고등학교 학생들의 산, 염기 및 중화 개념에 대한 연구

Abstract

본 연구에서는 고등학교 3학년 학생들이 수업전과 수업후에 가지고 있는 산·염기 및 중화에 대한 개념을 조사하였다. 연구 내용은 강산과 강염기, 약산과 약염기의 범주별로 나누어 산·염기 이온화 정도, 염의 액성, 중화반응에서의 당량 개념, 중화점에서 용액의 액성, 산의 세기와 산의 농도에 대한 개념을 조사하였다. 연구 대상은 인문계 고등학교 3학년 자연계 여학생 94명이었다. 수업전에 가지고 있던 선개념과 수업후에 나타난 개념 변화, 수업을 통해서도 수정되지 않고 견고하게 유지되는 오개념 유형을 알아보기 위해 화학평형을 배운 직후 사전 검사를 실시하였다. 그리고 산과 염기, 중화반응에 관한 수업을 진행한 후 사전 검사와 동일한 문항으로 사후 검사를 실시하였다. 사전, 사후 검사의 문항별 응답 결과를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다. 1. 산·염기, 중화반응에 대해 강산, 강염기 관련 개념과 약산, 약염기 관련 개념으로 나누어 조사한 결과 학생들의 점수가 산과 염기의 세기에 따라 뚜렷이 차이가 나는 것으로 조사되었다. 즉 문항별 총점이 2점인 문항에서 강산, 강염기 관련 개념의 점수(수업전: 0.86～1.02, 수업후: 1.11～1.46)에 비해 약산, 약염기 관련 개념의 점수(수업전: 0.17～0.64, 수업후: 0.57～1.18)가 크게 낮은 것으로 나타나 약산, 약염기의 관련 개념 형성이 강산, 강염기 관련 개념 형성에 비해 상대적으로 미흡한 것으로 나타났다. 2. 산염기 개념 및 중화반응, 산의 세기 및 농도에 관한 학생들의 두드러진 오개념은 다음과 같이 나타났다. · 산과 염기의 성질을 가지려면 이온이 아닌 분자의 형태로 존재해야 한다. · 염의 화학식에 H^+, OH^-이온이 존재하지 않으면 염 수용액은 중성을 띤다. · 가수분해 반응은 중화반응의 역반응이다. 그러므로 염을 구성하는 모든 이온이 가수분해 반응을 해서 산과 염기를 만든다. · 중화반응에서 강산은 H^+가 많으므로 염기가 많이 필요하고, 약산은 H^+가 적으므로 염기가 적게 필요하다. · 중화점에서 용액의 액성은 항상 pH 7의 중성이다. · 진한 아세트산은 묽은 염산보다 더 강한 산이다. 3. 학생들이 산·염기 개념에서 오개념을 나타내는 이유 및 해결방안은 다음과 같이 요약될 수 있다. 첫째, 전해질의 개념이 부족하여 산·염기의 개념에 오개념을 나타내었다. 그러므로 산·염기의 정의와 산의 세기 개념을 배우기 전에 전해질의 개념을 재도입하면 효과적인 개념 이해가 가능하다. 둘째, 화학평형의 개념과 평형상수의 개념이 부족하기 때문에 염의 가수분해 반응을 이해하지 못한 것으로 드러났다. 이로 인해 염 용액의 액성뿐만 아니라 중화반응에서 중화점의 액성을 바르게 예상하지 못하고 있다. 그러므로 평형상수의 크기에 따른 이온의 안정도를 통합하여 이온의 가수분해 여부를 설명하는 것이 필요하다. 셋째, 산의 세기와 산의 농도를 구별하는 문항에서 고등학교 학생들은 농도와 세기를 어느 정도 구별하고 있으나 일부의 학생들은 여전히 ‘진하다’의 농도 개념과 ‘강하다’의 세기 개념을 같은 것으로 생각하는 오개념을 가지고 있었다. 용어에 대한 정확한 설명과 함께 비유를 통한 적절한 수업전략이 요구된다. ; In this study, students conceptions of acid-base and neutralization reaction have been investigated by 11 items of written tests in the 3rd grade of high school. The topics include the dissociation of acid-base, the property of salt solution, the equivalent amounts of base to neutralize the strong acid and weak acid, the pH of solution at equivalence point, concentration and strength of acid solution, which are categorized as strong acid-base and weak acid-base. The results of this study are as follows. 1. students have more difficulties to get conceptions of weak acid and weak base concepts than that of strong acid and strong base concepts. 2. The remarkable misconceptions are found in the conception of acid and base, neutralization reaction, strength and concentration of acid. · The properties of acid and base meant that the acid and base should be molecular types in aqueous solution, not be ion types. · The neutral salt dose not produce H^+ ion or OH^- ion in aqueous solution. · The hydrolysis means the reverse reaction of the acid-base neutralization. · In the aqueous solution, the salt produces acid and base through the reverse reaction of neutralization. Because this acid and base is neutralized each other, the solution becomes neutral. · In the aqueous solution, the salt produces acid and base through the reverse reaction of neutralization. According to the strength of acid and base, the property of the solution is determined. · The stronger acid needs more NaOH solution to be neutralized, than weaker acid needs. The reason is that strong acid produces more H^+ than weak acid does. · The pH of the solution at the equivalence point is 7 and neutral. · The strength of concentrated weak acid is higher than that of dilute strong acid. 3. Various students misconceptions of acid-base result from the lack of the properties of electrolytes, the stability of chemical species in aqueous solution, the hydrolysis in H_2O and the chemical equilibrium concepts.