수능(화학I) 필기 기출문제복원 (2016-06-02)

수능(화학I)
(2016-06-02 기출문제)

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1. 다음은 학생 A 가 어떤 물질의 모형을 만드는 과정에 대한 설명이다.

탄소 동소체 중 학생 A가 만든 모형과 유사한 구조를 갖는 물질로 가장 적절한 것은?

  1. 흑연
  2. 그래핀
  3. 나노튜브
  4. 풀러렌
  5. 다이아몬드
(정답률: 알수없음)
  • 학생 A가 만든 모형은 구조가 공이 겹쳐져 있는 형태이다. 이러한 구조를 갖는 물질로는 풀러렌이 가장 적절하다. 풀러렌은 탄소 원자가 공이 겹쳐져 구성된 구조로, 공이 12개 겹쳐져 있어서 12면체 구조를 갖는다.
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2. 다음은 3 가지 분자의 분자식이다.

분자의 결합각 크기를 비교한 것으로 옳은 것은?

  1. BF3 > CH4 > H2O
  2. BF3 > H2O > CH4
  3. H2O > CH4 > BF3
  4. H2O > BF3 > CH4
  5. CH4 > BF3 > H2O
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "BF3 > CH4 > H2O"입니다.

    이유는 다음과 같습니다.

    BF3는 삼각평면 구조를 가지고 있으며, 결합각은 120도입니다. CH4는 탄소 원자가 중심이 되어 사면체 구조를 가지며, 결합각은 109.5도입니다. H2O는 삼각피라미드 구조를 가지며, 결합각은 104.5도입니다.

    따라서, 결합각이 가장 큰 분자는 BF3이고, 그 다음으로 CH4이며, 가장 작은 것은 H2O입니다.
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3. 그림은 물이 생성되는 2 가지 반응을 모식적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, ㉠과 ㉡은 2 원자 분자이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 물 분자가 이온화되어 수소 이온(H+)과 수산화 이온(OH-)으로 분해되는 반응을 나타내고, "ㄴ"은 물 분자가 분자 내부에서 자가이온화되어 수소 이온(H+)과 수산화 이온(OH-)으로 분해되는 반응을 나타낸다. "ㄷ"는 "ㄱ"과 "ㄴ"의 반응이 동시에 일어나는 것을 나타낸다. 따라서 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 모두 물이 생성되는 반응을 나타내므로 정답이다.
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4. 다음은 물의 구성 원소의 비를 알아보기 위한 실험 과정이다.

과정 (나)~(라)에 들어갈 내용으로 가장 적절한 것을 <보기>에서 고른 것은? (순서대로 나, 다, 라) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ, ㄱ
  4. ㄷ, ㄱ, ㄴ
  5. ㄷ, ㄴ, ㄱ
(정답률: 알수없음)
  • - (나) : 물을 가열하여 수증기를 얻는다.
    - (다) : 수증기를 냉각하여 물을 얻는다.
    - (라) : 물의 질량을 측정하여 각 원소의 질량 비를 구한다.

    정답은 "ㄴ, ㄱ, ㄷ" 이다. 물의 구성 원소는 수소와 산소이며, 수소와 산소의 질량 비는 1:8이다. 따라서, 물을 냉각하여 수증기를 얻는 과정에서는 수소와 산소가 모두 증발하므로 비율이 유지된다. 하지만, 물을 가열하여 수증기를 얻는 과정에서는 수소와 산소의 질량 비가 변할 수 있으므로, 이 과정은 비율을 유지하기 위해 제외된다. 따라서, (나)는 수증기를 얻는 과정이 아닌, 물을 가열하는 과정이라는 것을 알 수 있다.
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5. 학생 A는 화합물 내 원자들의 양의 산화수(x)와 음의 산화수(y)를 구한 후, 다음과 같이 X와 Y를 결정하였다.

Y > X인 것은?

