[물질과 에너지] 내용 체계 및 성취기준 (2022개정, 온라인암기장)

가. 내용 체계

핵심 아이디어		• 물질의 상태는 온도와 압력에 따라 변하며, 분자 간 상호작용에 따라 기체, 액체, 고체 상태로 존재하여 일상생활에 영향을 준다. • 고유한 성질을 가지는 물질들이 혼합된 용액에서 진하기의 정도에 따라 다양한 특성이 나타나고, 용액의 성질은 일상생활에서의 여러 현상을 설명한다. • 물질의 화학 변화 시 출입하는 에너지는 다양한 방식으로 구현되고, 에너지는 우리의 삶의 질을 향상시키는 데 중요하게 활용된다. • 화학 반응 속도는 농도, 온도, 촉매 등 다양한 요인에 의해 변하며, 이러한 변화는 환경적, 생물학적, 경제적으로 우리 생활에 영향을 미친다.
구분 범주		내용 요소
지식/이해	물질의 세 가지 상태	• 이상 기체 방정식 • 혼합 기체의 분압과 몰 분율 • 액체의 분자 간 상호작용과 성질 • 입자 배열에 따른 고체의 분류
	용액의 성질	• 물의 성질과 수소 결합 • 용액의 농도에 따른 증기압, 끓는점, 어는점 변화 • 삼투현상
	화학 변화의 자발성	• 엔탈피와 열화학 반응식 • 헤스 법칙 • 엔트로피
	반응 속도	• 반응 속도의 표현과 의미 • 반응 속도식 • 1차 반응의 반감기 • 활성화 에너지 • 반응 속도에 영향을 미치는 요인
과정/기능		• 물질 현상에서 문제 발견 및 가설 설정하기 • 변인을 조작적으로 정의하고, 탐구 설계하기 • 디지털 도구와 수학적 사고를 활용하여 정보를 수집/변환/해석하기 • 증거와 과학적 사고에 근거하여 자료를 분석/평가/추론하기 • 결론을 도출하고 물질 현상을 설명/예측하기 • 모형을 만들어 물질 현상을 해석하기 • 도출된 결론을 바탕으로 해결 방안에 대한 합리적 의사 결정하기 • 매체를 활용하여 의사소통/협업하기
가치/태도		• 과학의 심미적 가치 • 과학 유용성 • 자연과 과학에 대한 감수성 • 과학 창의성 • 과학 활동의 윤리성 • 과학 문제해결에 대한 개방성 • 안전/지속가능 사회에 기여 • 과학 문화 향유

 

나. 성취기준

(1) 물질의 세 가지 상태

[12물에01-01] 기체의 온도, 압력, 부피, 몰수 사이의 관계를 통합적으로 이해하고, 이상 기체 방정식을 근사적으로 활용하는 사례를 조사하여 화학의 유용함을 인식할 수 있다. [12물에01-02] 혼합 기체의 부분 압력과 몰 분율의 관계를 알고, 일상생활에서 유용하게 사용되는 혼합 기체에 호기심을 가질 수 있다. [12물에01-03] 물질이 액체로 존재할 수 있는 이유를 분자 간 상호작용으로 이해하고, 액체의 종류에 따라 끓는점이 달라짐을 설명할 수 있다. [12물에01-04] 고체를 결정과 비결정으로 구분하고, 결정성 고체를 화학 결합의 종류에 따라 분류할 수 있다.

<탐구 활동> • 이상 기체 방정식을 활용하여 기체의 종류를 확인할 수 있는 실험 설계하고 수행하기 • 수소 화합물의 끓는점에 영향을 주는 요인 추론하기

(가) 성취기준 해설

[12물에01-04] 결정 구조는 다루지 않고, 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합을 이용하여 결정성 고체를 이온 결정, 분자 결정, 공유 결정, 금속 결정으로 구분하는 수준으로 다룬다.

(나) 성취기준 적용 시 고려 사항

중학교 1~3학년군의 '물질의 상태 변화', '기체의 성질', '물질의 특성', 고등학교 '통합과학1'의 물질과 규칙성, '화학'의 화학의 언어, 물질의 구조와 성질과 연계된다.

모의실험을 통해 기체의 압력과 부피, 온도와 부피, 몰수와 부피 관계 등을 파악하여 디지털 소양을 함양하도록 지도한다.

물질이 온도와 압력에 따라 기체상, 액체상, 고체상으로 존재할 수 있음을 지도한다.

실험을 할 때는 개인 보호 장구를 착용한 후 실험실 안전 수칙에 따라 실험하고, 실험이 끝난 뒤 남은 물질은 화학 실험실 폐수 및 폐기물 처리 기준과 방법에 따라 처리할 수 있도록 한다.

 

(2) 용액의 성질

[12물에02-01] 다른 액체와 구별되는 물의 성질을 수소 결합으로 설명하고, 경이로운 물의 성질에 흥미를 느낄 수 있다. [12물에02-02] 실험 데이터를 이용하여 용액의 농도에 따른 증기압, 끓는점, 어는점의 변화를 비교하고, 일상생활에서 나타나는 사례와 연관 지어 설명할 수 있다. [12물에02-03] 용액의 농도에 따른 삼투현상을 이해하고, 일상생활에서 삼투현상이 나타나는 사례를 찾아 화학 원리가 유용하게 적용됨을 인식할 수 있다.

