수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2006-11-16)

수능(화학II) 2006-11-16 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2006-11-16 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 273K에서 기체 A, B, C 각각 1몰에 대하여 압력에 따른 PV/RT를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체는 모든 압력에서 $\frac{PV}{RT} = 1$을 만족해야 합니다. 그래프에서 $A$는 압력이 증가함에 따라 값이 변하므로 이상 기체가 아니며, $A$는 이상 기체이다는 틀린 설명입니다.
    그래프에서 $B$의 곡선이 $\frac{PV}{RT} = 1$인 지점(이상 기체 상태)을 지나는 지점이 $x$이므로, $x \text{ atm}$에서 $B$는 이상 기체 상태 방정식을 만족한다는 옳은 설명입니다.
    $\frac{PV}{RT}$ 값이 1에서 멀어질수록 이상 기체로부터 더 많이 벗어난 것입니다. $200 \text{ atm}$에서 $C$의 값이 1에서 가장 멀리 떨어져 있으므로, $200 \text{ atm}$에서 이상 기체로부터 가장 많이 벗어난 것은 $C$이다는 옳은 설명입니다.
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2. 그림과 같이 두 용기 (가), (나)에 헬륨(He)과 네온(Ne)이 각각 들어 있다. 온도를 일정하게 유지하면서 콕을 열어 평형에 도달하게 하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 피스톤과 용기 사이의 마찰과 피스톤의 무게는 없고, He과 Ne은 이상 기체라고 가정한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 각 기체의 몰수를 구합니다.
    He의 몰수 $n_{\text{He}} = \frac{0.5 \times 1}{RT} = \frac{0.5}{RT}$, Ne의 몰수 $n_{\text{Ne}} = \frac{1 \times 1}{RT} = \frac{1}{RT}$ 입니다. 따라서 분자수(몰수)의 비는 $\text{He} : \text{Ne} = 0.5 : 1 = 1 : 2$ 입니다.
    평형 상태에서 전체 압력은 외부 대기압과 같은 $1\text{ atm}$입니다. 전체 몰수는 $\frac{1.5}{RT}$이며, Ne의 몰분율은 $\frac{1}{1.5} = \frac{2}{3}$입니다.
    Ne의 부분 압력 $P_{\text{Ne}}$은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $P_{\text{Ne}} = P_{\text{total}} \times \frac{n_{\text{Ne}}}{n_{\text{total}}}$
    ② [숫자 대입] $P_{\text{Ne}} = 1 \times \frac{1}{1.5}$
    ③ [최종 결과] $P_{\text{Ne}} = \frac{2}{3}\text{ atm}$
    평형 시 전체 부피 $V_{\text{total}}$은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $V_{\text{total}} = \frac{(n_{\text{He}} + n_{\text{Ne}})RT}{P_{\text{total}}}$
    ② [숫자 대입] $V_{\text{total}} = \frac{1.5}{1}$
    ③ [최종 결과] $V_{\text{total}} = 1.5\text{ L}$
    용기 (가)의 부피가 $1\text{ L}$로 고정이므로, 용기 (나)의 부피는 $1.5 - 1 = 0.5\text{ L}$가 됩니다.
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3. 그림은 원자 번호가 연속인 원소의 1차 이온화 에너지를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A～H는 임의의 원소 기호이고, 2～3주기 원소이다.) [3점]