  1. HCl
  2. N2H4
  3. H2SO4
  4. OF2
  5. Cr2O3
(정답률: 알수없음)
  • N2H4의 경우, 질소(N)의 산화수는 -2이고 수소(H)의 산화수는 +1이다. 따라서 N2H4 내 질소 원자의 산화수(x)는 -2이고 수소 원자의 산화수(y)는 +1이다. 이에 따라 X = -2, Y = +1이 된다.

    다른 화합물들의 경우,

    - HCl: 수소(H)의 산화수는 +1이고 염소(Cl)의 산화수는 -1이므로 X = -1, Y = +1이 된다. 따라서 Y > X가 성립한다.
    - H2SO4: 수소(H)의 산화수는 +1이고 산소(O)의 산화수는 -2이므로 X = -2, Y = +1이 된다. 따라서 Y > X가 성립한다.
    - OF2: 산소(O)의 산화수는 -2이고 플루오르(F)의 산화수는 +2이므로 X = -2, Y = +2가 된다. 따라서 Y > X가 성립하지 않는다.
    - Cr2O3: 크롬(Cr)의 산화수는 +3이고 산소(O)의 산화수는 -2이므로 X = -2, Y = +3이 된다. 따라서 Y > X가 성립한다.

    따라서 Y > X인 화합물은 "HCl", "N2H4", "H2SO4", "Cr2O3"이다. N2H4은 Y > X가 아니므로 정답이 된다.
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6. 그림은 분자 X2 가 자연계에 존재하는 비율을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 X2 분자가 자연계에 존재하는 비율이 높은 것을 나타내고, "ㄷ"는 X2 분자가 자연계에 존재하는 비율이 낮은 것을 나타낸다. 이는 X2 분자가 이중원자 분자로서 안정적인 성질을 가지기 때문이다. 따라서, "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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7. 다음은 바닥 상태 질소 원자에서 전자가 들어 있는 오비탈 (가)~(다)에 대한 자료이다. (가)~(다)는 각각 1s, 2s, 2p 중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 (가)~(다)는 각각 1s, 2s, 2p 중 하나이다. (가)는 1s 오비탈에 전자가 들어있으므로 s 오비탈이다. (다)는 2p 오비탈에 전자가 들어있으므로 p 오비탈이다. 따라서 (가)는 s 오비탈, (다)는 p 오비탈이다. 이에 따라 (가)~(다)에 해당하는 오비탈의 에너지는 다음과 같다.

    따라서 보기에서 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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8. 다음은 2, 3 주기 원자 A~C에 대한 자료이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 A~C의 전자 구성을 보면, A는 2주기 원소이므로 2s와 2p 궤도에 전자가 채워져 있고, B는 3주기 원소이므로 3s와 3p 궤도에 전자가 채워져 있으며, C는 2주기 원소이므로 2s와 2p 궤도에 전자가 채워져 있다. 이에 따라, 보기에서 A~C의 전자 구성을 나타낸 것은 "ㄱ, ㄷ" 이다.
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9. 표는 글라이신을 두 수용액 (가)와 (나)에 각각 녹였을 때, 글라이신의 형태를 구조식으로 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ" 인 이유는, 글라이신이 물 속에서는 이온화되어 양이온과 음이온으로 분리되어 있기 때문에, 가수용액에서는 글라이신의 양이온 형태가, 나수용액에서는 글라이신의 음이온 형태가 된다는 것을 나타내기 때문이다.
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10. 다음은 M2CO3(s)과 HCl(aq)이 반응하는 화학 반응식과 금속 M의 원자량을 구하는 실험 과정이다.

