중학교 교사용

1

STEAM

^{아웃리치 프로그램}

중학교 교사용

CNU

CNU Chemi-story 케미스토리

2014

3

아웃리치 프로그램

목차 ^{목 차} Contents

Ⅰ. 프로그램요약 ··· 1

Ⅱ. 수업지도안 ··· 5

1. 주제 및 제작의도 ··· 5

2. 학습 목표 ··· 5

3. STEAM 과목 요소 ··· 6

4. STEAM 단계 요소 ··· 6

5. 차시별 계획 총괄표 ··· 7

6. 교육과정 ··· 8

7. 평가계획 ··· 8

8. 차시별 교수학습과정 ··· 9

Ⅲ. 교사를 위한 학생용 교재 ··· 13

목 차 Ⅰ. 프로그램요약 ··· 1

Ⅱ. 수업지도안 ··· 5

1. 주제 및 제작의도 ··· 5

2. 학습 목표 ··· 5

3. STEAM 과목 요소 ··· 6

4. STEAM 단계 요소 ··· 6

5. 차시별 계획 총괄표 ··· 7

6. 교육과정 ··· 8

7. 평가계획 ··· 8

8. 차시별 교수학습과정 ··· 9

Ⅲ. 교사를 위한 학생용 교재 ··· 13

- 1 -

Ⅰ 프로그램 요약본

프로그램 명 CNU 케미스토리(Chemi-story)

주제 화학공학의 기본 장비인 실험관을 직접 설계하고, 증류장치, 건조기 등의 장비를 사용하여 물질을 추출하고 효율을 확인하는 실험활동

프로그램 소개

단위조작 실험실, 화학공학 연구실과 연계하여 화학공학 장비를 이용한 다양한 실험을 해 봄으로써 화학공학 분야인 석유화학, 정밀화학, 제약사업 등을 고루 탐색할 수 있으며, 화 학공학자의 역할에 대하여 바르게 인식할 수 있다. 아울러 특정 물질을 추출하고 검증하는 실험을 통해 문제해결능력과 통합적인 사고능력을 기르고, 실험보고서를 작성함으로써 실 용적 글쓰기 활동을 체험하도록 한다.

프로그램의 목표

- 화학공학의 기초학문과 응용학문에 관한 지식을 습득할 수 있다.

- 화학적 합성과 분리에 대하여 실제로 관찰할 수 있다.

- 화학공학 분야에서 쓰이는 다양한 장비를 직접 사용할 수 있다.

준비물

교사용

컴퓨터, 빔프로젝터, 증류장치, 물, 에탄올, 가열장치, 핀셋, 시험관, 저울, 메스실린더, 온도계, 거름종이, 피펫, 아세트산, 살리실산, 인산, 석유 에테 르, 얼음, 에틸에테르, 음료수, 활동지

학생용 실험가운, 실험장갑, 필기도구

STEAM 연계 관련

교과 및 주요내용

중학교 과학교과에서는 물질과 에너지 분야의 물질의 구성과 특성, 여러 가지 화학 반응에 대해 학습한다. 대표적으로 혼합물의 분리가 생활에 사용됨을 이해하고 기술교과에서는 실 제 체험활동과 보고서 작성을 통해 미래 기술과 실생활에 관련된 기술적 지식, 사고, 조작 능력, 문제 해결 능력을 기르도록 한다. 이를 바탕으로 직업세계를 이해하고 진로 탐색의 기회를 갖는다.

과정요소 (STEAM 학습준거)

상황제시

자기주변에 있는 사물 중 화학공학의 영향이 미친 물질 찾아보기 공학자들은 어떠한 장비를 다룰지 생각해보기

화학공학 기술이 발달하기 전에는 어떠했을까?

화학공학자들의 직업은 무엇이 있을까?

창의적 설계

정류에 의한 액-액 분리 실험 실험관 설계하기

음료수에 들어있는 비타민C 정량 분석 해열 및 진통제 합성 및 정제 실습

감성적 체험

고분자 합성물질 생각해보기 실험보고서 작성하기 수득률 계산하기 커리어패스 작성하기

3 2

- 2 -

차시 단계 시간 소주제 주요 내용 관련 교과

1

각 분야별 전공소

개

45분

우리의 삶과 화학공학

생각 열기 ^Co 자기주변에 있는 사물 중 화학공

학의 영향이 미친 물질 찾아보기 과학, 기술

생각 펼치기

CD 고분자 물질에 대해서 알아보고 주변에 있는 고분자 물질을 알아 보기

CD 나만의 고분자 합성물질 생각해 보기

과학, 기술

생각 다지기 ^ET 우리 조에서 생각한 고분자 합

성물질 소개 과학, 기술

2-3

중장비 연구실

탐방 및 실습

90분

화학공학 자들은 어떠한 장비를 다룰까?

생각 열기

∙ 공학자들은 어떠한 장비를 다룰지 생 각해보기

- ^Co 원유에서 석유를 분리하는 방 법 생각해보기

- ^Co 다양한 모양의 시험관은 어떻 게 만드는 걸지 생각해보기

과학, 기술

생각 펼치기 ^CD 정류에 의한 액-액 분리 실습하기

CD 시험관 설계 제작하기 과학, 기술

생각 다지기 ^ET 액-액 분리 실습과 시험관 설계하

기에 관한 보고서 작성하기 과학, 작문

4-5

연구실 탐방

및 실험

90분

나만의 약품 만들기

생각 열기

∙ 화학공학 기술이 발달하기 전에는 어 떠했을까?

- ^Co 약을 개발하기까지 어떠한 삶 은 살았을지 생각해보기

과학, 기술

생각 펼치기

CD 해열 진통제 합성 및 정제 실험하 기

CD 음료수에 들어있는 비타민 C 정 량 분석 실험하기

과학, 수학

생각 다지기

∙ 이론상과 실제 실험 간의 차이 - ^ET 이론상 수득률과 실제 실험의

수득률 계산해보기 - ^ET 실험보고서 작성하기

과학, 기술 , 수학

- 3 - 6

진로설 계, 멘 토 링 및 자 유토론

45분

화 학 공학 자에서 찾 은 나의 모 습

생각 열기

∙ 화학공학자로서 진로 설계

- ^Co 화학공학자 직업은 무엇이 있 을까?

진로와 직 업

생각 펼치기

∙ 나와 화학공학자는 어떤 관계일 까? 직업탐색하기

- ^Co 나에 대해 자세히 알아보자 - ^Co 나와 가장 잘 어울리는 화

학 공학자를 알아보자!

∙ 나만의 커리어 패스 작성하기 - ^ET 나만의 커리어 패스를 제작하

여 성취감을 갖고 새로운 문 제에 대한 도전의식 가지기

진로와 직 업

생각 다지기 ^ET 커리어패스 완성하여 발표하기 진로와 직 업 총 6차시 270분

5 4

- 4 - - 5 -

Ⅱ 수업지도안

프로그램명 CNU 케미스토리(Chemi-story) 적용학년/시기 중학교 3학년 2학기 / 10월

관련과목 과학, 기술, 작문, 진로와직업

관련단원

(중)과학: 물질과 에너지 분야의 물질의 구성과 특성, 여러 가지 화학 반응 (중)기술: 기술과 발명, 생명기술과 미래의 기술

(중)수학: 문자와 식-문자의 사용, 식의 값 (중)작문: 실용문 쓰기

(중)진로와직업: 직업 세계의 이해, 진로의 탐색

1. 주제 및 제작의도

○

주제

- 화학공학의 기본 장비인 실험관을 직접 설계하고, 증류장치, 건조기 등의 장비를 사용하여 물질을 추출하고 효율을 확인하는 실험활동

○

제작의도

- 다양한 화학공학 연구실(단위조작 실험실, 화학공학 연구실 등)과 연계하여 화학 공학 장비를 이용한 다양한 실험을 해봄으로써 화학공학 분야인 석유화학, 정밀 화학, 제약사업 등을 고루 탐색할 수 있으며, 화학공학자의 역할에 대하여 바르 게 인식할 수 있다. 아울러 특정 물질을 추출하고 검증하는 실험을 통해 문제해 결능력과 통합적인 사고능력을 기르고, 실험보고서를 작성함으로써 실용적 글쓰 기 활동을 체험하도록 한다.

