고등학교 2~3학년 (16-18세)

반응 속도

Reaction Rate

같은 반응이라도 냉장고 안에서는 느리고 햇볕 아래에서는 빠른데, 반응 속도는 단위 시간에 반응물이 줄거나 생성물이 늘어나는 빠르기예요. 분자는 저마다 다른 운동 에너지를 갖고 있고, 그중 활성화 에너지 Eₐ 보다 큰 에너지로 부딪힌 분자만 반응할 수 있어요. 온도를 높이면 큰 에너지를 가진 분자의 비율이 크게 늘고, 촉매는 Eₐ 가 낮은 새 경로를 열어 더 많은 분자가 반응하게 해요. 농도가 속도에 주는 영향은 속도 법칙 v = k[A]^m[B]^n 으로 나타내는데, 차수 m, n 은 실험으로 정해요. 그림에서 온도와 Eₐ, 촉매를 바꾸면 반응할 수 있는 분자의 비율이 숫자로 함께 바뀌어요.

왜 어떤 반응은 느릴까

💡 고개를 넘는 사람들

①반응이 일어나려면 분자가 활성화 에너지 Eₐ 라는 고개를 넘을 만큼 세게 부딪혀야 한다

②같은 온도의 분자라도 운동 에너지가 제각각이어서, 고개를 넘는 분자는 그중 일부뿐이다

③온도가 높을수록 빠른 분자가 많아져 고개를 넘는 분자가 늘어난다

④음식을 냉장고에 넣으면 상하는 반응이 느려지는 것도 이 때문이다

⑤반응 속도는 단위 시간에 반응물이 줄어든 양 또는 생성물이 늘어난 양으로 나타낸다

온도와 분자 에너지 분포

온도25 °C

활성화 에너지 Eₐ (상대 눈금)50

🔍 그림에서 읽을 것

①곡선 아래 넓이가 전체 분자 수여서, 온도를 바꿔도 넓이는 그대로다

②온도를 높이면 곡선이 낮고 넓게 퍼지며 오른쪽 꼬리가 두꺼워진다

③Eₐ 선 오른쪽의 칠한 넓이가 반응할 수 있는 분자이고, 그 비율이 아래 줄의 숫자다

④Eₐ 를 높이면 칠한 넓이가 급히 줄어든다

⑤그림은 모양을 보이려고 Eₐ 를 실제보다 낮게 잡았다. 실제 반응은 Eₐ 가 분포의 훨씬 먼 꼬리에 있어서, 실온에서 10 ℃ 만 올려도 그 너머 분자의 비율이 2배 가까이 된다

촉매의 효과

촉매촉매 없음

💡 촉매가 하는 일

①촉매는 Eₐ 가 더 낮은 새 반응 경로를 연다

②고개가 낮아지니 같은 온도에서도 넘을 수 있는 분자가 훨씬 많아진다. 그림 아래 줄의 두 비율을 비교하면 보인다

③촉매는 반응 뒤에도 그대로 남아 소모되지 않는다

④정반응과 역반응의 Eₐ 를 함께 낮추므로 ΔH 와 평형 위치는 바뀌지 않는다

반응 속도식

속도 법칙

v = k[A]^m[B]ⁿ

k: 속도 상수, m · n: 반응 차수 (실험으로 정한다)

아레니우스 식

k = Ae^-E_a/RT

온도가 오르거나 Eₐ 가 낮아지면 k 가 커져 반응이 빨라진다

📐 농도와 반응 속도

①반응물 농도가 높으면 충돌 횟수가 늘어 반응이 빨라진다

②반응 차수 m, n 은 반응식의 계수와 관계없이 실험으로만 정한다

③0차 반응은 농도와 무관하고, 1차 반응은 농도에 비례하며, 2차 반응은 농도의 제곱에 비례한다

④반감기(t½)는 반응물이 처음의 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간이다

예제로 익히기

예제 1

속도식이 v = k[A][B] 인 반응에서 [A] 만 2배로 늘리면 반응 속도는 몇 배가 되는가?

[A] 에 대한 차수가 1 이므로 속도는 [A] 에 정비례한다.

v = k[A][B], [A]에 대해 1차

[A] 가 2배이면 속도도 2배다.

v ∝ [A] ⇒ 2배

▸ 2배

속도식의 지수가 곧 차수다. 차수가 1 이면 농도를 2배로 할 때 속도도 2배가 된다.

예제 2

어떤 반응에서 [A] 를 2배로 했더니 반응 속도가 4배가 되었다. A 에 대한 반응 차수는?

속도가 [A]^m 에 비례하므로 [A] 를 2배로 하면 속도는 2^m 배가 된다.

2^m = 4

2^m = 4 를 만족하는 m 을 구한다.

2^m = 4 = 2² ⇒ m = 2

▸ 2차 (m = 2)

반응 차수는 반응식의 계수가 아니라 이런 실험 결과로 정한다. 속도가 몇 배가 되었는지 보고 2^m 에 맞춘다.

총정리

핵심 공식

v = k[A]^m[B]ⁿ

속도 상수 k 는 온도와 활성화 에너지에 따라 달라진다

수능 유형 변형

촉매에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

①활성화 에너지를 낮춰 반응 속도를 높인다

②정반응과 역반응의 속도를 모두 높인다

③반응 전후 자신은 소모되지 않는다

④평형 상수 K와 평형 위치를 변화시킨다

⑤새로운 반응 경로를 제공한다

▸ ④ 평형 상수 K와 평형 위치를 변화시킨다

촉매는 정반응과 역반응의 활성화 에너지를 함께 낮춰 평형에 빨리 이르게 할 뿐이다.

K 와 평형 위치는 변하지 않으므로 ④ 가 옳지 않다.

🎯 시험 포인트

①v = k[A]^m[B]^n 의 m, n 은 실험으로만 정한다. 반응식의 계수와 관계없다

②온도가 오르면 Eₐ 를 넘는 분자 비율이 늘어 반응이 빨라진다

③촉매는 Eₐ 를 낮춰 반응을 빠르게 하지만 ΔH 와 평형 위치는 바꾸지 않는다

④농도가 높으면 충돌이 잦아져 반응이 빨라진다

⑤1차 반응의 반감기는 처음 농도와 관계없이 일정하다(방사성 붕괴와 같은 꼴)

← 이전

평형의 이동

전기화학

마지막 수정 2026-10-17

이 페이지가 도움 됐다면 후원하기