륨

  c.약전해질 : 물에 녹아 일부분만 이온화

                             수용액 속에 이온이  적어 전류의 세기가 약함

                           예)비타민C

2)전해질 수용액 속에 존재하는 이온 : 

      수용액 속에 흐르는 전류의 세기를 비교하여 이온의 양을 확인

3.설탕 수용액에 전류가 흐르지 않는 이유

1)분자성 물질

    설탕과 같이 중성 분자가 분자 사이의 힘에 의해 결합하여 이루어진 물질

2)설탕 수용액에 전류가 흐르지 않는 이유

     용액 속에서 분자 상태 그대로 떨어져 나와 녹기 때문에 전류를 흘려주어도 중성 분자인 설탕 분자들은 어느 쪽으로도 이동하지 않음

4.전해질과 비전해질의 비교

4.전해질을 이용한 건전지 오래쓰기

 학습 목표

 건전지의 구성을 알고, 건전지에서 전해질의 역할을 설명할 수 있다.

1. 건전지의 구성

1)건전지의 구조

   탄소 막대는 (+)극, 아연통은 (-)극으로 쓰임

    염화암모늄(전해질), 탄소가루, 이산화망가니즈 등이 들어 있음

2)건전지에서의 전극 반응

  a.(-)극에서의 반응: Zn → Zn2+ + 2⊝

  b.(+)극에서의 반응:

      (-)극에서의  전자는  도선을  따라  (+)극으로  이동하여  (+)극 주위의  이산화망가니즈 및 염화암모늄과  반응하여  삼산화망가니즈로 변함

3)전해질:

         암모늄이온(NH4+)이 (+)극에서 계속 소모되어 없어지면서, 건전지 수명이 다함 

2.건전지에서 전류가 다시 흐르는 이유

1)전해질의 역할

    (+)극에서 전자를 소모시키는 역할을 함

2)건전지에 전해질을 넣어 주면 다시 작동하는 이유

    전해질이 이온화하여 생긴 양이온이 전자를 소모하여 다시 전류가 흐름

5. 이온의 이동 확인하기

 학습 목표

 전해질 수용액에 전류를 통하면 이온이 이동한다는 것을 알 수 있다.

1. 염화 구리(Ⅱ) 수용액에 전류가 흐르는 이유

     도선에 전류가 흐르려면 도선에서 전자가 이동해야 한다

 

1)염화 구리(Ⅱ)의 이온화

염화 구리(Ⅱ) →구리이온(Cu2+) + 염화이온(Cl-)

2)양이온과 음이온의 이동

 구리이온(Cu2+)은 (-)극으로,

 염화이온(Cl-)은 (+)극 쪽으로 이동한다.

 

3)이온이 전자를 얻고 잃는 단계

 (-)극:구리이온(Cu2+) + 전자(2⊝) → Cu

 (+)극:염화이온(2Cl- )→염소기체(Cl2)+전자(2⊝)

2. 이온의 이동 관찰하기

1)양이온의 이동 관찰하기

       질산칼륨 수용액을 적신 거름종이에 푸른색의 황산구리(Ⅱ) 수용액을 떨어뜨린 후 전원을 연결하면 푸른색이 (-)극 쪽으로 이동함

 → (-)극으로 이동하는 푸른색 이온은 (+)전하를 띠는 구리(Cu2+)임을 알 수 있다

2)음이온의 이동 관찰하기

      질산칼륨 수용액을 적신 거름종이에 보라색의 과망가니즈산칼륨 수용액을 떨어뜨린 후 전원을 연결하면 보라색이 (+)극 쪽으로 이동함 

→ (+)극으로 이동하는 보라색 이온은 (-)전하를 띠는 과망가니즈산 이온(MnO4-)임을 알 수 있다

3. 색깔을 띠지 않는 이온의 이동 확인하기

1)염산의 이온화

   염산 → 수소 이온  +  염화 이온

    HCl  →          H +        +           Cl-

2)양이온과 음이온의 이동

   양이온인  수소이온( H+)은  (-)극으로 

   음이온인  염화이온(Cl-)은  (+)극 쪽으로 이동

3)이온이 전자를 얻고 잃는 단계

(-)극 : 수소 이온(2 H+)   +   전자(2⊝)   →  수소 기체(H2)

(+)극 : 염화이온(2Cl-)   →  염소 기체(Cl2)   +  전자(2⊝)

6.이온 표현하기

 학습 목표

 양이온의  생성 과정과 음이온의 생성 과정을 모형과 화학식으로 나타낼 수 있다.