2. 학습 목표

○

내용 목표

- 화학공학의 기초학문과 응용학문에 관한 지식을 습득할 수 있다.

- 화학적 합성과 분리에 대하여 실제로 관찰할 수 있다.

- 화학공학 분야에서 쓰이는 다양한 장비를 직접 사용할 수 있다.

○

과정 목표

- 이론적 실험 결과와 실제 실험 결과간의 차이의 원인을 알 수 있다.

7 6

- 6 -

- 실제 산업체의 산업 분야에서 사용하는 실험을 직접 해볼 수 있다.

- 화학공학자의 역할과 화학공학의 분야에 대하여 설명할 수 있다.

3. STEAM 과목 요소

○ S : 비타민C 분자구조, 해열진통제 합성구조

○ T/E : 시험관 설계 제작, 증류장치 조정

○ A：보고서 쓰기

○ M：수득률 계산하기

4. STEAM 단계 요소

○

상황제시

- 자기주변에 있는 사물 중 화학공학의 영향이 미친 물질 찾아보기

- 화학공학자들은 어떠한 장비를 다룰지 생각해보기

- 화학공학 기술이 발달하기 전에는 어떠했을까?

- 화학공학자들의 직업은 무엇이 있을까?

○

창의적 설계

- 정류에 의한 액-액 분리 실습하기

- 실험관 설계하기

- 해열 진통제 합성 및 정제 실험하기

- 음료수에 들어있는 비타민 C 정량 분석 실험하기

○

감성적 체험(성공의 경험 등) - 나만의 합성물질 상상해보기

- 실험보고서를 작성함으로써 자신의 활동을 돌아보고 의미를 되새기기

- 이론상 실험 결과와 실제 실험결과에 차이가 있는 이유 설명하기

- 자신의 진로 설계해보기

- 7 -

차시 과목 단원 주제 학습내용

1차시 과학 기술

(중)과학과 인류 문명

(중)기술의 세계 분야의 기술과 발 명

우리의 삶과 화 학공학

 일상생활에서 찾아볼 수 있는 화학공학의 비밀 ^Co 자기주변에 있는 사물 중 화학공학의 영향이 미친

물질 찾아보기

CD 고분자 물질에 대해서 알아보고 주변에 있는 고분자 물질을 알아보기

ET 나만의 합성물질 생각해보기

2~3차 시

과학 기술 화법과

작문

(중)물질과 에너 지 분야의 물질의 구성과 특성 (중)여러 가지 화 학 반응과 규칙성 (중)기술의 세계 분야의 기술과 발 명

(중)학습을 위한 글쓰기

화학공학자들 은 어떠한 장 비를 다룰까?

 화학공학자들은 어떠한 장비를 다룰지 생각해보기 ^Co 원유에서 석유를 분리하는 방법 생각해보기 ^Co 다양한 모양의 실험관은 어떻게 만드는 걸지 생각해

보기

^CD 정류에 의한 액-액 분리 실습하기 ^CD 시험관 설계하기

^ET 액-액 분리 실습과 시험관 설계보고서 작성

4~5차 시

과학 기술 수학

(중)여러 가지 화 학 반응과 규칙성 (중)과학과 인류 문명

( 중) 생명기술과 미래의 기술 (중)문자와 식 영 역의 문자의 사용 과 식의 값

오늘은 나도 CNU 제약회사

연구원

 해열진통제 실험과 비타민 C 용량 분석하기

 이론상과 실제 실험 간의 차이

^Co 약을 개발하기까지 어떠한 과정을 거쳤을지 생각해 보기

Co 해열진통제와 비타민C 추출하는 이론적 방법 알아보 기

CD 해열 진통제 합성 및 정제 실험하기

CD 음료수에 들어있는 비타민 C 정량 분석 후 비교하기 ^ET 이론상 수득률과 실제 실험의 수득률 계산해보기 ^ET 차이가 발생한 이유를 정리하기

6차시 진 로 와 직업

(중)직업 세계의 이해

(중)진로의 탐색

화학공학자에서 찾은 나의 모습

 화학공학의 분야에 대하여 알기 ^Co 화학공학자란 무엇일까?

^Co 화학공학의 분야는 어디까지 일까?

^Co 화학공학자의 역할을 무엇일까?

 진로 분야에 대한 질의응답

^ET 나만의 커리어 패스를 제작하여 성취감을 갖고 새로 운 문제에 대한 도전의식 가지기

5. 차시별 계획 총괄표

9

8 - 8 -

6. 교육 과정

수업단계 과목 단원 단원 학습 목표

STEAM 성취 목표/STEAM 요소

1-6차시

과학

(중)물질과 에너 지 분야의 물질의 구성과 특성 (중)여러 가지 화 학 반응과 규칙성 (중)과학과 인류 문명

-

물질의 특성을 이용하여 혼 합물을 각 물질로 분리할 수 있 고, 우리 생활 주변에서 이용되 고 있음을 이해한다.

-

화학 반응의 기본적 이해를 통해 화학적 변화를 알고 원소 기호를 이용하여 화학 반응식 으로 나타낼 수 있다.

-

첨단 기술과 기기가 과학 원 리를 응용한 것이며 다른 분야 와도 밀접하게 관련되어 발전 되어 왔음을 알 수 있다.

Co 자기주변에 있는 사물 중 화학 공학의 영향이 미친 물질 찾아 보기

Co 원유에서 석유를 분리하는 방 법 생각해보기

CD 해열 진통제 합성 및 정제 실 험하기

CD 음료수에 들어있는 비타민 C 정 량 분석 실험하기

수학

(중)문자와 식 영 역의 문자의 사용 과 식의 값

-

다양한 상황을 문자를 사용 한 식으로 나타내고 계산하여 여러 문제를 해결할 수 있다.

ET 이론상 수득률과 실제 실험의 수득률 계산해보기

기술

(중)기술의 세계 분야의 기술과 발 명

( 중 ) 생명기술과 미래의 기술

-

기술과 사회의 관계를 파악 하고, 기술적 문제 해결 과정을 이해하며, 스스로 제품을 고안 하고 설계할 수 있다.

-

우리 생활 속에서 생명 기술 의 활용과 원리를 이해하고 이 와 관련된 직업 세계를 설명할 수 있다.

CD 고분자 물질에 대해서 알아보고 주변에 있는 고분자 물질을 알아 보기

CD 나만의 합성물질 생각해보기

화법과 작문

(중)학습을 위한 글쓰기

-

다양한 작문 과제에 대하여 논술문, 논문, 요약문, 실험 또 는 탐구 보고서 등 여러 가지 종류의 글을 쓴다.

