화학Ⅰ
- 그 외 교과나 5차 교육과정 이전의 내용은 여기를 참조하기 바란다.
1. 개요
고등학교 과학 '''교과''' 화학Ⅰ에 대해서 다루는 문서다. 이 교과 내용에 기반하여 출제되는 탐구 영역에 대해 다루는 문서는 본 문서와 성격이 구분되므로 대학수학능력시험/탐구 영역/화학Ⅰ 문서를 참조하기 바란다.
2. 2015 개정 교육과정 '화학Ⅰ'
- 중학교 과학에서 가볍게 다뤘던 '원소와 화합물 및 물질의 분류' 파트가 빠졌다. 이 부분은 '홑원소 물질', '원자', '분자' 등에 대한 분류 방법을 소개하던 파트였는데, 이제 중학교 2학년 과학에서만 가볍게 다루는 방향으로 바뀌었다. 다만, 이 부분을 알아야 화학Ⅰ을 배우기 수월해지기 때문에 복습이 필연적이다. 또 중학교 2학년과 고등학교 2학년 사이의 3년 공백을 메꾸는 것도 예삿일이 아니기 때문에 현장의 교사들이 수업 진행에 볼멘소리가 잦다.
- 개념을 배우는 데 있어서는 2-3-1-4의 순서를 따르는 것이 정석이라는 의견이 있다(타 단원이 연계되는 문제 풀이 제외). 실제로 원자, 분자, 질량수(중성자수와 양성자수의 합)라는 개념이 2단원에서 자세히 등장하지만, 정작 1단원에서 원자량을 정의할 때 질량수를 갖고 정의하기 때문. 또 화학 반응식과 몰 농도조차 2, 3단원에서 등장하는 경우가 거의 없다. 이 개념들은 4단원에서 주로 연계된다. 직전 교육과정과 이 교육과정의 화학은 암모니아, 메테인, 물 등 같은 주요 물질이 뭔지도 잘 모르는데 처음부터 근본 없이 서술하고 있는 감이 없지 않아 있다.
- 직전 교육과정에서 빠진 내용: 탄화수소[1], 루이스 산염기, 금속의 반응성(약화), 수소 원자모형에서 에너지 준위의 정량 관계 계산, 원소의 기원 등등 잡다한 내용들.
- 새로 추가된 내용: 몰 농도(화학2), 가역 반응과 동적 평형(화학2), 자기양자수, 스핀양자수(물리2) [2], 물의 자동 이온화 상수, 중화 반응의 양적 관계[3](화학2), 산화 환원 반응 계수 맞추기(산화수법, 반쪽 반응식), 화학 반응과 열의 출입(화학2), 금속 결합
- 1단원 '화학의 첫걸음'의 중단원인 '화학과 우리 생활' 파트를 빼면 일반적인 기초 화학 개론이랑 근접해진다. 화학은 전전 교육과정 이래로 두 차례 개정을 한 바가 있는데, 어떻게든 일반화학 수업을 편하게 하려는지, 매번 개편 때마다 교수들의 하늘을 찌르는 욕망을 보여준다.[4] 사실상 제일 교육과정 개정에 가장 안간힘을 쏟고 있는 과학 분과가 화학 교수들이라는 이야기가 떠돌 정도이다.
- 비교적 현대적인 2019년부터 SI 단위가 조정되었는데, 공교롭게도 1몰의 정의가 바뀌어 버렸다. 참고로 2015년에 개정된 교육과정을 2018년에 첫 적용하는 것이라, 그 전까지 모든 교과서 1판에는 탄소 원자 12 g에 들어 있는 탄소 원자의 개수를 1몰로 정의하였으나, 이젠 그냥 아보가드로 수라는 참값으로 정의한다. 날벼락을 맞은 각 교과서 출판사는 대한민국 교육부에서 긴급 수정명령을 받고 결국 2017. 9. 8. 교육부 검정 고시 교과서부터 관련 내용의 서술을 고치고, 이전에 발행한 교과서를 전량 폐기하였다. 아무튼 이제 1 (몰)은 $$6.02 \times 10^{23}$$ (개)로 정의하는 것으로 완벽히 바뀌었으니 걱정하지 않아도 된다. 단, 질량수 12인 탄소 원자는 12.00로 고정하자는 원자량 의 정의는 유지된다. 이미 지금도 그렇고 과거도 그렇고 교육과정에선 아보가드로 수의 유효숫자를 실제와 살짝 다르게 정의하고 있으므로 큰 변화는 없을 것이다. (엄밀한 유효숫자는 6.02가 아니라 6.02 214 076이다.) 또 교육부의 교육과정 해설서에는 1몰의 양을 측정하는 활동이 분자량 측정으로 확대되지 않도록 한다고 하였다.
