대전동구 과학과외

대전동구 생활권에서 시작한 화학 반응식 오답 추적

리더스시티5단지와 신흥 SK뷰아파트가 있는 대전동구 생활권에서 과학과외를 진행하며, 충남중학교와 대전동신과학고등학교가 포함된 교육생활권의 학습 자료를 살펴보았다. 이번 수업의 범위는 화학 반응식의 계수와 입자 수의 관계 하나로 제한했다. 대전동구과학과외에서 준비한 자료에는 입자 모형과 반응식의 일부 조건이 가려진 오답 복기 내용이 들어 있었다.

정답에서 거꾸로 확인한 첫 어긋남

자료의 반응식은 다음과 같았다.

2H₂ + O₂ → 2H₂O

그림에는 왼쪽에 수소 분자 2개와 산소 분자 1개, 오른쪽에 물 분자 2개가 그려져 있었다. 학생은 정답 그림과 자신의 풀이를 나란히 놓고 마지막 설명부터 거꾸로 읽었다. 물 분자 수를 2개라고 적은 것과 산소 분자 수를 1개라고 적은 것은 정답과 같았다. 그러나 그보다 앞선 줄에서 H₂의 아래 첨자 2를 수소 분자 2개의 뜻으로 표시해 두었다.

이것이 학생의 최초 오류였다. 뒤에서 입자 수를 세고 결과를 적는 과정은 일관되었지만, 처음부터 계수와 아래 첨자를 같은 의미로 처리한 것이 문제의 출발점이었다.

• 2H₂에서 계수 2: H₂ 분자의 수가 2개라는 뜻
• H₂의 아래 첨자 2: 한 H₂ 분자 안에 수소 원자가 2개라는 뜻
• O₂에서 계수가 생략됨: O₂ 분자 1개라는 뜻
• 2H₂O에서 계수 2: H₂O 분자가 2개라는 뜻
• H₂O의 아래 첨자: 한 물 분자 안 원자의 구성을 나타냄

틀어진 줄만 되돌려 바로잡기

전체 풀이를 지우지 않고, 오류 직전 줄에 작은 표시를 덧붙였다. 먼저 계수만 보고 분자 수를 세게 했다. 그래서 2H₂는 수소 분자 2개, O₂는 산소 분자 1개, 2H₂O는 물 분자 2개로 다시 읽었다. 그 다음 각 분자 그림 안에 들어 있는 원자 수를 따로 확인했다.

학생은 수소 분자 그림 두 개에 각각 수소 원자 두 개가 들어 있으므로 수소 원자는 모두 4개라고 표시했다. 산소 분자 하나에는 산소 원자 2개가 있고, 물 분자 두 개에는 각각 산소 원자 1개와 수소 원자 2개가 있으므로 오른쪽도 수소 원자 4개와 산소 원자 2개라고 적었다. 이미 맞았던 입자 그림과 계산은 유지하고, ‘계수=분자 수, 아래 첨자=한 분자 안 원자 수’라는 구분만 바로 세운 것이다.

표현을 바꾼 별도 자료

며칠 뒤에는 정답 반응식과 중간 표시를 가린 새 자료를 제시했다. 이번에는 반응식을 바로 보여 주지 않고, 왼쪽 입자 모형을 먼저 나열했다.

• 질소 분자 1개: N₂
• 수소 분자 3개: H₂, H₂, H₂
• 오른쪽 입자 모형: 암모니아 분자 2개, 각 분자는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개로 표시

질문은 “이 모형을 반응식으로 옮길 때 계수와 아래 첨자를 각각 어디에 반영하는가?”였다. 학생은 먼저 분자 묶음의 개수를 세어 N₂ + 3H₂ → 2NH₃라고 적고, 각 묶음 내부의 원자 수는 아래 첨자로 남겼다. 그림의 방향을 바꾸고 반응식 제시 순서를 뒤집었지만, 같은 세부 개념 안에서 분자 수와 한 분자 내부 원자 수를 구분해 읽은 것이다.

힌트 없이 남긴 최종 확인

마지막에는 어떤 표시도 없는 자료를 건넸다.

입자 모형: Cl₂ 한 묶음 3개, H₂ 한 묶음 3개, HCl 한 묶음 6개

학생은 먼저 각 묶음의 분자 수를 세고, 한 분자에 들어 있는 원자 수를 확인한 뒤 반응식을 3Cl₂ + 3H₂ → 6HCl로 나타냈다. 이어 “앞의 3과 6은 분자 묶음의 개수이고, Cl₂와 H₂의 아래 첨자는 한 분자 안 원자 수를 뜻한다”고 설명했다. 마지막으로 왼쪽과 오른쪽의 입자 모형을 다시 세어 염소 분자 3개, 수소 분자 3개, 염화 수소 분자 6개가 표시와 일치하는지 확인했다. 최초 오류가 아래 첨자와 계수를 같은 뜻으로 본 데서 시작되었다는 점까지 스스로 짚으며 마무리했다.