ET 정류에 의한 액-액 분리 실습 과 시험관 설계하기에 관한 보 고서 작성

진로와직업 (중)직업 세계의 이해, 진로의 탐색

-

직업 세계의 다양성을 이해 하고 이를 진로탐색에 활용한 다. 관심 있는 직업에 종사하는 직업인의 모델을 찾아보고, 그 들의 진로 선택 과정과 직업 생 활 등을 탐색한다.

Co 화학공학자 직업은 무엇이 있 을까?

Co 나와 화학 공학자는 어떤 관계 일까?

ET 나만의 커리어 패스를 제작하 여 성취감을 갖고 새로운 문제 에 대한 도전의식 가지기

7. 평가 계획

연번 평가 기준 방법

1 흥미를 가지고 수업에 참여하는가? 관찰 평가

2 실험도구를 가지고 진지하게 실험하는가? 수행 평가

3 보고서를 객관적이고 자세하게 기록하였는가? 작품 평가

- 9 -

과목

^{과학/기술 수업차시 1/6}

단원

(중)과학 : 물질과 에너지 -물질의 구성과 특성 (중)기술 : 기술의 세계 - 기술과 발명

교육과정

물질의 구성과 특성에 대한 자료를 살펴보고 화학 공학과의 연계 학습을 추출한다. 이를 통해 생 활에서 기술을 유용하게 활용할 수 있는 예를 찾아보고 기술과 관련된 문제를 탐구할 수 있다. 이 때, 기술적 문제해결 과정 및 발명을 통해 문제를 해결한다.

학습목표

1. 우리 주변에서 볼 수 있는 화학공학의 영향을 미친 제품을 찾을 수 있다.

2. 현재 쓰이고 있는 고분자 물질과 새로운 합성물질에 대해서 설명할 수 있다.

3. 고분자 물질과 새로운 합성물질을 개발한 화학자를 알 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (10분)

 문제해결에 필요한 교육과정 내용 탐구하기

Co 화학공학과 고분자와 관련된 동영상 시청

․ 화학공학과 고분자관련 동영상 시청을 통해 흥미를 유발한다.

․ 동영상 : http://www.youtube.com/watch?v=NP55_Un_Dq0

컴퓨터 빔프로젝터 ppt

학습활동 (30분)

 일상생활에서 찾아볼 수 있는 화학공학의 비밀 확인하기

Co 자기주변에 있는 사물 중 화학공학의 영향이 미친 물질 찾아보기

․ 화학공학이 영향을 준 제품 리스트를 적어본다.

Tip! 화학공학이 주변에서 쉽게 보일 수 있는 제품이라는 인식으로 접근할 수 있도록 한다.

CD 고분자 물질에 대해서 알아보고 주변에 있는 고분자 물질을 알아보기

․ 대표적인 고분자 물질을 알아본다.

CD 나만의 합성물질 생각해보기

․ 5-6명의 모둠으로 모여 다양한 아이디어 산출을 위하여 브레인스토밍을 한다.

Tip! 다양한 아이디어가 자유롭게 나올 수 있도록 한다.

컴퓨터 빔프로젝터 ppt 발표용 종이

마무리 (5분)

 나만의 합성물질 소개하기

ET 우리 조에서 생각한 합성물질 소개

․ 다양한 아이디어 중 하나를 선정한 후 모둠별로 발표를 한다.

․ 다음 차시에 할 활동을 소개한다.

컴퓨터 빔프로젝터 ppt

지도상의 유의점

․ 자유롭게 아이디어를 고안할 수 있도록 한다.

․ 아이디어를 구체적 표현하여 전달할 수 있도록 한다.

8. 차시별 교수학습과정

CNU 케미스토리(Chemi-story)

11

10 - 10 -

과목

^{과학/기술 수업차시 2-3/6}

단원

(중)과학 : 물질과 에너지 - 물질의 구성과 특성 (중)기술 : 기술의 세계 - 기술과 발명

(중)화법과 작문 : 글의 유형 - 학습을 위한 글쓰기

교육과정

물질의 특성을 이용하여 혼합물을 각 물질로 분리할 수 있고, 우리 생활 주변에서 이용되고 있음을 이해한 다. 이 과정에서 기술과 사회의 관계를 파악하고, 실험을 통해 기술의 각 영역별 활용방법, 화학 반응의 기 본적 이해를 통해 화학적 변화를 학습한다.

학습목표

1. 공학자들이 다루는 장비에 대하여 설명할 수 있다.

2. 화학공학 실험에 쓰이는 중장비를 다룰 수 있다.

3. 실험보고서를 작성함으로써 자신의 활동을 돌아보고 의미를 되새길 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (10분)

 문제해결에 필요한 교육과정 내용 탐구하기

Co 원유분리와 관련된 동영상 시청

․ 원유분리와 관련 동영상 시청을 통해 흥미를 유발한다.

․ 동영상 : http://www.youtube.com/watch?v=eepGO0FrQAo

컴퓨터 빔프로젝터 ppt

학습활동 (60분)

 공학자들은 어떠한 장비를 다룰지 생각해보기

Co 원유에서 석유를 분리하는 방법 생각해보기

․ 동영상을 참고하여 원유를 분리하는 과정에 대하여 알아본다.

․ 액체와 액체가 분리되는 원리와 원유과 분리되는 과정을 비교해본다.

CD 정류에 의한 액-액 분리 실습하기

․ 증류장치를 이용하여 증류수와 에탄올을 분리하도록 한다.

․ 실험을 마친 후 증류장치의 원리에 대하여 정리해보도록 한다.

Tip! 증류장치가 가열되는데 오래 걸리므로 증류장치를 미리 가동시킨다.

Co 다양한 모양의 시험관은 어떻게 만드는 걸지 생각해보기

․ 실험실에 있는 다양한 모양의 시험관을 찾아본다.

․ 다양한 모양의 시험관을 제작하는 원리에 대하여 알아본다.

CD 시험관 설계 및 제작하기

․ 만들고자 하는 실험관을 설계한 후 스케치 한다.

․ 스케치한 시험관을 안전장비를 착용한 후 제작한다.

정류장치 물 에탄올 가열장치 활동지

마무리 (20분)

 실험보고서 작성

ET 액-액 분리 실습과 시험관 설계하기에 관한 보고서 작성

․ 실험 진행 과정과 실험 결과에 관한 보고서를 작성하도록 한다.

․ 실험 과정 중 자신이 미비하였던 점과 개선 방향에 대해 작성한다.

․ 다음 차시에 할 활동을 소개한다.

필기도구

지도상의

유의점

․ 학생의 안전에 유의하도록 한다.

․ 실험보고서를 성실히 작성하도록 지도한다.

- 11 -

과목

^{과학/수학/기술 수업차시 4-5/6}

단원

(중)과학: 물질과 에너지 - 여러 가지 화학 반응과 규칙성, 과학과 인류문명 (중)기술 : 기술의 세계 - 기술과 발명, 생명기술과 미래의 기술

(중)수학 : 문자와 식 - 문자의 사용과 식의 값

교육과정

과학자들의 노력에 의해 얻어진 아스피린의 사회적 영향에 대해 살펴보고, 여러 가지 화학 반응과 제조과정을 학습한다. 이 과정에서 관련 용어를 정의하고 이해하며, 비타민C 추출 실험에서는 문 자를 사용한 수식 계산과 기술적 문제 해결 과정을 논리적으로 이해할 수 있다.

학습목표

1. 화학공학자들이 다루는 장비에 대하여 설명할 수 있다.

2. 화학 실험에 쓰이는 실험 장비를 다룰 수 있다.

