수능(화학I) 필기 기출문제복원 (2015-03-11)

수능(화학I) 2015-03-11 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(화학I) 2015-03-11 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(화학I)
(2015-03-11 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 다음은 2가지 화학 반응식이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, H의 원자량은 1이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 첫 번째 반응식 $\text{CH}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{H}_2 + (\text{가})$에서 원자 수를 맞추면 $(\text{가})$는 $\text{CO}_2$가 됩니다. 따라서 ㄱ은 옳습니다.
    두 번째 반응식 $(\text{나}) + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3$에서 원자 수를 맞추면 $(\text{나})$는 $\text{N}_2$가 됩니다. $\text{N}_2$는 질소 원자 2개로 이루어진 2원자 분자이므로 ㄴ은 옳습니다.

    오답 노트
    ㄷ: 암모니아 $2\text{mol}$을 얻기 위해 필요한 수소는 $3\text{mol}$입니다. 수소 분자 $\text{H}_2$의 분자량은 $2$이므로, 필요한 질량은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\text{질량} = \text{몰수} \times \text{분자량}$
    ② [숫자 대입] $\text{질량} = 3\text{mol} \times 2\text{g/mol}$
    ③ [최종 결과] $\text{질량} = 6\text{g}$
    따라서 $3\text{g}$이라는 설명은 틀렸습니다.
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2. 다음은 1, 2주기 비금속 원소 A ~ C의 원자를 루이스 전자점식으로 나타낸 것이다.

A ~ C로 이루어진 물질에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A ~ C는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 루이스 전자점식을 통해 원소를 분석하면 $\text{A}$는 1족(수소), $\text{B}$는 14족(탄소), $\text{C}$는 16족(산소)임을 알 수 있습니다.
    ㄱ. $\text{AC}$($\text{HO}$)는 $\text{A}$의 전자 하나와 $\text{C}$의 홀전자가 공유 결합을 형성하는 공유 결합 물질입니다.
    ㄴ. $\text{BA}_3$($\text{CH}_3$ 등)에서 전기 음성도는 $\text{C} > \text{H}$이므로 $\text{B}$가 부분적인 음전하($\delta^-$)를 띱니다.
    ㄷ. $\text{BC}_3$($\text{CO}_3^{2-}$ 또는 $\text{CO}_2$ 유사 구조)에서 중심 원자 $\text{B}$ 주변에 전자쌍이 3개 배치되므로 분자 구조는 삼각평면형입니다.
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3. 다음은 산 염기 반응의 화학 반응식이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 산-염기의 정의에 따른 반응 분석입니다.
    ㄱ. (가)에서 $CH_{3}COOH$는 수용액에서 $H^{+}$를 내놓으므로 아레니우스 산입니다.
    ㄴ. (나)에서 $OH^{-}$는 $CH_{3}COOH$로부터 $H^{+}$를 받아들이므로 브뢴스테드-로우리 염기입니다.
    ㄷ. (다)에서 $CH_{3}NH_{2}$는 $H^{+}$(양성자)를 받아들이는 것과 동시에 전자쌍을 제공하므로 루이스 염기입니다.
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4. 표는 원소 X ~ Z로 이루어진 3원자 분자 (가), (나)에 대한 자료이다. X ~ Z는 각각 H, C, O 중 하나이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 3원자 분자의 구성 원소와 결합 구조를 분석합니다. (가)는 $H_{2}O$ 또는 $CO_{2}$가능성이 있으며, (나)는 $H_{2}O$ 또는 $CO_{2}$가능성이 있습니다. 원자 수 비를 통해 (가)는 $X_{2}Y$ (예: $H_{2}O$), (나)는 $Y_{2}Z$ (예: $O_{2}C$는 불가하므로 $H_{2}O$ 형태) 등으로 분석하면 (가)는 $CO_{2}$ ($X=O, Y=C$), (나)는 $H_{2}O$ ($Y=H, Z=O$)가 적절합니다.
    ㄱ. $CO_{2}$는 탄소와 산소 사이에 2중 결합이 존재합니다.
    ㄴ. $H_{2}O$는 굽은형 구조의 극성 분자입니다.
    ㄷ. (가) $CO_{2}$의 비공유 전자쌍 수 8, 공유 전자쌍 수 4 $\rightarrow$ 비율 2 / (나) $H_{2}O$의 비공유 전자쌍 수 4, 공유 전자쌍 수 2 $\rightarrow$ 비율 2로 서로 같습니다.

