두 기체에서 전기를 얻고 물만 남기는 장치

화학 2 · 서술형 평가지 · 권장 시간 25분 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 이 평가지에는 개념 이름이 일부러 빠져 있습니다. 아래 장치와 두 반응식을 손으로 다뤄 규칙을 찾은 뒤, 그 결과를 여러분의 말로 해석·성찰하세요. 장치: 왼쪽 관으로 H₂(g), 오른쪽 관으로 O₂(g)가 들어가고, 가운데 통은 KOH(aq)로 차 있으며, 두 판을 위쪽 금속 줄이 계기를 거쳐 잇습니다.  왼쪽 판: 2H₂ + 4OH⁻ → 4H₂O + 4e⁻  ·  오른쪽 판: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻  예제: H₂(g)와 O₂(g)를 넣는 장치 (비교용: 연료를 곧바로 태워 물을 끓이는 방식)

1

활동 — 순서대로 해 보기

30점
  1. [칸 A]에 왼쪽 판 반응식을 그대로 옮겨 적고, 화살표 오른쪽에 나온 e⁻의 개수에 ◯표 하세요.
  2. [칸 B]에 오른쪽 판 반응식을 옮겨 적고, 화살표 왼쪽으로 들어간 e⁻의 개수에 ◯표 하세요.
  3. 두 식을 위아래로 더하고, 양쪽에 똑같이 있는 e⁻·OH⁻·H₂O를 지워 남는 식만 [칸 D]에 적으세요.
  4. [칸 D]의 화살표 오른쪽에 새로 생긴 물질만 골라 [칸 E]에 적으세요.
  5. [칸 A]에서 나온 e⁻가 위쪽 금속 줄을 따라 어느 판으로 가는지 [칸 C]에 화살표로 그리세요.
  6. 가운데 통 속 OH⁻가 어느 판 쪽으로 움직이는지 [칸 C]에 화살표를 하나 더 그리세요.
칸 A — 왼쪽 관(H₂) 쪽 판의 반응식
칸 B — 오른쪽 관(O₂) 쪽 판의 반응식
칸 C — 두 판 사이 e⁻·OH⁻ 이동 그림
칸 D — 두 식을 더해 남은 식
칸 E — 새로 생긴 물질
2

해석 — 왜 그런지 내 생각 쓰기

40점

(1)[칸 D]의 남은 식을 보면, 처음 두 관으로 넣은 H₂와 O₂가 결국 무엇 하나로 바뀌었나요? 두 기체가 각각 e⁻에 대해 어떤 일을 했는지 여러분 말로 설명하세요. (15점)

✎ H₂(g)는 e⁻를 ___했고, O₂(g)는 e⁻를 ___해서 …

(2)⑤·⑥에서 e⁻와 OH⁻는 서로 반대 방향으로 흘렀나요? 이것이 이 두 기체라서 생긴 우연일까요, 이런 장치라면 늘 생기는 규칙일까요? 다른 반응식 짝을 하나 상상해 확인한 결과와 함께 이유를 쓰세요. (15점)

✎ 나는 (우연 / 규칙) 쪽에 걸겠다. 왜냐하면 …

(3)연료를 곧바로 태워 물을 끓이고 그 증기로 기계를 돌리는 방식과 비교하면, 이 장치는 넣은 것이 전기로 바뀌기까지 거치는 단계가 더 적을까요 많을까요? 무엇 때문에 그 차이가 생길지 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(두 판에서의 일, e⁻의 흐름, 이 장치 전체)에 교과서에서 배운(또는 배울) 화학 용어를 짝지어 붙여 보세요. (15점)

평가 기준
활동 수행 (30점)두 반응식을 정확히 옮기고 e⁻·OH⁻·H₂O를 지워 더한 식을 바르게 얻으며, 두 흐름의 이동 화살표를 방향까지 맞게 그림상 · 중 · 하
해석 (40점)두 기체의 역할과 두 흐름의 방향을 근거를 들어 자기 말로 설명하고, 우연/규칙을 직접 확인해 봄상 · 중 · 하
성찰 (30점)활동 순서를 스스로 재구성하고, 자기 경험에 알맞은 이름(용어)을 연결함상 · 중 · 하
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연습 문제

두 기체에서 전기를 얻고 물만 남기는 장치 · 각 20점 · 총 100점
학년
이름
점수

안내 — 1쪽에서 스스로 세운 개념을 이번에는 반복해서 적용해 봅니다. 풀이 과정을 빈 곳에 쓰고, 다 푼 뒤 맨 아래 정답으로 스스로 채점하세요.

1.수소-산소 연료 전지(전해질: KOH 수용액)에서 (−)극(산화 전극)과 (+)극(환원 전극)에서 일어나는 반응을 각각 반응식으로 쓰시오.
2.이 전지의 전체 반응식을 쓰고, 최종 생성물이 무엇인지 쓰시오.
3.이 전지에서 전자와 수산화 이온(OH⁻)의 이동 방향을 각각 설명하시오.
4.이 연료 전지가 연료를 태우는 화력 발전보다 에너지 효율이 높은 까닭을 한 문장으로 쓰시오.
5.산화 전극에서 H₂ 2 mol이 반응할 때 도선을 따라 이동하는 전자는 몇 mol인지 구하시오.
정답
1. (−)극: 2H₂ + 4OH⁻ → 4H₂O + 4e⁻ · (+)극: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ 2. 2H₂ + O₂ → 2H₂O · 최종 생성물은 물(H₂O) 3. 전자는 도선을 따라 (−)극 → (+)극으로, OH⁻는 전해질 속을 (+)극 → (−)극으로 이동한다 4. 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 바꾸어(연소·열·운동의 중간 단계 없이) 에너지 전환 단계가 적기 때문 5. 4 mol (2H₂ + 4OH⁻ → 4H₂O + 4e⁻ 에서 H₂ 2 mol당 e⁻ 4 mol)
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