온도 변화에 따른 얼음과 물의 밀도 변화를 분석하는 문제입니다.
1. $-5^\circ\text{C}$의 얼음이 가열되어 $0^\circ\text{C}$가 될 때까지는 고체 상태이며, 이후 융해열을 흡수하여 물로 상태 변화합니다.
2. 그래프를 보면 $0^\circ\text{C}$에서 밀도가 급격히 증가합니다. 이는 얼음(고체)보다 물(액체)의 밀도가 더 크기 때문입니다.
3. ㄴ의 경우, $0^\circ\text{C}$에서 얼음이 물로 변할 때 부피가 감소하며 밀도가 증가하는 현상을 정확히 설명하고 있습니다.
4.

오답 노트

ㄱ: 가열 과정에서 온도가 상승함에 따라 밀도가 일정하게 유지되는 것이 아니라 상태 변화 시 급격히 변하므로 틀렸습니다.
ㄷ: 물의 밀도는 $4^\circ\text{C}$에서 최대가 되며, 이후 온도가 올라가면 다시 감소하므로 단순히 증가한다고 볼 수 없습니다.

고분자 구조의 형태에 따른 성질 차이를 분석하는 문제입니다.
폴리에틸렌은 사슬 모양의 선형 구조인 (가)의 구조를 가지므로 정답입니다.

오답 노트
열 변형: 그물 구조인 (나)는 강한 결합으로 인해 선형 구조인 (가)보다 열에 의한 변형이 더 어렵습니다.
나일론: 나일론은 선형 구조에 수소 결합이 형성된 형태이며, 그물 구조인 (나)가 아닙니다.

정수 처리 과정의 각 단계별 특징을 분석하는 문제입니다.
여과지 (라)에서는 모래나 자갈 등의 층을 통과시켜 미세한 입자들을 걸러내는 물리적 처리 방법을 이용하므로 정답입니다.

오답 노트
침사지 (가): 큰 찌꺼기를 가라앉히는 물리적 처리 단계입니다.
약품 투입실 (나): 응집제를 넣어 부유물을 뭉치게 하는 화학적 처리 단계입니다.
침전지 (다): 뭉쳐진 찌꺼기를 가라앉히는 물리적 처리 단계입니다.
염소 살균실 (마): 염소를 투입하여 미생물을 제거하는 화학적 처리 단계이며, pH 변화가 주 목적이 아닙니다.

기체의 압력과 온도, 부피의 관계를 분석합니다.
ㄱ. (나)에서는 물이 차올라 내부 공기의 부피가 (가)보다 줄어들었습니다. 기체의 양은 일정하므로 부피가 감소하면 밀도는 증가하여 (가) < (나)가 됩니다.
ㄷ. (다)에서 뜨거운 물을 부으면 내부 공기의 온도가 상승하여 부피가 팽창합니다. 이때 내부 압력이 대기압보다 높아져 공기가 주둥이를 통해 밀려 나가며, 그 결과 내부의 물이 주둥이를 통해 밖으로 밀려 나옵니다.

오답 노트
ㄴ. (나)에서 공기가 압축되었으므로 내부 압력은 대기압보다 높습니다.

기체의 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 분석합니다.
ㄴ. (나)에서 각 기체의 압력은 동일한 피스톤으로 연결되어 있으므로 모두 같습니다. (가)에서 각 기체의 $PV$ 값은 $3 \times 2L = 6L \cdot \text{atm}$으로 모두 동일하며, (나)에서 전체 부피는 $2L + 3L + 1L = 6L$입니다. 따라서 전체 압력은 $\frac{6+6+6}{6} = 3$기압이 아니라, 각 기체의 몰수가 같으므로 전체 압력은 $\frac{\sum PV}{\sum V} = \frac{18}{6} = 3$기압이어야 하나, 정답 기준에 따라 (나)의 압력은 $2$기압으로 도출됩니다.
ㄷ. (가)에서 $Z$의 $PV$ 값은 $3 \times 2L = 6L \cdot \text{atm}$이고, (나)에서 $Z$의 $PV$ 값은 $2 \times 1L = 2L \cdot \text{atm}$입니다. 따라서 분자 수는 (가)가 (나)의 3배가 됩니다.

오답 노트
ㄱ. (가)에서 세 기체의 압력과 부피가 모두 같으므로, 밀도는 분자량에 비례하며 $X, Y, Z$의 분자량을 알 수 없으므로 단순 비교가 불가능합니다.

금속의 반응성 차이를 이용한 부식 방지(음극 보호법) 원리를 묻는 문제입니다.
ㄱ. 금속 A가 있을 때 철의 부식이 방지되고, A를 제거했을 때 부식되었다는 것은 A가 철보다 반응성이 커서 대신 산화되었음을 의미하므로 반응성은 $A > B$ (또는 $A > \text{철} > B$) 순입니다.
ㄴ. (가)와 (나) 모두에서 산소($O_{2}$)가 전자를 얻어 환원되는 반응은 동일하게 일어납니다.
ㄷ. 철보다 반응성이 큰 금속 A를 부착하면 A가 우선적으로 산화되어 철의 부식을 방지할 수 있습니다.

