관평동 과학과외

관평동 과학과외에서 다룬 중화 반응의 조건 읽기

관평동과외 수업에서 학생은 관평도서관에서 정리해 온 중화 실험 자료를 살펴보았다. 대전관평중학교와 중일고등학교가 있는 관평·테크노밸리권 생활권에서 자주 접하는 산과 염기 단원 문제였지만, 이번 핵심은 새로운 공식을 외우는 것이 아니라 산과 염기의 양이 서로 충분한지 비교하는 것이었다.

실험표에서 먼저 멈춘 지점

자료에는 묽은 염산과 수산화 나트륨을 섞은 결과가 다음처럼 제시되어 있었다.

• 실험 1: 염산 20mL와 수산화 나트륨 20mL, 두 용액의 농도 같음 → 지시약 색이 중성에 해당하는 색
• 실험 2: 염산 20mL와 수산화 나트륨 30mL, 두 용액의 농도 같음 → 지시약이 염기성 색
• 실험 3: 염산 30mL와 수산화 나트륨 20mL, 두 용액의 농도 같음 → 지시약이 산성 색

학생은 실험 2를 읽고 곧바로 “부피가 비슷하므로 이것도 거의 완전히 중화된다”고 표시했다. 이것이 학생의 최초 오류였다. 부피가 같거나 비슷한지만 보고 판단했으며, 실제로 반응에 참여하는 산과 염기의 양을 비교하지 않았다.

부피가 같다는 사실은 두 용액의 양이 같다는 뜻일 뿐, 산과 염기의 반응량이 같다는 뜻은 아니다.

표시 하나만 바꾸어 판단하기

관평동과학과외 수업에서는 학생이 이미 적어 둔 부피와 농도 표시는 그대로 두고, 각 조건 옆에 ‘산의 양’과 ‘염기의 양’을 따로 표시하게 했다. 농도가 같을 때에는 같은 부피에 들어 있는 산 또는 염기의 양도 서로 비교할 수 있으므로, 실험 2에서는 염산 20mL보다 수산화 나트륨 30mL 쪽의 양이 더 많다고 정리했다.

• 실험 1: 산의 양과 염기의 양이 같으므로 어느 한쪽이 남지 않음
• 실험 2: 염기의 양이 더 많으므로 염기가 남아 지시약이 염기성 색을 나타냄
• 실험 3: 산의 양이 더 많으므로 산이 남아 지시약이 산성 색을 나타냄

교정은 ‘부피가 비슷하면 중화’라는 문장을 지우는 데서 끝나지 않았다. 학생은 원래 조건인 같은 농도와 달라진 조건인 부피를 각각 동그라미로 표시한 뒤, 양의 비교가 달라질 때만 결론을 바꾸었다. 실험 1의 판단과 실험표에 적은 수치는 유지하고, 실험 2와 3의 지시약 결과만 양의 차이에 맞게 설명했다.

같은 주제를 다른 배열로 다시 만나다

며칠 뒤에는 실험 순서를 섞은 새 자료를 제시했다. 이번에는 산 용액의 농도와 부피, 염기 용액의 농도와 부피가 함께 적혀 있었고, 학생은 먼저 부피만 비교할 수 없도록 자료의 양을 직접 계산해 표시해야 했다.

• 용액 A: 산 농도 1, 부피 10mL
• 용액 B: 염기 농도 2, 부피 5mL
• 용액 C: 산 농도 1, 부피 10mL
• 용액 D: 염기 농도 1, 부피 10mL

학생은 A와 B를 비교할 때 농도와 부피를 함께 보아 산의 양과 염기의 양이 같다고 판단했다. C와 D는 부피가 같아도 농도가 다르므로 염기의 양이 더 적다고 표시했다. 따라서 A-B 조합은 어느 한쪽이 남지 않는 경우이고, C-D 조합은 산이 남는 경우라고 설명했다. 숫자만 바꾼 문제가 아니라, 앞에서는 부피가 중심이었고 이번에는 농도와 부피를 함께 읽어야 하는 자료였다.

힌트 없이 끝까지 확인한 장면

마지막에는 조건 표시나 선택지가 없는 새 실험 기록을 건넸다. 산 용액은 농도 2, 부피 15mL였고 염기 용액은 농도 1, 부피 20mL였다. 학생은 먼저 산 쪽 양을 30에 해당하는 값으로, 염기 쪽 양을 20에 해당하는 값으로 비교해 산이 더 많다고 적었다. 이어 지시약이 산성 색을 보인다는 기록과 자신의 비교 결과가 일치하는지 확인했다.

학생은 “부피만 보면 염기가 더 많지만, 농도를 함께 반영하면 산의 양이 더 많다. 따라서 염기가 모두 반응한 뒤 산이 남고, 산성 색이 나타난다”고 설명했다. 마지막으로 원래의 같은 농도 실험에서는 부피가 양의 차이를 보여 주었지만, 새 자료에서는 농도까지 확인해야 했다고 대조했다. 조건 하나를 빠뜨리지 않고 산과 염기의 양을 비교한 뒤 지시약 결과로 다시 검산하면서 중화 판단을 마무리했다.