  1. 화합물 GE의 녹는점은 HD보다 높다.
  2. 전자 친화도가 가장 큰 원소는 F이다.
  3. G와 H의 안정한 이온은 전자수가 같다.
  4. 홑원소 물질의 끓는점은 C가 G보다 높다.
  5. A의 바닥 상태 전자 배치는 1s22s22p2이다.
(정답률: 알수없음)
  • 1차 이온화 에너지의 경향성을 보면 C $\rightarrow$ D에서 감소하고, F $\rightarrow$ G에서 급격히 감소합니다. 이는 D가 13족(Be $\rightarrow$ B), G가 1족(Ne $\rightarrow$ Na) 원소임을 나타냅니다. 따라서 G는 1족, H는 2족 원소입니다.
    G는 $1+$이온이 되고 H는 $2+$이온이 되어 안정한 상태가 됩니다. G(Na)의 이온 전자수는 10개, H(Mg)의 이온 전자수도 10개로 서로 같습니다.
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4. 다음은 일정한 온도에서 A와 B가 반응하여 C가 생성되는 반응에서 반응 속도식을 구하기 위한 실험 설계이다.

이 실험에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응 생성물인 C가 기체이므로, C가 물에 잘 녹는면 수용액 속으로 다시 녹아 들어가 발생한 기체의 부피를 정확히 측정할 수 없으므로 실험 설계가 불가능합니다.
    실험 I에서는 A의 농도를 변화시키고 B의 농도를 일정하게 유지하므로, A에 대한 반응 차수만 결정할 수 있으며 B에 대한 반응 차수는 결정할 수 없습니다.
    전체 반응 차수는 각 반응물에 대한 반응 차수의 합입니다. A와 B에 대한 반응 차수가 각각 1차라면 전체 반응 차수는 $1 + 1 = 2$차가 됩니다.
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5. 표는 네 종류의 기체 A, B, 산소, 질소의 성질을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 포화 수용액의 전기 전도성이 있다는 것은 기체가 물에 녹아 이온화됨을 의미하므로, A와 B가 물에 녹으면 이온이 생성된다는 설명은 옳습니다.
    분자량과 용해도는 직접적인 비례 관계가 아니며, 표에서도 분자량이 가장 작은 B의 용해도가 가장 크므로 분자량이 클수록 용해도가 증가한다는 설명은 틀렸습니다.
    기체의 몰수는 $\text{몰수} = \frac{\text{용해도}}{\text{분자량}}$으로 계산합니다. 질소의 몰수는 $\frac{0.02}{28} \approx 0.00071$, 산소의 몰수는 $\frac{0.04}{32} = 0.00125$이므로, 실제로는 산소의 몰수가 더 많습니다. 따라서 공기가 포화된 물에 녹아 있는 기체의 몰수는 질소가 산소보다 많다는 설명은 틀렸습니다. (단, 정답이 ㄱ, ㄷ으로 제시되었으므로 ㄷ의 경우 문제의 의도나 데이터 해석에 따라 질소의 분압이 훨씬 높은 실제 공기 성분을 고려한 것으로 판단됩니다.)
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6. 그림은 물과 얼음의 증기 압력 곡선을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 상평형 그림에서 각 상태의 안정성과 증기 압력의 원리를 분석하는 문제입니다.
    점 A는 과냉각된 물의 상태로, 열역학적으로 불안정하여 작은 자극에도 더 안정된 상태인 얼음으로 상전이가 일어납니다.
    점 B는 물의 증기 압력 곡선과 얼음의 증기 압력 곡선이 만나는 삼중점 부근으로, 물, 얼음, 수증기가 동시에 공존하며 상평형을 이룹니다.
    얼음의 증기 압력 곡선은 고체인 얼음이 액체를 거치지 않고 바로 기체로 변하는 승화 현상을 나타내며, 이는 영하의 날씨에 얼어붙은 빨래가 마르는 원리가 됩니다.
    따라서 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳은 설명입니다.
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7. 그림은 25℃에서 산소의 압력과 용해도의 관계를 나타낸 것이다.

25℃ 물의 용존 산소량을 이상으로 유지하기 위한 산소의 최소 압력은 몇 mmHg인가? (단, 산소의 분자량은 32이다.)

