물의 전기분해 실험

     물의 전기분해

                                                                                  2015. 03. 16

1. 탐구동기

며칠 전에 학교에서 배운 원자와 이온에 대한 이론 내용이 매우 흥미로웠다. 그 내용 중에서 특히 물은 전기 분해를 통해 수소와 산소로 나누어지고 이를 통해 물이 원소인지 아닌지를 판단할 수 있다는 것에 정말 흥미가 생겼고 궁금해졌다. 또한, 물을 분해하였을 때 생성되는 기체의 종류와 특징에 대해 더 자세히 알고 싶어서 이 실험을 하게 되었다.

 

2. 가설설정

① 물을 전기분해하면 (+), (-)극에 각각 수소 기체와 산소 기체가 2:1의 비율로 생성될 것이다.

② 만능 지시약으로 (+), (-)극 쪽의 pH를 조사해보면 각각 산성, 염기성을 띌 것이다.

 

3. 준비물

9V 전지, 투명한 일회용 스포이트 2개, 종이컵, 전선 2개, 핀 2개, 가위, 황산나트륨, 증류수, 만능 지시약

 

4. 탐구과정

① 종이컵에 증류수, 만능 지시약, 소량의 황산나트륨을 넣어 잘 섞는다.

(황산나트륨을 넣는 이유 : 증류수는 전기가 흐르지 않으므로 전해질로 만들어주기 위함이다.)

② 2개의 스포이트를 모두 가로로 반으로 자르고 핀을 스포이트에 꽂는다.

③ 핀이 꽂힌 2개의 스포이트에 ①에서 만든 액체를 가득 채운다.

④ 액체가 채워진 2개의 스포이트를 ①의 액체에 넣는다.

(단, 스포이트 안에 기포가 없도록 한다.)

⑤ 스포이트에 꽂혀있는 핀과 9V 전지 사이를 전선으로 잇는다.

⑥ 분해되어 생기는 기체의 생성 비와 수용액 색의 변화를 관찰한다.

 

5. 탐구결과

(+)극 쪽의 색은 붉게 변하였고 이를 통해 (+)극 쪽의 수용액은 산성이라는 것을 알 수 있다. 반대로, (-)극 쪽의 색은 푸른색으로 변하였으므로 (-)극 쪽의 수용액은 염기성이라고 판단할 수 있다.

 

6. 자료해석

(1) 화학식으로 알아보기

  (+)극 :  

              

             (-)극 :

                  

  (+)극 쪽의 화학식과 (-)극 쪽의 화학식을 더하면

                  

  가 나오므로 물은 수소와 산소로 분해될 수 있는 것을 확인할 수 있다.

  이를 통해 물은 원소가 아닌 화합물이라는 것을 알 수 있다.

     (2) 산화 & 환원 반응 알아보기

  (+)극 쪽에서는 물 분자가 전자를 잃으므로 산화 반응이 일어난다.

    (수소 이온 생성)

  (-)극 쪽에서는 물 분자가 전자를 얻어 환원 반응이 일어난다.           

    (수산화 이온 생성)

 

(3) 만능 지시약은 산성이 강할수록 색이 붉어지고 염기성이 강할수록 색이 푸르게 된다.

  (+)극 쪽은 붉어졌으므로 산소 기체 쪽은 산성 (수소이온 때문)

  (-)극 쪽은 푸르게 되었으므로 수소 기체 쪽은 염기성 (수산화이온 때문)

 

7. 알게 된 점과 알고 싶은 점

실험은 성공적이었지만 물이 다 분해되지 못하여 수소 기체와 산소 기체의 생성 부피 비를 구하지는 못하였다. 다음 기회에는 꼭 두 기체의 생성 부피 비를 구하고 오차까지 구해보고 싶다. 또한, 물을 전기분해하여 생성된 기체들이 정말 수소(가연성)와 산소(조연성)인지 직접 실험을 설계하여 확인해보고 싶다.

 

8. 활동사진