3. 실험보고서를 작성함으로써 자신의 활동을 돌아보고 의미를 되새길 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (10분)

 문제해결에 필요한 교육과정 내용 탐구하기

Co 약이 개발되기 전에는 어떠하였을지 적어보기

․ 아스피린이 어떻게 개발되었는지 읽어본다.

․ 약이 개발되기 전에는 어떠한 삶을 살았을지 적어본다.

컴퓨터 빔프로젝터 ppt

학습활동 (60분)

 해열진통제 실험과 비타민 C 정량 분석하기

 이론상과 실제 실험 간의 차이

^Co 약을 개발하기까지 어떠한 과정을 거쳤을지 생각해보기

․ 약품의 필요성에 대하여 생각해본다.

․ 약품의 제조 과정에 대하여 알아본다.

CD 해열 진통제 합성 및 정제 실험하기

․ 에스테르화 반응, 무수물, 재결정화 등과 같은 화학 용어를 정리한다.

․ 재결정된 해열 진통제를 건조기에 넣는다.

CD 음료수에 들어있는 비타민 C 정량 분석 실험하기 ․ 비타민C의 화학구조에 대하여 알아본다.

․ 산화-환원구조를 이용하여 비타민 C를 추출한다.

․ 여러 가지 음료수 중에서 비타민 C가 가장 많은 음료수를 찾아본다.

Tip! 해열진통제가 건조되는 시간이 있으므로, 비타민C 정량분석 후 해열진통 제의 수득률을 계산하도록 한다.

ET 이론상 수득률과 실제 실험의 수득률 계산해보기

․ 해열진통제를 건조기에서 꺼내 수득률을 계산해본다.

증류장치 물 에탄올 가열장치 핀셋 시험관 저울

메스실린더 온도계 거름종이 피펫 아세트산 살리실산 인산 석유 에테르 얼음 에틸에테르

음료수

마무리 (20분)

 실험보고서 작성

ET 비타민 C정량 분석에 관한 보고서 작성

․ 실험 진행 과정과 실험 결과에 관한 보고서를 작성하도록 한다.

ET 이론상 수득률과 실험의 수득률에 차이가 발생한 이유 알기

․ 이론상 실험과 실험상 실험과의 차이가 발생한 이유에 대하여 정리한다.

․ 다음 차시 활동을 소개한다.

필기도구

지도상의 유의점

․ 학생의 안전에 유의하도록 한다.

․ 전(前) 차시에 제작하였던 실험관을 사용하여 실험할 수 있도록 한다.

13

12 - 12 -

과목

^{과학/기술 수업차시 6/6}

단원

^(중)과학 : 과학과 인류문명

(중)기술 : 기술의 세계 - 생명기술과 미래의 기술

교육과정

학생 수준에서 이루어진 관찰, 실험, 조사를 바탕으로 개별활동과 모둠활동을 통해 자신의 의견을 과학적인 방법으로 제시한다. 과학이 일상생활에 미치는 영향을 알게 하고 화학공학과 관련된 직 업 세계를 탐색하는 과정에서 포트폴리오 평가를 도입해 다양한 방법으로 진로설계를 할 수 있도 록 한다.

학습목표

1. 공학자들이 다루는 장비에 대하여 설명할 수 있다.

2. 화학 실험에 쓰이는 실험 장비를 다룰 수 있다.

3. 실험보고서를 작성함으로써 자신의 활동을 돌아보고 의미를 되새길 수 있다.

학습과정 교수 ‧ 학습 활동 준비물

도입 (15분)

 문제해결에 필요한 교육과정 내용 탐구하기

Co 화학공학자란 무엇인가

․ 화학공학의 이미지에 대해서 찾아본다.

․ 화학공학 분야가 필요로 하는 직업은 무엇인지 찾아본다.

컴퓨터 빔프로젝터 ppt

학습활동 (20분)

 나와 화학공학자는 어떤 관계일까? 직업탐색하기

 나만의 커리어패스 완성하기

Co 나에 대해서 알아보자.

․ 학생 개개인이 좋아하는 과목과 성격에 대해서 쓰게 한다.

Co 나와 가장 잘 어울리는 화학공학자를 알아보자!

․ 화학공학자와 나와의 공통점을 찾아본다.

․ 화학공학 직업 분야 중 하고 싶은 직업을 적어본다.

ET 나만의 커리어 패스를 제작하여 성취감을 갖고 새로운 문제에 대한 도전 의식 가지기

․ 내가 원하는 직업을 갖기 위한 진로 설계를 해본다.

활동지 필기도구

마무리 (10분)

 커리어패스와 실험보고서 발표

ET 커리어패스 완성하기

․ 커리어패스를 발표 하도록 활동지에 정리하고 모둠원들과 공유한다.

활동지 필기도구

지도상의

유의점

․ 실현 가능하도록 구체적으로 작성한다.

- 13 -

지금 주변에서 화학공학의 영향이 미친 물건을 찾아보세요.

몇 개나 찾았나요? 어렵다고요? 사실 화학공학은 우리 삶에 서 매우 가까운 부분을 차지하고 있어요.

일상에서 흔히 볼 수 있는 페트병, 현대인들의 필수품이 된 테이크아웃 음료.

지금 앉아있는 책상, 의자 집에 있는 컴퓨터, 이 모든 것들이 플라스틱으로 되어 있습니다.

거리에서는 나일론, 폴리에스테르가 포함된 옷을 입고 각종 음식을 통해 단백질, 탄수화물을 섭취해 에너지를 얻고 있습 니다.

놀랍게도 이들은 모두 고분자 화합물입니다. 고분자는 바로 화학공학의 한 분야입니다.

일상생활에서 흔히 볼 수 있는 화학공학 기술은 최근 첨단산업과 함께 융합되어 인류의 삶의 질을 높이는 기술로 새롭게 태어나고 있습니다.

우리 주변의 화학공학

1차시

1 [생각 열기] 일상생활에서 찾아볼 수 있는 화학공학

화학공학이란 무엇일까?

글쎄 어려운 실험이 아닐까?

우리가 접할 수 없는 것들을 만들 것 같은데...

화학공학이라는 말은 많이 들어봤는 데? 화학공학은 실험을 하는게 아닐

까?

화학공학은 친숙하지 않은 것 같아.

어려워

그럼 화학공학에서는 어떤 실험을 할 까?

화학공학에 대해서 이번 시간에 한번 알아보도록 하자!

읽어보기

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14 - 14 -

제품 사진 우리생활의 이용

・플라스틱

- 물병이나 주스 등을 담는데 사용된다.

・원유

- 자동차에 넣는 석유가 될 수 있다.

・식품

- 음식의 유통기한을 늘리는데 사용될 수 있다.

・고무

- 자동차 타이어를 만드는데 사용된다.

・약품

- 에볼라 바이러스를 치료하는 신약이 될 수 있다.

❒ 일상생활에서 볼 수 있는 화학공학의 제품이 어떤 것들이 있으며 우리생활 에서 어떻게 이용되고 있는지 조사해보자.

지도 시 유의사항

학생들이 자신의 의견을 자유롭게 써볼 수 있도록 하며, 잘된 아이디어는 발표를 할 수 있도록 지도한다.

