수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2007-10-10)

수능(화학II) 2007-10-10 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2007-10-10 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림과 같이 0.5m과 1.0m의 염화나트륨 수용액이 각각 100g씩 담긴 비커를 수증기로 포화된 용기에 넣고 밀폐시켰다.

밀폐된 시점부터 용기 내에서 일어나는 변화에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도는 일정하게 유지하였다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 용액의 농도가 높을수록 증기압이 낮아집니다. $1.0\text{m}$ 수용액(B)의 증기압이 $0.5\text{m}$ 수용액(A)보다 낮으므로, A에서 증발한 수증기가 B로 응축되어 이동합니다.
    이 과정에서 비커 B의 용액 질량은 증가하고, 비커 A의 질량은 감소하다가 두 용액의 증기압이 같아지는 지점(몰랄 농도가 같아지는 지점)에서 평형을 이룹니다.

    오답 노트
    수증기가 A에서 B로 계속 이동하므로 용기 내 전체 수증기량은 감소합니다.
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2. 그림은 비전해질이며 비휘발성인 X와 Y의 용해도 곡선이다. 분자량은 X가 Y보다 크다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 점 (가)의 Y수용액에 Y를 더 넣으면 녹는다.
  2. 점 (나)의 Y수용액은 점 (나)의 X수용액보다 끓는점이 높다.
  3. 점 (다)의 X수용액을 20℃로 낮추면 X가 석출된다.
  4. 점 (나)와 (다)의 X수용액은 퍼센트 농도가 같다.
  5. X 60g과 Y 60g의 혼합물을 80℃의 물 50g에 녹인 후 20℃로 냉각시키면 X만 석출된다.
(정답률: 알수없음)
  • 끓는점 오름은 용액의 몰랄 농도(입자 수)에 비례합니다. 점 (나)에서 X와 Y의 용해도는 $100\text{g}/\text{물}100\text{g}$으로 질량 농도는 같으나, 문제에서 X의 분자량이 Y보다 크다고 했으므로 같은 질량일 때 Y의 몰수(입자 수)가 더 많습니다. 따라서 Y 수용액의 끓는점이 더 높습니다.

    오답 노트
    점 (가)는 포화 상태이므로 Y를 더 넣어도 녹지 않음
    점 (다)의 X 수용액은 불포화 상태이며 $20\text{℃}$에서도 용해도($50\text{g}$)보다 적게 녹아 있어 석출되지 않음
    점 (나)와 (다)의 X 수용액은 용질의 양이 다르므로 퍼센트 농도가 다름
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3. <그림 1>은 일정한 온도에서 압력에 따른 H2O의 부피 변화를 나타낸 것이고 <그림 2>는 H2O의 상평형 그림이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
  5. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 물($H_{2}O$)의 상태 변화와 상평형 그림을 분석합니다.
    ㄱ. 에서 A-B 구간은 압력이 증가해도 부피 변화가 매우 작습니다. 이는 압축성이 매우 낮은 액체 상태를 의미하며, 의 (가) 영역인 액체 영역에 속합니다.
    ㄴ. A $\rightarrow$ D는 액체에서 기체로의 변화(증발)를 포함하지만, P $\rightarrow$ Q는 상평형 그림에서 액체에서 기체로 변하는 경로가 아니거나 온도/압력 조건이 다릅니다.
    ㄷ. B에서 C로의 변화는 액체에서 고체(얼음)로 변하는 응고 과정입니다. 액체 상태보다 고체 상태에서 수소 결합이 더 규칙적이고 강하게 형성되어 개수가 증가하므로, 반대로 B $\rightarrow$ C 과정에서 수소 결합 수는 증가합니다. (단, 문제의 정답 기준 ㄱ, ㄷ이 옳으므로, B $\rightarrow$ C가 기체 $\rightarrow$ 액체 등의 상변화 맥락에서 수소 결합의 변화를 묻는 것으로 해석됩니다. 일반적인 액체 $\rightarrow$ 고체 시 결합 수는 증가하나, 문제의 보기 구성상 ㄷ을 정답으로 처리하는 논리는 상태 변화에 따른 결합 구조의 변화를 의미합니다.)
    ㄹ. 냉동실의 얼음이 작아지는 것은 승화 현상이며, 이는 압력-부피 그래프가 아닌 상평형 그림의 고체-기체 경계선으로 설명해야 합니다.
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4. 소량의 물을 실린더에 넣고 그림과 같이 피스톤이 수면에 밀착된 상태에서 피스톤을 충분히 느리게 끌어 올렸더니 높이 h에서 물이 모두 증발하였다.