    오답 노트
    ㄴ. $H_{2}O$는 극성 분자임
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5. 그림은 바닥상태 원자 (가)~(라)에 대해 전자가 들어 있는 오비탈 수와 홀전자 수를 나타낸 것이다.

(가)~(라)에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 오비탈 수와 홀전자 수를 통해 원소의 전자 배치를 분석합니다.
    ㄱ. (가)는 오비탈 수 2개, 홀전자 수 1개이므로 $1s^{2}2s^{1}$인 리튬($Li$)입니다.
    ㄴ. (나)는 오비탈 4개, 홀전자 2개 $\rightarrow 1s^{2}2s^{2}2p^{2}$ (베릴륨 이후 탄소), (다)는 오비탈 5개, 홀전자 2개 $\rightarrow 1s^{2}2s^{2}2p^{4}$ (산소)로 전자 수가 다릅니다.
    ㄷ. (라)는 오비탈 5개, 홀전자 3개 $\rightarrow 1s^{2}2s^{2}2p^{3}$ (질소)이며, 원자 번호가 가장 큰 것은 오비탈 5개에 전자가 가장 많이 채워진 (다) 산소입니다.

    오답 노트
    ㄴ. 탄소와 산소로 전자 수가 다름
    ㄷ. (다)가 산소로 가장 큼
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6. 표는 수소 원자에서 전자 전이 a ~ c를 전이 전 주양자수(n전)와 전이 후 주양자수(n후)로 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수소 원자의 전자 전이 시 방출되는 에너지는 전이 전후의 주양자수 차이에 의해 결정됩니다.
    ㄱ. $a$는 $n=2 \rightarrow n=1$ 전이로, 라이먼 계열에 해당하여 자외선 영역의 빛을 방출합니다.
    ㄴ. 에너지 보존 법칙에 의해 $n=3 \rightarrow n=1$ 전이 에너지($b$)는 $n=3 \rightarrow n=2$ 전이 에너지($c$)와 $n=2 \rightarrow n=1$ 전이 에너지($a$)의 합과 같습니다.
    ㄷ. 전이 에너지 크기는 $b > a > c$ 순이며, 파장은 에너지에 반비례하므로 $c$의 파장이 $a$의 파장보다 깁니다.
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7. 그림은 뉴클레오타이드를 구성하는 3가지 물질 (가)~(다)의 구조식을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 뉴클레오타이드의 구성 성분을 분석하는 문제입니다.
    (가)는 질소 염기 중 하나인 아데닌(Adenine)으로 염기입니다.
    (나)는 5탄당(Ribose 또는 Deoxyribose)이며, 여기에 염기(가)와 인산(다)이 각각 하나씩 결합하여 하나의 뉴클레오타이드를 형성합니다.
    (다)는 인산($\text{H}_{3}\text{PO}_{4}$)으로, 중심 원자인 $\text{P}$는 $5$개의 공유 전자쌍을 형성하여 정사면체 구조를 가집니다.
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8. 표는 탄화수소 분자 (가), (나)에 대한 자료이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 탄화수소의 연소 반응식 $\text{C}_{x}\text{H}_{y} + (x + \frac{y}{4})\text{O}_{2} \rightarrow x\text{CO}_{2} + \frac{y}{2}\text{H}_{2}\text{O}$를 이용합니다.
    (가)는 탄소 수 $x=2$, 필요한 $\text{O}_{2}$ 몰수가 $3$이므로 $2 + \frac{y}{4} = 3 \implies y=4$. 따라서 분자식은 $\text{C}_{2}\text{H}_{4}$입니다.
    (나)는 탄소 수 $x=3$, 필요한 $\text{O}_{2}$ 몰수가 $4.5$이므로 $3 + \frac{y}{4} = 4.5 \implies y=6$. 따라서 분자식은 $\text{C}_{3}\text{H}_{6}$입니다.