- 리비히 분석 실험 이라고 불리는 탄소 화합물의 연소 실험 및 질량 백분율 분석 파트가 빠졌다. 이부분은 어렵다기보다는 연습 문제를 풀 때 복잡한 계산을 해야 하던 파트였다.
- IV단원의 DNA 관련 생화학 부분도 빠졌으며, 산 염기 파트에서 '루이스 산염기'가 빠져 브뢴스테드-로우리 산염기 까지만 다룬다.
- 중고등학교 과학에서 '기본 입자와 상호 작용(쿼크, 경입자 관련)'을 모조리 탈락시키는 취지 하에 화학Ⅰ 양자화학 도입부에서도 '원소의 기원' 파트가 삭제됐다. 핵분열, 핵융합 등은 물리학Ⅰ에서만 배울 수 있게 되었다.
- 오비탈에서 양자수가 강화되었다. 주 양자수만 날림식으로 다루고 s p 오비탈만 구분하게 했던 직전 교육과정과 달리 이젠 '방위 양자수', '자기 양자수', '스핀 자기 양자수'까지 다룬다. 또한, 이 단원에서는 명칭은 나오지 않지만 확률과 통계에서 나오는 확률 밀도 함수를 매우 많이 다룬다. 다른 건 꼭 알아야 되는건 아니지만, 확률밀도함수의 정적분값은 항상 1이란 것[5]은 필히 알아두어야 한다. 또한 기하에서 다루는 공간좌표도 나오지만 이건 자세히 알 필요는 없고, 그냥 그런가보다 하면 된다.
2.1. 화학의 첫걸음
- 화학의 유용성, 탄소 화합물의 유용성, 몰, 화학 반응식, 몰 농도
- 화학이 식량 문제, 의류 문제, 주거 문제 해결에 기여한 사례를 조사하여 발표할 수 있다.
- 탄소 화합물이 일상생활에 유용하게 활용되는 사례를 조사하여 발표할 수 있다.
- 아보가드로수와 몰의 의미를 이해하고, 고체, 액체, 기체 물질 1몰의 양을 어림하고 체험할 수 있다.
- 여러 가지 반응을 화학 반응식으로 나타내고 이를 이용해서 화학 반응에서의 양적 관계를 설명할 수 있다.
- 용액의 농도를 몰 농도로 표현할 수 있다.
2.2. 원자의 세계
- 양성자, 중성자, 전자, 양자수, 오비탈, 전자 배치, 주기율표, 유효 핵전하, 원자 반지름, 이온화 에너지의 주기성
- 양성자, 중성자, 전자로 구성된 원자를 원소 기호와 원자 번호로 나타내고, 동위 원소의 존재 비를 이용하여 평균 원자량을 구할 수 있다.
- 양자수와 오비탈을 이용하여 원자의 현대적 모형을 설명할 수 있다.
- 전자 배치 규칙에 따라 원자의 전자를 오비탈에 배치할 수 있다.
- 현재 사용하고 있는 주기율표가 만들어지기까지의 과정을 조사하고 발표할 수 있다.
- 주기율표에서 유효 핵전하, 원자 반지름, 이온화 에너지의 주기성을 설명할 수 있다.
2.3. 화학 결합과 분자의 세계
- 화학 결합의 전기적 성질, 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합, 전기 음성도, 쌍극자 모멘트, 결합의 극성, 전자점식, 전자쌍 반발 이론, 분자 구조
- 실험을 통해 화학 결합의 전기적 성질을 설명할 수 있다.
- 이온 결합의 특성과 이온 화합물의 성질을 설명하고 예를 찾을 수 있다.