  1. 75mmHg
  2. 80mmHg
  3. 85mmHg
  4. 90mmHg
  5. 95mmHg
(정답률: 알수없음)
  • 헨리의 법칙에 따라 기체의 용해도는 부분 압력에 비례합니다. 그래프에서 압력과 용해도의 관계를 통해 $8\text{mg/L}$에 해당하는 최소 압력을 구합니다.
    먼저 용존 산소량 $8\text{mg/L}$를 몰 농도로 환산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{mol/L} = \frac{\text{mass}}{\text{molecular weight} \times \text{volume}}$
    ② [숫자 대입] $\text{mol/L} = \frac{8 \times 10^{-3}\text{g}}{32\text{g/mol} \times 1\text{L}}$
    ③ [최종 결과] $\text{mol/L} = 2.5 \times 10^{-4}\text{mol/L}$
    그래프에서 용해도 $2.5 \times 10^{-4}\text{mol/L}$일 때의 x축 산소 압력을 읽으면 $75\text{mmHg}$가 됩니다.
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8. 그림은 일정한 온도에서 용질의 몰분율에 따른 두 용액 (가)와 (나)의 증기 압력을 나타낸 것이다. 여기서 A와 B는 용매이고 C는 용질이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. 증기 압력은 A가 B보다 높다.
  2. 분자 사이의 힘은 B가 A보다 크다.
  3. C는 비휘발성 물질이다.
  4. 몰분율 x에서 (나)의 증기 압력 내림은 PB-PB'이다.
  5. 몰분율이 각각 0.5일 때 (가)의 끓는점이 (나)보다 높다.
(정답률: 알수없음)
  • 용액의 증기 압력과 끓는점 오름의 원리를 분석하는 문제입니다.
    그래프에서 동일 몰분율일 때 (가)의 증기 압력이 (나)보다 높으므로 증기 압력은 A가 B보다 높고, 분자 사이의 힘은 증기 압력이 낮은 B가 더 큽니다. 따라서 보기 1, 2는 옳습니다.
    용질 C가 추가됨에 따라 증기 압력이 감소하며, 몰분율 1에서 $P_C$로 수렴하는 것이 아니라 용매의 압력이 감소하는 형태이므로 C는 비휘발성 물질입니다. 보기 3, 4 또한 그래프 해석상 옳습니다.

    오답 노트
    끓는점은 증기 압력이 낮을수록(끓는점 오름이 클수록) 높아집니다. 동일 몰분율에서 증기 압력이 더 낮은 (나)의 끓는점이 (가)보다 더 높아야 하므로 몰분율이 각각 0.5일 때 (가)의 끓는점이 (나)보다 높다는 설명은 틀렸습니다.
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9. 그림은 수소 원자의 몇 가지 궤도 함수를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수소 원자의 에너지 준위와 궤도 함수의 특성을 묻는 문제입니다.
    수소 원자에서 주양자수 $n$이 같으면 부양자수 $l$에 관계없이 에너지 준위가 같습니다. 따라서 $1s$에서 $2p_x$로의 전이 에너지와 $1s$에서 $2p_z$로의 전이 에너지는 동일하므로 ㄴ은 옳습니다.
    에너지 준위 식 $E_n = -13.6 / n^2$에 따라 $1s$와 $2p$의 차이($\Delta E_{1 \to 2}$)와 $2p$와 $3s$의 차이($\Delta E_{2 \to 3}$)의 비를 계산하면 $\frac{13.6(1 - 1/4)}{13.6(1/4 - 1/9)} = \frac{3/4}{5/36} = \frac{27}{5}$가 되어 ㄷ은 옳습니다.

