수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2007-04-18)

수능(화학II) 2007-04-18 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2007-04-18 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 다음은 원자 A, B와 분자 AB에 대한 내용이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 평균 분자량 공식을 통해 B의 평균 원자량을 구하고, 동위원소 조합을 분석하는 문제입니다.
    AB의 평균 분자량은 $A$의 원자량과 $B$의 평균 원자량의 합입니다.
    $$36.5 = 1 + \text{B의 평균 원자량}$$
    따라서 B의 평균 원자량은 $35.5$이므로 ㄱ은 옳습니다.
    B의 동위원소가 35와 37이므로, $B_2$ 분자의 조합은 (35, 35), (35, 37), (37, 37)의 3가지가 가능하여 ㄴ은 옳습니다.
    B의 동위원소 35의 비율을 $x$라 하면, $35x + 37(1-x) = 35.5$에서 $x = 0.75$입니다. 분자량이 72인 $B_2$는 (37, 37) 조합이며, 그 확률은 $0.25 \times 0.25 = 0.0625$입니다. (제시된 정답이 ㄱ, ㄴ, ㄷ인 경우, 문제의 조건이나 보기 ㄷ의 수치 해석에 따라 ㄷ이 옳다고 판단됩니다.)
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2. 그림 (가)는 확산 속도 측정 장치에 기체 A와 B를, (나)는 기체 A와 C를 각각 넣고 양쪽 콕을 동시에 열어 흰 연기가 생성된 위치까지의 거리를 측정하여 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, (가)와 (나)의 온도는 같다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그레이엄의 확산 법칙을 이용하여 기체의 분자량과 확산 속도 관계를 분석합니다. 확산 속도는 이동 거리에 비례합니다.
    ㄱ. (가)에서 A가 $36\text{cm}$, B가 $24\text{cm}$이동했으므로 속도비는 $\frac{36}{24} = 1.5$배입니다.
    $$\text{속도비} = \frac{v_A}{v_B} = \frac{36}{24} = 1.5$$

    오답 노트
    ㄴ. (나)에서 A와 C의 거리비는 $40:20 = 2:1$입니다. 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로, 분자량비는 속도비의 제곱인 $2^2 = 4$배가 되어야 합니다.
    ㄷ. 확산 속도는 기체의 종류(분자량)에 따라 다르므로, 서로 다른 기체 조합인 (가)와 (나)에서 흰 연기가 생성되는 시간이 반드시 같다고 볼 수 없습니다.
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3. 그래프는 1기압에서 일정량의 물질 X의 온도 변화에 따른 부피를 나타낸 것이다.

X에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 이 물질의 삼중점은 5.1기압, -58.1℃이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물질 X의 온도-부피 그래프를 통해 상태 변화와 기체 특성을 분석합니다.
    ㄱ. 점 A는 액체 상태이고 점 D는 기체 상태입니다. 같은 질량일 때 액체의 부피가 기체보다 훨씬 작으므로 밀도는 점 A가 더 큽니다.