- 공유 결합, 금속 결합의 특성을 이해하고 몇 가지 물질의 성질을 결합의 종류와 관련지어 설명할 수 있다.
- 전기 음성도의 주기적 변화를 이해하고 결합한 원소들의 전기 음성도 차이와 쌍극자 모멘트를 활용하여 결합의 극성을 설명할 수 있다.
- 원자, 분자, 이온, 화합물을 루이스 전자점식으로 표현할 수 있다.
- 전자쌍 반발 이론에 근거하여 분자의 구조를 모형으로 나타낼 수 있다.
- 물리적, 화학적 성질이 분자 구조와 관계가 있음을 설명할 수 있다.
2.4. 역동적인 화학 반응
- 가역 반응, 동적 평형, pH, 중화 반응의 양적 관계, 산화, 환원, 산화수, 발열 반응, 흡열 반응
- 가역 반응에서 동적 평형 상태를 설명할 수 있다.
- 물의 자동 이온화와 물의 이온화 상수를 이해하고, 수소 이온의 농도를 pH로 표현할 수 있다.
- 산/염기 중화 반응을 이해하고, 산/염기 중화 반응에서의 양적 관계를 설명할 수 있다.
- 중화 적정 실험을 계획하고 수행할 수 있다.
- 산화/환원을 전자의 이동과 산화수의 변화로 설명하고, 산화수를 이용하여 산화/환원 반응식을 완성할 수 있다.
- 화학 반응에서 열의 출입을 측정하는 실험을 수행할 수 있다.
3. 2009 개정 교육과정 '화학Ⅰ'
3.1. 화학의 언어
- 불의 발견, 철의 이용, 암모니아의 합성, 화석 연료의 이용 등의 화학 반응이 인류 문명 발전에 기여했다는 사실을 이해한다.
- 인류 문명과 생명에 기여한 화학 반응에 관련된 산소, 수소, 물, 이산화탄소, 포도당 등의 간단한 물질을 소재로 원소, 화합물, 원자, 분자의 개념을 이해한다.
- 원소 분석을 통하여 여러 가지 화합물의 조성을 확인하여 화학식과 분자의 구조를 밝혀내는 과정을 설명할 수 있다.
- 아보가드로 수와 몰의 의미를 이해한다.
- 여러 가지 화학 반응을 화학 반응식으로 나타낼 수 있고, 원자량과 분자량 등을 이용해서 화학 반응에서의 양적 관계를 알 수 있다.
3.2. 개성 있는 원소
- 원자가 양성자, 중성자, 전자로 구성되어 있음을 알고, 지구에서 가장 흔하게 존재하는 H, C, N, O, Fe 등과 같은 원자의 공통점과 차이점을 설명할 수 있다.
- 원소의 기원, 핵 반응 및 방사성 동위원소의 특성을 이해한다.
- 보어 모형을 이용하여 수소의 선스펙트럼과 에너지 준위를 설명하고, 대표적인 원자의 유효 핵전하 차이를 안다.
- 오비탈과 스핀 개념을 이해하고, 배타 원리, 훈트 규칙, 쌓음 원리를 적용하여 다전자 원자의 전자 배치를 설명할 수 있다.
- 주기율표에서 원자가전자의 수, 원자 반지름, 이온화 에너지, 전기 음성도 등 원자의 성질이 주기적으로 변화됨을 설명할 수 있다.
3.3. 아름다운 분자 세계
- 흑연과 다이아몬드, 풀러렌과 나노 튜브 등의 다양한 분자의 구조를 이해하고, DNA 이중나선 구조의 특성과 기능을 이해한다.
- 물과 용융 NaCl의 전기분해 비교 등을 통해 화학 결합의 전기적 성질을 설명할 수 있다.
- 비활성 기체의 전자 구조를 통해 옥텟 규칙을 이해하고, 옥텟 규칙으로 화학 결합을 설명할 수 있다.
- 간단한 분자들의 루이스 구조를 통해 공유 결합의 성질과 쌍극자 모멘트와 관련된 결합의 극성을 설명할 수 있다.
- 전자쌍 반발 이론을 통해 분자의 구조를 설명하고, 분자의 극성과 끓는점 등 물리적, 화학적 성질이 분자 구조와 관계가 있다는 사실을 이해한다.