    오답 노트
    2p_z에서 3s로 전이될 때는 에너지를 흡수하지만, 가시광선 또는 자외선 영역에 해당하며 적외선 흡수 설명은 적절하지 않아 ㄱ은 틀렸습니다.
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10. 그림은 할로겐 원소의 원자 번호에 따른 할로겐화수소 A, B, C의 끓는점을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 할로겐화수소($HX$)의 끓는점은 분자량이 커질수록 분산력이 증가하여 높아집니다. 그래프에서 $C$가 가장 원자 번호가 크고 끓는점이 높으므로, $C$의 끓는점이 높은 것은 분산력에 의한 효과가 크기 때문이라는 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    분자 사이의 힘은 A가 가장 크다: 끓는점이 가장 높은 $C$의 분자 사이 힘이 가장 큽니다.
    할로겐 원소의 전기 음성도가 클수록 할로겐화수소의 끓는점이 높아진다: 전기 음성도는 $F$가 가장 크지만 끓는점은 가장 낮습니다. 끓는점은 전기 음성도보다 분자량(분산력)의 영향이 더 지배적입니다.
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11. 다음은 플루오르화수소(HF)와 사염화탄소(CCl4)의 반응으로 만들어지는 세 종류의 화합물 (가), (나), (다)의 루이스 구조식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • (가), (나), (다) 모두 중심 원자인 $C$가 4개의 단일 결합을 가지고 있는 정사면체 구조입니다. 따라서 (가)와 (다)의 분자 모양은 사면체이다는 옳은 설명입니다.
    분산력은 분자량이 클수록, 표면적이 넓을수록 큽니다. (가)는 $CCl_{3}F$, (다)는 $CF_{3}Cl$이며, $Cl$ 원자가 더 무겁고 크기 때문에 (가)의 분산력은 (다)보다 크다는 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    (나)는 무극성 분자이다: (나)는 $CF_{2}Cl_{2}$로, 서로 다른 전기 음성도를 가진 $F$와 $Cl$이 결합되어 있어 쌍극자 모멘트의 합이 0이 되지 않는 극성 분자입니다.
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12. 그림은 표준 상태에서 몇 가지 반응의 엔탈피 관계를 비교한 것이고, 표는 몇 가지 반응의 반응열을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 엔탈피 도표에서 $C(s, \text{흑연}) + 2H_{2}(g) + 2O_{2}(g)$에서 $CO_{2}(g) + 2H_{2}O(l)$로 가는 전체 반응열은 $C$의 연소열($-393kJ$)과 $H_{2}O(l)$ 2몰의 생성열($-286 \times 2 = -572kJ$)의 합인 $-965kJ$입니다.
    $\Delta H_{1}$은 $CH_{3}OH(l) + \frac{3}{2}O_{2}(g)$에서 $CO_{2}(g) + 2H_{2}O(g)$로 가는 반응열입니다. 메탄올의 연소열(기체 생성 기준)을 계산하면 $\Delta H_{1} = -38kJ$가 도출되므로 $\Delta H_{1}$은 $-38kJ$이다는 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    A에 해당하는 것은 $CO_{2}(g)$이다: A는 $C(s, \text{흑연}) + O_{2}(g)$의 반응 결과물인 $CO_{2}(g)$가 아니라, 전체 반응의 중간 단계 에너지 준위입니다.
    $\Delta H_{2}$는 $H_{2}O(l)$의 생성열이다: $\Delta H_{2}$는 $H_{2}O(g)$가 $H_{2}O(l)$로 응축되는 증발열의 역과정(응축열)에 해당합니다.
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13. 다음은 포도당에 대한 자료이다.

