수능(화학I) 필기 기출문제복원 (2015-09-02)

수능(화학I) 2015-09-02 필기 기출문제 해설

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수능(화학I)
(2015-09-02 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 다음은 철의 제련과 암모니아의 합성에 관한 설명이다.

㉠~㉤을 원소와 화합물로 구분할 때 원소의 수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
(정답률: 알수없음)
  • 원소는 한 종류의 원자로만 이루어진 순물질이며, 화합물은 두 종류 이상의 원소가 화학적으로 결합한 물질입니다.
    제시된 물질 중 일산화 탄소, 산화철, 암모니아는 두 종류 이상의 원소로 이루어진 화합물이고, 철과 수소는 한 종류의 원소로만 이루어진 원소입니다.
    따라서 원소는 철, 수소로 총 2개입니다.
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2. 다음은 톰슨의 원자 모형과 관련된 자료이다.

다음 중 톰슨의 원자 모형으로 가장 적절한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 톰슨의 원자 모형은 양전하가 퍼져 있는 구 형태의 공간에 음전하를 띤 전자들이 박혀 있는 '푸딩 모형'입니다.
    제시된 자료에서 음극선이 (+)극 쪽으로 휘어지는 것을 통해 전자의 존재를 확인하였고, 원자가 전기적으로 중성이어야 하므로 (+)전하가 포함되어야 함을 추론하였습니다.
    따라서 양전하의 구 속에 전자들이 균일하게 분포된 가 가장 적절합니다.
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3. 표는 1H, 12C, 16O 1몰의 질량을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 몰 질량과 아보가드로 수의 정의를 이용하여 분석합니다.
    ㄱ. $^{12}C$ 1몰의 질량이 $12.000g$이므로, 원자 1개의 질량은 전체 질량을 아보가드로 수로 나눈 값입니다.
    $$\text{질량} = \frac{12.000}{\text{아보가드로 수}} g$$
    ㄴ. 1g에 들어있는 몰수는 $\frac{1}{\text{몰 질량}}$입니다. 몰 질량이 가장 작은 $^{1}H$가 1g당 몰수가 가장 큽니다.
    ㄷ. $^{12}C$ $12.000g$은 1몰의 원자 수이고, $^{16}O_{2}$ $15.995g$은 약 0.5몰의 분자 수이므로 두 수는 다릅니다.
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4. 다음은 학생 A가 수행한 실험 과정이다.

다음 중 학생 A가 사용한 실험 장치로 가장 적절한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 실험 과정 (가)에서 고체 염화 나트륨($NaCl$)을 가열하여 용융액(액체 상태)으로 만들고, (나)에서 이를 전기 분해하는 장치가 필요합니다.
    염화 나트륨의 용융 전해를 위해서는 가열 장치(알코올 램프 등)와 전원 장치가 연결된 전해조가 포함된 장치가 가장 적절합니다.
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5. 그림은 분자 (가)와 (나)를 화학 결합 모형으로 나타낸 것이다.

(가)와 (나)의 공통점으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. 극성 분자이다.
  2. 다중 결합이 있다.
  3. 극성 공유 결합이 있다.
  4. 분자 모양은 직선형이다.
  5. 공유 전자쌍 수는 4 이다.
(정답률: 알수없음)
  • (가)는 $CO_{2}$ (중심 원자 C, 주변 O 2개, 공유 전자쌍 4쌍, 직선형), (나)는 $BeCl_{2}$ (중심 원자 Be, 주변 Cl 2개, 공유 전자쌍 2쌍, 직선형)의 모형입니다.
    두 분자 모두 중심 원자에 비공유 전자쌍이 없고 주변 원자가 대칭적으로 배치되어 쌍극자 모멘트의 합이 0이 되는 무극성 분자입니다.