- 탄소화합물의 다양성과 구조적 특징을 이해한다.
3.4. 닮은꼴 화학반응
- 광합성과 호흡, 철광석의 제련과 철의 부식이 산소에 의한 화학적 산화•환원 반응임을 이해한다.
- 질소와 수소의 반응에 의한 암모니아의 합성이 전자 이동에 의한 산화•환원 반응임을 이해한다.
- 이산화탄소, 물, 메테인, 암모니아에서 화학 결합을 하고 있는 원자들 사이의 전기 음성도 차이로부터 각 원소의 산화수를 설명할 수 있다.
- 산과 염기가 원소의 산화와 환원에 의해 만들어진다는 사실을 이해한다.
- 산과 염기의 중화 반응을 이해한다.
- 암모니아, 아미노산, 핵산과 같은 산과 염기의 화학적 특성을 이해한다.
- 확장된 옥텟 규칙으로 DNA에서 인산의 구조와 역할을 설명하고, A, T, G, C 염기의 수소 결합을 설명할 수 있다.
4. 7차 교육과정 '화학Ⅰ'
4.1. 물
- 물의 표면 장력, 상태 변화에 따른 부피 변화, 끓는점, 녹는점 등을 조사하여 물이 다른 공유 결합 물질과 다르다는 것을 알고, 그 이유를 물분자의 구조 및 수소 결합과 관련지어 설명한다. 또, 물의 특성으로 인하여 나타나는 자연 현상에 대하여 조사, 토의한다.
- 수용액에서의 이온 간의 반응, 앙금 생성 반응, 산ㆍ염기의 반응 등을 현상적 수준에서 다룬 후, 이들 중 대표적인 몇 가지 반응의 화학 반응식을 꾸미고, 그 의미를 이해한다.
- 물의 정수 과정, 수영장 물의 소독 등을 화학적 원리를 적용하여 정성적으로 이해하고, 이와 관련하여 센물과 단물을 함께 이해한다.
- 수질 오염의 원인과 대처 방안 및 다양한 정수 방법을 조사, 토의한다.
4.2. 공기
- 공기를 이루는 물질인 질소, 산소, 이산화탄소 등의 성질을 실험을 통하여 조사하고, 이들 기체가 실생활 및 기술 분야에서 이용되는 예를 알아본다.
- 확산, 온도와 압력에 따른 기체의 부피 변화 등을 기체 분자 운동론을 이용하여 정성 적 수준에서 설명한다.
- 공기 오염의 실태 및 오염 발생원을 조사하고, 오염 물질이 공기 중에서 일으키는 화학 반응을 정성적 수준에서 설명한다. 또, 그 대처 방안에 대해 조사, 토의한다.
4.3. 금속과 그 이용
- 화학사적인 고찰을 통하여 구리, 철과 같은 금속 원소의 발견을 다루고, 알칼리 금속의 반응성에서 공통성과 차이점을 주기율과 관련짓는다. 또, 비금속 원소인 할로겐이 나타내는 주기적인 성질도 설명한다.
- 전성, 연성, 전기 전도율과 같은 금속의 일반적인 성질을 설명하고, 금속을 이용한 생활 용품과 활용 사례를 통하여 금속의 특성을 금속 결합과 관련짓는다.
- 금속의 반응성의 차이를 이용한 도금, 앙금 생성 반응 등을 설명하고, 그 이론적 배경으로 산화ㆍ환원 개념을 이해한다.
- 금속의 부식, 부식을 막는 방법 및 원리를 탐구 활동이나 실생활의 예를 들어 설명한다. 또, 금속의 활용면에서 합금의 유용성을 이해한다.
- 납이나 수은과 같은 중금속이 들어 있는 생활 용품의 예를 들고, 중금속이 실생활과 인체에 미치는 영향 및 중금속 오염의 방지 방안에 대하여 조사, 토의한다.
4.4. 주변의 탄소 화합물
- 주변에서 볼 수 있는 탄소 화합물의 예를 들어 탄소 화합물[6]의 중요성과 다양성을 깨닫고, 실생활과 관련 있는 간단한 탄소 화합물의 특성과 이용을 이해한다.
