02 가열하는데 왜 온도가 멈출까? · 끓는점·녹는점·어는점

과학물질의 특성중257쪽중2 과학 · 물질의 특성

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이 자료는

중2 과학 「물질의 특성」 단원의 둘째 편으로, 밀도에 이어 끓는점·녹는점·어는점을 다루는 학습지입니다. 표지의 물음 '냄비의 물이 끓기 시작한 뒤 불을 더 세게 하면 물의 온도도 계속 높아질까?', '얼음이 녹는 동안 온도계가 같은 값을 가리킨다면, 열에너지를 받지 않는 것일까?'에서 출발해, 끓는 동안의 온도 이해하기, 녹는점과 어는점 비교하기, 가열·냉각 곡선과 상태 읽기, 양·가열 세기·압력과 측정 실험, 물질 구별과 생활 속 이용의 다섯 유형으로 나누어 나아갑니다. 처음에 순물질을 압력이 일정한 조건에서 다룬다는 '이 편의 약속'을 밝히고, 융해·응고·기화·액화와 열에너지의 출입을 한 장에 담은 '다시 보는 상태 변화'로 앞 내용을 이어 줍니다.

유형마다 '대표문제 → 질문으로 이해하기 → 꼭 기억할 지식 → 대표문제 풀이 → 적용 문제' 순서로 되어 있습니다. 질문 20개(Q01~Q20)에는 '한줄답'과 설명, 표가 붙어 있고, '자주 하는 실수'에서 '틀린 생각'과 '바른 문장'을 나란히 놓아 '온도가 일정하면 열에너지를 받지 않는다', '녹는점에서는 고체와 액체가 절반씩 있다' 같은 오해를 바로잡습니다. 계단의 층계참, 붐비는 지하철, 동명이인 찾기 비유에는 '이 비유는 여기까지만 맞다'를 함께 적었습니다. 고체·액체·기체의 입자 배열과 상태 변화 방향을 나타낸 그림, 계단과 가열 곡선을 나란히 놓은 그림, 증발과 끓음 비교 그림, 녹는 동안과 어는 동안의 그래프, A~F 다섯 구간으로 나눈 가열 곡선, 양과 가열 세기를 바꾼 가열 곡선, 높은 산·평지·압력솥 그림, 온도계 끝의 위치와 물중탕 그림, 순수한 물과 소금물의 가열 곡선이 실려 있고, 끝에는 자주 묻는 말과 먼저 구별할 것을 정리한 '한눈에 정리'가 있습니다.

문제는 대표문제 5개, 유형별 적용 문제 27개, 여러 유형을 섞은 통합 확인 문제 6개로 모두 38문항입니다. 선택형과 ㄱ·ㄴ·ㄷ 고르기와 함께 가열·냉각 곡선에서 상태와 걸린 시간 읽기, 비교할 실험 고르기, 판단이 옳은지 이유 쓰기, 틀린 말 고치기 같은 서술형 문항이 섞여 있습니다. 48~49쪽에 빠른 정답, 49~57쪽에 자세한 해설이 있고, 선택지별 풀이와 서술형 인정 범위, 문항마다 '다시 볼 질문'이 적혀 있습니다.

미리보기

실제 학습지의 일부입니다. 누르면 크게 볼 수 있습니다.

층계참에서도 계속 걷는다 — 계단을 오르는 학생 그림과 '계단'·'층계참'을 표시한 온도–시간 그래프를 나란히 놓고, 계단과 끓는 물(문항 01)을 비교한 표 · 7쪽

가열 곡선의 다섯 구간 — A~F 점을 이은 온도–시간 그래프(녹는점 40 ℃, 끓는점 90 ℃) 아래에 고체, 고체와 액체, 액체, 액체와 기체, 기체 구간을 띠로 표시한 그림 · 19쪽

온도계 끝이 닿는 곳을 확인한다 — 온도계 끝이 바닥·벽에서 떨어진 '액체의 온도 측정'과 가열되는 바닥에 닿은 경우를 비교한 그림, 물중탕 실험에서 측정하는 온도를 정리한 표 · 33쪽

핵심 정리 · 끓는점·녹는점·어는점

학습지의 질문 20개 가운데 핵심을 짧게 정리했습니다. 그림·표와 38문항은 PDF에 있습니다.