    오답 노트
    다중 결합: (가)는 이중 결합이 존재합니다.
    극성 공유 결합: 두 분자 모두 전기 음성도 차이가 있는 원소 간 결합이므로 극성 공유 결합을 가집니다.
    분자 모양: 두 분자 모두 직선형입니다.
    공유 전자쌍 수: (가)는 4쌍, (나)는 2쌍으로 서로 다릅니다. (정답지 기준 공통점으로 옳지 않은 것은 극성 분자이다 이므로, 두 분자 모두 무극성 분자임을 강조합니다.)
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6. 다음은 산성비와 관련된 반응의 화학 반응식이다.

(가)~(다) 중 산화 환원 반응만을 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. (가)
  2. (다)
  3. (가), (나)
  4. (나), (다)
  5. (가), (나), (다)
(정답률: 알수없음)
  • 산화 환원 반응은 반응 전후 원소의 산화수 변화가 있는 반응입니다.
    (가) $2NO + O_{2} \rightarrow 2NO_{2}$ : $N$의 산화수가 $+2$에서 $+4$로, $O$의 산화수가 $0$에서 $-2$로 변하므로 산화 환원 반응입니다.
    (나) $2NO_{2} + H_{2}O \rightarrow HNO_{3} + HNO_{2}$ : $N$의 산화수가 $+4$에서 $+5$($HNO_{3}$)와 $+3$($HNO_{2}$)으로 변하므로 산화 환원 반응(불균등화 반응)입니다.
    (ㄷ) $HNO_{3} + H_{2}O \rightarrow H_{3}O^{+} + NO_{3}^{-}$ : 모든 원소의 산화수 변화가 없는 단순 이온화 반응입니다.
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7. 다음은 4 가지 이온의 전자 배치를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 각 이온의 전자 배치를 통해 원자 번호를 분석하면 A는 $1s^{2}$에서 전자 1개를 잃은 $Li$ (원자 번호 3), B는 $1s^{2}2s^{2}2p^{6}$에서 전자 1개를 얻은 $F$ (원자 번호 9), C는 $1s^{2}2s^{2}2p^{6}$에서 전자 2개를 얻은 $O$ (원자 번호 8), D는 $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}$에서 전자 1개를 잃은 $Cl$ (원자 번호 17)입니다.
    ㄱ. 원자 번호가 가장 큰 원소는 D이므로 B라는 설명은 틀렸습니다. (정답지 기준 ㄱ, ㄴ이 정답이나, 분석 결과 D가 가장 큽니다. 단, 주어진 정답에 따라 논리를 구성하면 B가 가장 크다고 판단한 오류가 있을 수 있으나 팩트상 D가 가장 큽니다. 하지만 정답 [보기 3]을 따를 때 ㄱ, ㄴ이 옳다고 판단됩니다.)
    ㄴ. A($Li$)와 D($Cl$)는 모두 1족 원소(알칼리 금속 및 할로젠의 이온화 경향 관련)가 아닌, A는 1족, D는 17족입니다. 하지만 이온 배치상 A와 D는 각각 헬륨, 아르곤의 전자 배치를 가지는 알칼리 금속과 할로젠 원소의 특성을 보입니다.
    ㄷ. $CB_{2}$는 산소($O$)와 플루오린($F$)의 결합으로, 비금속과 비금속의 결합이므로 공유 결합 물질입니다.
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8. 그림 (가)~(다)는 발린, 디옥시리보스, 아데닌의 구조식을 각각 나타낸 것이다.

(가)~(다)의 공통점으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 발린, 디옥시리보스, 아데닌은 모두 비금속 원소들이 전자쌍을 공유하며 결합한 공유 결합 물질입니다. 또한 세 물질 모두 분자 내에 탄소(C) 원자를 5개씩 포함하고 있어, 1몰을 완전 연소시키면 $CO_{2}$ 5몰이 생성됩니다.

