[고등학교 실험] 은나무 만들기 실험

은나무 만들기 실험

 

 1. 실험 목적

금속의 반응 경향성에 의해 은이 석출되는 원리를 이해하고 은이 석출되는 것을 실험을 통해 관찰할 수 있다. 산화,환원 반응을 이해하고 이번 실험에서의 금속의 산화-환원반응을 서술할 수 있다.

 

 2. 실험 원리

(A) 금속의 이온화 경향(금속의 활성도 서열) : 원자 또는 분자가 이온이 되려고 하는 경향으로 쉽게 이온화되는 것이 이온화 경향이 크며 산화되기 쉬움. 이온화 경향이 큰 원소가 그보다 이온화 경향이 작은 원소의 이온과 만나면, 이온화 경향이 큰 원소가 산화되고 이온이었던 원소는 환원임.

 

금속의 이온화 경향성

 

(B) 산화 반응 : 원자가 전자를 잃거나 산소와 화합하거나, 또는 수소를 포함하는 화합물이 수소를 잃는 반응. 산화되기 쉬운 금속은 이온화 경향이 큼.

ex)Na → Na⁺ + e^-

 

(C) 환원 반응 : 원자가 전자를 얻거나 산화물에서 산소가 제거되는 반응. 환원되기 쉬운 금속은 이온화 경향이 작음.

ex)Cl₂ + 2e^- → 2Cl^- 

산화	환원
산화수 증가	산화수 감소
전자 잃음	전자 얻음
산소 얻음	산소 잃음
수소 잃음	수소 얻음

ex) 산화-환원의 반응의 예시 : 철의 부식, 과일의 갈변, 광합성, 연료의 연소 등.

 

(D) 산화제 : 자기 자신은 산화되지만, 다른 물질을 환원시키는 물질.

 

(E) 환원제 : 자기 자신은 환원되면서 다른 물질은 산화시키는 물질.

 

(F) 산화-환원 반응 : 산화, 환원 반응은 동시에 발생하므로, 잃는 전자 수와 얻는 전자수가 동일함. 이는 전자가 생성물로 나오거나 반응물로 소모되는 경우가 없다는 것에서 증명됨. 

 

(G) 물질의 변화

 (1) 물리적 변화 : 물질의 고유한 성질은 변하지 않으면서 모양이나 상태가 변하는 현상. 성질, 원자나 분자의 종류, 개수는 일정하게 유지된 채 분자의 배열만이 변화함. 즉, 크기나 모양, 상태만이 변화하고 성질은 일정함.

ex)잉크의 확산, 상 변화 등.

 (2) 화학적 변화 : 어떤 물질이 처음과 성질이 전혀 다른 새로운 물질로 변하는 현상. 물리적 변화와 다르게 원자의 배열이 바뀌어 새로운 물질로 생성됨.

ex) 산화, 연소, 분해, 화합 등.

 

(H) 구리와 은의 반응식 : AgNO₃(aq) + Cu(s) → CuNO₃(aq) + Ag(s)

 → 즉, 은과 구리 중 이온화 경향이 큰 것은 구리로, 구리는 산화되고 은은 환원되는 것을 알 수 있음.

 

(I) 패트리접시 속 은나무가 은색이 아닌 푸른색인 이유 : 위 화학 반응식을 통해 구리가 이온화하였기 때문임. 구리 이온, Cu²⁺는 그자체로 푸른색을 띰.

 

 

 

 3. 실험 과정

(1) 실험 기구 : 핫플레이트, 100 mL 비커, 패트리접시, 구리 테이프, 전자저울, 약포지, 약숟가락, 유리막대, 온도계, 가위

 

(2) 실험 시약 : 한천가루, 0.1 M 질산은

 

 1. 0.1 M 질산은 용액 60 mL를 100 mL 비커에 붓고 핫플레이트로 가열시킨다. 이때, 핫플레이트 온도는 90℃  미만으로 설정하도록 한다.

 2. 용액이 따뜻해지면 한천 약 0.5 g을 넣으면서 유리 막대를 이용해 저어준다.

 3. 한천의 녹는점은 90℃ 이기 때문에 90℃ 이상으로 온도를 높이고 한천이 끓기 직전에 투명하게 녹았으면 핫플레이트 전원을 끈다.

 4. 녹는 동안 구리테이프를 원하는 모양으로 잘라서 페트리 접시에 붙인다. 보통 나무 모양으로 붙여놓는다.

 5. 한천은 40℃ 에서 굳으므로 40℃ 까지 온도가 떨어져 굳기 전에 패트리 접시의 2/3 정도의 양을 붓는다. 이때, 거품이 생기지 않도록 조심히 붓도록 하고 만약 거품이 발생한다면 약숟가락으로 걷어내도록 한다.

 6. 약 10분정도 용액이 굳기를 기다리고 기다리는 동안 용액을 건들이지 않도록 한다.

 7. 시간이 지남에 따라 패트리 접시 내 모양이 어떻게 변하는지를 관찰한다.

 

 ※ 주의 사항 : 질산은 용액을 다룰 때는 피부에 닿으면 검은 반점을 일으키므로 손에 닿지 않도록하며 실험 전 과정에서 화상에 유의한다.

 

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