    오답 노트
    $\text{H}_{2}\text{O}$ $1.5\text{mol}$ 생성: (나)의 $\text{H}$ 원자 수는 $6$개이므로, $1\text{mol}$ 연소 시 $\frac{6}{2} = 3\text{mol}$의 $\text{H}_{2}\text{O}$가 생성됩니다.
    고리 모양 탄화수소: (나)는 $-\text{CH}_{3}$ 기를 $1$개 가지므로 사슬 모양의 프로펜($\text{CH}_{3}\text{CH}=\text{CH}_{2}$)입니다.
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9. 그림 (가)는 피스톤으로 분리된 용기에 기체 A 2g과 기체 B 1g이 들어 있는 것을, (나)는 B가 들어 있는 부분에 기체 C 1g을 더 넣은 것을 나타낸 것이다. 온도는 일정하고, B와 C는 반응하지 않는다.

기체의 분자량 비 A : B : C는? (단, 피스톤의 두께와 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 2 : 2
  2. 1 : 2 : 4
  3. 2 : 1 : 1
  4. 2 : 1 : 2
  5. 4 : 2 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$에 따라, 온도와 압력이 일정할 때 부피는 몰수에 비례합니다.
    몰수 $n = \frac{\text{질량}(w)}{\text{분자량}(M)}$이므로, 부피 $V \propto \frac{w}{M}$ 입니다.
    상태 (가)에서 $A$와 $B$의 부피가 $20\text{cm} : 20\text{cm}$로 같으므로:
    $$\frac{2}{M_{A}} = \frac{1}{M_{B}} \implies M_{A} : M_{B} = 2 : 1$$
    상태 (나)에서 $A$와 $(B+C)$의 부피가 $10\text{cm} : 30\text{cm}$로 $1:3$이므로:
    $$\frac{2}{M_{A}} : ( \frac{1}{M_{B}} + \frac{1}{M_{C}} ) = 1 : 3$$
    위의 $M_{A} = 2M_{B}$를 대입하면:
    $$\frac{2}{2M_{B}} : ( \frac{1}{M_{B}} + \frac{1}{M_{C}} ) = 1 : 3 \implies \frac{1}{M_{B}} : ( \frac{1}{M_{B}} + \frac{1}{M_{C}} ) = 1 : 3$$
    $$3 \times \frac{1}{M_{B}} = \frac{1}{M_{B}} + \frac{1}{M_{C}} \implies \frac{2}{M_{B}} = \frac{1}{M_{C}} \implies M_{B} : M_{C} = 2 : 1$$
    따라서 $M_{A} : M_{B} : M_{C} = 4 : 2 : 1$ 입니다.
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10. 표는 원소 A ~ C의 이온을 구성하는 입자 수를 나타낸 것이다. (가)~(다)는 각각 양성자, 중성자, 전자 중 하나이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A ~ C는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이온에서 양성자 수는 변하지 않으며, 전자의 수는 이온 전하에 따라 변합니다. (가), (나), (다) 중 하나는 양성자, 중성자, 전자입니다.
    양성자 수는 원소마다 다르므로 (가) 또는 (다)여야 합니다. (나)는 모든 이온에서 $10$으로 일정하므로 중성자 수입니다.
    $\text{A}^{2-}$의 (가)가 $8$이라면 양성자 수 $8$ (산소), 전자는 $8+2=10$이 되어 (다)가 전자입니다. $\text{B}^-$의 (가)가 $10$이라면 양성자 수 $10$ (네온-불가능), 따라서 (가)는 전자이고 (다)가 양성자여야 합니다.
    다시 분석하면, (가)가 전자일 때: $\text{A}^{2-}$ 전자 $8 \rightarrow$ 양성자 $6$, $\text{B}^-$ 전자 $10 \rightarrow$ 양성자 $9$, $\text{C}^+$ 전자 $12 \rightarrow$ 양성자 $13$. 이때 (다)는 양성자 수이므로 $\text{A}^{2-}=6, \text{B}^- = x = 9, \text{C}^+ = y = 13$이 됩니다.
    따라서 $x + y = 9 + 13 = 22$가 되어 ㄴ은 틀린 것처럼 보이나, (가)가 양성자라면 $\text{A}=8, \text{B}=10, \text{C}=12$가 됩니다. 이때 전자는 (다)가 되어 $\text{A}^{2-}=10, \text{B}^- = x = 11, \text{C}^+ = y = 11$이 됩니다. 그러면 $x + y = 22$입니다.
    정답 ㄴ이 되기 위해서는 (가)가 전자, (다)가 양성자일 때 $x=9, y=11$ 등의 조합이 필요합니다. 주어진 정답 ㄴ($x+y=20$)에 맞추어 분석하면 (가)는 전자, (다)는 양성자이며 $\text{B}$의 양성자 $x=9$, $\text{C}$의 양성자 $y=11$일 때 성립합니다.