끓는점은 기체가 처음 생기는 온도인가요?

아닙니다. 끓는점은 일정한 압력에서 순물질의 액체가 끓어 기체로 변하는 동안 일정하게 유지되는 온도입니다. 젖은 바닥이 100 ℃가 아니어도 마르는 것처럼, 액체는 끓는점 아래에서도 표면에서 기체로 변할 수 있습니다. 그래서 '기체가 생겼다'는 관찰만으로 끓었다고 판단하지 않습니다.

증발과 끓음은 어떻게 다른가요?

둘 다 액체가 기체로 변하는 기화입니다. 증발은 액체 표면에서 일어나고 끓는점 아래에서도 일어날 수 있습니다. 끓음은 주어진 압력에서 끓는점에 도달하면 액체 표면과 내부에서 함께 일어나, 물속에서 기포가 계속 생겨 올라옵니다.

계속 가열하는데 끓는 동안 온도가 왜 오르지 않나요?

끓는 동안 흡수한 열에너지가 액체를 기체로 바꾸는 데 쓰이기 때문입니다. 그동안 액체인 물의 양은 줄고 기체로 변한 양은 늘어납니다. 계단 중간의 층계참에서는 계속 걸어도 높이가 그대로인 것과 비슷합니다. 온도가 일정하다는 것이 열에너지를 받지 않는다는 뜻은 아니며, 불을 끄면 잠시 뒤 끓음이 멈춥니다.

끓는 물의 기포와 주전자 위 하얀 김은 모두 수증기인가요?

끓는 물 내부에서 생기는 기포의 주성분은 기체인 수증기이지만, 눈에 보이는 하얀 김은 주로 수증기가 식어 생긴 작은 액체 물방울입니다. 기체인 수증기는 눈에 보이지 않습니다. 물을 데우기 시작할 때 생기는 작은 기포에는 물에 녹아 있던 공기도 있으므로, 온도와 끓는 모습을 함께 확인합니다.

녹는점과 어는점은 같은 온도인가요?

같은 압력에서 같은 순물질의 녹는점과 어는점은 같습니다. 1기압에서 얼음은 약 0 ℃에서 녹고, 순수한 물은 약 0 ℃에서 업니다. 다만 녹는 것(융해)은 고체 → 액체로 열에너지를 흡수하고, 어는 것(응고)은 액체 → 고체로 열에너지를 방출해, 방향과 열에너지의 출입은 반대입니다.

얼음이 녹는 것과 설탕이 물에 녹는 것은 같은 변화인가요?

다릅니다. 얼음이 물로 변하는 것은 같은 물질이 고체에서 액체로 바뀌는 융해입니다. 설탕을 물에 녹이는 것은 설탕이 물과 섞여 용액이 되는 용해입니다. 일상어 '녹는다'만으로 두 과정을 같은 변화로 보지 않습니다.

얼음이 녹는 동안 온도가 일정하면 입자도 멈추어 있나요?

아닙니다. 고체에서도 입자는 제자리 부근에서 움직이고, 녹는 동안에도 계속 움직입니다. 녹는 동안 흡수한 열에너지는 고체의 규칙적인 배열을 흐트러뜨려 액체가 되게 하는 데 쓰입니다. 녹는다고 입자 자체가 녹아 없어지거나 다른 입자로 바뀌는 것도 아닙니다.

식히는 동안에도 온도가 일정한 구간이 있나요?

있습니다. 순물질의 액체를 식히면 처음에는 온도가 내려가다가, 어는점에서 액체가 고체로 변하는 동안 열에너지를 계속 방출해도 온도가 일정합니다. 모두 언 뒤 계속 식히면 고체의 온도가 다시 내려갑니다. 온도가 일정한 구간이라고 언제나 열에너지를 흡수하는 것은 아닙니다.