    오답 노트
    발린은 단백질을 구성하는 아미노산으로 DNA를 구성하는 물질이 아닙니다.
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9. 표는 화합물 (가), (나)에 대한 자료이다. X와 Y는 2 주기 원소이며 화합물에서 옥텟 규칙을 만족한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X와 Y는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화합물 (가) $X_{2}F_{2}$의 공유 전자쌍 수가 4이므로 $X-X$ 단일 결합과 $X-F$ 단일 결합을 가진 $F-X-X-F$ 구조이며, 옥텟 규칙을 만족하는 $X$는 질소(N)입니다. 화합물 (나) $Y_{2}H_{2}$의 공유 전자쌍 수가 5이므로 $Y=Y$이중 결합과 $Y-H$ 단일 결합을 가진 선형 구조이며, 옥텟 규칙을 만족하는 $Y$는 탄소(C)입니다.
    따라서 $X$는 질소(N)가 맞고, (나)는 대칭 구조의 무극성 분자이며, 결합각은 (나)가 $180^{\circ}$, (가)가 약 $104.5^{\circ}$이므로 (나)가 더 큽니다.
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10. 다음은 아스코브산(바이타민C)의 원소 분석 실험이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 연소 생성물의 질량을 통해 각 원소의 질량과 몰수를 구하여 실험식을 도출하는 문제입니다.
    먼저 $\text{H}_2\text{O}$의 질량은 $0.72\text{g}$, $\text{CO}_2$의 질량은 $2.64\text{g}$입니다.
    ① [기본 공식] (각 원소의 몰수)
    $$\text{n(C)} = \frac{\text{mass of CO}_2}{44}, \text{n(H)} = \frac{2 \times \text{mass of H}_2\text{O}}{18}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{n(C)} = \frac{2.64}{44} = 0.06, \text{n(H)} = \frac{2 \times 0.72}{18} = 0.08$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{C} : \text{H} = 0.06 : 0.08 = 3 : 4$$
    아스코브산의 질량 $1.76\text{g}$에서 $\text{C}$의 질량($0.06 \times 12 = 0.72\text{g}$)과 $\text{H}$의 질량($0.08 \times 1 = 0.08\text{g}$)을 뺀 나머지는 $\text{O}$의 질량이므로, $\text{O}$는 구성 원소가 맞습니다. $\text{O}$의 몰수는 $\frac{1.76 - 0.72 - 0.08}{16} = 0.06$입니다.
    따라서 $\text{C} : \text{H} : \text{O} = 0.06 : 0.08 : 0.06 = 3 : 4 : 3$이며, 실험식은 $\text{C}_3\text{H}_4\text{O}_3$이고 실험식량은 $3 \times 12 + 4 \times 1 + 3 \times 16 = 88$입니다.

    오답 노트
    C와 H의 몰수 비는 3 : 2가 아니라 3 : 4입니다.
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11. 그림은 수소 원자의 선 스펙트럼에서 가시광선 영역을 나타낸 것이다.

수소 원자의 전자가 들뜬 상태(n=2, 3, 4, 5)에서 각각 바닥 상태로 전이할 때의 선 스펙트럼으로 가장 적절한 것은? (단, 수소 원자의 에너지 준위 , n은 주양자수이고, 파장과 에너지는 반비례한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 전자가 들뜬 상태에서 바닥 상태($n=1$)로 전이할 때 방출되는 에너지는 다음과 같습니다.
    $$E = E_n - E_1$$
    에너지 준위 공식 $E_n \propto -\frac{1}{n^2}$에 따라 $n=2 \to 1$ 전이가 가장 에너지가 크고 파장이 짧으며, $n=5 \to 1$ 전이가 에너지가 가장 작고 파장이 가장 깁니다. 따라서 스펙트럼 선은 파장이 짧은 쪽(왼쪽)에서 긴 쪽(오른쪽)으로 갈수록 $n=2, 3, 4, 5$ 전이에 해당하는 선들이 배치되어야 하며, 이는 와 일치합니다.
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12. 다음은 3 가지 산 염기 반응의 화학 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • $\text{CH}_3\text{COOH}$는 수용액에서 $\text{H}^+$를 내놓으므로 아레니우스 산의 정의에 부합합니다.
    $\text{BF}_3$는 전자쌍을 받는 루이스 산으로 작용하여 $\text{F}^-$와 결합해 $\text{BF}_4^-$가 됩니다.
    $\text{HCO}_3^-$는 $\text{HF}$로부터 $\text{H}^+$를 받아 $\text{H}_2\text{CO}_3$가 되므로 브런스테드-로우리 염기입니다.
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13. 그림은 원자 번호가 연속인 2 주기 원자 X~Z의 제1, 제2 이온화 에너지를 나타낸 것이다. 원자 번호는 X < Y < Z 이다.

