[칼럼] 화학이 어려운 이유와 해결 (1단원)

Question

오늘은 화학은 왜 어려운가? 그렇다면 이를 해결할 방법은 무엇인가?를 주제로 한번 칼럼을 써보려 합니다.

예상 독자는 중하~중상위권 학생입니다.

화학을 왜 어려워할까요?

그 이유로는 크게 네가지가 있습니다.

1) 개념을 제대로 이해하지 못한 경우

주로 2단원의 오비탈, 3단원의 결합구조같은 비킬러 단원에서 발생하는 이유입니다.

2) 계산실수가 많은 경우

화학의 가장 큰 맹점이, 계산 도중에 실수를 하면, 중간에 숫자가 이상해서 실수가 있었다는걸 알아채지 못하는 이상 계산이 끝나야 비로소 실수가 있었다는걸 깨닫습니다.

최악의 경우 실수가 선지에 있는 숫자가 나오는 경우가 있고, 이를 유도하는 문항도 있기에, 끝까지 긴장의 끈을 놓쳐서는 안됩니다.

예를 들어 수많은 연산으로 몸과 마음이 피폐해진 상태에서 'A의 양이 B의 3/2배‘라는 결론을 얻었다고 합시다. 선지에 ’B의 양은 A의 2/3배이다.’를 실수로 ‘틀렸다!’고 판단할 수 있는겁니다.

3) 자료에 대한 접근방법을 모르는 경우

이거는 문제 하나를 보시면 바로 아실겁니다

2025 수능완성에 실린 250916문항의 변형문항인데요, 이런 자료를 처음 접해보는 학생은 풀이 접근 자체가 감도 안잡힐 가능성이 높습니다.

굳이 이런 새로운 문항이 아니더라도, 기존에 전형적인 문항에 대해 비효율적인 접근을 하거나, 다양한 접근 시도조차 안하는 경우가 있습니다.

4) 시간을 오래 쓰는 경우

사실 이게 가장 큰 이유일 것입니다. 아무리 새로운 자료를 줘도, 아무리 계산이 더러워도 시간만 충분하면 검토를 수십번이라도 해서 맞춰낼 수 있습니다. 하지만 시간이 문제죠.

미리 약스포를 하자면 이걸 해결하는 방법은, 다양한 스킬을 익히고 체화하며, 익숙한 값들은 외우고 DB화 시키는 것입니다. 정수론적 감각이 있으면 더욱 좋아요. 뒤에서 더 구체적으로 다루겠습니다.

그러면 각 경우에 대한 대응 방법은 어떻게 될까요?

1) 개념을 이해하는것은, 더 좋은 자료, 더 좋은 이미지화와 상상하기 등 전적으로 수험생과 수험생이 공부하는 자료에게 달린 문제입니다. 이건 더 이해하기 편한 설명문을, 강좌를 보는 것 말고는 도와주기 어렵습니다.

2) 계산실수는... 솔직히 더 도와드리기 어렵습니다. 이번 글의 메인은 3번과 4번이니까요.

그나마 화학식량과 몰 파트에서는, 플루오린이 포함된 분자들의 분자량까지 싹 외워두면 계산할때 확신과 예상을 갖고 계산할 수 있습니다.

3, 4) 화학에서는 근본적으로, 어떤 두 자료를 혼합해서 주는 경우 어려워집니다. 예를 들어,

표준상태에서

XY2 2몰의 질량이 88g이다.

XY 11.2L의 질량이 14g이다.

이런식의 자료는 매우 쉽개 느낍니다. 하지만,

표준상태에서

XY2 2몰의 질량이 XY 11.2L의 질량의 44/7배이다.

라고 하면 조금 어렵게 느껴집니다.

특히나 화학반응에서는, 반응하는 모든 각 지점이 전부 다 다른 값과 특징을 가지기에, 두 자료가 곱해지거나 나눠지면 더욱 어렵습니다.

그렇다면 어떻게 해석해야 할까요?

일단 첫번째로, 분수꼴 자료의 경우 분모나 분자 둘 중 하나를 곱하거나 나눠 소거합니다. 90%의 분수형 자료 문제가 이 방식으로 풀립니다. 이번 고3 3모 문항을 봅시다. (쉽습니다)

하나, 그래프 자료가 주어집니다. 하지만 우리는 그래프 자체의 특성을 쓸 필요가 없습니다. 그냥 주어진 새 점의 정보만 갖고 표처럼 풀면 되는거에요.

둘, 이 자료는, (나)와 (다)에서 Y의 질량과 전체 기체의 질량을 분수형태로 결합한 자료를 제시합니다. 분모나 분자 중 하나를 소거해야합니다. 이 문제는 풀지는 않겠습니다.

아직은 쉽죠? 한번 어려운 문제를 봅시다. 23학년도 수능 킬러입니다.

밀도는 대표적인 분수꼴 자료입니다. 질량과 부피라는 두 자료가 결합해 있습니다. 이 문제를 처음 접하셨다면, 이 둘중 하나를 소거하는 방법을 생각해보시고, XaY2b와 XbYc의 분자량비만 구해보세요.

기체의 질량비가 주어졌습니다. 왼쪽 분자를 p, 오른쪽 분자를 q라고 부르겠습니다.

(가)에서 질량비를 3배하면 p:q=3:6이고, 둘이 합하면 9입니다.

(나)에서 질량비를 2배하면, p:q=6:2이고, 둘이 합하면 8입니다.

