대전중구 과학과외

대전중구 과학과외에서 시작한 입자 수 읽기

대전중구는 버드내1단지아파트와 태평아파트, 한밭도서관이 가까운 생활권이다. 이곳의 대전태평중학교와 대전고등학교가 있는 교육생활권에서 화학 반응식을 공부할 때, 기호를 외우는 것보다 계수와 입자 수가 어떻게 연결되는지 직접 읽는 연습이 중요하다. 대전중구과외와 대전중구과학과외에서도 이 한 가지 기준을 중심에 두고 자료를 해석할 수 있다.

입자 그림 앞에서 멈춘 이유

수업 자료에는 다음 반응식과 입자 모형이 제시되어 있었다.

2H₂ + O₂ → 2H₂O

그림 왼쪽에는 수소 분자 두 개와 산소 분자 한 개가, 오른쪽에는 물 분자 두 개가 그려져 있었다. 질문은 “반응 전후 각 물질의 분자 수와 한 분자 안 원자 수를 설명하라”였다.

학생은 먼저 식의 숫자를 읽고, H₂의 아래첨자 2와 앞의 계수 2를 모두 “수소 원자 2개”로 표시했다. 이어 O₂도 산소 원자 2개라고 적은 뒤, 물은 계수가 2이므로 산소 원자 2개라고 판단했다. 그림에서 분자 묶음을 세기 전에 숫자의 위치를 같은 의미로 처리한 것이 학생의 오류였다.

숫자의 위치를 나누어 세기

이미 표시한 분자 그림은 지우지 않고, 식 옆에 두 칸을 만들었다. 첫 칸에는 ‘분자 묶음의 수’, 둘째 칸에는 ‘한 묶음 안 원자의 수’를 적었다. 그런 다음 다음 한 문장을 기준으로 삼았다.

앞의 계수는 분자 묶음의 개수이고, 아래첨자는 한 분자 안 원자의 개수이다.

• 2H₂: 수소 분자 2개, 한 분자에 수소 원자 2개
• O₂: 산소 분자 1개, 한 분자에 산소 원자 2개
• 2H₂O: 물 분자 2개, 한 분자에 수소 원자 2개와 산소 원자 1개

따라서 반응 전에는 수소 분자 2개와 산소 분자 1개가 있고, 반응 후에는 물 분자 2개가 있다. 원자 수를 확인할 때도 분자 수와 한 분자 안의 원자 수를 곱해 따로 적었다. 수소는 반응 전 2×2=4개, 반응 후 2×2=4개이며, 산소는 반응 전 1×2=2개, 반응 후 2×1=2개였다. 처음의 그림 표시와 계산은 유지하면서, 숫자의 역할을 구분하는 행동만 바로잡았다.

배열을 바꾼 새 입자 자료

며칠 뒤에는 반응식을 먼저 보여 주지 않고, 왼쪽에 암모니아 분자 세 개와 수소 분자 세 개, 오른쪽에 질소 분자 한 개와 암모니아 분자 세 개가 섞여 있는 새 자료를 받았다. 질문도 달랐다. “반응 전후에 각 분자 종류가 몇 묶음인지 찾고, 아래첨자와 계수를 이용해 한 분자 안 원자 수를 설명하라”는 문제였다.

학생은 그림의 배열 순서에 끌려가지 않고 같은 모양의 입자를 먼저 묶어 세었다. 이후 자료를 다음 반응식으로 정리했다.

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

• 반응 전 질소 분자 1개, 수소 분자 3개
• 반응 후 암모니아 분자 2개
• 수소 분자 하나에는 수소 원자 2개, 암모니아 분자 하나에는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개

자료의 배열과 질문 방향, 분자 종류가 모두 달라졌지만, 분자 묶음 수와 한 묶음 안 원자 수를 분리해 읽었다. 여기서 새로운 화학 개념을 끌어오지 않고, 계수와 아래첨자가 입자 모형에 어떻게 나타나는지만 확인했다.

한 주 뒤의 무힌트 확인

한 주 후에는 해설이나 유형명이 없는 자료가 제시되었다.

3Cl₂ + 2Al → 2AlCl₃

학생은 바로 계산하지 않고 먼저 “앞 숫자는 몇 분자인가, 아래 숫자는 한 분자 안 몇 원자인가”를 스스로 적었다. 염소 분자 3개와 알루미늄 원자 2개가 반응하여 염화 알루미늄 분자 2개가 된다고 설명했다. 이어 염소 원자는 3×2=6개, 알루미늄 원자는 반응 전 2개와 반응 후 2×1=2개라고 검산했다.

마지막에는 답만 맞춘 것이 아니라, 각 계수와 아래첨자를 서로 다른 위치의 정보로 읽었는지 확인했다. 새 입자 그림에서도 먼저 묶음 수를 세고, 그다음 한 묶음 안 원자 수를 세겠다는 풀이 순서를 스스로 정했다.