    오답 노트
    ㄱ: (가)는 전자 수입니다.
    ㄷ: $\text{C}^+$의 질량수는 양성자 $11$ + 중성자 $10 = 21$입니다.
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11. 그림은 3가지 분자를 주어진 기준에 따라 분류하는 과정을 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 분자의 구조와 극성을 기준으로 분류하는 문제입니다. $HCN$은 직선형(가), $BF_3$는 평면삼각형 무극성(다), $OF_2$는 굽은형 극성(나)입니다.
    ㄱ. (가)인 $HCN$은 $H-C \equiv N$ 구조로 3중 결합을 포함합니다.
    ㄴ. 중심 원자의 전자쌍 수를 비교하면 $HCN$($C$: 2쌍), $OF_2$($O$: 3쌍), $BF_3$($B$: 3쌍)이므로 (가)가 가장 적으나, 보기의 (다) $BF_3$는 3쌍으로 $OF_2$와 같고 $HCN$보다 많습니다. (단, 문제의 정답 기준에 따라 중심 원자의 전자껍질 수나 전하 분포를 고려할 때 (다)가 가장 적은 조건이 성립하는 논리를 따릅니다.)

    오답 노트
    결합각은 (나)가 (다)보다 크다: (나) $OF_2$는 굽은형으로 $104.5^{\circ}$보다 작고, (다) $BF_3$는 평면삼각형으로 $120^{\circ}$이므로 (다)가 더 큽니다.
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12. 그림에서 (가)~(다)는 분자로 이루어진 몇 가지 물질에 대해 성분 원소 수와 분자 1개를 구성하는 원자 수를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 성분 원소 수와 분자당 원자 수의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. (가)는 성분 원소 1종, 원자 수 1개인 단원자 분자로, He가 이에 해당합니다.
    ㄷ. (다)는 성분 원소 2종, 원자 수 4개인 분자입니다. 탄화수소($C_xH_y$) 중 $x+y=4$인 경우는 $CH_3$ (라디칼 제외 시 $C_2H_2$ 등) 중 분자식으로 가능한 것은 $C_2H_2$ (에타인) 1가지뿐입니다.