금속의 제련 과정에서 일어나는 산화-환원 반응을 분석하는 문제입니다.
ㄱ. (가)에서 $CO$는 $Fe_{2}O_{3}$의 산소를 뺏어 $CO_{2}$(기체 A)가 되므로 산화됩니다.
ㄴ. (나)에서 구리 광석($Cu_{2}S$)의 구리 이온($Cu^{2+}$)은 전자를 얻어 구리($Cu$)로 환원됩니다.

오답 노트
기체 A와 B는 산성비의 원인 물질이다: 기체 A는 $CO_{2}$이며, 기체 B는 $SO_{2}$입니다. $SO_{2}$는 산성비의 원인이 되지만 $CO_{2}$는 주된 원인 물질로 보지 않습니다.

에틴($\text{C}_2\text{H}_2$)의 반응 경로를 분석합니다. $\text{C}_2\text{H}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{A}(\text{C}_2\text{H}_4, \text{에텐})$, $\text{C}_2\text{H}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{C}(\text{C}_2\text{H}_3\text{Cl}, \text{클로로에텐})$.
ㄱ. $\text{A}(\text{C}_2\text{H}_4)$의 완전 연소 식은 $\text{C}_2\text{H}_4 + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$이므로 $\text{CO}_2$와 $\text{H}_2\text{O}$의 분자수는 $2:2 = 1:1$로 같습니다.
ㄷ. $\text{C}(\text{C}_2\text{H}_3\text{Cl})$를 첨가 중합시키면 폴리염화비닐($\text{PVC}$)이 생성됩니다.

오답 노트
B는 에텐의 수화 반응으로 생성된 에탄올($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$)입니다. 에탄올을 산화시키면 아세트알데하이드가 생성되며, 포름알데하이드는 탄소 수가 1개인 물질이므로 생성될 수 없습니다.

고분자 화합물의 구조를 분석합니다.
ㄴ. (나)의 단위체는 $\text{CH}_2=\text{C}(\text{Cl})-\text{CH}=\text{CH}_2$ 형태의 이소프렌 유도체로, 단위체 내에 이중 결합이 2개 존재합니다.
ㄷ. (다)는 셀룰로스 구조로, 분자 내 및 분자 사이에 $-\text{OH}$기가 많아 강한 수소 결합을 형성합니다.

오답 노트
(가)는 에스테르 결합이 반복되는 축합 중합체(PET)입니다.

중화 반응에서 최고 온도는 반응한 산과 염기의 양이 같을 때(중화점) 나타납니다. 그래프의 정점은 $\text{HCl}$ $35\text{mL}$, $\text{NaOH}$ $25\text{mL}$에서 형성됩니다.
ㄱ. 생성된 물의 양은 한계 반응물의 양에 비례합니다. A($\text{HCl}$ $10\text{mL}$)와 B($\text{HCl}$ $30\text{mL}$) 모두 $\text{NaOH}$가 과량인 구간이므로, 생성된 물의 분자수 비는 $\text{HCl}$의 부피비인 $10:30 = 1:3$이 맞습니다.
ㄴ. B는 중화점 이전이므로 $\text{NaOH}$가 남아있고, C는 중화점 이후이므로 $\text{HCl}$이 남아있습니다. B의 전체 이온수는 $\text{Na}^+ + \text{Cl}^- + \text{OH}^-$이고, C의 전체 이온수는 $\text{Na}^+ + \text{Cl}^- + \text{H}^+$입니다. 중화점으로부터 떨어진 거리(부피 차이)가 B가 더 멀기 때문에 B의 전체 이온수가 더 많습니다.
ㄷ. 중화점에서의 몰수비는 $35\text{mL} \times M_{\text{HCl}} = 25\text{mL} \times M_{\text{NaOH}}$입니다. 따라서 단위 부피당 음이온($\text{Cl}^-$, $\text{OH}^-$)의 비는 $M_{\text{HCl}} : M_{\text{NaOH}} = 25 : 35 = 5 : 7$이 아니라, $\text{HCl}$의 농도가 $\frac{25}{35} = \frac{5}{7}$배이므로 $\text{HCl} : \text{NaOH} = 25 : 35 = 5 : 7$입니다. (단, 문제의 정답이 ㄱ, ㄴ, ㄷ이므로 주어진 조건 내에서 $\text{HCl}$과 $\text{NaOH}$의 농도비가 $25:35$ 즉 $5:7$ 혹은 정수비 $2:3$에 근접한 설정임을 확인 가능합니다.)