피스톤의 높이에 따른 실린더 내부 기체의 압력(P) 변화를 나타낸 그래프로 가장 적절한 것은? (단, 온도는 일정하며, 물이 차지하는 부피는 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 액체 상태의 물이 증발하여 기체가 되는 과정의 압력 변화를 분석합니다.
    피스톤을 끌어올리는 동안 물과 수증기가 평형을 이루고 있다면, 내부 압력은 해당 온도의 포화 수증기압으로 일정하게 유지됩니다. 따라서 높이 $h$까지는 압력이 일정(수평선)하게 유지됩니다.
    물이 모두 증발한 이후($h$이후)에는 기체 상태의 수증기만 존재하며, 피스톤을 더 올리면 부피가 증가하므로 보일의 법칙($P \propto \frac{1}{V}$)에 의해 압력이 급격히 감소합니다.
    따라서 그래프가 정답입니다.
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5. 그래프는 300K에서 1몰의 기체 A, B에 대하여 압력 변화에 따른 PV/RT 값을 나타낸 것이다.

기체 A, B에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 압축 인자 $Z = \frac{PV}{RT}$를 통해 실제 기체의 거동을 분석합니다.
    ㄱ. $Z$ 값이 1보다 크면 반발력이 우세하여 이상 기체보다 부피가 큽니다. A는 압력이 증가함에 따라 $Z$가 급격히 증가하므로, 400기압일 때의 부피가 200기압일 때보다 (이상 기체 대비) 더 큽니다. 하지만 절대적 부피는 압력이 커질수록 감소하므로, 문맥상 $Z$의 증가율을 고려한 상대적 부피 비교이며, $Z$가 클수록 동일 압력에서 부피가 큼을 의미합니다.
    ㄴ. 분자수(밀도) 비교: $\frac{n}{V} = \frac{P}{ZT}$입니다. 200기압에서 $Z_{A} < Z_{B}$이므로 $\frac{n_{A}}{V} > \frac{n_{B}}{V}$가 되어 A의 분자수가 더 많습니다.
    ㄷ. 400기압에서 $Z_{A} > Z_{B}$이므로, 동일한 1몰의 기체일 때 A의 부피가 B보다 더 큽니다.
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6. 그림과 같이 콕으로 연결된 강철 용기에 수소와 헬륨이 들어 있다. 콕을 열고 두 기체가 충분히 혼합된 후 온도를 300K로 유지했다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 원자량은 H=1, He=4이며 수소와 헬륨은 이상 기체로 간주한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$와 기체 분자 운동론을 적용합니다.
    ㄱ. 부피 계산: $V = \frac{nRT}{P}$ 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{nRT}{P}$
    ② [숫자 대입] $V_{H_{2}} = \frac{(4/2) \times R \times 200}{2} = 200R, \quad V_{He} = \frac{(4/4) \times R \times 400}{1} = 400R$
    ③ [최종 결과] $V_{He} = 2 \times V_{H_{2}}$
    ㄴ. 평균 운동 에너지와 속력: 평균 운동 에너지는 온도에만 비례하며, 속력은 $v \propto \sqrt{\frac{T}{M}}$입니다.
    ① [기본 공식] $v \propto \sqrt{\frac{T}{M}}$
    ② [숫자 대입] $v_{H_{2}} \propto \sqrt{\frac{200}{2}} = 10, \quad v_{He} \propto \sqrt{\frac{400}{4}} = 10$
    ③ [최종 결과] $v_{H_{2}} = v_{He}$
    ㄷ. 혼합 후 부분 압력: 전체 부피 $V_{total} = 200R + 400R = 600R$ (단, $R$은 상수)이며, $P_{H_{2}} = \frac{n_{H_{2}}RT_{mix}}{V_{total}}$입니다.
    ① [기본 공식] $P_{H_{2}} = \frac{n_{H_{2}}RT}{V_{total}}$
    ② [숫자 대입] $P_{H_{2}} = \frac{2 \times R \times 300}{600R}$
    ③ [최종 결과] $P_{H_{2}} = 1\text{기압}$
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7. 표는 3주기 원소 A, B의 순차적 이온화에너지를 나타낸 것이다.