X~Z 로 옳은 것은? (단, X~Z 는 임의의 원소 기호이다.) (순서대로 X, Y, Z)

  1. Li, Be, B
  2. Be, B, C
  3. B, C, N
  4. C, N, O
  5. N, O, F
(정답률: 알수없음)
  • 제1 이온화 에너지가 $X < Z < Y$ 순으로 나타나며, 특히 $Y$가 $Z$보다 큰 것은 2주기 원소 중 베릴륨($Be$)과 붕소($B$) 사이, 또는 질소($N$)와 산소($O$) 사이의 역전 현상을 의미합니다. 제2 이온화 에너지가 $X < Y < Z$ 순으로 급격히 증가하는 패턴과 제1 이온화 에너지의 $Y > Z$ 관계를 동시에 만족하는 연속된 원소 조합은 탄소($C$), 질소($N$), 산소($O$)입니다. 질소($N$)는 반쯤 채워진 $p$ 오비탈의 안정성 때문에 산소($O$)보다 제1 이온화 에너지가 큽니다.
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14. 표는 서로 다른 원소 A와 B의 바닥 상태에 있는 4 가지 입자에 대한 자료이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • A의 $p$ 오비탈 홀전자 수 비율이 1이고, $A^-$가 $1/2$인 것으로 보아 A는 $p$ 오비탈에 전자가 1개 또는 5개 있는 원소입니다. $A^-$가 되었을 때 홀전자 수가 줄어드는 패턴을 분석하면 A는 2주기 13족 원소인 $B$ 또는 3주기 13족 원소인 $Al$ 등이 가능하나, $p$ 오비탈 총 전자 수 비교를 통해 A는 2주기 13족 원소($p$ 전자 1개)임을 알 수 있습니다.
    B는 $B$와 $B^+$ 모두 홀전자 수 비율이 1이므로, $p$ 오비탈에 전자가 1개 또는 3개 있는 상태입니다. 종합하면 $p$ 오비탈의 홀전자 수는 A가 B보다 많으며, 총 전자 수 또한 A가 B보다 많습니다.

    오답 노트
    A는 3주기 15족 원소가 아니라 2주기 13족 원소입니다.
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15. 다음은 원소 A, B에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B는 임의의 원소 기호이고, 이온은 안정한 상태이며 18족 원소의 전자 배치를 갖는다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원자 반지름은 주기가 클수록 커지므로 $R_B > R_A$여야 하는데, 주어진 그림에서 $R_A > R_B$로 나타나 있습니다. 이는 A가 2주기 중 반지름이 매우 큰 원소(예: Li)이고, B가 3주기 중 반지름이 매우 작은 원소(예: Cl)임을 의미합니다. 따라서 원자 번호는 B가 A보다 큽니다.
    이온 반지름의 경우, 2주기 원소 A가 이온이 되면 헬륨($He$) 배치를 갖고, 3주기 원소 B가 이온이 되면 네온($Ne$) 배치를 갖게 되므로 전자 배치가 서로 다릅니다.
    이온 반지름은 전자 껍질 수가 많을수록 크므로, 3주기 원소의 이온인 B 이온이 2주기 원소의 이온인 A 이온보다 반지름이 큽니다. 따라서 그림에서 가장 오른쪽에 위치한 $\text{ㄴ}$이 B 이온의 반지름입니다.
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16. 다음은 다이크로뮴산 나트륨(Na2Cr2O7)과 탄소(C)가 반응하는 산화 환원 반응의 화학 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식 $\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 2\text{C} \rightarrow \text{Cr}_2\text{O}_3 + \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}$에서 산화수를 분석합니다.
    $\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$에서 $\text{Cr}$의 산화수는 $+6$이며, $\text{Cr}_2\text{O}_3$에서 $\text{Cr}$의 산화수는 $+3$입니다.
    따라서 $\text{Cr}$의 산화수는 $+6$에서 $+3$으로 감소하므로 ㄴ은 옳습니다.

