고2·3 화학Ⅱ 「반응 속도」 단원은 반응이 얼마나 빠르게 일어나는지를 활성화 에너지, 속도식, 속도 상수, 반응 단계로 설명하는 내용을 다룹니다. 아래 시험지 20문항으로는 활성화 에너지와 촉매의 관계, 온도가 속도에 주는 영향, 초기 속도 자료로 속도식을 세우는 과정, 속도 결정 단계를 이해하고 있는지 확인합니다.
📝 반응 속도 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 수학을 가르치는 사람이라 화학Ⅱ를 설명할 처지는 못 됩니다. 이 시험지를 집에서 어떻게 쓰면 좋을지만 말하겠습니다.
활성화 에너지, 속도식, 속도 상수, 반응 단계. 용어가 줄줄이 나오는 단원은 풀이를 눈으로 따라가며 "아는 것 같다"고 넘어가기 쉽습니다. 저는 그게 제일 위험하다고 봅니다.
그래서 답을 고를 때마다 번호 옆에 확신이 있으면 동그라미, 반신반의면 세모를 적어 두게 하십시오. 채점하고 나면 틀린 번호보다 세모인데 맞힌 번호를 먼저 보시면 됩니다. 운으로 맞힌 문항은 대개 거기 숨어 있습니다. 화면에서 바로 채점하고 싶다면 학습지 만들기를 쓰세요.
— 수학의 신호 원장
반응 속도 단원이 다루는 흐름
반응이 일어나려면 반응물이 활성화물에 도달할 만큼의 에너지를 넘어야 하며, 이 에너지 장벽의 높이가 활성화 에너지입니다. 온도를 높이면 활성화 에너지 이상의 에너지를 가진 분자의 비율이 늘어 유효 충돌 횟수가 많아지고, 그 결과 반응 속도가 빨라집니다.
속도식 v = k[A]^m[B]^n의 차수와 속도 상수 k는 초기 농도와 초기 속도 자료를 비교해 구하고, 구한 식에 농도를 넣어 속도를 계산합니다. 여러 단계로 진행되는 반응에서는 가장 느린 단계가 속도를 결정하므로 속도식도 그 단계의 반응물로 정해집니다. 에너지, 온도, 농도, 반응 단계가 이렇게 한 흐름으로 이어집니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
촉매에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 반응이 끝난 뒤에는 촉매가 모두 소모되어 없어진다. ② 반응물과 생성물의 에너지 차이인 반응 엔탈피 변화(ΔH)를 작게 만든다. ③ 가역 반응에서 평형 상수를 크게 하여 생성물의 양을 늘린다. ④ 반응 경로를 바꾸어 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 증가시킨다.정답 · ④ 반응 경로를 바꾸어 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 증가시킨다. — 촉매는 활성화 에너지가 더 낮은 새로운 반응 경로를 제공하여 반응 속도를 증가시킨다. 촉매는 반응 전후에 소모되지 않고, 반응 엔탈피 변화와 평형 상수는 바꾸지 않는다.
반응 A → 생성물에서 A의 초기 농도를 달리하여 초기 반응 속도를 측정한 결과가 아래와 같다. 이 반응의 A에 대한 반응 차수는? 일정한 온도에서 초기 농도 [A]₀와 초기 반응 속도 v₀를 측정하였다. 실험 1: [A]₀ = 0.10 M, v₀ = 2.0×10⁻³ M/s 실험 2: [A]₀ = 0.20 M, v₀ = 8.0×10⁻³ M/s 실험 3: [A]₀ = 0.30 M, v₀ = 1.8×10⁻² M/s ① 0차 ② 1차 ③ 2차 ④ 3차정답 · ③ 2차 — [A]₀가 2배가 될 때 속도가 4배, 3배가 될 때 9배가 된다. 이는 v ∝ [A]²이므로 2차 반응이다.
표는 같은 농도의 H₂O₂ 수용액이 분해될 때 시간에 따라 발생한 O₂의 누적 부피를 촉매 X의 첨가 전과 후로 나타낸 것이다. 반응 속도가 일정하다고 볼 때, 0~60초 동안 촉매 첨가 후 평균 반응 속도는 첨가 전의 몇 배인가? 시간(s) | 0 | 20 | 40 | 60 첨가 전 O₂(mL) | 0 | 6 | 12 | 18 첨가 후 O₂(mL) | 0 | 15 | 30 | 45 ① 1.5배 ② 2.0배 ③ 2.5배 ④ 3.0배정답 · ③ 2.5배 — 평균 반응 속도는 같은 시간 동안 발생한 O₂ 부피에 비례하므로 45 mL ÷ 18 mL = 2.5배이다. 촉매가 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도가 빨라진 것이다.
어떤 1차 반응의 속도 상수는 300 K에서 k₁이고, 320 K에서 k₂ = 4k₁이다. 이 반응의 활성화 에너지는 약 몇 kJ/mol인가? (단, ln(k₂/k₁) = (Eₐ/R)(1/T₁ − 1/T₂), R = 8.3 J/(mol·K), ln 2 = 0.693이며, 답은 단위를 포함하여 쓴다.)정답 · 약 55 kJ/mol — ln(k₂/k₁) = ln 4 = 2 × 0.693 = 1.386이다. 1/300 − 1/320 = 20/96000 ≈ 2.08×10⁻⁴ K⁻¹이므로 Eₐ = 1.386 × 8.3 ÷ (2.08×10⁻⁴) ≈ 5.5
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
반응 속도에서 자주 걸리는 곳
촉매가 바꾸는 것 촉매는 반응 경로를 바꿔 활성화 에너지를 낮출 뿐 ΔH와 평형 상수는 바꾸지 않습니다. 촉매를 쓰면 ΔH가 달라지거나 평형 상수가 커진다는 보기가 오답으로 나옵니다.
역반응의 활성화 에너지 역반응의 활성화 에너지는 정반응의 활성화 에너지에서 ΔH를 뺀 값입니다. ΔH가 음수이면 빼는 계산이 더하는 결과가 되어 부호에서 틀리기 쉽습니다.
중간체와 속도식 속도식은 느린 단계의 반응물로 세우며 중간체는 속도식에 나타나지 않습니다. 전체 반응식의 계수를 그대로 차수로 쓰면 틀리게 됩니다.
반응 속도 시험지에 나오는 문항 모양
선다
단답
그래프·표 해석
계산
choice
short
집에서 이 순서로 풀어 보십시오
하루 30분 안팎으로 잡고, 처음 10분은 활성화 에너지 그림을 직접 그려 보십시오. 반응물, 활성화물, 생성물의 에너지 높이와 ΔH, 정반응·역반응의 활성화 에너지를 표시하면 촉매 문항에서 무엇이 바뀌고 무엇이 그대로인지 바로 짚입니다.
그다음 초기 속도 자료 문항으로 넘어가 농도가 2배가 될 때 속도가 몇 배가 되는지부터 비교해 차수를 정하고, k를 구한 뒤 새 농도를 대입하는 순서를 하루 한두 문항씩 반복합니다. 단위도 함께 적습니다. 속도 결정 단계 문항은 마지막에 풀며 느린 단계의 반응물만 남겼는지 확인합니다.