<탐구 활동> • 온도 센서를 이용하여 다양한 농도 조건에서 설탕물의 끓는점과 어는점 측정하기 • 농도와 삼투현상의 관계를 찾기 위한 실험 설계하고 수행하기

(가) 성취기준 해설

[12물에02-02] 끓는점 오름과 어는점 내림은 몰랄 농도 또는 몰 분율을 도입하여 다룬다.

(나) 성취기준 적용 시 고려 사항

중학교 1~3학년군의 '물질의 상태 변화', '물질의 특성', 고등학교 '화학'의 물질의 구조와 성질과 연계된다.

디지털 센서를 이용한 온도 데이터의 수집과 저장, 처리를 통해 데이터 기반 탐구 활동을 하도록 지도한다.

실험을 할 때는 개인 보호 장구를 착용한 후 실험실 안전 수칙에 따라 실험하고, 실험이 끝난 뒤 남은 물질은 화학 실험실 폐수 및 폐기물 처리 기준과 방법에 따라 처리할 수 있도록 한다.

 

(3) 화학 변화의 자발성

[12물에03-01] 엔탈피의 의미를 알고, 엔탈피를 이용하여 열화학 반응식을 표현할 수 있다. [12물에03-02] 측정하기 어려운 화학 반응의 엔탈피를 헤스 법칙으로 구하여 화학 법칙의 유용성을 인식할 수 있다. [12물에03-03] 엔트로피의 의미를 이해하고, 엔탈피와 엔트로피의 변화로 화학 변화의 자발성을 설명할 수 있다.

<탐구 활동> • 대체 연료와 화석 연료의 효율성을 비교하는 탐구하기 • 중화 반응으로 헤스 법칙을 확인하는 실험하기

(가) 성취기준 해설

[12물에03-01] 화학 반응에서 열의 출입에 관련된 내용으로 제한하며, 열역학 함수로서의 엔탈피는 다루지 않는다.

[12물에03-03] 깁스 자유 에너지는 다루지 않으며, 엔트로피는 정성적으로 다룬다.

(나) 성취기준 적용 시 고려 사항

중학교 1~3학년군의 '물질의 상태 변화'와 '화학 반응의 규칙성', 고등학교 '통합과학2'의 변화와 다양성과 연계된다.

화학 반응의 엔탈피 변화 그림, 열화학 반응식 등 다양한 자료를 활용하여 헤스 법칙을 해석하도록 지도한다.

대체 연료는 수소, 에탄올 등과 같이 간단한 물질을 다루고, 연소 시 단위 질량이나 단위 부피당 반응 엔탈피를 화석 연료와 비교하여 연료의 효율성을 판단하도록 지도한다.

실험을 할 때는 개인 보호 장구를 착용한 후 실험실 안전 수칙에 따라 실험하고, 실험이 끝난 뒤 남은 물질은 화학 실험실 폐수 및 폐기물 처리 기준과 방법에 따라 처리할 수 있도록 한다.

 

(4) 반응 속도

[12물에04-01] 화학 반응 속도를 반응물의 농도로 표현할 수 있음을 알고, 자료 해석을 통하여 반응 속도식을 구할 수 있다. [12물에04-02] 1차 반응의 반감기가 반응물의 농도에 의존하지 않음을 이해하고, 1차 반응의 반감기가 활용되는 사례를 조사/발표할 수 있다. [12물에04-03] 화학 반응에서 유효 충돌과 활성화 에너지의 의미를 알고, 화학 반응이 일어나기 위한 조건에 관심을 가질 수 있다. [12물에04-04] 농도, 온도, 촉매에 따라 반응 속도가 달라짐을 이해하고, 일상생활에서 각각의 예를 찾아 화학의 유용성을 인식할 수 있다.

<탐구 활동> • 센서를 활용하여 반응 속도를 측정하는 실험 설계하고 수행하기 • 농도, 온도, 촉매와 반응 속도의 관계를 탐구하는 실험하기

(가) 성취기준 해설

[12물에04-02] 적분 속도식을 유도하는 것은 다루지 않으며, 자료 해석을 통해 반감기를 찾도록 한다.

(나) 성취기준 적용 시 고려 사항

중학교 1~3학년군의 '화학 반응의 규칙성', 고등학교 '통합과학2'의 변화와 다양성, '화학'의 역동적인 화학 반응과 연계된다.

디지털 탐구 도구를 이용하여 학생들이 문제를 해결하기 위해 실시간 데이터를 수집, 저장, 처리함으로써 디지털 소양을 함양하도록 지도한다.

생태전환교육과 연계하여 토양 오염, 수질 오염, 대기 오염 등 인류가 당면한 환경 문제의 심각성을 인지하고, 촉매나 효소를 사용하여 이를 해결하는 방법을 통해 지속가능한 지구에 대한 책임감을 갖도록 지도한다.

실험을 할 때는 개인 보호 장구를 착용한 후 실험실 안전 수칙에 따라 실험하고, 실험이 끝난 뒤 남은 물질은 화학 실험실 폐수 및 폐기물 처리 기준과 방법에 따라 처리할 수 있도록 한다.