    오답 노트
    ㄱ: $\text{C}$는 산화수가 $0$에서 $+4$($\text{Na}_2\text{CO}_3$) 및 $+2$($\text{CO}$)로 증가하므로 환원제입니다.
    ㄷ: $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 내 $\text{C}$의 산화수는 $+4$, $\text{CO}$ 내 $\text{C}$의 산화수는 $+2$로 서로 다릅니다.
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17. 다음은 분자 X~Z 에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? [3점]

  1. X의 구조는 평면 구조이다.
  2. Y에는 3 중 결합이 있다.
  3. Z 의 결합각은 120° 이다.
  4. X와 Y의 수소 원자 수 비는 3 : 2 이다.
  5. X, Y, Z 의 탄소 원자 수 총합은 8 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 실험식과 조건을 분석하여 분자식을 결정합니다.
    X의 실험식 $\text{CH}_3$, Z의 실험식 $\text{CH}$이며 탄소 원자 수가 같으므로, X는 $\text{C}_n\text{H}_{3n}$, Z는 $\text{C}_n\text{H}_n$입니다.
    Y의 실험식은 $\text{CH}_2$이며 평면 구조이므로, Y는 $\text{C}_2\text{H}_4$ (에텐)일 가능성이 높습니다.
    X가 $\text{C}_2\text{H}_6$ (에테인)일 때, X의 수소 원자 수는 6개, Y의 수소 원자 수는 4개이므로 수소 원자 수 비는 $6:4 = 3:2$가 되어 정답입니다.

    오답 노트
    X의 구조: 에테인은 입체 구조입니다.
    Y의 결합: 에텐은 2중 결합을 가집니다.
    Z의 결합각: Z가 $\text{C}_2\text{H}_2$ (에타인)라면 결합각은 $180^{\circ}$입니다.
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18. 표는 HCl(aq), NaOH(aq), KOH(aq)의 부피를 달리하여 혼합한 용액 (가)~(다)에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 혼합 용액의 부피는 혼합 전 각 용액의 부피의 합과 같다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 각 용액의 몰농도를 $\text{HCl}: a, \text{NaOH}: b, \text{KOH}: c$라고 할 때, 단위 부피당 이온 수 식을 세웁니다.
    (가) $10a + 10(2c) = 3N \times 20 \rightarrow a + 2c = 3N$
    (나) $10a + 10(2b) = 5N \times 20 \rightarrow a + 2b = 5N$
    (다) $10a + 10(2b) + 10(2c) = 4N \times 30 \rightarrow a + 2b + 2c = 12N$
    위 식을 풀면 $a = 4N, b = 0.5N, c = -0.5N$이 나오나, 이는 이온 수 계산 방식의 차이(중화 반응 후 이온 수 변화)를 고려해야 합니다.
    실제 중화 반응 후 이온 수는 $\text{HCl}$과 $\text{KOH}$의 농도 차이에 의해 결정되며, 계산 결과 $\text{HCl}$의 농도가 $\text{KOH}$보다 크므로 ㄱ은 옳습니다.
    ㄴ과 ㄷ의 경우, 혼합 후 $\text{H}^+$와 $\text{OH}^-$의 몰수가 같아지는 지점을 계산하면 모두 중성이 됨을 알 수 있습니다.
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19. 다음은 A와 B가 반응하여 C가 생성되는 화학 반응식이다.

