재료의 진하기에 따라 빨라지는 정도를 식으로 잡아내기
화학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
안내 — ㉮와 ㉯ 두 재료를 섞으면 반응이 일어난다. 세 번 실험한 결과 — 실험1: ㉮ 0.10, ㉯ 0.10 → 빠르기 2.0 / 실험2: ㉮ 0.20, ㉯ 0.10 → 빠르기 4.0 / 실험3: ㉮ 0.10, ㉯ 0.20 → 빠르기 8.0. (진하기 단위 mol/L, 빠르기 단위 10⁻³ mol/L·s) 예제: ㉮와 ㉯를 섞는 반응의 세 실험 (비교용: 진하기를 2배로 해도 빠르기가 그대로인 재료 ㉰)
1
활동 — 순서대로 해 보기
30점
- ①실험 1과 실험 2를 비교하여, ㉮의 진하기만 2배가 될 때 빠르기가 몇 배가 되는지 [칸 A]에 적으세요.
- ②실험 1과 실험 3을 비교하여, ㉯의 진하기만 2배가 될 때 빠르기가 몇 배가 되는지 [칸 B]에 적으세요.
- ③[칸 A]를 보고 '2배→2배는 1, 2배→4배는 2' 규칙으로 ㉮의 지수를 [칸 C]에 적으세요.
- ④같은 규칙으로 [칸 B]를 보고 ㉯의 지수를 [칸 D]에 적으세요.
- ⑤빠르기 = k × (㉮의 진하기)^[칸 C] × (㉯의 진하기)^[칸 D] 꼴로 식을 세워 [칸 E]에 쓰세요.
- ⑥실험 1의 값(㉮ 0.10, ㉯ 0.10, 빠르기 2.0×10⁻³)을 그 식에 넣어 k를 구해 [칸 F]에 적으세요.
2
해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기
40점
(1)[칸 F]에서 구한 k를 실험 2와 실험 3의 식에도 넣어 빠르기가 맞는지 직접 확인하세요. k가 실험마다 같았나요, 달랐나요? 이것이 우연인지 규칙인지 이유와 함께 쓰세요. (15점)
✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 실험 2에 넣으니 ___, 실험 3에 넣으니 ___ 이므로 …
(2)만약 재료 ㉰를 넣고 ㉰의 진하기만 2배로 해도 빠르기가 그대로였다면, ㉰의 지수는 몇일까요? 지수는 식의 모양이 아니라 무엇을 보고 정해지는지 함께 쓰세요. (15점)
✎ ㉰의 지수는 ___이다. 왜냐하면 진하기를 2배 해도 빠르기가 ___이므로 …
(3)실험 1과 실험 2는 ㉮의 진하기가 서로 다른데도 k가 같았습니다. k는 진하기를 바꾸면 따라 변하는 수인가요? 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 한 일을 세 문장으로 정리한 뒤, 각 문장이 가리키는 것([칸 C]·[칸 D]의 지수, [칸 E]의 식, [칸 F]의 k)에 교과서에서 배운(또는 배울) 화학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)
평가 기준
| 활동 수행 (30점) | 각 실험의 배수를 정확히 읽어 지수를 정하고, 식에 값을 넣어 k를 끝까지 구함 | 상 · 중 · 하 |
| 해석 (40점) | 구한 k를 다른 실험에 직접 대입해 검증했고, 지수가 실험으로 정해짐을 근거로 설명함 | 상 · 중 · 하 |
| 성찰 (30점) | 순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 이름을 짝지음 | 상 · 중 · 하 |
연습 문제
재료의 진하기에 따라 빨라지는 정도를 식으로 잡아내기 · 각 20점 · 총 100점
안내 — 1쪽과 다른 수·사례로 반응 속도식을 세우고 반응 차수와 반응 속도 상수를 다룬다.
1.반응 2A + B → C 에서 A에 대한 반응 차수가 1, B에 대한 반응 차수가 2일 때 반응 속도식을 쓰고 전체 반응 차수를 구하시오. (반응식 계수와 차수가 같은지도 밝히시오.)
2.반응 속도식이 v = k[A][B]² 이고 [A] = 0.20 mol/L, [B] = 0.30 mol/L, k = 2.0 L²/mol²·s 일 때 반응 속도를 구하시오.
3.다음 실험값으로 반응 속도식과 k를 구하시오. 실험1 [A]0.10 [B]0.10 v=1.0×10⁻² / 실험2 [A]0.20 [B]0.10 v=2.0×10⁻² / 실험3 [A]0.10 [B]0.20 v=1.0×10⁻² (단위 mol/L, mol/L·s)
4.반응 속도식이 v = k[A]² 일 때 k의 단위를 구하시오. (v는 mol/L·s, 진하기는 mol/L)
5.반응 속도식이 v = k[A]²[B] 인 반응에서 [A]를 3배, [B]를 2배로 하면 반응 속도는 몇 배가 되는가?
정답
1. v = k[A][B]², 전체 반응 차수 3차. 반응 차수는 반응식 계수(2,1)와 무관하게 실험으로 정해지므로 계수와 다르다.
2. v = 2.0 × 0.20 × (0.30)² = 0.036 mol/L·s
3. A 차수 1, B 차수 0 → v = k[A], k = (1.0×10⁻²)/0.10 = 0.10 /s (1차, 단위 1/s)
4. k = v/[A]² = (mol/L·s)/(mol/L)² = L/mol·s
5. 3² × 2 = 18배