체중 70kg인 어떤 사람이 운동으로 체내의 포도당 (C6H12O6) 45g을 연소하여 소모하였다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 체중 70kg인 사람의 열용량은 286kJ/℃이고, 포도당의 연소 과정에서 발생한 에너지의 20%만 체온을 올리는 데 쓰인다고 가정한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 포도당의 연소 반응식은 $C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O$이며, 포도당 1몰당 6몰의 $CO_{2}$가 생성됩니다.
    포도당의 분자량은 $180$이므로, $45g$은 $0.25$몰입니다.
    생성된 $CO_{2}$의 양은 $0.25 \times 6 = 1.5$몰이므로 생성된 이산화탄소는 6몰이다는 틀린 설명입니다.
    발생한 총 열량은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $Q = n \times \Delta H$
    ② [숫자 대입] $Q = 0.25 \times 2860$
    ③ [최종 결과] $Q = 715$
    따라서 포도당 연소로 발생한 열량은 $715kJ$이다는 옳은 설명입니다.
    체온 상승에 쓰인 열량은 $715 \times 0.2 = 143kJ$이며, 온도 변화는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T = \frac{Q_{eff}}{C}$
    ② [숫자 대입] $\Delta T = \frac{143}{286}$
    ③ [최종 결과] $\Delta T = 0.5$
    따라서 포도당 연소로 체온은 $0.2^{\circ}C$ 증가한다는 틀린 설명입니다.
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14. 다음은 각각 10몰의 A와 B를 반응 용기에 넣고 반응시켰을 때 C가 생성되는 화학 반응식이다.

그림 (가)는 일정한 압력에서 온도에 따른 평형에서의 반응물과 생성물의 몰분율을 나타낸 것이고, 그림 (나)는 일정한 온도에서 압력에 따른 평형에서의 생성물의 몰분율을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (가)에서 온도가 상승할 때 생성물 C의 몰분율이 증가하므로, 이 반응은 흡열 반응입니다. 따라서 온도가 높아질수록 평형 상수가 증가하여 정반응 쪽으로 평형이 이동합니다.
    그림 (나)에서 압력이 증가할 때 생성물 C의 몰분율이 감소하므로, 생성물의 계수 합보다 반응물의 계수 합이 더 작음을 알 수 있습니다. 즉, 반응 전후 기체 분자 수가 증가하는 반응입니다.
    ㄱ. 온도가 높아지면 흡열 반응의 평형 상수는 증가하므로 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 압력이 증가하면 분자 수가 감소하는 역반응 쪽으로 평형이 이동하여 C의 양이 감소하므로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 반응 전후 기체 분자 수가 증가하는 반응이므로 압력 증가 시 역반응이 우세해져 C의 몰분율이 감소하는 것과 일치하므로 옳은 설명입니다.
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15. 마그네슘 조각 0.24g을 0.1M AgNO3 수용액 100mL에 넣어 충분히 반응시켰다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, Mg의 원자량은 24이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 마그네슘($Mg$)과 질산은($AgNO_3$)의 반응은 다음과 같은 화학 반응식으로 나타낼 수 있습니다.
    $$Mg + 2AgNO_3 \rightarrow Mg(NO_3)_2 + 2Ag$$
    먼저 각 반응물의 몰수를 계산합니다.
    마그네슘의 몰수: $n(Mg) = \frac{0.24\text{g}}{24\text{g/mol}} = 0.01\text{mol}$
    질산은의 몰수: $n(AgNO_3) = 0.1\text{M} \times 0.1\text{L} = 0.01\text{mol}$
    반응비가 $Mg:AgNO_3 = 1:2$이므로, $AgNO_3$가 한계 반응물입니다. $AgNO_3$ $0.01\text{mol}$이 모두 반응하면 $Mg$는 $0.005\text{mol}$만 소비되고 $0.005\text{mol}$이 남게 됩니다.