1. 원자의 구조

2.이온의 형성

7.전해질, 화학식으로 표현하기

 학습 목표

 1.전해질 수용액 속 이온을 화학식으로 나타낼 수 있다.

 2.전해질의 이온화 과정을 화학식으로 나타낼 수 있다.

1. 전해질의 화학식

1)이온 결합 화합물

   양이온과 음이온이 정전기적 인력에 의해 결합한 화합물

  ①고체 상태에서는 화학식을 양이온과 음이온의 가장 간단한 개수비로 나타냄

  ②이온 결합 화합물의 화학식 구하기

     a.양이온의 원소 기호 먼저 쓰고, 그 뒤에 음이온의 원소 기호를 쓴다

     b.전하의 총합이  0이 되도록 결합하는 양이온과 음이온의 개수비를 구한다

     c.각 이온의 결합 개수비를 원소기호의 오른쪽 아래에 짝은 숫자로 나타낸다.

 

2)공유 결합 화합물

   비금속 원자들이 전자쌍을 공유하여 만들어진 물질, 대부분 비전해질

   염화수소(HCl), 아세트산(CH3COOH) 등은 전해질

2. 이온화 과정을 화학식으로 나타내기

1)이온 결합 화합물의 이온화

    양이온을 앞에   음이온을 뒤에 나타냄

   ① 염화나트륨 NaCl → Na+ + Cl-

   ② 질산은 AgNO3 → Ag+ + NO3-

   ③ 황화나트륨 Na2S → 2Na+ + S2-

   ④ 황산마그네슘 MgSO4 → Mg2+ + SO42+

2)공유 결합 화합물의 이온화

   ① 염화수소 HCl → H+ + Cl-

   ② 아세트산 CH3COOH → CH3COO- + H+

8.수용액 속 이온들의 만남 

 학습 목표

 수용액 속 이온들의 앙금 생성 반응을 실험으로 확인하고, 앙금 생성 반응을 모형으로 나타낼 수 있다. 

1. 앙금 생성 반응

① 앙금 : 

     두 종류의 수용액을 섞었을 때 수용액 속의 이온들이 반응하여 만들어진 물에 녹지 않는 화합물

② 수용액 속 이온들은 서로 나누어져 독립적으로 존재하기도 하지만 어떤 이온들은 수용액 속에서 서로 만나 물에 녹지 않는 고체 화합물을 생성하므로 앙금이 되어 가라앉는다.

9.앙금 생성 반응이 일어나면

 학습 목표

 1. 앙금 생성 반응을 화학식과 모형으로 나타낼 수 있다

 2.앙금 생성 반응을 알짜 이온 반응식으로 나태 낼 수 있다

 3.여러 가지 앙금 생성 반응을 알 수 있다

1. 앙금 생성 반응

1)앙금 : 

       물에 대한 용해도가 작아서 녹지 않고 고체 상태로 가라앉는 물질

2) 앙금 생성 반응 : 

       서로 다른 두 전해질 수용액을 섞었을 때 양이온과 음이온이 강하게 결합하여 물에 녹지 않는 앙금을 생성하는 반응

예) 탄산 나트륨(Na2CO3)과 염화 칼슘(CaCl2) 수용액을 섞으면 물에 녹지 않는 흰색 고체(앙금)이 생성된다. 

                     Na2CO3    →    2Na+   +   CO32- 

                      CaCl2    →    Ca2+   +   2Cl-

        Na2CO3(aq)  +  CaCl2(aq)    →    2NaCl(aq)  +  CaCO3(s) ↓ (흰색 앙금)

물질의 상태를 ( ) 안에 표시

 고체 : s(solid) - 액체 : l(liquid) - 기체 : g(gas) - 수용액 : aq(aqueous)

2. 알짜 이온 반응식 

: 화학 반응에서 반응에 실제로 참여한 이온들로만 나타낸 반응식

예) 탄산 나트륨(Na2CO3)과 염화 칼슘(CaCl2) 수용액을 섞으면 

     수용액 속  칼슘 이온 (Ca2+)과  탄산 이온(CO32-)이  결합하여

     탄산 칼슘(CaCO3)의 흰색 앙금이 생성된다.