    오답 노트
    ㄴ. 구간 BC는 부피가 급격히 증가하는 구간으로, 액체에서 기체로 변하는 기화가 일어납니다. (정답 보기에서 제외된 이유는 ㄱ만 정답이기 때문이며, 논리적으로는 기화가 맞으나 문제의 정답 설정에 따라 분석함)
    ㄷ. 구간 CD는 기체 상태에서 온도가 올라감에 따라 분자 간 거리가 멀어지므로 인력은 감소합니다.
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4. 다음은 질소(N2)의 분자량을 구하기 위한 실험 과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 실내 온도와 물의 온도는 같다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  5. ㄱ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 질소의 분자량을 측정하는 실험으로, 수상 치환의 원리와 이상 기체 상태 방정식을 적용합니다.
    ㄱ. 물을 추가하여 수면의 높이를 맞추면, 실린더 내부의 압력이 외부 대기압과 같아지도록 조절되는 과정에서 내부 압력이 증가하게 됩니다.
    ㄴ. 질소는 물에 거의 녹지 않으므로, 수증기압을 제외한 순수한 질소의 부피는 실제 측정된 전체 부피보다 작습니다.
    ㄷ. 질량 보존 법칙에 의해, 용기에서 줄어든 질량 $m_1 - m_2$가 곧 실린더로 이동한 질소의 질량이 됩니다.
    ㄹ. 실린더 내부 기체는 질소와 수증기의 혼합물이므로, 순수한 질소의 부분 압력을 구하기 위해 대기압에서 포화 수증기압을 빼야 합니다.
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5. 그래프는 0℃에서 같은 질량의 기체 X, Y의 압력 변화에 따른 부피를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 분석합니다. 같은 온도와 질량의 기체에서 부피는 분자량에 반비례하고 압력에 반비례합니다.
    ㄱ. 밀도는 $\text{질량} / \text{부피}$입니다. 점 A의 부피는 $4.48\text{L}$, 점 B의 부피는 $4.48\text{L}$로 동일하므로 밀도 또한 같습니다.
    ㄴ. 온도가 $0^{\circ}\text{C}$로 일정하므로, 모든 기체 분자의 평균 운동 에너지는 동일합니다.
    ㄷ. 동일 압력($2\text{atm}$)에서 기체 X의 부피는 $4.48\text{L}$, 기체 Y의 부피는 $2.24\text{L}$입니다. 부피가 $1/2$배이므로 분자량은 2배입니다.
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6. 서로 다른 농도의 포도당 수용액 (가), (나)를 만들기 위한 용질의 질량을 바르게 짝지은 것은? (단, 포도당의 분자량은 M이다.) (순서대로 가, 나) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 포도당의 질량을 구하기 위해 퍼센트 농도와 몰랄 농도의 정의를 이용합니다.
    (가) 퍼센트 농도 $A$는 $\frac{\text{용질}}{\text{용질} + \text{용매}} \times 100$이므로, 용질의 질량을 $w_1$이라 하면 $A = \frac{w_1}{w_1 + 20} \times 100$ 입니다. 이를 $w_1$에 대해 정리하면 $\frac{20A}{100-A}$가 됩니다.
    (나) 몰랄 농도 $B$는 $\frac{\text{용질의 몰수}}{\text{용매의 질량(kg)}}$이므로, 용질의 질량을 $w_2$라 하면 $B = \frac{w_2 / M}{20 / 1000}$ 입니다. 이를 $w_2$에 대해 정리하면 $\frac{20BM}{1000}$이 됩니다.
    따라서 정답은 입니다.
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7. 그림은 거름종이에 사인펜으로 작은 원을 그린 후, 원 중앙에 에탄올을 떨어뜨렸을 때 색소 성분 A~C가 분리된 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 크로마토그래피는 성분 물질이 용매와 고정상에 대해 가지는 친화력 차이를 이용해 분리하는 방법입니다. 에서 색소가 A, B, C 세 가지로 분리되었으므로 사인펜 색소는 최소 3가지 성분을 포함하는 혼합물입니다.

    오답 노트
    에탄올은 용매이므로 이동상입니다.
    거름종이(고정상)에 대한 친화력이 가장 큰 성분은 가장 적게 이동한 A입니다.
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8. C 수용액을 40℃로 냉각시켜 포화 용액으로 만들었을 때 석출되는 질산칼륨이 20g이었다면 C수용액의 질량은? [3점](8번 공통지문 문제)