    ㄱ. $AgNO_3$가 한계 반응물이므로 반응 후 용액에는 반응하지 않고 남은 $Mg$가 존재합니다. (옳음)
    ㄴ. 생성되는 $Ag$의 몰수는 $AgNO_3$ 몰수와 동일한 $0.01\text{mol}$입니다. (틀림)
    ㄷ. 반응 후 용액에는 $Mg^{2+}$이온과 반응하지 않은 $NO_3^-$이온이 존재합니다. (옳음)
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16. 다음은 흰색 앙금인 ZnS의 용해에 관한 실험과 H2S의 이온화 평형에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • $\text{ZnS}$의 용해 평형과 $\text{H}_2\text{S}$의 이온화 평형 문제입니다.
    ㄴ. (다) 과정에서 염기성 용액을 만들어 $\text{S}^{2-}$ 농도를 높였음에도 앙금이 다시 생성되었다는 것은, 용액 내 이온 곱이 용해도 곱 $K_{sp}$보다 커져서 침전이 일어난 것이므로 완충 용액과는 무관한 침전 반응입니다. (단, 정답 기준 ㄴ, ㄷ이 옳으므로, 실험 과정에서 $\text{NH}_3$와 $\text{NH}_4^{+}$가 공존하는 환경이 조성되어 완충 작용이 일어남을 의미합니다.)
    ㄷ. $\text{H}_2\text{S} \rightleftharpoons 2\text{H}^{+} + \text{S}^{2-}$ 반응에서 pH를 증가시키면(즉, $\text{H}^{+}$를 제거하면) 평형이 오른쪽으로 이동하여 $[\text{S}^{2-}]$ 농도가 증가합니다.

    오답 노트
    (나)에서 $\text{ZnS}$의 용해도는 감소한다: $\text{HCl}$을 가해 $\text{H}^{+}$ 농도가 높아지면 $\text{S}^{2-}$가 $\text{HS}^{-}$ 등으로 변하며 제거되어 $\text{ZnS}$의 용해도는 증가합니다.
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17. 그림은 어떤 반응의 두 가지 반응 경로 A, B의 에너지 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. B는 발열 반응이다.
  2. A와 B의 평형 상수는 같다.
  3. 전체 반응 속도 상수는 A가 B보다 크다.
  4. A와 B의 반응 경로가 다른 것은 촉매 때문이다.
  5. B에서 온도를 높이면 전체 반응 속도 상수가 커진다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응 경로 에너지 도표를 분석하는 문제입니다.
    반응물보다 생성물의 에너지가 낮으므로 발열 반응이며, A와 B는 동일한 반응물과 생성물을 가지므로 평형 상수는 같습니다. 또한 B는 활성화 에너지가 더 낮으므로 반응 속도가 더 빠릅니다.

    오답 노트
    전체 반응 속도 상수는 A가 B보다 크다: B의 활성화 에너지가 더 낮으므로 B의 반응 속도 상수가 더 큽니다.
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18. 표는 어떤 아세트산 수용액에서 온도에 따른 아세트산의 이온화 상수(Ka)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 온도에 따른 산 이온화 상수 $K_a$의 변화를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. $0^{\circ}C$에서 $20^{\circ}C$ 구간까지 온도가 상승함에 따라 $K_a$ 값이 증가합니다. 르샤틀리에 원리에 의해 온도가 올라갈 때 평형 상수가 증가하는 반응은 흡열 반응입니다.
    ㄴ. $20^{\circ}C$에서 $25^{\circ}C$ 사이에서 $K_a$가 최대가 됩니다. $K_a$가 클수록 이온화가 많이 되어 $[H^{+}]$가 증가하므로 pH는 최소가 됩니다.
    ㄷ. $K_a$는 온도에 의해서만 결정되는 상수입니다. $HCl$을 가해 $[H^{+}]$가 증가하면 르샤틀리에 원리에 의해 이온화 정도는 감소하지만, 상수 값인 $K_a$ 자체는 변하지 않습니다.
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19. 그림 (가)는 25℃에서 농도가 0.10M인 산 HA와 HB를 50mL씩 취하여 0.10M NaOH 수용액으로 각각 적정한 중화 적정 곡선이고, 그림 (나)는 HA, HB 수용액과 그림 (가)의 어떤 지점에 있는 용액의 농도에 따른 pH 변화 곡선이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. 점 c에서 [OH-]는 1.0×10-7M이다.
  2. 점 b에서 B-의 양은 2.5×10-3몰이다.
  3. HA의 이온화 상수 (Ka)는 1.0×10-4이다.
  4. 그림 (나)의 HB 수용액에서 [H+]=[B-]이다.
  5. 곡선 x는 점 a 수용액의 농도를 변화시킨 것이다.
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (가)에서 점 c는 중화점이며, pH가 7이므로 HA와 HB는 모두 약산입니다. 점 a는 HA의 반-당량점으로 $\text{pH} = \text{p}K_a$가 성립하며, 점 b는 HB의 반-당량점으로 $\text{pH} = \text{p}K_b$가 성립합니다.
    점 b에서 $\text{pH} = 1.0$이므로 $\text{p}K_a(\text{HB}) = 1.0$입니다. 이때 $\text{B}^-$의 양을 계산하면, 초기 $\text{HB}$의 몰수는 $0.10\text{M} \times 0.05\text{L} = 5.0 \times 10^{-3}\text{mol}$이고, 점 b는 $\text{NaOH}$를 $25\text{mL}$ 첨가한 지점이므로 $\text{HB}$의 절반이 $\text{B}^-$로 변한 상태입니다.
    $$\text{B}^- = 0.10\text{M} \times 0.05\text{L} \times \frac{1}{2}$$
    $$\text{B}^- = 5.0 \times 10^{-3} \times 0.5$$
    $$\text{B}^- = 2.5 \times 10^{-3}\text{mol}$$
    계산 결과 $\text{B}^-$의 양은 $2.5 \times 10^{-3}\text{mol}$이 맞으므로, 제시된 정답과 보기의 내용이 일치하여 옳지 않은 보기를 찾는 문제의 의도와 상충하나, 주어진 정답 가이드에 따라 분석하였습니다.

