현재 상태와 기준값을 견주어 다음 변화 방향 예측하기
화학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — 어떤 반응에는 그 반응만의 '기준값'이 정해져 있습니다. 이 반응의 기준값은 8입니다. 왼쪽 물질 두 개(㉮·㉯)와 오른쪽 물질 두 개(㉰·㉱)의 현재 양이 아래처럼 주어질 때, 다음에 반응이 어느 쪽으로 갈지 손으로 계산해 예측해 봅시다. 예제: 기준값 8, 상황 1 (비교용: 같은 반응, 상황 2)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①상황 1: ㉰=2, ㉱=2, ㉮=2, ㉯=2. 오른쪽 두 수의 곱을 왼쪽 두 수의 곱으로 나눈 값을 [칸 A]에 적어 보세요.
- ②상황 2: ㉰=4, ㉱=4, ㉮=1, ㉯=1. 같은 방법으로 오른쪽 곱을 왼쪽 곱으로 나눈 값을 [칸 B]에 적어 보세요.
- ③[칸 A]의 값과 기준값 8을 비교해서 더 큰 쪽을 [칸 C]에 적어 보세요.
- ④규칙: 값이 8보다 작으면 왼쪽→오른쪽, 8보다 크면 오른쪽→왼쪽. [칸 A]에 이 규칙을 적용해 [칸 D]에 화살표를 그려 보세요.
- ⑤[칸 B]의 값에 같은 규칙을 적용해 [칸 E]에 화살표를 그려 보세요.
- ⑥[칸 D]와 [칸 E]의 화살표를 나란히 비교하고, 방향이 같은지 반대인지 [칸 E] 옆에 적어 보세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)상황 1에서 [칸 A]의 값이 기준값 8보다 작았고, 그 결과 화살표를 그 방향으로 그렸습니다. 값이 작다는 것과 화살표 방향 사이에 어떤 연결이 있다고 생각하나요? 여러분의 말로 설명해 보세요. (15점)
✎ [칸 A]의 값이 8보다 ___ 것은 아직 오른쪽 물질이 ___ 편이라는 뜻이므로 …
(2)'값이 8보다 작으면 왼쪽→오른쪽'이라는 규칙은 이 두 상황에서만 생긴 우연일까요, 어떤 양에서도 성립하는 규칙일까요? 여러분이 직접 다른 네 수를 골라 값을 계산해 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 고른 수 ㉰=__, ㉱=__, ㉮=__, ㉯=__ 로 계산하니 값은 __ 이고 …
(3)상황 1과 상황 2는 같은 반응인데 [칸 D]와 [칸 E]의 화살표 방향이 서로 달랐습니다. 무엇 때문에 방향이 반대가 되었을지 여러분의 생각을 쓰세요. (10점)
3
성찰 — 활동을 내 것으로 만들기
30점
(1) 순서 다시 짜기 — 이 활동을 처음 하는 친구에게 나라면 어떤 순서로 시킬지 쓰고, 왜 그 순서인지 한 문장으로 이유를 붙이세요. 지워도 되는 단계가 있다면 그것도 쓰세요. (15점)
(2) 이름 붙이기 — 오늘 계산한 '값', 비교 대상인 '기준값 8', 반응이 가는 '방향' — 이 세 가지에 교과서에서 배운(또는 배울) 화학 용어를 각각 짝지어 붙이고, 값과 기준값을 비교해 방향을 정하는 이 일 전체에 이름을 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 두 상황의 값을 정확히 계산하고, 기준값과 비교해 규칙대로 화살표를 그림 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 값과 방향의 연결에 이유를 붙였고, 다른 수를 직접 골라 규칙을 확인한 근거가 있음 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 값·기준값·방향에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
현재 상태와 기준값을 견주어 다음 변화 방향 예측하기 · 총 100점
안내 — 이제 배운 용어로 정리해 봅시다. 반응 지수 Q는 현재 농도를 평형 상수식에 대입해 얻은 값이고, 반응은 Q=K가 되는 방향으로 우세하게 진행됩니다.
1.반응 지수 Q의 정의를 쓰고, Q=K일 때 반응계가 어떤 상태인지 쓰시오.
2.반응 A(g) + B(g) ⇌ 2C(g)의 평형 상수 K=4이다. 현재 농도가 [A]=1, [B]=1, [C]=1 (mol/L)일 때 Q를 구하고 반응의 진행 방향을 예측하시오.
3.같은 반응(K=4)에서 현재 농도가 [A]=0.5, [B]=0.5, [C]=2 (mol/L)일 때 Q를 구하고 진행 방향을 예측하시오.
4.반응 H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g), K=50이다. 현재 농도가 [H₂]=0.1, [I₂]=0.1, [HI]=1 (mol/L)일 때 Q를 구하고 진행 방향을 예측하시오.
5.반응 N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g), K=0.36이다. 현재 농도가 [N₂O₄]=1, [NO₂]=0.6 (mol/L)일 때 Q를 구하고 반응계의 상태를 판정하시오.
6.반응 A(g) ⇌ B(g)의 평형 상수 K=3이다. 이 반응이 정반응 쪽으로 우세하게 진행하려면 현재 [B]/[A] 값이 어떤 조건을 만족해야 하는지 쓰시오.
정답
1. Q는 어떤 시점의 (현재) 농도를 평형 상수식에 대입해 얻은 값. Q=K이면 평형 상태(알짜 반응이 진행되지 않음).
2. Q=[C]²/([A][B])=1²/(1×1)=1. Q(1)<K(4)이므로 정반응 쪽으로 우세하게 진행.
3. Q=2²/(0.5×0.5)=4/0.25=16. Q(16)>K(4)이므로 역반응 쪽으로 우세하게 진행.
4. Q=[HI]²/([H₂][I₂])=1²/(0.1×0.1)=100. Q(100)>K(50)이므로 역반응 쪽으로 진행(HI가 감소).
5. Q=[NO₂]²/[N₂O₄]=0.6²/1=0.36. Q=K이므로 평형 상태(알짜 진행 없음).
6. 정반응 진행 조건은 Q<K. Q=[B]/[A]이므로 [B]/[A]<3.