이 실험으로부터 금속 M의 원자량을 구하기 위해 반드시 이용해야 할 자료만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, M은 임의의 원소 기호이고, 온도와 압력은 일정하며, 피스톤의 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다. 이유는 실험에서 M2CO3(s)과 HCl(aq)이 반응하여 CO2(g)와 MCl2(aq)가 생성되는데, 이때 생성된 CO2(g)의 질량과 MCl2(aq)의 몰농도를 이용하여 금속 M의 원자량을 구할 수 있다. 따라서 보기에서 "ㄴ, ㄷ"이 정답이다.
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11. 그림 (가)는 2 주기 원소의 원자 번호에 따른 핵전하(Z)와 원자가 전자가 느끼는 유효 핵전하(Z*)를 나타낸 것이고, (나)는 2 주기 원소 A~E의 바닥 상태 원자의 전자 배치에서 홀전자 수에 따른 Z 와 Z*의 차(Z-Z*)를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    ㄴ. 그림 (가)에서는 핵전하와 유효 핵전하의 차이가 크게 나타나는데, 이는 전자의 스크리닝 효과 때문이다. 전자는 핵에 의해 끌어당기지만, 다른 전자들의 전하력으로 인해 실제로 느끼는 핵전하는 적어진다. 따라서 유효 핵전하는 핵전하보다 작아지게 된다.

    ㄷ. 그림 (나)에서는 홀전자 수가 증가함에 따라 Z와 Z*의 차이가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 이는 홀전자가 증가함에 따라 전자들끼리의 전하력이 강해져서 스크리닝 효과가 커지기 때문이다. 따라서 유효 핵전하가 증가하고, Z와 Z*의 차이가 줄어들게 된다.
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12. 다음은 극성 공유 결합만으로 이루어진 2 가지 분자의 분자식이다. X와 Y는 2 주기 원소이고 분자에서 옥텟 규칙을 만족한다.

두 분자의 공통점으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 공통적으로 나타나는 것은 X와 Y가 모두 2 주기 원소이며, 극성 공유 결합을 이루고 있으며, 옥텟 규칙을 만족한다는 것이다. 따라서 "ㄱ"이 정답이다.
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13. 표는 W~Z 원자 1 개의 질량을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, W~Z 는 임의의 원소 기호이고, 아보가드로수는 6×1023 이다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 원자의 질량이 원자번호와 비례한다는 것을 나타내고 있으며, "ㄴ"은 아보가드로수를 이용하여 질량을 계산할 수 있다는 것을 나타내고 있다. 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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14. 다음은 3 가지 반응의 화학 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식에서 화살표 왼쪽은 반응물, 오른쪽은 생성물을 나타낸다.

    1. 반응물인 수산화 나트륨(NaOH)와 생성물인 염화 나트륨(NaCl)의 이온들은 전하가 같아서 서로 결합할 수 있다. 이는 이온 결합으로 일어나는 화학 반응이다.

    2. 반응물인 이산화탄소(CO2)와 생성물인 탄산(H2CO3)은 산화-환원 반응으로 일어난다. 이산화탄소가 수소 이온을 받아서 탄산이 되는 것이다.

    3. 반응물인 수산화 나트륨(NaOH)와 이산화황(SO2)는 산-염기 반응으로 일어난다. 수산화 나트륨은 염기이고, 이산화황은 산이므로 서로 중화되어 화학 반응이 일어난다.

    따라서, 옳은 것은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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15. 그림은 들뜬 상태에 있는 수소 원자의 전자가 n=x 이하에서 전자 전이할 때 방출하는 빛의 에너지(ΔE)와 이에 해당하는 파장(λ)을 모두 점으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 수소 원자의 에너지 준위 이고, n은 주양자수, k 는 상수이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 수소 원자의 전자가 낮은 에너지 준위로 전이할수록 방출되는 빛의 파장이 길어진다는 것을 나타낸다. 이는 에너지 준위가 높을수록 전자가 더 많은 에너지를 방출하며, 이는 더 짧은 파장의 빛으로 나타난다. "ㄷ"는 수소 원자의 전자가 n=1에서 전이할 때 방출되는 빛의 파장이 가장 길다는 것을 나타낸다. 이는 n=1이 수소 원자의 가장 낮은 에너지 준위이기 때문이다.
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16. 다음은 금속 A~C의 산화 환원 반응 실험이다.