- 15 - 천연고분자 물질

다이아몬드 흑연

고무 셀룰로오스

합성 고분자 물질

나일론 페놀 수지

분자량(분자의 무게)이 큰 화합물. 고분자는 저분자와 크게 다른 성질(물리적 성질 과 화학적 성질)을 가지고 있습니다. 또한 다당류, 단백질, 핵산, 천연 고무 등의 천연 고분자와의 반응에 의해 얻어진 폴리에틸렌이나 폴리에스테르 등과 같은 합 성 고분자가 있습니다. 최근에는 탄소를 포함하지 않은 무기 고분자 연구도 진행 되고 있습니다.

2 [생각 펼치기] 고분자 물질의 종류에는 무엇이 있을까?

❒ 한번 읽어볼까요?

∙ 고분자란 무엇일까요?

❒ 고분자 물질에는 무엇이 있을까요?

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- 16 -

플라스틱 + 유리? 고무가 들어가 있는 섬유? 다양한 물질을 합성해볼까요?

나만의 합성물질을 생각해 봅시다. 어떤 물질의 합성인가요?

나만의 합성물질은 어떤 모양을 하고 있는지 그려볼까요?

개발한 합성물질은 어디에서 쓰고, 어떤 방법으로 쓰일 수 있을까요?

❒ 나만의 합성물질 생각해보기

지도 시 유의사항

학생들이 자신의 의견을 자유롭게 써볼 수 있도록 하며, 잘된 아이디어는 발표를 할 수 있도록 지도한다.

- 17 -

연필심으로 쓰이는 흑연 즉 ‘그래파이트(graphite)’와 탄소이중결 합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 ‘-ene’를 결합하여 만든 용어.

강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하 는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높습니다. 또 탄성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않습니다. 이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜 브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 차세대 나노물질로 각광받고 있습니다.

그래핀

일반 플라스틱에 유리 섬유 보강한 플라스틱입니다. 폴리에스테 르 등의 플라스틱에 유리 섬유를 넣어서 강화한 것으로 인장과 내충격 세기가 강합니다. 안전 헬멧, 장대 높이뛰기의 봉, 고급 낚시대, 의자, 테이블, 보트, 자동차의 몸체 등에 쓰이고 있습니 다. 현재 다양한 재료와 플라스틱을 혼합한 복합플라스틱이 많 이 연구되고 있습니다.

섬유강화복합플라스틱

파인 세라믹스는 유리, 도자기 등의 일반 세라믹스와는 다른 주 목받는 신소재입니다. 세라믹스의 특징인 내열, 내식, 전기절연 성 등을 최대한 고도화시켜 활용하는 과학 분야 혹은 그 제품을 말합니다. 탄소, 질소, 규소 등 지구상에 무진장 부존되어 있는 원소를 유용하게 쓸 수 있는 과학 분야 입니다. 금속을 대체할 새 세대의 신소재로, 전기통신, 항공, 우주, 원자력, 해양개발 등 의 재료나 제품으로 널리 사용되어지고 있습니다.

파인 세라믹스

❒ 참고자료

∙ 신소재 물질은 무엇이 있을까요?

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18 - 18 -

원유에서 석유를 어떻게 분리할까요? 동영상의 내용을 보 고 그림과 설명을 이용해 자유롭게 기술해 보세요.

다양한 모양의 유리관은 어떻게 제작할까요? 그림과 설명 을 이용해 자유롭게 기술해 보세요.

화학공학자들은 어떤 장비를 다룰까?

2-3차시

1 [생각 열기] 화학공학자들은 어떠한 장비를 다룰지 생각해보기

액체인데 분리가 가능하다는거야?

그럼 이뿐만 아니라 여러 가지 실험장 비를 사용해서 실험을 하지!

무슨 장비를 이용하는지 한번 알아보 자!

화학공학은 생각보다 우리 주변에서 친숙 하게 이용되고 있지?

응, 그렇지만 화학공학이 어떻게 이용되지 는 잘 모르겠어!

어렵게 생각할 것 없어! 꼬꼬 너가 마시는 물과 다른 액체가 섞여있을 때 그것을 분 리하는 것도 화학공학을 활용한 방법중에 하나야!

지도 시 유의사항

동영상 시청을 통해 실험의 전체적인 목적을 알 수 있으므로, 학생들이 집중하여 동영상을 볼 수 있게 지도한다.

- 19 -

2 [생각 펼치기] 화학공학 장비를 이용한 실습

❒ 정류에 의한 액-액 분리 실습하기

이 실험의 목적은 정류에 의한 액-액분리 실험을 통해 원유 분리의 원리를 알 고 화학공학의 분야를 폭넓게 이해할 수 있기 때문에 실험을 수행합니다.

정류는 액체 혼합물을 여러 성분으로 분리하거나 혼합물을 초기의 혼합물과는 다른 특성을 가진 혼합물로 분리하는데 사용됩니다.

분리는 혼합물 특징인 상대적인 비점(끓는점) 차이에 기초하고 있습니다. 정류는 화학 산업 중에서 가장 중요한 분리공정 중의 하나이고 대표적인 가장 많이 알려 진 공정으로는 석유정제공정이 있습니다.

이 실험은 화학공학 실험 전반에서 적용될 수 있으며, 특히 원유로부터 각 원 료(디젤, 휘발유, 등유 등)를 분류하는 공정에 적용되고 있습니다. 또한 높은 순 도의 원료를 제작 시에도 사용될 수 있습니다.

❒ 시험관 설계 제작하기

이 실험은 실험관 및 스포이트를 만드는 실험으로 실험관과 스포이트를 직접 만 들어 봄으로서 실험에 필요한 실험관을 설계하고 제작하여, 그 쓰임을 확실히 이 해하고 실제 제작한 실험기구를 실험에 활용함으로서 화학공학 실험을 준비하는 실습법입니다.

유리는 완전한 결정형 고체가 아니며, 녹는점이 명확하지 않습니다. 그렇기 때문 에 유리를 가열하게 될 경우 물렁물렁하게 변하는데 이때 유리를 손쉽게 원하는 형태로 유리세공을 할 수 있습니다.

필요한 형태의 실험관을 스케치 한 후, 스케치한 시험관을 직접 제작해 봅시다.

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- 20 -

3 [생각 펼치기]정류에 의한 액-액 분리 실습

❒ 실험방법 하기

∙ 준비물

- 기구 : 정류장치, 증류수, 에탄올, 굴절계

① 에탄올과 증류수를 1:1의 비율로 1 리터 준비한다.

② 이 혼합물을 정류 플라스크에 채운다.

③ 증기의 냉각을 위해 냉각수 밸브를 열고, 가열동력발생기를 에탄올의 끓는점보다 3℃ 높게 조절한다.

(에탄올의 끓는점 : 85.5℃)

④ 증류 플라스크에서 증기가 발생하여 탑상부의 응축기에서 응축되기 시작하면, 환류조절기를 켜고 탑상 부에서 응축된 고농도의 액상 에탄올을 정류탑 내부로 공급해준다.

⑤ 디지털 온도계와 온도 기록계를 이용하여, 플라스크 내 시료, 탑 각 부위 온도를 측정한다.

⑥ 플라스크 내 시료, 탑 각 부위의 온도가 일정해지는 즉 평형에 도달할 때까지 기다린다.

⑦ 평형상태에 도달 후 시료 채취기로 증류장치의 밑에 있는 생성물을 채취하고, 탑상 생성물을 채취하고, 주사기로 탑의 3번째, 8번째 단의 액체도 채취한다.

⑧ 각 혼합물은 특정한 굴절률이 있으므로, 굴절률을 측정하여 분석한다.

⑨ 미리 측정한 물-에탄올 검정곡선을 이용하여, 각 시료의 조성을 측정한다.