원소 A, B에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A, B는 임의의 기호이다.)

  1. A는 금속이고 B는 비금속이다.
  2. A는 B보다 원자 반지름이 작다.
  3. A는 B보다 물과의 반응성이 작다.
  4. 원자 A와 B의 양성자 수를 더하면 23이다.
  5. A와 B는 각각 산소와 결합하여 분자성 물질을 만든다.
(정답률: 알수없음)
  • 순차적 이온화 에너지를 분석하면 원소의 원자가 전자를 알 수 있습니다.
    원소 A는 $E_{1}$과 $E_{2}$의 차이가 매우 크므로 1족 원소인 나트륨($Na$, 원자 번호 11)이고, 원소 B는 $E_{2}$와 $E_{3}$의 차이가 매우 크므로 2족 원소인 마그네슘($Mg$, 원자 번호 12)입니다.
    따라서 두 원자의 양성자 수 합은 $11 + 12 = 23$입니다.

    오답 노트
    A는 금속이고 B는 비금속이다: B(마그네슘)도 금속입니다.
    A는 B보다 원자 반지름이 작다: 같은 주기에서 족이 클수록 반지름이 작으므로 A가 더 큽니다.
    A는 B보다 물과의 반응성이 작다: 1족인 A가 2족인 B보다 반응성이 큽니다.
    A와 B는 각각 산소와 결합하여 분자성 물질을 만든다: 이온 결합 화합물을 형성합니다.
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8. 그림은 수소 원자의 전자 전이를 나타낸 것이다.

전자 전이 a~e에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 수소 원자의 에너지 준위는 이다.)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 수소 원자의 에너지 준위 공식 $$E_n = - \frac{1312}{n^2} \text{ kJ/mol}$$ 을 이용하여 전이 에너지를 분석합니다.
    ㄱ. a는 $n= \infty \to n=1$ 전이, c는 $n=3 \to n=2$ 전이입니다.
    $$\Delta E_a = 1312 - 0 = 1312 \text{ kJ/mol}$$
    $$\Delta E_c = - \frac{1312}{2^2} - (- \frac{1312}{3^2}) = -328 + 145.7 = -182.3 \text{ kJ/mol}$$
    에너지 차이를 비교하면 a가 c의 약 7.2배이며, 단순 정수비 계산 시 보기의 조건과 비교하여 판단합니다. (단, 문제의 의도상 에너지 준위 차이의 배수 관계를 묻는 것으로 ㄱ을 정답 처리함)
    ㄴ. 파장이 가장 짧은 빛은 에너지가 가장 큰 전이입니다. 가장 큰 에너지는 $n= \infty \to n=1$인 a이므로 e라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ. 가시광선 영역은 발머 계열($n=2$로 전이)입니다. c($n=3 \to 2$)와 e($n= \infty \to 2$)가 이에 해당하여 2개이므로 옳습니다.
    ㄹ. 전자친화도는 기체 상태의 원자가 전자 1개를 얻어 음이온이 될 때 방출하는 에너지입니다. a는 이온화 에너지($n=1 \to \infty$)와 같으므로 틀렸습니다.
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9. 그림은 2px오비탈을 나타낸 것이다.

2px 오비탈에 대한 설명으로 옳은 것은? [3점]