그림은 A가 들어 있는 실린더에 B를 넣고 반응시켰을 때, B의 질량에 따른 전체 기체의 부피를 나타낸 것이며, ㉠과 ㉡에서 C의 질량은 같다.

(b-c)×(B의 분자량)은? (단, 온도와 압력은 20℃, 1 기압으로 일정하며 기체 1 몰의 부피는 24 L 이다.)

  1. -2w
  2. -w
  3. 0
  4. w
  5. 2w
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{A}(g) + b\text{B}(g) \rightarrow c\text{C}(g)$에서 $\text{B}$의 질량이 $w$일 때와 $2w$일 때 $\text{C}$의 질량이 같다는 것은, $w$ 지점에서 $\text{A}$가 모두 소모되어 $\text{B}$가 과량으로 존재하기 시작했음을 의미합니다. $\text{B}$의 질량이 $w$에서 $2w$로 증가할 때 전체 부피가 $24\text{L}$에서 $36\text{L}$로 $12\text{L}$ 증가한 것은, 반응하지 않고 그대로 남은 $\text{B}$의 부피가 $12\text{L}$라는 뜻입니다.
    즉, $\text{B}$의 $0.5\text{mol}$($12\text{L}/24\text{L}$)이 질량 $w$에 해당하므로 $\text{B}$의 분자량은 $2w$입니다. 또한 $w$ 지점에서 $\text{B}$가 $0.5\text{mol}$ 반응했으므로 $b=0.5$ (상대값)이며, 부피 변화를 통해 $b$와 $c$의 관계를 도출하면 $(b-c) \times (\text{B의 분자량})$은 $-2w$가 됩니다.
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20. 다음은 탄화수소 X(l)와 Y(l)의 연소 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도와 압력은 t℃, 1기압으로 일정하고, 탄화수소의 부피는 무시하며, H, C의 원자량은 각각 1, 12 이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 탄화수소의 연소 반응에서 부피 변화량은 $\text{CO}_2$와 $\text{H}_2\text{O}(g)$의 합에서 $\text{O}_2$의 소모량을 뺀 값입니다.
    실험 I: $\Delta V = 6 - 5 = 1\text{L}$, 실험 II: $\Delta V = 22 - 17 = 5\text{L}$.
    탄화수소 $\text{C}_n\text{H}_m$의 연소식 $\text{C}_n\text{H}_m + (n + \frac{m}{4})\text{O}_2 \rightarrow n\text{CO}_2 + \frac{m}{2}\text{H}_2\text{O}$에서 부피 변화는 $n + \frac{m}{2} - (n + \frac{m}{4}) = \frac{m}{4}$입니다.
    실험 I에서 $\frac{m}{4} \times \text{몰수} = 1\text{L}$, 실험 II에서 $\frac{m'}{4} \times \text{몰수}' = 5\text{L}$입니다.
    실험 I의 $\text{O}_2$ 몰수는 $\frac{5}{32}\text{mol}$, 실험 II의 $\text{O}_2$ 몰수는 $\frac{17}{32}\text{mol}$입니다.
    X의 $\frac{m}{4}$ 값은 $\frac{1}{5/32} = 6.4$, Y의 $\frac{m'}{4}$ 값은 $\frac{5}{17/32} = 9.41$입니다.
    탄소 질량 백분율은 $\frac{12n}{12n+m}$이며, $m$이 작을수록(수소 비율이 낮을수록) 탄소 비율이 큽니다. X의 $m$이 Y보다 작으므로 탄소의 질량 백분율은 X가 Y보다 큽니다.
    ㄷ의 경우, 추가 $\text{O}_2$ $2.5\text{L}$는 $\frac{2.5}{32}\text{mol}$이며, 이를 통해 남은 X를 모두 연소시키면 최종 부피 $V$는 $8.5\text{L} < V \le 9.0\text{L}$ 범위에 해당합니다.
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