⑩ 환류 조절기에서 다른 환류비로 조절한 후 ⑤ ~ ⑨를 반복한다.

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4 [생각 펼치기]시험관 설계 제작하기

❒ 실험방법

∙ 준비물

- 기구 : 유리세공용 버너, 줄칼, 핀셋, 산소봄베, 유리관

① 실험관 설계 : 만들고자 하는 실험관을 스케치한다.

② 가스버너 : 유리를 가열할 때에는 불꽃 중앙부의 약간 윗부분인 온도가 가장 높은 겉불꽃에서 가열 하여야 한다.

③ 유리관 자르기 : 유리관을 자르는 데는 대체로 줄을 사용하여 유리관에 대고 1-2회 한쪽 방향으로 그으면 흡집이 나는데 이때 생긴 흠집을 양쪽 손으로 쥐고 길게 당기는 기분으로 유리를 꺾는다.

④ 유리관 끝 다듬기 : 자른 유리관은 절단부분이 면도날처럼 날카롭기 때문에 버너의 불꽃 중앙에서 관을 회전시키면서 고르게 가열하여 끝을 둥글게 다듬는다.

⑤ 유리관 가늘게 뽑기 : 유리관을 지면과 수평으로 잡고 회전시키면서 고르게 가열하여 유리가 액체의 성질을 띠면 천천히 두 손으로 잡아당겨 필요한 굵기만큼 뽑은 후, 한쪽 끝을 잡고 지면과 수직되게 세워 유리가 굳을 때까지 기다리고 이후 냉각시킨다.

⑥ 유리관을 구부리는 법 : 유리관을 두 손으로 수평이 되게 쥐고, 서서히 돌리면서 구부리는 곳을 균일 하게 가열한다. 이때 유리관이 충분히 물러졌을 때 불꽃에서 꺼내서 구부린다.

※ 주의 : 버너에 불을 붙일 땐 불꽃을 먼저 버너에 댄 후 밸브를 열어 불을 붙여야 한다. 반대로 할 경우 그 동안에 가스가 갑자기 폭발하여 심한 화상을 입기 쉬우므로 각별히 주의해야 한다.

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5 [생각 다지기]실험보고서 쓰기

작성자 일시

주제 정류에 의한 액-액 분리 실습하기

실험과정

① ( )과 ( )를 정류 플라스크에 채운다.

② 냉각수 밸브를 열고, 가열동력발생기를 88.5℃로 조절한다.

③ 환류조절기를 켜고 응축된 고농도의 액상 ( )을 정류탑 내부로 공급해 준다.

④ 플라스크 내 시료, 탑 각 부위 온도를 측정하고, 탑 각 부위의 온도가 일 정해지는 즉 평형에 도달할 때까지 기다린다.

⑤ 평형상태에 도달 후 시료 채취기로 증류장치의 생성물을 채취한다.

⑥ 채취한 시료의 ( )을 측정하여 분석한다.

⑦ 미리 측정한 물-에탄올 검정곡선을 이용하여, 각 시료의 조성을 측정한다.

실험결과

1. 채취한 시료의 굴절률은 어떠했나요?

2. 채취한 시료들의 조성은 어떠하였나요?

더 나은 실험결과를 위해 개선할 점

지도 시 유의사항

학생들이 연구실 물품 및 장비들을 만지지 않도록 주의시키고, 연구실 이동시 인솔자를 통해 안전하게 이동할 수 있도록 한다.

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5 [생각 다지기]실험보고서 쓰기

작성자 일시

주제 시험관 설계 제작하기

실험과정

① 제작할 실험관을 스케치한다.

② 버너를 켜고 ( )에서 유리관을 가열 한다.

③ 스케치한 모양대로 유리관을 자른다.

④ 잘려진 유리관의 뾰족한 끝을 정리고 원하는 모양대로 유리관의 끝을 다 듬는다.

⑤ 유리관 가늘게 뽑거나 구부리면서 원하는 모양대로 만든다.

주의할 점

버너에 불을 붙일 땐 불꽃을 먼저 버너에 댄 후 밸브를 열어 불을 붙여야 한 다. 반대로 할 경우 그 동안에 가스가 갑자기 폭발하여 심한 화상을 입기 쉬 우므로 각별히 주의해야 한다.

실험결과

1. 내가 만든 실험관 모양

2. 내가 만든 실험관은 어떤 쓰임새가 있나요?

더 나은 실험결과를

위해 개선할 점

^.

지도 시 유의사항

학생들이 연구실 물품 및 장비들을 만지지 않도록 주의시키고, 연구실 이동시 인솔자를 통해 안전하게 이동할 수 있도록 한다. 특히 이 실험은 불로 유리를 가열해야 함으로 안전에 유의하도록 한다.

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24 - 24 -

오늘은 나도 CNU 제약회사 연구원

4-5차시

1 [생각 열기] 화학공학 기술이 발달하기 전에는 어떠하였을까?

액체분리도 해보고 실험관도 만들어 보고 진짜 화학공학자가 된 것 같아!

으이구 얼마나 배웠다고 머리가 아프냐!

해열진통제가 어디 있어야 할텐데...

아까 화학공학자는 제약업계와 식품 업계에도 종사한다고 배운 것 같은데 화학공학자의 분야는 정말 다양하다!

아 그런데 음료수에는 진짜 비타민C가 있 는 걸까? 그냥 물에다가 향만 넣은거 아 니야?

나는 너무 많이 배웠더니 머리가 아 프고 피곤해~ 음료수나 마셔야지!

음 글쎄... 그럼 해열진통제를 만들어보고, 여러 가지 음료수의 비타민을 측정해 볼 까?

아스피린은 의학의 아버지 히포크라테스는 이미 2500여년 전에, 버드나무 껍질, 즉 화학적 으로 정제되지 않은 일종의 초창기 아스피린을 주성분으로 한 생약을 처방 하였습니다. 하지 만 버드나무 껍질에는 산성질로 이루어져 있어 부작용이 많았습니다. 두통을 치료려다가 위에 문제를 일으켰죠. 이후 화학자인 펠리스 호프만은 무수아세트산과 살리실산의 에스테르화 반 응을 이용하여 아스피린을 개발하는데 성공하였습니다. 이후 아스피린은 가정용 상비약에서부 터 예방약까지 100여년 동안 전 인류로부터 사랑 받아왔습니다_.

약이 개발되기 전에는 어떠한 삶을 살았을까요? 자유롭게 적어보세요.

읽어보기

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2 [생각 펼치기]음료에 들어있는 비타민 C 정량 분석 정량 분석하기

비타민C

❒ 음료수에 들어있는 비타민 C 정량 분석

여러분은 음료수를 자주 마시나요? 우리가 건강을 위해서 마시는 오렌지쥬스, 비 타민 음료 등에는 과연 얼마만큼의 비타민이 들어있을지 생각해 본적 있나요?

내가 좋아하는 여러 가지 음료수 중에 비타민 C가 가장 많이 들어있는 음료수를 찾는 실험을 해봅시다.

이 실험은 다음과 같은 원리를 이용합니다.

물질 간의 전자 이동으로 산화와 환원 반응이 동시에 일어납니다. 전자를 잃은 쪽은 산화수가 증가하고 산화되며, 전자를 얻은 쪽은 산화수가 줄어들고 환원됩니 다. 이 때 잃은 전자수와 얻은 전자 수는 항상 같습니다.