- 연료, 플라스틱 등의 탄소 화합물의 성질과 이용을 조사, 토의하고, 탄소 화합물이 인류의 생활에 기여하고 있음을 인식한다.
4.5. 생활 속의 화합물
- 세척 과정의 원리를 분자적 수준에서 설명하고, 특히 세제가 인체 표면에 미치는 화학적 영향에 대하여 조사, 토의한다.
- 민간에서 사용해 온 물질이나 약초로부터 의약품의 개발로 연결되는 과정 등을 예로 들어 의약품 개발을 이해하고, 의약품의 분류, 이용과 함께 불치병의 퇴치를 위한 신약 개발의 가능성에 대해 조사, 토의한다.
- 환경 오염을 해결하기 위한 기술 개발, 대체 에너지 개발 및 자원 재활용 등 앞으로 해결해야 할 과제에 대하여 조사, 토의함으로써, 화학이 인류의 복지 증진에 기여함을 인식한다.
5. 6차 교육과정 '화학Ⅰ'
5.1. 물질 세계의 규칙성
- (가) 지식 : 물질의 성분 원소, 화학식, 화학 반응식, 물질의 구성 입자, 원자의 모형, 원자량, 분자량, 전자 배치, 주기율표, 이온 결합, 공유 결합
- (나) 탐구 활동 : 같은 족 원소의 성질 비교, 화학 결합에 관한 실험
- ‘물질의 구성 입자’에서는 원자, 분자, 이온을 다룬다. ‘원자의 모형’에서는 원자 모형의 변천사를 다룬다. ‘전자 배치’에서는 보어의 원자 모형 수준으로 원자 번호 20번까지만 다룬다. ‘화학 결합’에서는 전형적인 이온 결합 물질과 공유 결합 물질을 예로 들어 화학 결합이 형성되는 기본 원리를 다룬다.
5.2. 주변의 화합물
- (가) 지식 : 물과 공기, 금속의 성질과 이용, 황과 질소 화합물의 성질, 간단한 탄소 화합물, 고분자 화합물의 특성과 이용, 우리의 생활과 의약품
- (나) 탐구 활동 : 물과 공기의 정화 과정 조사, 자원의 재활용 문제 조사 및 토론, 표백 작용 실험, 생활에 활용되는 유기 용매의 성질 조사, 폐플라스틱의 문제 토론
- ‘물과 공기’에서는 물과 공기를 구성하는 성분의 성질을 다룬 다음, 물의 정화, 하수의 처리, 공기의 오염과 정화 문제를 다룬다. ‘간단한 탄소 화합물’에서는 원유의 정제와 천연 가스를 다룬 다음, 실생활과 관계가 깊은 알칸, 알켄 및 탄화수소 유도체를 다룬다. ‘고분자 화합물’에서는 합성 방법과 그에 따른 간단한 성질을 다룬다. ‘우리의 생활과 의약품’에서는 지역과 계절에 알맞은 재료를 선택하여 간단한 실험과 추출을 다룬다.
6. 관련 문서
[1] 7차 교육과정 당시 역대 최악의 단원이라 까이며 많은 수험생들이 화학을 포기하게 만들었던 부분이다. 그러다가 2009 개정 교육과정에서 내용이 대폭 축소되었으며, 2015 개정 교육과정에서 완전히 자취를 감췄다.[2] 아이러니하게도 이 부분은 직전 교육과정 물리2에서 불확정성 원리 단원의 파동함수의 기초개념을 이용해 다뤘던 내용인데, 이번 물2에서는 빠졌지만 대신 여기 들어왔다. (...)[3] ($$n_1M_1V_1=n_2M_2V_2$$)이 다소 순해진 버전으로 Ⅰ 과정에 포함되었다.[4] 단적으로 보아도 유기화학, 생화학 관련된 내용인 탄화수소 , 핵산 및 아미노산 쪽 내용은 사라지거나 거의 날라가다시피 하였고 그 자리에 열역학, 몰농도, 자기양자수 등의 일반화학 내용들이 대거 들어왔다.[5] 이걸 쉽게 말하면 그냥 확률의 총합이 1이란 소리다.[6] 당시 표기는 알칸/알켄/알킨, 현재 표기는 알케인/알켄/알카인.