산 염기 평형과 당량점에 대한 대학생들의 개념 조사

Abstract

In this study students' conceptions of acid-base and neutralization reaction has been investigated by written tests of 8 items. The topics include the acid dissociation of strong acid and weak acid, the pH at equivalence point in acid-base titration, the pH of salt solution and the equivalent amounts of base to neutralize the strong acid and weak acid. The subjects are 54 first-year university students. The results of this study are as follows. 1. The students' conceptions of the strength of acid and base, the hydrolysis of conjugated acid and base, and equivalent concept of acid-base neutralization have been improved through the lecture. But students' understandings are not sufficient enough to link each conceptions they gained. 2. Various misconceptions in the acid-base equilibrium and the neutralization reactions are found. · Neutralization reaction occurs between H_(3)O^(+) ions and OH^(-) ions which were formed before the reaction. Therefore, less ionized ions before the reaction are used up and the other ions are left at the equivalence point. Or more amounts of acid or base which produces less ions before the reaction are needed to complete the neutralization. · The pH is always 7 at the equivalence point. · The aqueous salt solution is always neutral because the ions produced from the salt does not produce any H_(3)O^(+) ions and OH^(-) ions. · In the aqueous salt solution, the salt produces acid and base through the reverse reaction of neutralization. 3. It was found to be important to link between preconceptions and new scientific concepts. 4. It is needed to develop the teaching strategy to link the concepts of the acid-base strength, the equivalent amount of acid-base titration, the hydrolysis of conjugate acid-base pairs.;본 연구에서는 대학생들이 산·염기와 중화에 관하여 수업 전에 가지고 있던 선입 개념과 수업 후의 개념 변화, 그리고 이 과정에서 나타나는 오개념 유형을 알아보고자 하였다. 연구 내용은 강산과 약산의 산 해리 정도와 산·염기 중화 적정시 당량점에서의 pH, 염 수용액의 액성, 중화 시 산과 염기의 양적 관계에 관한 것이다. 연구 대상으로는 일반화학을 수강하는 서울 지역 대학 1학년 학생 54명을 선정하였다. '산-염기 평형'의 강의 전과 후에 같은 내용의 문항으로 학생들의 개념을 조사하였다. 수업 전·수업 후 개념 검사의 문항별 응답 내용을 분석한 결과 얻은 결론은 다음과 같다. 1. 학생들이 가지고 있는 산과 염기의 세기, 짝산·짝염기의 가수분해, 화학 평형의 이동을 통한 당량 개념의 이해 정도가 각각의 개념에 대해서는 수업 후에 다소 증가하였으나, 이러한 개념들을 통합하고 응용하는 능력은 여전히 부족하였다. 2. 산·염기와 중화 적정 시 당량점에 관하여 학생들이 가지고 있는 주된 오개념은 다음과 같다. · 중화 반응은 반응 전에 이미 이온화되어 있던 산 용액의 H_(3)O^(+)이온과 염기용액의 OH^(-)이온들이 반응하는 것이다. 따라서 같은 양의 산과 염기가 반응하여 중화점(당량점)에 이르면 반응 전에 더 많이 이온화되어 있던 이온이 남게 된다. 또는 앞과 같은 이유로 반응 전에 이온화가 적게 되어 있는 약한산이나 약한 염기는 더 많이 첨가해야 중화점(당량점)에 이르게 할 수 있다. · 중화점(당량점)은 언제나 pH가 7인 점이다. · 염은 물에서 이온화 할 뿐 H_(3)O^(+)이온이나 OH^(-)이온을 내 놓지 않으므로 염의 수용액은 언제나 중성이다. · 염은 수용액에서 물과 반응하면 중화 반응의 역반응을 통해 산과 염기를 생성하는데, 이 수용액의 액성은 생성된 산과 염기의 세기에 의존한다. 이러한 오개념은 반응에서의 평형 이동에 대한 개념이 부족하여 약산이나 약염기의 경우에도 중화 반응이 진행되면서 평형 이동에 의해 계속 H_(3)O^(+)이온과 OH^(-)이온이 생성된다는 것을 고려하지 못하는 것과 산과 염기의 상대적인 세기에 따른 짝산과 짝염기의 가수분해를 연결시키지 못하는 것에 기인하는 것이다. 3. 중화 적정시 당량점에 관한 개념 이해를 위해서는 산·염기의 개념, 평형 이동에 의한 당량 개념, 짝산·짝염기의 가수분해 개념이 요구되므로, 산·염기와 중화 반응에 관한 수업에서 이러한 개념들의 연관성을 고려한 학습 지도 방안의 개발이 요구된다.