비타민 C 는 지시약을 환원시켜 무색이 되게 합니다. 따라서 산성 용액 하에서 지시약은 시료 속의 비타민 C와 반응하여 무색이 되다가, 더 이상 반응할 비타민 C가 없게 되면 적색을 띠게 됩니다. 이 방법으로 비타민C를 정량할 수 있습니다.

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2 [생각 펼치기]음료에 들어있는 비타민 C 정량 분석 정량 분석하기

❒ 실험방법

∙ 준비물

- 시약 : 지시약(DPIP), 비타민 C, 오렌지 주스, 비타민 음료 A, 비타민 음료 B

- 기구 : 뷰렛 50 ㎖, 스탠드, 클램프, 깔대기, 삼각플라스크 100 ㎖ (3개), 부피 플라스 크 100 ㎖(1개), 스포이드(1개), 메스실린더(실험관 제작하기에서 만든 실험관 활용)

- 실험 1. 비타민 C 표준용액으로 지시약 표준용액의 적정

① 지시약과 비타민 C 표준용액을 제조한다.

- 비타민 C 표준용액 : 비타민 C 0.01 g 을 정확하게 측정해서 100 ㎖ 부피 플라스크에 증류수 로 녹인다.

- 지시약 표준용액 : 지시약 0.038 g을 정확하게 측정해서 100 ㎖ 부피 플라스크에 류수로 녹인 다.

※ 비타민 C 표준용액을 제조할 때 비타민 C를 대략 0.01 g정도를 취하고 그 질량을 정확히 체크 하면 된다.

② 비타민 C 표준용액 약 5 ㎖를 이용해 뷰렛을 씻는다.

③ 뷰렛을 비타민 C 표준용액으로 채운다.

④ 지시약 표준용액 5 ㎖을 정확히 측정하여 100 ㎖ 삼각플라스크에 넣는다.

⑤ 용액의 색이 파란색에서 투명하게 변하면 실험이 완료된다.

⑥ 실험 간 오차가 0.1 ㎖이내가 되도록 실험을 3회 반복한다.

- 실험2. 음료에 들어있는 비타민 C 정량 분석

① 음료수 25 ㎖를 100 ㎖ 부피 플라스크에 넣고 증류수로 100 ㎖까지 묽힌다.

⇒ 이를 음료수 수용액이라고 하자(오렌지주스 수용액, 비타민음료A 수용액, 비타민음료B 수용 액)

② 각각의 음료수 수용액 약 5 ㎖를 이용해 뷰렛을 씻는다.

③ 각각의 뷰렛에 음료수 수용액으로 채운다.

④ DPIP 지시약 표준용액 5 ㎖를 정확히 측정하여 100 ㎖ 삼각플라스크에 넣는다.

⑤ 삼각플라스크 밑에 흰 종이를 깔고 적정을 시작한다.

⑥ 용액의 색이 파란 색에서 묽어진 음료수의 색으로 변하는데, 파란 색이 없어지는 시점이 종말점 이다.

⑦ 실험 간 오차가 0.1 ㎖ 이내가 되도록 실험을 3회 반복한다.

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항 목 계산값

실험 1에서 1 ㎖의 비타민 C 수용액에 들어있는 비타민 C의

질량

비타민증류수의부피_의질량

= ② 

① 

= g/㎖ = ⑦ mg/㎖

실험 1에서 지시약 표준용액 5

㎖에 반응하는 비타민 C의 질량

비타민  수용액의 부피 ×  수용액 당 비타민  질량

=③  ×

⑦ 

= ⑧ mg

실험 2 오렌지 주스 100 ㎖에 존재하는 비타민 C의 질량

오렌지주스의 부피비타민 의 질량 ×주스   ×  주스주스

=_④^{⑧ }_ ×   × 

= mg

실험 2 비타 500 100 ㎖에 존재하는 비타민C의 질량

비타 수용액의 부피비타민 의 질량 ×비타   ×  비타 비타 

=_⑤^{⑧ }_ ×   × 

❒ 비타민 C 계산 ∙ 측정값

항 목 측정값

실험 1 비타민 C 표준용액에서

비타민 C의 질량과 증류수의 부피 비타민 C의 질량① g, 증류수의 부피② ㎖ 실험 1 지시약 표준용액 5㎖에

반응하는 비타민 C 수용액의 부피 비타민 C 수용액의 부피 ③ ㎖ 실험 2 지시약 표준용액 5㎖에 반응하는

오렌지 주스 수용액의 부피 오렌지 주스 수용액의 부피 ④ ㎖ 실험 2 지시약 표준용액 5㎖에 반응하는

비타민음료 A 수용액의 부피 비타민음료 A 수용액의 부피 ⑤ ㎖ 실험 2 지시약 표준용액 5㎖에 반응하는

비타민 음료 B 수용액의 부피 비타민 음료 B 수용액의 부피 ⑥ ㎖

∙ 계산값

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28 - 28 -

= mg

실험 2 맥콜 100 ㎖에 존재하는 비타민C의 질량

맥콜 수용액의 부피비타민_{의 질량}

×맥콜   × 맥콜맥콜

=_⑥^{⑧ }_ ×   × 

= mg

❒ 내가 한 실험이 만족스럽나요? 실험 결과에 대하여 작성해 봅시다.

질문 답변

어떤 음료에서 비타민이 가장 많이 함유되어 있을 것이라고

생각했나요?

그 이유는 무엇인가요?

실험 결과는 어떤 과정을 거쳐 나오게 되었나요?

가장 많은 비타민을 함유한 음료는 무엇인가요?

지도 시 유의사항

학생들이 먼저 실험결과를 예상하도록 한 후, 실험을 진행하여 학생들의 흥미를 높이도록 한다.

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3 [생각 펼치기]해열 진통제 합성 및 정제 실험하기 정량 분석하기

❒ 아스피린 합성

해열진통제에 들어있는 살리실산이 주 물질인데 이는 자연물 중에 버드나무와 조팝 나무 껍질에 많이 들어 있습니다. 이집트의 기록에 보면 기원전 3000년 이전부터 버드 나무 껍질을 의학적으로 사용해 왔고 이는 18세기 영국에서 해열제로 공인되어 사용 되기 시작했습니다.

해열진통제인 아스피린은 해열제로 사용되다가 점차 진통제로 확대되었고 현재 혈전 에 대한 효과가 인식되어 심장병등 여러 혈액 질환 예방약로도 사용되기 시작하였습니 다.

이 실험에서는 소량의 인산을 촉매로 하여 아세트산 무수물과 살리실산응을 반응시켜 서 아스피린을 합성하고자 합니다. 살리실산의 알코올 부분과 아세트산 무수물이 반응 하면 아세트산 한 분자가 떨어지며 에스테르 화합물인 아스피린 한 분자가 생성됩니 다. 여기서 합성한 아스피린은 불순물의 많으므로 그대로 의약품으로 사용할 수는 없 습니다. 아스피린은 녹는점 135℃인 고체 화합물이므로, 재결정을 통하여 합성한 아스 피린을 정제할 수 있습니다.

31 30

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3 [생각 펼치기]해열 진통제 합성 및 정제 실험하기 정량 분석하기

❒ 실험방법

∙ 준비물

- 시약 : 살리실산(1 g), 아세트산 무수물(2 ㎖), 85% 인산

- 기구 : 비커(50 ㎖) 2개, 100 ㎖ 삼각플라스크, 저울, 물중탕기, 감압여과기, 유산지, 거름종이, 피펫(10 ㎖)

① 살리실산 1 g을 50 ㎖ 삼각플라스크에 넣고 아세트산 무수물 2 ㎖을 넣는다.