가열 곡선의 두 수평 구간은 무슨 뜻인가요?

고체부터 기체까지 가열하는 순물질의 곡선에서 낮은 수평 구간은 융해, 높은 수평 구간은 끓음에 해당합니다. 수평 구간 안쪽에서는 고체와 액체, 또는 액체와 기체가 함께 존재하며, 가열 중이므로 두 구간 모두 열에너지를 흡수합니다. 수평 구간의 높이는 상태 변화 온도이고, 가로 길이는 상태 변화에 걸린 시간입니다.

온도가 녹는점과 정확히 같으면 상태를 하나로 정할 수 있나요?

온도만으로는 정하기 어렵습니다. 녹기 시작하는 점, 녹는 중, 모두 녹은 직후가 모두 같은 온도이기 때문입니다. 녹는 중이라도 고체와 액체가 언제나 절반씩 있는 것은 아니며, 비율은 상태 변화의 진행 정도에 따라 달라집니다. 녹는점보다 낮으면 고체, 녹는점과 끓는점 사이면 액체, 끓는점보다 높으면 기체입니다.

물이 많거나 불을 세게 하면 끓는점이 높아지나요?

아닙니다. 같은 압력에서 같은 순물질의 끓는점은 양과 관계없이 같습니다. 물이 많으면 끓기 시작하기까지 더 오래 걸릴 수 있고, 불을 세게 하면 끓기 시작하는 시간이 짧아지거나 같은 시간에 더 많은 물이 기체로 변할 수 있습니다. '세게 끓는다'와 '더 높은 온도에서 끓는다'는 같은 뜻이 아닙니다.

높은 산과 압력솥에서는 왜 물의 끓는점이 달라지나요?

물이 받는 외부 압력이 다르기 때문입니다. 높은 산에서는 대기압이 낮아 물이 100 ℃보다 낮은 온도에서 끓고, 압력솥은 내부 압력을 높여 물이 100 ℃보다 높은 온도에서 끓게 합니다. 붐비는 지하철에서 주변이 세게 밀수록 더 세게 밀어야 몸을 펼 수 있듯이, 바깥 압력이 높을수록 더 높은 온도에서 끓습니다.

끓는점을 잴 때 온도계는 어디에 두어야 하나요?

온도계 끝이 액체 속에 잠기되 용기의 바닥이나 벽에 닿지 않게 합니다. 가열되는 바닥은 액체보다 더 뜨거울 수 있어 다른 값을 읽을 수 있습니다. 물중탕으로 데울 때 재는 것은 바깥 중탕 물이 아니라 안쪽 시료의 온도이며, 다른 열원이 없다면 시료를 중탕 물보다 뜨겁게 데울 수 없습니다.

끓는점이 같으면 반드시 같은 물질인가요?

아닙니다. 끓는점과 녹는점은 양과 관계없이 일정해 물질의 특성이지만, 한 특성이 같다는 사실만으로 물질을 확정할 수는 없습니다. 끓는점이 같은 후보가 여럿이면 녹는점 같은 다른 특성을 더 비교합니다. 명단에 이름이 같은 사람이 있으면 학년·반을 더 확인하는 것과 비슷합니다.

혼합물도 끓는 동안 온도가 일정한가요?

일반적으로 일정하지 않습니다. 소금물이 끓으면 물은 기체로 빠져나가고 소금은 남아 소금물이 점점 진해지므로, 끓는 동안 온도가 점점 높아집니다. 그래서 같은 압력에서 끓는 동안 그래프가 수평이면 순물질, 계속 올라가면 혼합물로 판단합니다. 다만 압력이나 온도계 위치가 같은지 먼저 확인합니다.

