같은 족 원소의 성질 (알칼리 금속)

20710 정아름

1. 실험제목 : 같은 족 원소의 성질

2. 실험목적 : 알칼리 금속이 가지는 공통적인 성질은?

알칼리 금속의 상대적 반응성의 크기는?

3. 실험일시 : 6월 5일(화)

4. 실험원리

- 가설 설정
?알칼리 금속의 물리적 성질
밀도가 작은 편이며, 매우 연하고 무른 금속이다. 칼로 자른 단면은 은백색이고 곧 산화된다. 원자번호가 커질수록 원자반지름이 커지고 원자간 인력이 감소하여 녹는점(m.p)과 끓는점(b.p)이 낮아진다.
?알칼리 금속의 화학적성질
화학 반응 → ＋1가 양이온 (산화) Na → Na+ ＋ e-
원자번호가 증가 → 이온화에너지가 작다 → 쉽게 양이온이 됨
같은 주기에서 금속 중에서 반응성이 가장 크다.
?주기율표는 원자 번호( = 양성자수 = 중성 원자가 갖고 있는 총 전자수)가 작은 것으로부터 차례로 늘어 놓은 것이므로…(생략)

5. 실험 설계 및 과정

(1) 실험 기구 및 준비물

(2) 실험 장치도

(3) 실험 과정 및 절차

① 석유 속에 있는 알칼리 금속을 타일 위의 거름종이 위에 놓고 칼로 잘라 보자. 상태, 색깔, 광택 및 시간이 지났을 때 자른 면의 변화를 관찰하자.

② 비커 속에 등유를 1/3가량 넣은 후 ①에서 자른 리튬, 나트륨, 칼륨 조각을 넣고 관찰해 보자.

③ 3개의 큰 시험관에 물을 각각 1/2씩 넣고 ①에서 남은 리튬, 나트륨, 칼륨 조각을 각각 넣어 보자. 이 때 반응이 일어나기 시작하면 시험관 입구에 성냥불을 붙여 보자.

④ 각 시험관의 수용액의 불꽃 반응 색깔을 알아보기 위해 백금선(니크롬서)에 묻혀 버너의 불꽃에서 태워 보자.

⑤ 각 시험관의 수용액에 페놀프탈레인 용액을 2～3방울 넣어 보자.

⑥ 리튬, 나트륨, 칼륨의 염화물 수용액에 질산은 용액을 넣어 보자.

6. 실험 결과 및 정리

7. 실험 분석 및 토의

1) 위의 탐구 활동에서 관찰한 것은 무엇인가?

2) 알칼리 금속의 공통적 성질과 반응성의 세기에 대하여 토의하여 보자.

3) 알칼리 금속을 칼로 잘랐을 때, 색깔이 변하는 이유는 무엇인가?

4) 위에서의 색깔 변화로 보아 물과 알칼리 금속이 반응하여 생성된 물질은 무엇인가?

5) 위의 실험 결과 알칼리 금속의 반응성 순서는 어떠한가?

8. 느낀점 및 참고문헌

① NaOH

② Na2CO3

③ NaHCO3(중조)

타일, 핀셋, 칼, 시험관, 시험관대, 성냥, 거름종이, 니크롬선, 버너, 리튬, 나트륨, 칼륨, 페놀프탈레인 용액



(2) 실험 장치도







(3) 실험 과정 및 절차
① 석유 속에 있는 알칼리 금속을 타일 위의 거름종이 위에 놓고 칼로 잘라 보자. 상태, 색깔, 광택 및 시간이 지났을 때 자른 면의 변화를 관찰하자.
② 비커 속에 등유를 1/3가량 넣은 후 ①에서 자른 리튬, 나트륨, 칼륨 조각을 넣고 관찰해 보자.
③ 3개의 큰 시험관에 물을 각각 1/2씩 넣고 ①에서 남은 리튬, 나트륨, 칼륨 조각을 각각 넣어 보자. 이 때 반응이 일어나기 시작하면 시험관 입구에 성냥불을 붙여 보자.
④ 각 시험관의 수용액의 불꽃 반응 색깔을 알아보기 위해 백금선(니크롬서)에 묻혀 버너의 불꽃에서 태워 보자.
⑤ 각 시험관의 수용액에 페놀프탈레인 용액을 2～3방울 넣어 보자.
⑥ 리튬, 나트륨, 칼륨의 염화물 수용액에 질산은 용액을 넣어 보자.