② 물중탕장치를 준비하여 삼각플라스크를 고정한다.

③ 85% 인산 3 ~ 4 방울을 촉매로 넣어주고 70 ~ 85℃로 유지하여 10분간 가열한다.

④ 이 용액에 남아있는 아세트산 무수물을 분해하기 위해 증류수 1 ㎖ 정도를 넣어준다.

(아세트산 증기가 발생하므로 실험실의 환기 주의)

⑤ 아세트산 증기가 더 이상 발생하지 않으면 물중탕에서 꺼내어 증류수 10 ㎖를 넣어 주고 얼음물을 이용하여 냉각시킨다.

⑥ 생성된 결정을 감압여과기로 걸러낸 후 5 ㎖ 의 얼음물로 씻고, 다른 거름종이로 옮겨 공기 중에서 10 ~ 20 분 동안 말려 무게를 잰다.

- 31 -

4

[생각 다지기]이론상 수득률과 실제 실험의 수득률 계산하기정량 분석하기

❒

화학공학자는 화학공장에 들어가는 원료 비용과 그로 인해 얻을 수 있는 생산물 질 량을 계산할 수 있어야 합니다. 수득률은 공급하는 원료에서 공정 후 얻을 수 있는 질량를 이야기 합니다. 한번 직접 수득률을 계산해볼까요?

항 목 계산값

사용한 살리실산 몰수(mol)

살리실산분자량살리실산무게

=  



= mol

사용한 무수아세트산 몰수(mol)

무수아세트산부피 × 밀도무수아세트산분자량 =_ 

 ×  

= mol

아스피린의 이론적 수율 (g)

살리실산 mol수 × 아스피린 분자량

= mol × 180.16 g/mol

= g

수득률(%)

실험치/이론치 × 100

= / g

= %

∙ 수득률 계산

- 측정값 (선을 따라가서 적으면 됩니다.)

항 목 측정값

사용한 살리실산 무게 g 사용한 무수아세트산 부피 ㎖ 얻은 아스피린 무게 g - 계산값

지도 시 유의사항

학생들이 다함께 계산을 할 수 있도록 칠판에 써서 수득률을 구하도록 지도한다.

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화학공학자에게서 찾은 나의 모습

6차시

1 [생각 열기] 화학 공학자 직업 탐색하기

좋아 결심했어! 나는 화학공학자가 될꺼야!

기존의 화학공학자의 모습에서 화학공학자 의 역할과 진로에 대해서 찾아봐야지!

나도 화학공학자가 될꺼야! 그런데 나는 아직 화학공학자가 무엇을 하는

지 잘 모르겠어

커리어패스를 이용하여 정리하면 더 잘 알 게 될 것 같아!

화학공학자가 되기 위해서는 무엇을 잘해야 할까?

전문가의 특강을 듣고 나만의 커리어패스 를 제작해봐야겠다!

민아 : 아! 드디어 실험을 다 끝냈어!

진짜 현장에 가서 일을 해보고 싶어!

창의 : 지금까지 배워본 결과 화학 공학은 한가지로 정의할 수 없는 것 같아. 전공 분야가 정말 다양하더라고!

민아 : 맞아, 화학공학과 안에도 여러 가지 연구실이 있었잖아.

창의 : 그럼 화학공학자도 여러 분야에 대해서 자세히 알아보자!

같이 알아볼래?

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2 [생각 펼치기] 화학공학자 직업은 무엇이 있을까?

‘화학공학자’라고 정의되는 직업은 없습니다.

화학공학을 전공한 전문가를 통칭하여 화학 공학자라고 하지요.

수많은 화학 공학자 직업군 중에서 나와 가장 잘 어울리는 화학 공학자를 찾아봅시다.

❒ 화학공학자란?

화학공학자는 일반적으로 원료를 알맞은 상태로 준비하고, 정류나 그와 유사한 공정 을 이용하여 생성물을 분리, 정제하고, 폐기물을 처리합니다. 궁극적으로 사람들에게 필요한 무엇인가를 만들어내고 원료에 가치를 더하는 일을 합니다. 또한 대형 석유화 학공장을 설계하고 건설을 감독하며 공장가동과 공정제어를 담당합니다.

화학 공학자를 생각하면 어떤 이미지가 떠오르나요? 자유롭게 적거나 그려보세요.

인터넷을 활용하여 화학공학 분야가 필요로 하는 직업은 무엇이 있는지 찾아보 세요.

직업명 하는 일

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3 [생각 펼치기] 나와 화학 공학자는 어떤 관계일까? 직업 탐색하기

‘화학 공학자’라고 정의되는 직업은 없습니다.

화학 공학을 전공한 전문가를 통틀어서 화학 공학자라고 부르지요.

수많은 화학 공학자 직업군 중에서 나와 가장 잘 어울리는 화학 공학자를 찾아봅시다.

❒ 나에 대해 자세히 알아보자!

나는 어떤 과목이 재미있나요? 또 내가 잘하는 과목은 무엇인가요?

나는 어떤 성격의 사람인가요?

□ 나와 가장 잘 어울리는 화학 공학자를 알아보자!

화학공학자와 나와의 공통점을 찾아보세요.

성격 분석적 사고 혁신 리더십 독립성 정직성

흥미 현실형 성격은 솔직하고 겸손하며 검소하지만 수줍음이 많고 고집이 센 편이다.

관습형 조직적이고 안정적이며 체계적인 일을 좋아한다.

직업 가치관

애국 개인의 이익보다 사회 또는 국가의 이익을 중요시 한다.

변화지향 일이 반복적이거나 정형화 되어 있지 않으며 다양하고 새로운 것을 경험 할 수 있는지를 중시하는 가치

지적 추구 늘 새로운 것에 관심이 많고 궁금증도 많다.

타인에 대한 영향 주도하기를 좋아하고 도전적이며 다른 사람과 교류하는 것을 좋아한다.

※ 나와 공통된 부분이 있다면 굵은 글씨(회색부분)에 동그라미를 그리세요.

화학 공학 전공 전문가와 상담 후 화학 공학자 중 내가 되고 싶은 분야의 직업이 있다면 적어보세요.

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4 [생각 다지기] 나만의 커리어 패스 작성하기

❒`화학 공학자가 되려면 어떻게 해야 될까? 각 나이에 맞게 무엇을 이룰 것인 지 커리어 패스를 작성해 보자

(을)를 직업으로 갖는 방법에는 어떤 것이 있을까요?

나만의 커리어패스(Career-Path) 완성하기 미래의 나의 직업

결정하기 최대한 구체적으로 작성하세요.

커리어 멘토 정하기

실제 그 직업에 종사하는 사람 혹은 관련 전공 대학(원)생을 멘토 로 정하는 것이 좋아요. 사람을 찾기 어렵다면 도서나 인터넷 검 색 등을 활용하세요.

해당 직업에 가까이 가기 위한 방법

찾아보기

최대한 다양한 방법을 찾아보세요.

자기 모습 되돌아보기 나의 성격, 적성, 흥미, 성적 등 나의 모습을 꼼꼼히 되돌아보세요.

커리어 목표 정하기 최대한 구체적이고 실현 가능한 목표로 정하세요.

짧은 기간에 이룰 수 있는 목표로 정하는 것이 좋아요

지도 시 유의사항

학생들이 작성하면서 궁금한 점은 빨리 해결할 수 있도록 각 조별로 멘토를 지정한다.

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MEMO