◎ 미리생각해보기

현재 우리가 주로 사용하는 에너지원인 석탄과 석유는 그 양이 한정되어 있을 뿐 아니라, 환경오염의 원인이 되기도 합니다. 환경오염을 줄이면서 이를 대체할 수 있는 에너지원은 어떤 것이 있을까요?

태양빛을 이용하여 전기에너지로 만드는 태양전지와 수소, 메탄 및 메탄올 등의 연료를 산화시켜 생기는 화학에너지를 전기에너지로 만드는 연료전지 등이 새로운 대체 에너지원으로 이용되고 있습니다. 이 외에도 바람의 힘을 이용한 풍력발전, 바이오에너지, 수소에너지, 해양에너지, 폐기물에너지 등이 있습니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

황산나트륨 수용액 제조법: PE병에 황산나트륨을 넣고 물을 가득 채운후  흔들어 황산나트륨을 완전히 녹여줍니다.

◎ 실험방법

1. 도안을 선을따라 접어 완성합니다.	2. 건전지에 집게스냅을 끼우고 건전지 그림이 있는 도안 위에 양면테이프를 이용하여 붙입니다.

3. 황산나트륨 수용액에 BTB용액을 넣고 뚜껑을 닫은 후 흔듭니다.	4. 탄소막대를 반으로 나누고, 알루미늄테이프를 5cm길이로 자른 후 각각의 탄소막대에 감쌉니다.

5. 4번에서 만든 탄소막대를 용기의 한 쪽 벽면에 붙이고, 은박테이프를      0.5cm길이로 잘라 고정합니다. 반대편에 나머지 탄소막대도 같은 방법으로 고정합니다. 용기를 도안에 끼웁니다.

6. 커넥터의 전선 끝에 클립을 연결한 후 은박테이프로 감쌉니다.

커넥터의 붉은색 전선 쪽에 LED 전구의 긴 다리가 들어가도록 하여 LED를 끼웁니다.

7. 탄소막대를 넣은 용기에 황산나트륨 수용액 20ml를 넣고 건전지에 연결된 집게스냅을 소막대의 은박테이프 위에 연결합니다. 용기 안의 변화를 관찰합니다. (주의! 은박테이프에 황산나트륨 수용액이 닿지 않도록 수용액 양을 조절해서 넣습니다.)	8. 10분 정도 지난 후 집게스냅을 탄소막대에서 빼고, LED전구가 연결된 전선의 클립을 탄소막대의 은박테이프 위에 끼워봅니다. (주의! 반드시 건전지의 붉은색 전선이 연결된 클립을 끼운 자리에는 LED전구의 붉은색 전선이 연결된 클립이 끼워지도록 해야 합니다.)

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 8번의 실험과정에서 탄소막대의 은박테이프 위에 건전지가 연결된 집게스냅을 끼우면 어떠한 현상이 일어나나요?

⇒ (-)극이 연결된 검은색 전선의 주위에 용액의 색깔이 노란색으로 변하기 시작합니다. 탄소막대의 표면에는 공기방울 같은 것이 생겨납니다.

2. 건전지의 연결을 뺀 후 LED전구만 숯에 연결했을 때 어떠한 현상이 관찰되나요? 그렇게 되는 이유는 무엇일까요?

⇒ 건전지가 없는데도 불구하고 LED전구에 불이 들어옵니다. 건전지를 연결했을 때 물의 전기분해가 일어나 용액 안에 전자가 만들어 지게 됩니다. 이렇게 만들어진 전자들이 LED전구를 연결했을 때 전선을 따라 이동하여 전류를 흐르게 해 전구에 불이 들어오는 것입니다.

◎ 원리이해

1. 연료전지의 구조

연료 전지에 의한 발전의 메커니즘은 물의 전기 분해의 역방향으로 진행됩니다. 즉, 물의전

기분해 에서는 물에 전기를 흐르게 하면 수소와 산소가 발생하지만, 연료 전지에서는 수소

와 산소를 반응시켜 전기를 발생시킵니다. 이 반응으로 배출되는 것은 물뿐입니다. 연료극

에서 수소는 수소 이온과 전자로 나누어집니다. 전해질의 고분자 막은 수소 이온만을 통과

시키고, 막 안쪽의 음극에는 전자가 남게 됩니다. 수소 이온은 공기극의 산소와 결합하여

물이 됩니다. 이 양극 사이의 전위차에 의하여 전류가 발생합니다.

2. 물의 전기분해

수소와 산소가 반응하여 물이 만들어 지면 이 물은 자발적으로 수소와 산소로 되지 못합니다. 그러나 전기에너지를 가해서 반응을 일으키면 물을 분해할 수 있습니다. 순수한 물은 전류가 통하지 않으므로 전기분해시 염화나트륨, 질산칼륨, 황산나트륨 등의 전해질을 소량 넣어 주어야 합니다. 이때 (+)극은 산화반응으로 산소를 얻을 수 있고, (-)극은 환원반응이 일어나 수소를 얻을 수 있습니다. 생성되는 수소와 산소의 부피비는 2:1입니다.

학습목표

물의 전기분해를 이용한 수소연료전지를 만들어보고, 그 원리를 알아봅니다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

현재 우리가 주로 사용하는 에너지원인 석탄과 석유는 그 양이 한정되어 있을 뿐 아니라, 환경오염의 원인이 되기도 합니다. 환경오염을 줄이면서 이를 대체할 수 있는 에너지원은 어떤 것이 있을까요?

◎ 미리생각해보기

탄소막대 1개, 집게스냅 1개, 클립 2개, 2구 커넥터 1개, LED(적색) 1개,

알루미늄테이프 1개, 황산나트륨, BTB용액, 양면테이프, 원형용기 1개,

건전지 1개, 도안 1장, PE병

(※ 직접 준비하세요 : 물)

◎ 실험준비물

1. 8번의 실험과정에서 탄소막대의 은박테이프 위에 건전지가 연결된 집게스냅

을 끼우면 어떠한 현상이 일어나나요?

2. 작은 구슬을 굴렸을 때 어떻게 되었나요?

2. 건전지의 연결을 뺀 후 LED전구만 탄소막대에 연결했을 때 어떠한 현상이 관찰되나요? 그렇게 되는 이유는 무엇일까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점