즉, p 3g + q 6g의 부피가 p 6g + q 2g의 부피(몰수)와 같습니다.

p 3g + q 6g의 V = p 6g + q 2g의 V에서 공통항을 소거하면 q 4g의 V = p 3g의 V이므로, p와 q의 분자량비는 3:4가 됩니다.

아주 쉬운 문제부터 아주 어려운 문제까지, 공통적인 컨셉은, 분모나 분자 둘 중 하나를 지운다는겁니다.

다음으로 반응문제를 풀기 전에, ‘기울기 공식’이라는 스킬 하나를 숙지합니다.

aA + bB -> cC라는 반응이 있습니다. 우리는 A가 들어 있는 용기에 B를 넣어주면서 그 변화를 관찰할거에요.

완결 이전에는, B 1몰을 넣을때마다 B 1몰과 A a/b몰이 감소합니다. 그리고 C는 c/b몰 증가하죠.

따라서, 전체 부피 변화량은 c/b-a/b에 비례합니다.

한편 완결 이후로는, B 1몰을 넣으면 더이상 반응이 없기에 그대로 부피가 1몰애 비례하게 증가합니다.

여기서 이러한 사실을 얻습니다.

‘A가 들어있는 반응에서 x축을 넣어준 B, y축을 전체 부피(또는 그에 비례하는 값)이라고 할 때, 완결점 이전과 완결점 이후의 그래프의 기울기 비는 c-a:b‘

이걸 써서 반응 문제를 봅시다. 2024년 고3 10월 학평입니다. (쉽습니다)

또 밀도자료입니다. 쉬운문제이니 한번 풀어보세요.

근본적으로 밀도자료이므로, 분모나 분자 둘 중 하나를 지워야 합니다. 여기서 무엇을 지워야할지 생각해보면, 나와있는 자료는 질량 자료가 유일하기에, 질량과 부피가 결합된 자료에서 질량 자료를 지우고, 부피 자료를 가져와야 합니다.

전체 기체의 질량은 각 실험에서 8, 15, 22, 36입니다.

밀도 자료를 이 값들로 나누면, 각각 1, ?, 1/2, 1/4이고, 이 값들은 부피의 역수이기에, 부피비는 1:?:2:4가 됩니다.

부피가 2일때 완결이기에, 15 넣었을 때 부피는 1과 2의 중간인 1.5가 되고, x=10,

기울기 비는 8, 22 사이와 22, 36 사이에서 1:2이므로 c-1:a=1:2 입니다. c=2, a=2임을 알 수 있습니다. (사실 논리적 비약이 있습니다. a=2c-2를 바로 a=2, c=2라 결론내린것인데, 사실 이 외의 숫자를 집어넣으면 너무나 말도안되는 값이 튀어나오기에 설정 가능한겁니다. 이게 바로 앞서 말한 정수론적 감각입니다.)

등온 등압에서 밀도는 분자량에 비례하므로, B만 있는 8w 지점과 C만 있는 22w 지점에서 밀도비가 8:11, 따라서 A는 (11*2-8*1)/2=7의 분자량을 갖고, B 분자량/A 분자량은 8/7, 답은 5번.

그리고 아까 3, 4를 통합해서 답변하는 이유가 있습니다.

화학의 자료는, 그 자료가 새로운 의미를 내포하는 경우가 있습니다. 이를 파악하면 문재풀이가 간결해지는 경우가 많습니다. 다음 문제를 통해 보겠습니다.

이제 중간난이도 문제를 봅시다. 25학년도 6월 20번입니다.

한번 풀어보시고, 반드시 제 풀이랑 비교해보세요.

자료의 의미 파악 첫번째는, 실험 2에서 반응 후 C의 양이 곧 전체 기체의 양이라는 점에서, 완결점임을 알 수 있습니다.

완결점이므로 반응 질량비는 5:4:9인것도 알 수 있습니다.

자료의 의미 파악 두번째는, 실험 1과 2는 완결점, 또는 그 이하 지점입니다. 따라서 넣어준 B의 양이 C의 양에 비례하고, 그 값이 오른쪽 자료의 분모에도 있기에, 곱해주면 전체 기체의 양이 나옵니다.

1*4=4*1로 완결점 이전 전체 기체의 양이 일정합니다. 그렇다면 기울기 공식에 의해, 2-a:b=0:?이므로 a=2입니다.

A와 C의 반응 계수가 같으므로, 반응 질량비가 곧 분자량비입니다. 따라서 분자령비는 5:9

실험 3은 완결점의 1.5배 지점입니다. 완결점에서 생성된 C의 양을, 계산의 편의를 위해 계수와 같은 2몰로 두면, 실험 2에서 넣어준 B는 1몰이고, 실험 3에서는 1.5몰입니다. 따라서 3에서는 전체 기체가 C 2몰과 B 0.5몰으로, x=5/4입니다. 답은 5번.

최대한 차근차근 설명하느라 길었지, 실제 계산은 2-a=0과 5/4*9/5 뿐입니다. 고였다면 푸는데 1분이 걸리지 않았을 문제입니다.

결론적으로 오늘 제 의도는, ’화학 양론의 기초를 알아가자‘ 입니다. 제가 알려드린 풀이의 사고방식은 많은 문제에서 쓰이는 방법이므로, 숙지하시면 상당한 도움이 될 것입니다.

긴 글 읽어주셔서 감사하고, 질문이 있다면 댓글을 남겨주세요.

리멤버유 · Accepted Answer

잘 읽었습니다
수특 문항 답 3번인가요? 문제가 좋네요.

[칼럼] 화학이 어려운 이유와 해결 (1단원)

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