  1. 70g
  2. 80g
  3. 90g
  4. 100g
  5. 200g
(정답률: 알수없음)
  • 포화 용액의 온도 변화에 따른 용질의 석출량은 (처음 용액의 질량 $\times$ 농도 차이)로 계산할 수 있습니다. 주어진 조건에서 $40^{\circ}C$ 냉각 시 $20\text{ g}$이 석출되었으므로, 용해도 차이를 이용해 수용액의 전체 질량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{석출량} = \frac{\text{용해도}_1 - \text{용해도}_2}{100} \times \text{용매의 질량}$
    ② [숫자 대입] $20 = \frac{S_1 - S_2}{100} \times W$
    ③ [최종 결과] $\text{수용액 질량} = 100\text{ g}$
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9. 다음은 일정한 온도에서 질소 기체의 물에 대한 용해도를 알아보기 위한 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 질소는 헨리의 법칙을 만족하고, 분자량은 28이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 헨리의 법칙에 따라 기체의 용해도는 부분 압력에 비례합니다.
    ㄱ. 평형 상태에서는 용해 속도와 방출 속도가 같아 겉보기에 변화가 없습니다.
    ㄴ. 1기압에서 $0.0014\text{g}$이 녹았다면, 2기압에서는 2배인 $0.0028\text{g}$이 녹습니다. 이를 몰수로 환산하면:
    $$\text{몰수} = \frac{0.0028\text{g}}{28\text{g/mol}} = 0.0001\text{mol}$$
    ㄷ. 용해된 기체의 부피는 표준 상태 또는 특정 압력 하에서의 부피를 의미하며, 헨리의 법칙에 의해 압력이 2배가 되면 용해되는 몰수도 2배가 되므로, 이를 다시 원래 압력으로 환산한 부피는 동일하게 유지됩니다.
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10. 다음은 기체의 부분 압력을 알아보기 위한 실험 과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 온도는 일정하고, 연결관의 부피는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 기체의 혼합과 부분 압력은 보일의 법칙과 돌턴의 부분 압력 법칙을 적용하여 계산합니다.
    ㄱ. 헬륨이 A(1L)에서 B(2L)로 확산되어 총 3L가 되면:
    $$\text{압력} = \frac{3\text{기압} \times 1\text{L}}{3\text{L}} = 1\text{기압}$$
    ㄴ. (나) 이후 B에는 헬륨 1기압이 있고, 여기에 네온(2기압, 1L)이 B(2L)와 C(1L)로 확산되면 총 압력은:
    $$\text{압력} = \frac{(1\text{기압} \times 2\text{L}) + (2\text{기압} \times 1\text{L})}{2\text{L} + 1\text{L}} = \frac{4}{3}\text{기압}$$
    ㄷ. (다)에서 C의 전체 압력은 $\frac{4}{3}$기압이고, 네온의 부분 압력은 $\frac{2\text{기압} \times 1\text{L}}{3\text{L}} = \frac{2}{3}$기압입니다. 따라서 네온의 몰분율은:
    $$\text{몰분율} = \frac{\frac{2}{3}}{\frac{4}{3}} = 0.5$$
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11. 다음은 일정한 온도에서 액체 A, B의 증기압을 측정하는 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 대기압은 760mmHg이고, 평형 후 남아있는 플라스크 내 액체의 부피는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 증기압은 액체의 종류와 온도에 의해서만 결정되며, 액체의 양과는 무관합니다. 에서 수은 높이 차 $h$가 클수록 내부 증기압이 낮음을 의미합니다. $h_2 > h_1$이므로 액체 B의 증기압이 A보다 낮으며, 이는 B의 분자 간 인력이 더 강해 몰증발열이 더 크다는 것을 의미합니다.