6. 실험 결과 및 정리
?전자를 잃어(+1)의 양이온이 되기 쉽다.
?매우 연하고 무른 금속으로 칼로 쉽게 잘라지며 자른 단면은 은백색의 광택이 나온다.
?반응성이 매우 커서 공기 중에서 쉽게 산화=환원제
?알칼리 금속의 성질
원자반지름 Li 반응성 Li 녹는점, 끓는점 Li>Na>Ka>Rb>Cs
?물과 격렬히 반응, 수소 기체 발생. 수용액은 염기성
?불꽃반응으로 검출
?석유나 벤젠 속에 보관
열,전기를 잘 전도한다. 다른 금속보다 낮은 녹는점, 낮은 밀도를 가진다.
?금속이 반응한다 = 금속이 산화한다 = 금속이 전자를 잃는다 = 금속이 양이온이 된다
물과 격렬히 반응하여 수소 기체가 발생하고, 용액은 염기성을 띤다.
?페놀프탈레인용액을 붉게함
2Li ＋ 2H2O → 2LiOH ＋ H2
2Na ＋ 2H2O → 2NaOH ＋ H2
2K ＋ 2H2O → 2KOH ＋ H2



?할로겐과 반응하여 염화물을 만든다.
2Li ＋ Cl2 → 2LiCl
2Na ＋ Cl2 → 2NaCl
2K ＋ Cl2 → 2KCl
?알칼리 금속의 보관 : 석유나 액체파라핀, 벤젠, 에테르 속에 보관
(∵ 공기중의 산소나 물과 쉽게 반응한다. )
?알칼리 금속의 확인 : 특유의 불꽃색 반응





예) Li-빨간색, Na-노란색, K-연보라, Rb-진빨간색, Cs-연파란색

7. 실험 분석 및 토의
1) 위의 탐구 활동에서 관찰한 것은 무엇인가?
☞ 알칼리 금속의 공통적 성질과 반응성의 크기
2) 알칼리 금속의 공통적 성질과 반응성의 세기에 대하여 토의하여 보자.
☞ 위의 실험 결과 및 정리에 자세히 나와있다.
3) 알칼리 금속을 칼로 잘랐을 때, 색깔이 변하는 이유는 무엇인가?
☞ 공기 중의 산소와 반응하여 산화물이 생성되므로, 은백색의 광택이 점점 없어진다.
4) 위에서의 색깔 변화로 보아 물과 알칼리 금속이 반응하여 생성된 물질은 무엇인가?
☞ 페놀프탈레인 지시약이 붉게 변하는 것으로 보아 알칼리 금속이 물과 반응하여 염기성 물질을 생성한다.
5) 위의 실험 결과 알칼리 금속의 반응성 순서는 어떠한가?
☞ 알칼리 금속의 반응성: Li < Na < K

8. 느낀점 및 참고문헌
이번에한 실험은 조심히 하지않으면 위험한 실험이였다. 선생님께서도 조심히 해야한다고 주의를 많이 주셨다. 사실 조금 겁을 먹은것도 사실이다. 8반의 어떤조에서 실수로 불이 나서 더 놀랬다. 물과의 접촉이 없었어야 하는데 책상위에 물이 있었던 것 같다.
선생님께서 우리조에서 실험을 하셨는데 은백색의 광택이 나타났다가 다시 원래의 색으로 돌아가는 것을 봤을 때 신기했다. 그리고 금속을 조금 잘라서 페놀프탈레인 용액에 넣고 거기서 얻은 수소 기체로 실험하는 것은 모든 조원들이 두려워서 하지 못했다. 그래서 선생님께서 해주셨는데 모두들 위험해서 멀리 있으면서도 유심히 봤다.
그래도 의외로 수소 기체 실험을 할 때 소리가 재미있기도 했다. ^^;
이번 실험을 하고 보고서를 쓰면서 알칼리 금속의 반응, 공통성을 자세히 알게된 것 같다.
언제나 실험은 조심히 해야하는 것 같다.
선생님께서 실험을 많이 도와주셔서 다행이기도 했지만 실험을 직접 우리가 하지 못했다는 점은 조금 아쉽기도 했다. 그래도 실험을 통해서 배워야 할 것을 다 알수 있었고, 보고서를 통해서 정확히 알수 있는 것 같다.
※ 알칼리 금속의 화합물
① NaOH
㉠ 흰색의 반투명한 고체
㉡ 물에 녹아 강한 염기성을 나타낸다.
㉢ 공기 중의 수분을 흡수하여 스스로 녹는 조해성이 있다. (밀폐시켜 보관)
㉣ 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 탄산나트륨으로 된다.
2NaOH＋CO2 → Na2CO3＋H2O
② Na2CO3
㉠ 제법 : 솔베이법(암모니아 소다법)
NaCl＋NH3＋CO2＋H2O → NaHCO3↓＋NH3Cl
2NaHCO3 → Na2CO3＋CO2＋H2O
㉡ 약한 염기성
㉢ 공기 중에 방치하면 스스로 결정수를 잃고 부서지는 풍해성이 있다.
Na2CO3?10H2O → Na2CO3?H2O
㉣ 산을 가하면 CO2가 발생한다.
Na2CO3＋2HCl → 2NaCl＋H2O＋CO2↑
③ NaHCO3(중조)
㉠ 제법 : 솔베이법의 중간 생성물로 얻어진다.
㉡ 약한 염기성
㉢ 가열하거나 산을 가하면 CO2가 발생한다
2NaHCO3 → Na2CO3＋H2O＋CO2↑(가열)
NaHCO3＋HCl → NaCl＋H2O＋CO2↑
㉣ 소화기의 원료, 제산제, 베이킹 파우더 등에 이용된다.

하이라이트 화학Ⅱ, 디딤돌 과학 탐구, EBS 위성 교재
www.yesok06.pe.kr/32.htm
www.cein.or.kr
moolynaru.knu.ac.kr
에듀이지