고2·3 화학Ⅰ의 「산화 환원 반응과 반응열」 단원은 전자가 오가는 변화로 산화와 환원을 설명하고, 반응 중에 열이 나가거나 들어오는 일을 엔탈피 변화로 나타내는 내용을 다룹니다. 아래 20문항으로는 산화수를 정확히 구하는지, 전자의 양을 mol로 셀 수 있는지, 발열과 흡열을 구별하는지 확인합니다.
📝 산화 환원 반응과 반응열 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
저는 화학을 가르치는 사람이 아니라 수학을 가르치는 원장입니다. 그래서 단원 설명은 하지 않겠습니다. 이 20문항 한 장을 집에서 어떻게 쓰면 좋은지만 말씀드립니다.
산화수를 구하는 문제, 전자의 양을 mol로 세는 문제, 열이 나가는지 들어오는지 가리는 문제가 한 장에 섞여 있습니다. 답만 덜렁 적지 말고, 산화수를 어떻게 구했는지 숫자 몇 개라도 문제 옆에 남기며 푸십시오. 채점해서 틀린 번호가 나오면 그날은 번호에 표시만 해 둡니다.
그 자리에서 바로 고쳐 쓰는 건 반대입니다. 해설을 읽으면 알 것 같다가도 하루만 지나면 흐려지기 마련입니다. 시험이 가까워졌을 때 표시해 둔 번호만 빈 종이에 다시 푸는 쪽이 낫습니다.
— 수학의 신호 원장
산화 환원과 반응열, 무엇을 배우나
이 단원의 중심은 산화수입니다. 화합물에서 H는 +1, O는 −2로 두고 전체 전하에 맞추어 다른 원자의 산화수를 구합니다. 산화수가 증가하면 산화, 감소하면 환원이며, 산화되는 물질은 환원제, 환원되는 물질은 산화제로 작용합니다. 철의 제련 반응에서 Fe₂O₃은 환원되고 CO는 산화되는 환원제인 것이 그 모습입니다.
산화수 변화는 전자의 양으로 이어집니다. Mg가 Mg²⁺로 될 때 원자 1 mol당 전자 2 mol을 잃으므로, 질량을 mol로 바꾼 뒤 2를 곱하면 이동한 전자의 양이 나옵니다. 금속과 양이온 수용액의 반응 여부로는 환원력과 산화력의 순서를 정하고, 반응식의 계수는 전자 수를 맞추어 완성합니다.
반응열은 열의 출입을 다룹니다. 발열 반응은 반응물의 에너지 합이 생성물보다 커서 열을 주위로 내보내고 ΔH<0이며 주위 온도가 높아집니다. 흡열 반응은 반대로 ΔH>0입니다. 염화 칼슘과 질산 암모늄을 물에 녹인 실험처럼 용액의 온도 변화를 보고 열이 나가는지 들어오는지 판단합니다.
mol로 바꾼 뒤 전자 수 곱하기 Mg 12 g은 12÷24=0.50 mol이고, 여기에 원자당 잃는 전자 2를 곱해야 1.0 mol이 됩니다. 질량을 mol로 바꾼 다음 2배를 빠뜨리기 쉽습니다.
온도 변화와 ΔH 부호의 방향 온도가 높아지면 열을 방출한 발열 반응이고 ΔH<0, 낮아지면 흡열 반응이고 ΔH>0입니다. 보기가 이와 반대로 서술된 경우가 많아 방향부터 정해야 합니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
발열 반응에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 반응물의 에너지 합이 생성물의 에너지 합보다 작다. ② 반응이 일어날 때 주위의 온도가 낮아진다. ③ 반응 엔탈피 변화(ΔH)가 0보다 작다. ④ 반응이 일어날 때 주위로부터 열을 흡수한다.정답 · ③ 반응 엔탈피 변화(ΔH)가 0보다 작다. — 발열 반응은 반응물의 에너지 합이 생성물보다 커서 그 차이만큼 열을 주위로 방출한다. 따라서 ΔH<0이고 주위의 온도는 높아진다.
다음 반응 중 산화 환원 반응이 아닌 것은? ① 2Na + Cl₂ → 2NaCl ② CaCO₃ → CaO + CO₂ ③ 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ ④ CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O정답 · ② CaCO₃ → CaO + CO₂ — CaCO₃의 분해에서 Ca +2, C +4, O -2로 모든 원자의 산화수가 변하지 않는다. 나머지는 Na, Cl, O(H₂O₂에서 -1), C, O 등의 산화수가 변하므로 산화 환원 반응이다.
마그네슘 4.8 g이 산소와 완전히 반응하여 산화 마그네슘(MgO)이 될 때 Mg이 잃은 전자의 양(mol)을 단위와 함께 쓰시오. (단, Mg의 원자량은 24이다.)정답 · 0.40 mol — Mg 4.8 g은 4.8÷24=0.20 mol이다. Mg는 Mg → Mg²⁺ + 2e⁻로 산화되므로 잃은 전자는 0.20×2=0.40 mol이다.
표는 0.5 M HCl(aq)과 0.5 M NaOH(aq)을 부피의 합이 100 mL가 되도록 섞어 온도 상승(ΔT)을 측정한 결과이다. 혼합 용액의 밀도는 1 g/mL, 비열은 4.2 J/(g·K)이며, 열 손실은 없다. | HCl(aq) 부피(mL) | 20 | 40 | 50 | 60 | 80 | |---|---|---|---|---|---| | NaOH(aq) 부피(mL) | 80 | 60 | 50 | 40 | 20 | | ΔT(K) | 1.2 | 2.4 | 3.0 | 2.4 | 1.2 | 이에 대한 〈보기〉의 설명 중 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? 〈보기〉 ㄱ. 두 용액의 부피가 같을 때 ΔT가 가장 크다. ㄴ. HCl(aq) 40 mL를 넣은 혼합 용액에는 OH⁻이 남아 있다. ㄷ. HCl(aq) 80 mL를 넣은 혼합 용액은 염기성이다. ① ㄱ ② ㄴ ③ ㄷ ④ ㄱ, ㄴ정답 · ④ ㄱ, ㄴ — ㄱ. 두 용액이 같은 부피일 때 H⁺과 OH⁻이 모두 반응하여(각각 0.025 mol) ΔT가 3.0 K로 가장 크다. ㄴ. HCl 40 mL에서는 H⁺ 0.02 mol, OH⁻ 0.03 mol이므로 OH⁻이 남는다
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
산화 환원 반응과 반응열 시험지에 나오는 문항 모양
선다
단답
원리 적용
개념 확인
계산
집에서 공부하는 순서, 산화 환원 반응과 반응열
먼저 산화수 규칙을 정리합니다. H는 +1, O는 −2, 홑원소 물질은 0, 다원자 이온은 구성 원자의 산화수 합이 이온의 전하와 같고 단원자 이온은 산화수가 그 이온의 전하와 같다는 규칙으로 NH₃, N₂O, NO₂, HNO₃ 속 N의 산화수를 직접 계산해 보는 데 하루 15분 정도를 씁니다. 이것이 되면 산화와 환원, 산화제와 환원제 판단은 증가와 감소를 비교하는 일로 정리됩니다.
그다음 전자의 양 계산과 반응식 완성으로 넘어갑니다. 질량을 mol로 바꾸고 전자 수를 곱하는 순서를 직접 적어 보고, Cr₂O₇²⁻와 Fe²⁺의 반응식은 전자 수부터 맞춘 뒤 전하와 원자 수를 확인합니다. 반응열은 마지막에 온도 변화에서 ΔH의 부호를 말로 설명해 보며 다집니다.