Ⅰ과 Ⅱ에서 넣어 준 금속의 몰수에 따른 총 이온 수를 나타낸 것으로 가장 적절한 것은? (단, 모든 금속은 물과 반응하지 않고, 음이온의 수는 일정하다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • Ⅰ에서는 금속 A와 C가 산화되어 이온을 생성하고, 금속 B가 환원되어 이온을 소비한다. 따라서 금속 A와 C의 몰수가 증가하면 생성되는 이온의 수도 증가하고, 금속 B의 몰수가 증가하면 소비되는 이온의 수도 증가한다. 따라서 총 이온 수는 금속 A와 C의 몰수와 금속 B의 몰수의 합에 비례한다.

    Ⅱ에서는 금속 A와 B가 산화되어 이온을 생성하고, 금속 C가 환원되어 이온을 소비한다. 따라서 금속 A와 B의 몰수가 증가하면 생성되는 이온의 수도 증가하고, 금속 C의 몰수가 증가하면 소비되는 이온의 수도 감소한다. 따라서 총 이온 수는 금속 A와 B의 몰수의 합과 금속 C의 몰수에 비례한다.

    따라서 가장 적절한 정답은 ""이다.
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17. 표는 HCl(aq), NaOH(aq), KOH(aq)의 부피를 달리하여 혼합한 용액에 대한 자료이다. ㉠과 ㉡은 각각 1:2와 1:9 중 하나이다.

(가), (나), (다)를 모두 혼합한 용액에서 OH-의 수는? [3점]

  1. 0
  2. x
  3. 2x
  4. 3x
  5. 4x
(정답률: 알수없음)
  • OH-의 수는 NaOH와 KOH에서 나온 OH-의 수를 합한 것이다. NaOH와 KOH의 부피 비율은 1:3이므로, KOH에서 나온 OH-의 수는 NaOH에서 나온 OH-의 수의 3배이다. 따라서 OH-의 총 수는 NaOH에서 나온 OH-의 수 + KOH에서 나온 OH-의 수 = 2x + 3(2x) = 8x 이다. 따라서 정답은 "3x"가 된다.
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18. 다음은 탄화수소 X(s)의 원소 분석 실험이다.

는? (단, 온도와 압력은 t ℃, 1 기압으로 일정하고, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16 이다.)

  1. 20
  2. 35/2
  3. 15
  4. 27/2
  5. 21/2
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 탄화수소 X의 분자량을 구해야 한다. 분자량은 탄소와 수소의 원자량을 합한 값이므로,

    분자량 = 12 × 2 + 1 × 6 = 30

    다음으로, 탄화수소 X에서 탄소와 수소의 몰 비율을 구해야 한다. 이를 위해, 탄소와 수소의 질량 비율을 구하고, 이를 몰 비율로 환산한다.

    탄소의 질량 비율 = 12 × 2 ÷ 30 = 4/5
    수소의 질량 비율 = 1 × 6 ÷ 30 = 1/5

    따라서, 탄화수소 X의 화학식은 C4H6이다.

    이제, 탄화수소 X에서 탄소와 수소의 몰 비율을 이용하여, 탄소와 수소의 몰 비율을 구할 수 있다.

    탄소의 몰 비율 = 4/5 ÷ (4/5 + 1/5) = 4/5
    수소의 몰 비율 = 1/5 ÷ (4/5 + 1/5) = 1/5

    따라서, 탄화수소 X의 몰 비율은 C4H6 : 4/5 : 1/5 = 4 : 1 이다.

    마지막으로, 탄화수소 X의 몰 비율을 이용하여, 탄소와 수소의 몰 수를 구할 수 있다.

    탄소의 몰 수 = 4 × 35/100 = 7/2
    수소의 몰 수 = 1 × 35/100 = 7/20

    따라서, 탄소와 수소의 몰 비율은 C4H6 : 7/2 : 7/20 = 20 : 1 : 2 이다.

    따라서, 탄소의 질량은 20 × 12 = 240 이고, 수소의 질량은 2 × 1 = 2 이다.

    따라서, 탄소와 수소의 질량 비율은 240 : 2 = 120 : 1 이다.

    따라서, 탄화수소 X에서 탄소와 수소의 질량 비율은 120 : 1 이다.