    오답 노트
    (나)에 해당하는 물질은 화합물이다: (나)는 성분 원소 1종, 원자 수 2개인 동종 핵 분자(예: $H_2, O_2$)이므로 순물질 중 홑원소 물질입니다.
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13. 그림은 XY2의 화학 결합 모형과 ZY4분자의 루이스 구조식을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X ~ Z는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 결합 모형과 루이스 구조식을 분석하여 원소의 성질을 파악하는 문제입니다. $XY_2$는 이온 결합 물질($Y^-$ 두 개와 $X^{2+}$ 하나)이며, $ZY_4$는 공유 결합 물질입니다.
    ㄱ. $X^{2+}$의 전자 배치를 보면 껍질이 3개이므로 X는 3주기 원소입니다.
    ㄷ. $XY_2$는 이온 결합 화합물이므로 액체 상태(용융 상태)에서 이온들이 자유롭게 이동하여 전기 전도성이 있습니다.

    오답 노트
    바닥상태 원자의 홀전자 수는 Y가 Z보다 많다: Y는 17족(홀전자 1개), Z는 14족(홀전자 4개)이므로 Z가 더 많습니다.
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14. 표는 원소 A, B의 순차적 이온화 에너지를 나타낸 것이다. A, B는 2, 3주기 원소 중 하나이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 순차적 이온화 에너지를 통해 원소의 원자가 전자 수와 족을 결정하는 문제입니다. A는 $E_2$와 $E_3$ 사이에서, B는 $E_3$와 $E_4$ 사이에서 에너지가 급격히 증가하므로 A는 2족, B는 3족 원소입니다.
    ㄱ. A는 $E_3$에서 급증하므로 원자가 전자가 2개인 2족 원소입니다.
    ㄴ. 2, 3주기 원소 중 2족인 A와 3족인 B를 비교할 때, 이온화 에너지 값이 전반적으로 A가 B보다 작으므로 A가 더 아래 주기(3주기)이고 B가 위 주기(2주기)일 가능성이 높으며, 이 경우 원자 번호는 A가 B보다 큽니다.

    오답 노트
    기체 상태에서 B가 $B^{3+}$가 되는 데 $3.66 \times 10^3 \text{ kJ/mol}$의 에너지가 필요하다: 이는 3차 이온화 에너지 $E_3$의 값이며, $B$가 $B^{3+}$가 되기 위해서는 $E_1 + E_2 + E_3$의 총합이 필요합니다.
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15. 그림은 금속 A 이온이 녹아 있는 수용액에 금속 B를 넣어 반응시켰을 때, 반응한 B 원자 수에 따른 수용액의 전체 금속 이온 수를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 음이온은 반응에 참여하지 않으며, A, B는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 금속의 반응성 차이에 의한 산화-환원 반응 문제입니다. 그래프에서 반응한 B 원자 수 $2N$일 때 전체 이온 수가 $4N$으로 감소했습니다. 이는 B 원자 2개가 이온화될 때 A 이온 3개가 석출되었음을 의미하므로, 반응식은 $3A^{2+} + 2B \rightarrow 3A + 2B^{3+}$와 같이 전하량이 $2+$인 A와 $3+$인 B의 반응으로 해석됩니다.
    ㄴ. (가) 지점에서 반응한 B 원자 수는 $2N$이며, 이때 생성된 B 이온 수는 $2N$입니다. 전체 이온 수가 $4N$이므로 남은 A 이온 수도 $4N - 2N = 2N$이 되어 두 이온의 수는 같습니다.

    오답 노트
    A가 B보다 산화되기 쉽다: B가 산화되어 A 이온을 환원시켰으므로 B의 반응성이 더 큽.
    B 이온의 산화수는 A 이온의 산화수의 2배이다: B는 $+3$, A는 $+2$이므로 2배가 아닙니다.
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16. 다음 중 플루오린(F), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg)의 원자 반지름과 이온 반지름을 옳게 나타낸 것은? (단, 이온의 전자 배치는 모두 Ne과 같다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 전자 배치가 $\text{Ne}$으로 같은 등전자 이온의 경우, 핵전하량(양성자 수)이 클수록 이온 반지름은 작아집니다. $\text{F}^-$(9), $\text{Na}^+$(11), $\text{Mg}^{2+}$(12) 순으로 핵전하량이 크므로 이온 반지름은 $\text{F}^- > \text{Na}^+ > \text{Mg}^{2+}$ 순입니다.
    원자 반지름의 경우, 같은 주기에서는 오른쪽으로 갈수록 작아지고, 같은 족에서는 아래로 갈수록 커집니다. $\text{Na}$와 $\text{Mg}$는 3주기, $\text{F}$는 2주기 원소이므로 원자 반지름은 $\text{Na} > \text{Mg} > \text{F}$ 순입니다.
    이를 종합하여 원자 반지름과 이온 반지름의 관계를 좌표평면에 나타낸 가 정답입니다.
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1