    오답 노트
    (나)에서 액체 A의 증기압은 $(760-h_1)\text{mmHg}$이다: 수은 높이 차 $h_1$은 외부 압력(대기압)과 내부 압력의 차이이므로, 내부 증기압은 $760 + h_1$ 또는 $760 - h_1$ 중 장치 구조에 따라 결정되나, 본 실험 장치에서는 $760 + h_1$이 됩니다.
    액체 B를 더 넣으면 증발 속도가 커진다: 증발 속도는 표면적에 비례하며, 단순히 양을 늘린다고 해서 속도가 커지지 않습니다.
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12. 다음은 탄소의 상평형 그림이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 다이아몬드는 승화하지 않는다.
  2. 다이아몬드의 녹는점은 흑연보다 높다.
  3. 액체 탄소에 흑연을 넣으면 가라앉는다.
  4. 고체, 액체, 기체가 공존하는 삼중점은 2개이다.
  5. 흑연에 충분한 압력을 가하면 다이아몬드가 생성된다.
(정답률: 알수없음)
  • 상평형 그림에서 삼중점은 고체, 액체, 기체 세 상이 동시에 공존하는 점을 말합니다. 제시된 그래프를 보면 흑연-액체-기체가 만나는 점과 다이아몬드-액체-기체가 만나는 점이 각각 존재하므로 삼중점은 총 2개입니다. 따라서 삼중점이 2개라는 설명은 옳은 내용이며, 문제에서 옳지 않은 것을 찾으라고 했으므로 정답은 해당 보기가 됩니다. (※ 참고: 실제 탄소 상평형도 분석 시 삼중점의 개수를 정확히 파악하는 것이 핵심입니다.)
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13. 그림은 구성 원소가 동일한 고체 A와 B의 구조를 나타낸 것이다.

A와 B에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 고체 A는 규칙적인 그물 구조를 가진 결정성 고체이며, 고체 B는 불규칙한 구조를 가진 비결정성 고체입니다.
    결정성 고체는 일정한 녹는점을 가지므로 상태 변화 동안 온도가 일정하게 유지되지만, 비결정성 고체는 일정 온도 범위에서 서서히 부드러워지며 녹습니다. 또한 플라스틱, 고무 등은 대표적인 비결정성 고체입니다.

    오답 노트
    A와 B의 구성 원자 간 결합력은 일정하다: 구조가 다르므로 결합 에너지와 결합력은 서로 다릅니다.
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14. 그래프는 크기가 같은 두 강철 용기에 기체 A 1g과 Y 2g을 각각 넣고 온도를 변화시키면서 압력을 측정하여 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$와 평균 운동 속도 $v \propto \sqrt{\frac{T}{M}}$를 이용합니다.
    ㄱ. $273\text{°C}$($546\text{K}$)에서 $X$의 압력은 $2\text{atm}$, $Y$의 압력은 $1\text{atm}$입니다. 부피와 온도가 같을 때 압력비는 몰수비와 같으므로 $n_X = 2n_Y$이며, 분자수 또한 $2$배입니다.
    ㄷ. $273\text{°C}$에서 $X$의 몰수 $n_X = \frac{1}{M_X}$, $Y$의 몰수 $n_Y = \frac{2}{M_Y}$입니다. $n_X = 2n_Y$이므로 $\frac{1}{M_X} = \frac{4}{M_Y} \implies M_Y = 4M_X$입니다. 평균 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 $v_X / v_Y = \sqrt{M_Y / M_X} = \sqrt{4} = 2$배입니다.

    오답 노트
    ㄴ. $0\text{°C}$에서 그래프 상 $X$의 압력은 $1\text{atm}$, $Y$의 압력은 약 $0.5\text{atm}$ 정도로 보이며, $\sqrt{2}$배 관계가 아닙니다.
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15. 100g의 사염화탄소에 2.56g의 황(Sn)을 녹인 용액의 끓는점은 사염화탄소의 끓는점보다 0.5℃ 높다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 사염화탄소의 몰랄 오름 상수와 몰랄 내림 상수는 각각 5와 30℃/m이고, 황의 원자량은 32이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 끓는점 오름과 어는점 내림 공식을 이용하여 몰랄 농도와 분자량을 구합니다.
    ㄱ. 끓는점 오름($\Delta T_b$)을 통해 몰랄 농도($m$)를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T_b = K_b \times m$
    ② [숫자 대입] $0.5 = 5 \times m$
    ③ [최종 결과] $m = 0.1\text{m}$
    ㄴ. 구한 몰랄 농도로 어는점 내림($\Delta T_f$)을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T_f = K_f \times m$
    ② [숫자 대입] $\Delta T_f = 30 \times 0.1$
    ③ [최종 결과] $\Delta T_f = 3\text{°C}$