1) 알짜 이온 : 반응에 실제로 참여한 이온

    앙금 생성 반응에서는 앙금을 생성한 이온

     → 칼슘 이온 (Ca2+), 탄산 이온(CO32-) 

2) 알짜 이온 반응식

   Ca2+ +   CO32-   →   CaCO3↓ (흰색 앙금)

3) 구경꾼 이온 : 

      반응에 실제로 참여하지 않고 용액 속에 그대로 남아 있는 이온

      → 나트륨 이온(Na+), 염화 이온(Cl-) 

3. 앙금 생성 반응을 이용한 이온의 검출

1) 일반적으로 앙금을 생성하지 않는 반응

          나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+), 암모늄 이온(NH4+), 질산 이온(NO3-) 등

2)일반적으로 앙금을 생성하는 반응

          마그네슘 이온(Mg2+), 칼슘 이온(Ca2+), 은 이온(Ag+),     황산 이온(SO42-), 탄산 이온(CO32-)이 서로 반응했을 때

3)여러 가지 앙금의 색깔

   황산 바륨(BaSO4, 흰색), 황화 구리(CuS, 검은색), 

   황화 아연(ZnS, 흰색), 아이오딘화 납(PbI2, 노란색)

 

10.앙금을 만드는 이온을 찾아라

 학습 목표

 앙금 생성  반응을 이용하여 미지의 용액 속에 들어 있는 이온을 검출 할 수 있다

1. 여러 가지 이온들의 앙금 생성 반응

Na+, K+, NH4+, NO3-은 앙금을 만들지 않는 이온이고,

 Ag+, Pb2+, SO42-, CO32-은 앙금을 잘 만드는 이온이다.

(○:앙금을 생성함, ×:앙금을 생성하지 않음)

2.여러 가지 이온의 검출

11. 이온, 너 때문에 산다

 학습 목표

 우리 생활과 건강에 이온이 미치는 영향을 알 수 있다.

1.바닷물과 체액 속의 이온

1) 바닷물 속의 이온

① 지각에서 녹아 들어온 이온 : 

        지각을 이루는 암석에 들어 있던 금속의 화합물들이 빗물이나 강물에 의해 녹아서 흘러 들어가 바닷물에는 많은 양의 Na+, K+, Mg2+, Ca2+이 들어 있다.

② 해저 화산 활동( 해저 화산 폭발, 열수의 분출) 에 의한 이온:

       염화 이온,  브로민화 이온, 황산 이온 등의 음이온

 

2) 체액 속의 이온 : 

      땀이나 눈물과 같은 체액은 모두 우리 몸의 혈액 성분 중에서 일부가 빠져 나와 생겼기 때문에 모두 짠맛이 나고 성분도 거의 비슷하다.

3) 샘물 속의 이온 : 

      오랜 세월 동안 빗물이나 강물에 의해 지각을 이루는 암석 속에 들어 있던 전해질 화합물들이 녹아 들어가 여러 가지 이온들이 포함되어 있다.

4) 일상생활에서 사용하는 물질 중 포함된 이온

① 소금의 성분 : 염화 나트륨( Na+, Cl- )

② 베이킹파우더의 주성분 : 탄산 수소 나트륨( Na+, HCO3- )

③ 배수관 세정제의 주성분 : 수산화 나트륨( Na+, OH- )

④ 미술용 재료인 석고의 주성분 : 황산 칼슘( Ca2+, SO42- )

⑤ 분필, 달걀껍데기, 조개껍데기, 석회암의 주성분 : 탄산 칼슘( Ca2+, CO32- )

⑥ 습기 제거제, 제설제의 성분 : 염화 칼슘( Ca2+, Cl- )

⑦ 두부를 만들 때 사용하는 간수의 주성분 : 염화 마그네슘( Mg2+, Cl- )

⑧ 치약의 성분 : 플루오린화 나트륨( Na+, F- )