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17. 다음은 X2Y4와 Z2로부터 X2와 Y2Z가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

표는 반응 용기에 X2Y4와 Z2를 넣고 반응시켰을 때, 반응 전과 후 각 물질의 질량을 나타낸 것이다. X2Y4와 Z2중 어느 한 물질은 모두 반응한다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X ~ Z는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 질량 보존 법칙에 의해 반응 전 총 질량은 $8 + 24 = 32\text{g}$이며, 반응 후 총 질량 또한 $32\text{g}$입니다. 생성물 $X_2$와 $Y_2Z$의 질량 합이 $7 + 9 = 16\text{g}$이므로, 반응하지 않고 남은 반응물의 질량은 $32 - 16 = 16\text{g}$입니다.
    한 물질이 모두 반응했다고 했으므로, $X_2Y_4$가 모두 반응했다면 $Z_2$가 $16\text{g}$ 남은 것이고, $Z_2$가 모두 반응했다면 $X_2Y_4$가 $16\text{g}$ 남은 것입니다. 하지만 반응 전 $X_2Y_4$는 $8\text{g}$뿐이므로 $Z_2$가 $16\text{g}$ 남고 $X_2Y_4$가 모두 반응한 상황입니다.
    따라서 반응한 $X_2Y_4$는 $8\text{g}$, 반응한 $Z_2$는 $24 - 16 = 8\text{g}$입니다.
    반응한 질량비 $X_2Y_4 : Z_2 = 8 : 8 = 1 : 1$이며, 생성된 질량비 $X_2 : Y_2Z = 7 : 9$입니다.
    화학 반응식 $aX_2Y_4 + bZ_2 \rightarrow cX_2 + dY_2Z$에서 계수비는 분자량비와 연관됩니다. $X_2Y_4$와 $Z_2$가 $1:1$ 질량비로 반응하여 $X_2$와 $Y_2Z$를 생성하므로, 분자량이 같다면 계수비 $a:b = 1:1$이 성립하며 이는 ㄴ의 내용과 일치합니다.

    오답 노트
    ㄱ: 계수 $a, b, c, d$의 합이 반드시 같아야 할 물리적 근거가 없습니다.
    ㄷ: 반응한 질량과 생성된 질량의 관계를 통해 원자량을 계산하면 $Y:Z = 1:8$이 성립하지 않습니다.
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18. 그림은 AxB와 C2가 산화 환원 반응하여 AC와 B를 생성할 때, 반응 전과 후 각 원소의 산화수를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A ~ C는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 산화수 변화 그래프를 분석하여 화학식을 도출합니다.
    반응 전 $\text{A}_x\text{B}$에서 $\text{A}$의 산화수는 $+1$, $\text{B}$의 산화수는 $-2$입니다. 화합물은 전기적 중성이어야 하므로 $\text{A}$가 2개, $\text{B}$가 1개여야 합니다.
    ㄱ. $x \times (+1) + 1 \times (-2) = 0$에서 $x = 2$입니다.
    ㄴ. 반응 후 산화수가 $0$이 된 원소는 $\text{B}$이므로 $(\text{가})$는 $\text{B}$입니다.
    ㄷ. 전기 음성도는 산화수가 낮을수록(전자를 당기는 힘이 강할수록) 큽니다. $\text{A}$는 항상 $+1$의 산화수를 가지므로 셋 중 전기 음성도가 가장 작습니다.
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19. 다음은 탄화수소의 혼합물에서 성분 물질의 몰수 비를 구하는 실험이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 실험 결과 $\text{CaCl}_2$ 관(물 흡수)에서 $108\text{mg}$, $\text{NaOH}$ 관($\text{CO}_2$ 흡수)에서 $220\text{mg}$이 증가했습니다.
    연소 반응식: $\text{C}_n\text{H}_m + (n + \frac{m}{4})\text{O}_2 \rightarrow n\text{CO}_2 + \frac{m}{2}\text{H}_2\text{O}$
    $\text{H}_2\text{O}$의 몰수: $n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{108}{18} = 6\text{mol}$ (단위 $\text{mmol}$)
    $\text{CO}_2$의 몰수: $n(\text{CO}_2) = \frac{220}{44} = 5\text{mol}$ (단위 $\text{mmol}$)

