이 실험 소개
수소 분자와 산소 분자의 개수를 선택한 다음, 한 번에 한 배치씩 반응시킵니다. 각 배치에서는 수소 분자 2개와 산소 분자 1개가 소비되어 물 분자 2개가 생성됩니다. 소비된 분자는 배경에 희미해지고 생성물이 나타나므로, 남은 입자를 숨기지 않고 과량 반응물과 이론적 수득량을 확인할 수 있습니다.
학습 목표
- 계수가 맞춰진 화학 반응식으로 한계 반응물을 결정합니다
- 이론적인 생성물의 개수와 남는 반응물을 예측합니다
- 분자 수가 아니라 원자가 보존되는지 확인합니다
- 제한 반응물과 과량 반응물의 차이를 설명하세요.
사용 방법
- 1수소 분자 12개와 산소 분자 8개가 있을 때, 반응시키기 전에 어떤 반응물이 수득량을 제한할지 예측하세요.
- 2반응을 한 배치 진행하고 각 반응물의 감소량과 물의 증가량을 세어 봅니다.
- 3가능한 모든 배치를 반응시키고 생성된 물의 양을 이론적 수득량과 비교합니다.
- 4정확한 비율 프리셋을 사용한 다음, 수소 분자를 13개처럼 홀수로 설정해 보세요. 수소가 남는 이유를 설명하세요.
- 5수소 분자 6개와 산소 분자 10개를 준비하세요. 생성되는 물과 남는 반응물을 예측한 다음, 모두 반응시켜 확인하세요.
모델
가정
- 입자 수는 정수입니다. 완전한 배치 한 번이 반응하려면 H2 분자 정확히 2개와 O2 분자 1개가 필요합니다.
- 반응 가능한 모든 완전한 배치는 모델상 수율 100%로 반응합니다. 부반응, 평형, 활성화 에너지 및 실제 반응 속도는 고려하지 않습니다.
- 애니메이션 시간은 교육 목적으로 설정한 것이며 화학 반응 속도를 나타내지 않습니다. 분자 그림은 결합각을 포함해 개략적으로 표현한 것입니다.
- 이 모델은 분자와 원자의 개수를 계산하며, 측정된 기체 부피나 시료 질량을 계산하지 않습니다. 계수는 별도로 몰비로 해석할 수 있습니다.
수업에서 해 보기
- Q1수소가 제한 반응물인데도 산소가 남을 수 있는 이유는 무엇인가요?
- Q2수소 분자 13개와 산소 분자 8개가 있을 때, 이론적인 물 생성량이 13개가 아니라 12개인 이유는 무엇인가요?
- Q3완전한 반응 배치 한 번 전과 후에 수소 원자와 산소 원자는 각각 몇 개 있나요?
- Q4자동차 엔진에서는 연료와 산소 중 어느 반응물이 보통 과량인가요? 반대의 경우에는 어떤 일이 일어나나요?
- Q5반응을 몰 단위로 확대해 보세요. H₂ 4 mol이 O₂ 3 mol과 반응하면 물은 몇 mol 생성되고 무엇이 남나요?
자주 묻는 질문
물질은 보존되는데 분자 수는 왜 달라지나요?
원자는 재배열되어 서로 다른 분자가 됩니다. 한 반응 묶음은 분자 3개로 시작해 2개로 끝나지만, 수소 원자 4개와 산소 원자 2개는 그대로 포함합니다.
이론 수율과 실제 수율의 차이는 무엇인가요?
이론 수율은 주어진 반응물과 균형 화학 반응식으로 얻을 수 있는 최대량입니다. 실제로 측정한 수율은 이보다 낮을 수 있습니다. 이 모델은 반응 가능한 완전한 반응 묶음이 모두 성공적으로 반응한다고 가정합니다.
분자 수가 더 적은 반응물이 항상 제한 반응물인가요?
아니요. 균형 잡힌 반응식의 계수와 물질의 양을 비교해야 합니다. 여기서는 수소 분자의 수가 산소 분자 수의 두 배보다 적으면, 전체적으로 수소 분자가 더 많더라도 수소가 먼저 소진됩니다.