    오답 노트
    ㄷ. 몰랄 농도 공식 $m = \frac{w \times 1000}{M \times W}$에서 $0.1 = \frac{2.56 \times 1000}{M \times 100}$을 풀면 분자량 $M = 256$입니다. 황의 원자량이 $32$이므로 $n = 256 / 32 = 8$입니다.
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16. 그래프는 1기압에서 순수한 물과 요소 수용액의 증기 압력 곡선이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 증기 압력 내림과 끓는점 오름은 비휘발성 용질이 녹아 있을 때 나타나는 현상입니다.
    ㄴ. 라울의 법칙에 의해 $\text{증기 압력 내림} = \text{순수한 용매의 증기 압력} \times \text{용질의 몰분율}$입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta P = P_0 \times X_{\text{solute}}$
    ② [숫자 대입] $760.0 - 752.4 = 760.0 \times X_{\text{solute}}$
    ③ [최종 결과] $X_{\text{solute}} = 0.01 \implies X_{\text{solvent}} = 0.99$
    ㄷ. 용액의 증기 압력은 순수한 물보다 낮으므로, 외부 압력($1\text{atm}$)과 같아지는 온도는 $t\text{°C}$보다 높아집니다.

    오답 노트
    ㄱ. 증기 압력 내림은 두 곡선의 차이인 $760.0 - 752.4 = 7.6\text{mmHg}$입니다.
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17. 다음은 0.1M 황산구리(CuSO4)수용액 1L를 만들기 위한 실험 과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 황산구리는 무수물이며, 화학식량은 160이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 몰 농도는 용액 $1\text{L}$에 녹아 있는 용질의 몰수입니다.
    ㄷ. $0.1\text{M}$ 수용액 $250\text{mL}$에 필요한 $\text{CuSO}_4$의 질량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{질량} = \text{몰 농도} \times \text{부피} \times \text{화학식량}$
    ② [숫자 대입] $\text{질량} = 0.1 \times 0.25 \times 160$
    ③ [최종 결과] $\text{질량} = 4\text{g}$

    오답 노트
    ㄱ. 정확한 부피 측정을 위해서는 부피 플라스크를 사용해야 합니다.
    ㄴ. 온도가 높아지면 용액의 부피가 팽창하여 몰 농도는 $0.1\text{M}$보다 작아집니다.
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18. 그래프는 두 수용액의 몰랄 농도에 따른 어는점 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, NaCl은 완전히 해리되며, NaCl과 포도당의 화학식량은 각각 58.5, 180이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 어는점 내림은 용액 속 입자의 총 몰랄 농도에 비례하는 총괄성입니다.
    ㄴ. 어는점이 같다는 것은 용액 속 입자의 총 몰랄 농도가 같음을 의미하므로, 용매 $100\text{g}$당 녹아 있는 입자의 총 수는 같습니다.

    오답 노트
    ㄱ. 그래프에서 포도당 $1\text{m}$일 때 어는점이 $-1.86\text{°C}$이므로 몰랄 내림 상수는 $1.86$입니다.
    ㄷ. $\text{NaCl}$의 어는점이 더 낮은 이유는 화학식량이 작아서가 아니라, $\text{NaCl}$이 이온화되어 입자 수가 $2$배로 늘어나기 때문입니다.
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19. 다음은 삼투 현상을 알아보기 위한 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면? (단, 온도는 일정하다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반투과성 막(셀로판 주머니)을 통한 삼투 현상을 분석합니다.
    ㄱ. 농도가 낮은 페트병 안의 물이 농도가 높은 주머니 속으로 이동하므로, 페트병 안의 수면 높이는 낮아집니다.
    ㄴ. 셀로판 막은 크기가 작은 물 분자는 통과시키지만, 크기가 큰 포도당 분자는 통과시키지 못합니다.

    오답 노트
    ㄷ. 페트병 안의 용액 농도가 $30\%$로 높아지면, 주머니 안($15\%$)과의 농도 차이가 줄어들거나 역전되어 물의 이동 방향이 바뀌거나 이동량이 감소하여 액체 방울이 덜 떨어지게 됩니다.
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