    따라서, 탄화수소 X에서 탄소와 수소의 질량 비율을 이용하여, 탄소와 수소의 몰 비율을 구할 수 있다.

    탄소의 몰 비율 = 120 ÷ (120 + 1) = 120/121
    수소의 몰 비율 = 1 ÷ (120 + 1) = 1/121

    따라서, 탄화수소 X의 몰 비율은 C4H6 : 120/121 : 1/121 = 121 × 4 : 120 : 1 이다.

    따라서, 탄소의 몰 수는 121 × 4 × 35/100 = 1694/25 이고, 수소의 몰 수는 121 × 1 × 35/100 = 4235/100 이다.

    따라서, 탄소와 수소의 몰 비율은 C4H6 : 1694/25 : 4235/100 = 100 : 200/13 : 100/13 이다.

    따라서, 수소의 몰 수는 4235/100 = 42.35 모르기 때문에, 가장 가까운 보기인 "35/2"를 선택한다.
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19. 다음은 분자식이 서로 다른 탄화수소 X~Z 에 대한 자료이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 분자식에 따라 탄화수소의 성질이 다르기 때문에 옳은 설명이다. X는 포화탄화수소, Y는 불포화탄화수소, Z는 고리탄화수소이므로 각각의 성질이 다르다. "ㄴ"과 "ㄷ"는 분자식이 같은 탄화수소에 대한 성질 차이를 설명하는 것이 아니므로 옳지 않다. "ㄱ, ㄴ"은 분자식에 따라 성질이 다르다는 것은 맞지만, "ㄷ"는 해당 자료에서 언급되지 않으므로 옳지 않다. "ㄴ, ㄷ"도 마찬가지로 해당 자료에서 언급되지 않으므로 옳지 않다.
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20. 다음은 A(g)와 B(g)가 반응하는 화학 반응식과 실험이다.

은? (단, 온도와 대기압은 일정하고, 피스톤의 질량과 마찰, 연결관의 부피는 무시한다.) [3점]

  1. 3/4
  2. 7/12
  3. 1/2
  4. 7/16
  5. 3/8
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식을 보면 A(g)와 B(g)가 1:1의 비율로 반응하여 C(g)와 D(g)를 생성한다. 따라서 초기에는 A(g)와 B(g)의 몰 비율이 1:1이다.

    실험에서는 초기에 A(g)와 B(g)가 1:3의 몰 비율로 주입되었다. 이는 A(g)와 B(g)의 총 몰 수가 4mol이고, 그 중 1mol이 A(g)이고 3mol이 B(g)라는 것을 의미한다.

    반응식에서 A(g)와 B(g)의 몰 비율이 1:1이므로, 초기에는 A(g)와 B(g)가 모두 반응하여 C(g)와 D(g)가 생성되어 총 몰 수가 4mol인 상태에서 C(g)와 D(g)의 몰 수가 각각 2mol씩 생성된다.

    따라서, 최종적으로 C(g)와 D(g)의 몰 비율은 2:2로 1:1이 된다. 이를 각각의 몰 수로 환산하면, C(g)와 D(g)의 총 몰 수가 각각 2mol이므로, C(g)의 몰 수는 1mol, D(g)의 몰 수도 1mol이 된다.

    따라서, C(g)의 몰 분율은 1/2, D(g)의 몰 분율도 1/2가 된다. 이를 다시 초기에 주입된 A(g)와 B(g)의 몰 비율로 환산하면, C(g)의 몰 분율은 1/4, D(g)의 몰 분율도 1/4가 된다.

    따라서, C(g)와 D(g)의 몰 분율의 합은 1/4 + 1/4 = 1/2가 된다. 이를 전체 몰 분율로 환산하면, 1/2 / 4 = 1/8이므로, C(g)와 D(g)의 전체 몰 분율은 1/8이 된다.

    따라서, C(g)와 D(g)의 몰 분율의 합인 1/2에서 전체 몰 분율인 1/8을 뺀 값인 3/8이 정답이 된다.
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