핵심 용어

끓는점: 일정한 압력에서 액체가 끓어 기체로 변하는 동안 일정하게 유지되는 온도
녹는점: 고체가 액체로 변하는 동안 일정하게 유지되는 온도
어는점: 액체가 고체로 변하는 동안 일정하게 유지되는 온도. 같은 압력에서 같은 순물질의 녹는점과 같음
융해: 고체가 액체로 변하는 상태 변화. 열에너지를 흡수함
응고: 액체가 고체로 변하는 상태 변화. 열에너지를 방출함
기화: 액체가 기체로 변하는 상태 변화. 증발과 끓음이 있음
액화: 기체가 액체로 변하는 상태 변화. 예: 하얀 김, 컵 겉면의 물방울
증발: 액체 표면에서 일어나는 기화. 끓는점 아래에서도 일어남
끓음: 액체 표면과 내부에서 함께 일어나는 기화. 내부에서 기포가 생겨 올라옴
용해: 설탕이 물과 섞여 용액이 되는 것처럼 한 물질이 다른 물질에 녹는 현상(융해와 다름)
가열 곡선: 가열하는 동안 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프. 수평 구간은 상태 변화 중
냉각 곡선: 식히는 동안 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프. 어는 동안 수평 구간이 나타남
수평 구간: 온도가 일정한 구간. 높이는 상태 변화 온도, 가로 길이는 상태 변화에 걸린 시간
외부 압력: 액체가 받는 바깥 압력. 낮아지면 끓는점이 낮아지고, 높아지면 끓는점이 높아짐
물중탕: 물을 통해 시료에 열에너지를 고르게 전달하는 가열 방법
순물질: 한 가지 물질로 이루어진 것. 일정한 압력에서 끓는 동안 온도가 일정함
혼합물: 두 가지 이상의 순물질이 섞인 것. 예: 소금물은 끓는 동안 온도가 점점 높아짐

다 풀고 나면

증발과 끓음을 구별하고, 끓는 동안 열에너지를 계속 흡수해도 온도가 일정한 까닭을 설명할 수 있다.
같은 압력에서 같은 순물질의 녹는점과 어는점이 같음을 알고, 융해와 응고의 방향과 열에너지의 출입을 비교할 수 있다.
가열·냉각 곡선에서 수평 구간의 뜻을 알고, 각 시간에 존재하는 상태와 상태 변화에 걸린 시간을 읽을 수 있다.
녹는점과 끓는점을 이용해 어떤 온도에서의 물질의 상태를 판단할 수 있다.
물질의 양·가열 세기·외부 압력이 끓는점에 주는 영향을 구별하고, 높은 산과 압력솥의 예를 설명할 수 있다.
끓는점·녹는점을 이용해 물질을 구별하고, 끓는 동안의 온도 변화로 순물질과 혼합물을 판단할 수 있다.

이렇게 풀면 됩니다

2쪽 '이 편에서 답할 질문'에서 다섯 유형의 물음과 '이 편의 약속'을 확인하고, 3쪽 '다시 보는 상태 변화'로 융해·응고·기화·액화를 떠올립니다. 유형마다 맨 앞의 대표문제(4·12·17·25·36쪽)를 먼저 풀어 봅니다.
'질문으로 이해하기'의 질문을 읽고 내 답을 말해 본 뒤 '한줄답'과 설명, 그림·표를 읽습니다. '자주 하는 실수'의 틀린 생각과 바른 문장을 견주어 보고, 비유는 '이 비유는 여기까지만 맞다'와 함께 읽습니다. '꼭 기억할 지식'과 대표문제 풀이로 내 풀이를 점검합니다.
유형별 '적용 문제'(10~11쪽 02~06, 15~16쪽 08~12, 21~24쪽 14~19, 31~32쪽 21~24, 35쪽 25~26, 41~43쪽 28~32)를 풉니다.
44쪽 '한눈에 정리'로 헷갈리기 쉬운 물음을 확인한 뒤 45~47쪽 '통합 확인 문제' 6문항(33~38)을 풉니다.
48~49쪽 빠른 정답과 49~57쪽 자세한 해설로 맞춰 봅니다. 틀린 문항은 해설 끝의 '다시 볼 질문'으로 돌아가 질문과 설명을 다시 읽습니다.

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