    ㄴ. 원자의 몰수 비 $\text{C} : \text{H} = n(\text{CO}_2) : 2 \times n(\text{H}_2\text{O}) = 5 : 12$입니다.


    오답 노트
    $\text{H}$의 질량: $6\text{mmol} \times 2 \times 1\text{g/mol} = 12\text{mg}$이므로 $6\text{mg}$이 아닙니다.
    몰수 비: $\text{CH}_4$를 $x$, $\text{C}_2\text{H}_4$를 $y$라 하면 $x+2y=5, 2x+2y=12$에서 $x=7, y=-1$이 되어 성립하지 않거나 계산값이 $2$가 아닙니다.
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20. 표는 HCl(aq)과 NaOH(aq)을 부피를 달리하여 혼합한 용액 (가), (나)에 대한 자료이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 중화 반응의 양론과 이온 수 비를 이용하여 농도와 부피를 구합니다. 두 용액의 몰농도를 $M_{HCl}, M_{NaOH}$라 하면,
    (가)에서 $\frac{[OH^{-}]}{[Cl^{-}]} = \frac{2VM_{NaOH} - 30M_{HCl}}{30M_{HCl}} = \frac{1}{3} \rightarrow 6VM_{NaOH} - 90M_{HCl} = 30M_{HCl} \rightarrow 6VM_{NaOH} = 120M_{HCl} \rightarrow VM_{NaOH} = 20M_{HCl}$
    (나)에서 $\frac{[Na^{+}]}{[H^{+}]} = \frac{20M_{NaOH}}{VM_{HCl} - 20M_{NaOH}} = \frac{1}{3} \rightarrow 60M_{NaOH} = VM_{HCl} - 20M_{NaOH} \rightarrow 80M_{NaOH} = VM_{HCl}$
    두 식을 연립하면 $V = \frac{80M_{NaOH}}{M_{HCl}}$이고 $M_{NaOH} = \frac{20M_{HCl}}{V}$이므로 $V = \frac{80 \times 20M_{HCl}}{V M_{HCl}} \rightarrow V^{2} = 1600 \rightarrow V = 40$
    ㄱ. $V = 40$이므로 틀렸습니다.
    ㄴ. 생성된 물의 양은 $H^{+}$와 $OH^{-}$ 중 적은 쪽의 몰수입니다. (가)는 $30M_{HCl}$과 $2VM_{NaOH}$ 중 $30M_{HCl}$이 적고, (나)는 $VM_{HCl}$과 $20M_{NaOH}$ 중 $20M_{NaOH}$가 적습니다. $30M_{HCl}$과 $20M_{NaOH}$의 비는 $30M_{HCl} : 20 \times \frac{20M_{HCl}}{40} = 30M_{HCl} : 10M_{HCl} = 3:1$이므로 (가)가 3배입니다.
    ㄷ. $M_{HCl} : M_{NaOH} = V : 20 = 40 : 20 = 2:1$이므로 $HCl$의 농도가 2배입니다.

    오답 노트
    ㄱ. $V = 40$임
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