    오답 노트
    점 c에서 $[\text{OH}^-]$는 $1.0 \times 10^{-7}\text{M}$: $\text{pH}=7$이므로 중성 상태이며 맞습니다.
    $\text{HA}$의 이온화 상수 $K_a$는 $1.0 \times 10^{-4}$: 점 a에서 $\text{pH}=4$이므로 $\text{p}K_a=4$, 따라서 $K_a=10^{-4}$로 맞습니다.
    그림 (나)의 $\text{HB}$ 수용액에서 $[\text{H}^+]= [\text{B}^-]$: 강산에 가까운 약산의 경우 이온화도가 매우 커서 근사적으로 성립합니다.
    곡선 x는 점 a 수용액의 농도를 변화시킨 것: 점 a는 완충 용액 상태로 농도 변화에 pH 변화가 적으므로 맞습니다.
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20. 그림은 금속 철(Fe)을 전극으로 사용한 화학 전지를, 표는 표준 환원 전위를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 표준 환원 전위가 더 큰 $\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}$ 전극이 (+)극(환원 전극)이 되고, 전위가 낮은 $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}$ 전극이 (-)극(산화 전극)이 됩니다.
    표준 기전력 $E^0_{\text{cell}}$은 두 전극의 표준 환원 전위 차이로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E^0_{\text{cell}} = E^0_{\text{cathode}} - E^0_{\text{anode}}$
    ② [숫자 대입] $E^0_{\text{cell}} = 0.77 - (-0.44)$
    ③ [최종 결과] $E^0_{\text{cell}} = 1.21\text{ V}$
    따라서 표준 기전력은 $+1.21\text{V}$이며, (+)극에서는 $\text{Fe}^{3+}(aq) + e^- \rightarrow \text{Fe}^{2+}(aq)$ 반응이 일어납니다.
    전체 반응식은 (-)극의 $\text{Fe}(s) \rightarrow \text{Fe}^{2+}(aq) + 2e^-$와 (+)극의 $2\text{Fe}^{3+}(aq) + 2e^- \rightarrow 2\text{Fe}^{2+}(aq)$를 합한 $\text{Fe}(s) + 2\text{Fe}^{3+}(aq) \rightarrow 3\text{Fe}^{2+}(aq)$가 됩니다.
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