실험표에서 숨은 곱셈 규칙 찾아내기

화학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
학년
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안내 — 아래는 같은 실험을 조건만 바꿔 세 번 한 결과입니다. 실험마다 두 입력값 X, Y를 정하고 그때 '나온 값'을 쟀습니다. ▸실험1: X=0.020, Y=0.010 → 나온 값 0.028 ▸실험2: X=0.040, Y=0.010 → 나온 값 0.112 ▸실험3: X=0.020, Y=0.020 → 나온 값 0.056. 이 표만 보고 X, Y가 '나온 값'을 어떻게 좌우하는지 직접 찾아냅니다.  예제: 세 번 측정한 실험표(입력값 X·Y와 나온 값) (비교용: X를 2배로 해도 나온 값이 2배만 되는 다른 실험)

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. 실험 1과 2에서 둘째 입력값 Y가 서로 같은지 확인하고, 첫째 입력값 X와 '나온 값'이 각각 몇 배가 되었는지 나눗셈으로 구해 [칸 A]에 적으세요.
  2. 실험 1과 3에서 첫째 입력값 X가 서로 같은지 확인하고, 둘째 입력값 Y와 '나온 값'이 각각 몇 배가 되었는지 [칸 A] 아래에 적으세요.
  3. 실험 1·2에서 X가 2배일 때 나온 값은 4배였습니다. 4는 2를 몇 번 곱한 수인지 [칸 C]에 적으세요.
  4. 실험 1·3에서 Y가 2배일 때 나온 값은 2배였습니다. 2는 2를 몇 번 곱한 수인지 [칸 D]에 적으세요.
  5. [칸 B]에 '나온 값 = k × (X를 [칸 C]번 곱함) × (Y를 [칸 D]번 곱함)' 꼴의 식을 세워 적으세요.
  6. 실험 1의 X=0.020, Y=0.010, 나온 값=0.028을 [칸 B]의 식에 넣어 k를 계산해 [칸 E]에 적으세요.
칸 A — 실험끼리 비교: X·Y·나온 값의 배수
칸 B — 세운 식과 k 계산 공간
칸 C — X를 몇 번 곱하는가
칸 D — Y를 몇 번 곱하는가
칸 E — 구한 k
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)[칸 C]와 [칸 D]에 적은 수는 각각 무엇을 뜻하나요? 같은 2배라도 X를 바꿀 때와 Y를 바꿀 때 '나온 값'이 커지는 정도가 왜 서로 다른지 여러분의 말로 설명하세요. (15점)

✎ [칸 C]는 X를 ___번 곱한다는 뜻이고, [칸 D]는 ___이므로, X를 바꿀 때가 …

(2)세 실험만으로 찾은 이 곱셈 규칙이 우연인지, 다른 값에서도 성립하는 규칙인지 확인하려면 실험을 한 번 더 어떻게 해야 할까요? 그 실험의 X, Y를 직접 정하고, [칸 B]의 식으로 예상되는 '나온 값'을 계산해 쓰세요. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 내가 정한 X=___, Y=___을 식에 넣으면 나온 값은 ___일 것이다. 실제로는 …

(3)다른 실험에서는 X를 2배로 해도 나온 값이 2배까지만 커졌다면, 그 실험에서 X는 몇 번 곱해지는 셈일까요? 오늘 우리 실험과 무엇이 다른지 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 것에 교과서에서 배운(또는 배울) 과학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (예: '나온 값', 'X를 몇 번 곱하는가', 'k'가 각각 무엇인지) (15점)

평가 기준
활동 수행 (30점)실험끼리 배수를 정확히 구하고, 곱하는 횟수와 식·k 계산을 빠짐없이 수행함상 · 중 · 하
해석 (40점)두 입력값의 영향 차이에 이유를 붙였고, 새 값을 직접 정해 식으로 검증한 근거가 있음상 · 중 · 하
성찰 (30점)순서 재설계에 이유가 있고, 세 문장 각각에 알맞은 과학 용어를 짝지음상 · 중 · 하
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연습 문제

실험표에서 숨은 곱셈 규칙 찾아내기 · 각 20점 · 총 100점
학년
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안내 — 이제 배운 용어로 정리합니다. 반응 속도식 v = k[X]ᵐ[Y]ⁿ 에서 m, n을 반응 차수, k를 반응 속도 상수라 합니다.

1.어떤 반응의 반응 속도식이 v = k[X]ᵐ 일 때, [X]를 2배로 했더니 반응 속도가 8배가 되었다. X에 대한 반응 차수 m을 구하시오.
2.반응 A + B → 생성물의 실험 결과가 아래와 같다. A, B에 대한 반응 차수와 전체 반응 차수를 구하시오. [실험1] [A]=0.1, [B]=0.1, v=0.02 / [실험2] [A]=0.2, [B]=0.1, v=0.08 / [실험3] [A]=0.1, [B]=0.2, v=0.04 (단위 mol/L·s)
3.위 문제의 반응에서 반응 속도 상수 k를 단위와 함께 구하시오.
4.반응 2NO + O₂ → 2NO₂ 의 반응 속도식이 v = 7000[NO]²[O₂] 이다. [NO]=0.030 mol/L, [O₂]=0.010 mol/L 일 때 초기 반응 속도를 구하시오.
5.반응 속도식이 v = k[A][B] 인 반응에서 [A]는 3배, [B]는 2배로 동시에 크게 하면 반응 속도는 몇 배가 되는지 구하시오.
정답
1. 8 = 2ᵐ 이므로 m = 3 2. 실험1·2: [A] 2배→v 4배이므로 A 2차. 실험1·3: [B] 2배→v 2배이므로 B 1차. 전체 반응 차수 = 3차 3. v=k[A]²[B], 실험1 대입: 0.02 = k×(0.1)²×0.1 = k×0.001 → k = 20 (L²/mol²·s) 4. v = 7000×(0.030)²×0.010 = 7000×9.0×10⁻⁶ = 0.063 mol/L·s 5. 3¹ × 2¹ = 6배
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