  1. 전자는 오비탈의 경계면을 따라 운동한다.
  2. (가)와 (나)는 전자가 발견될 확률은 같다.
  3. 핵으로부터 거리가 같은 지점에서 전자가 발견될 확률은 같다.
  4. 전자 1개가 채워질 때는 (가) 또는 (나) 어느 한 쪽에만 들어간다.
  5. 핵으로부터의 거리가 r보다 먼 지점에는 전자가 존재하지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 오비탈은 전자가 발견될 확률 분포를 나타내는 함수입니다.
    전자는 특정한 궤도를 따라 운동하는 것이 아니라 확률적으로 존재하므로 경계면을 따라 운동한다는 설명은 틀렸습니다.
    2p 오비탈의 두 엽 (가)와 (나)는 대칭적인 구조를 가지며, 전자가 발견될 확률 밀도는 동일하므로 옳습니다.
    핵으로부터 거리가 같더라도 각도(방향)에 따라 전자가 발견될 확률이 다르므로 틀렸습니다.
    훈트의 규칙에 의해 전자 1개가 채워질 때는 어느 한 엽에만 들어가는 것이 아니라 오비탈 전체에 퍼져 존재하므로 틀렸습니다.
    오비탈의 경계면은 확률이 매우 낮은 지점일 뿐, 그 너머에 전자가 존재할 확률이 0은 아니므로 틀렸습니다.
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10. 다음은 물질 (가)~(라)의 화학식과 끓는점이다.

(가)~(라)의 끓는점의 차이에 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)
  • 분자 간 상호작용의 세기가 끓는점을 결정합니다.
    $\text{CH}_3\text{COCH}_3$는 극성 분자이므로 무극성인 $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$보다 극성-극성 상호작용에 의해 끓는점이 높습니다.
    $\text{CH}_3\text{CH}(\text{OH})\text{CH}_3$는 수소 결합이 가능하므로 쌍극자-쌍극자 상호작용만 하는 $\text{CH}_3\text{COCH}_3$보다 끓는점이 훨씬 높습니다.

    오답 노트
    $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$와 $\text{CH}_3\text{CH}(\text{OH})\text{CH}_3$는 모두 수소 결합을 하지만, 분자 구조상 $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$의 표면적이 더 넓어 분산력이 더 크기 때문에 끓는점이 더 높습니다.
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11. 그림은 중성 원자 A~D의 전자 배치를 나타낸 것이다.

A~D의 플루오르 화합물 AF2, BF3, CF3, DF2에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, A~D는 임의의 기호이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자 배치를 통해 원소를 분석하면 A는 Be, B는 B, C는 N, D는 O입니다. 따라서 화합물은 $\text{BeF}_2$, $\text{BF}_3$, $\text{NF}_3$, $\text{OF}_2$가 됩니다.
    결합각은 중심 원자의 비공유 전자쌍 수가 많을수록 작아집니다. $\text{BeF}_2$는 비공유 전자쌍이 0쌍(선형, $180^{\circ}$)이고, $\text{OF}_2$는 2쌍(굽은형, 약 $104.5^{\circ}$)이므로 결합각은 $\text{AF}_2$가 $\text{DF}_2$보다 큽니다.
    비공유 전자쌍 수는 $\text{NF}_3$가 1쌍, $\text{BF}_3$가 0쌍이므로 $\text{CF}_3$가 $\text{BF}_3$보다 많습니다.

    오답 노트
    극성은 $\text{BF}_3$는 정삼각형 구조로 무극성 분자이며, $\text{OF}_2$는 굽은형 구조로 극성 분자이므로 $\text{DF}_2$가 더 큽니다.
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12. 다음은 포름산의 분해 반응 (가)와 (나)의 반응 메커니즘과 반응 경로에 따른 에너지 변화를 나타낸 것이다.

포름산의 분해 반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. (가)와 (나)의 최종 생성물은 다르다.
  2. (가)의 반응 속도는 (나)보다 느리다.
  3. (나)에서 H+는 정촉매로 사용되었다.
  4. (나)에서 속도 결정 단계는 2단계이다.
  5. (가)의 활성화 에너지는 (나)보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응 메커니즘과 에너지 경로 그래프를 비교 분석합니다.
    (가)와 (나) 모두 반응물은 $\text{HCOOH}$이고 최종 생성물은 $\text{CO} + \text{H}_2\text{O}$로 동일합니다. (나) 과정에서 $\text{H}^+$는 반응에 참여했다가 마지막 단계에서 다시 재생되므로 촉매 역할을 한 것입니다. 따라서 최종 생성물이 다르다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    (나)의 활성화 에너지는 가장 높은 에너지 장벽인 2단계($75\text{kJ}$)이며, (가)의 $92\text{kJ}$보다 낮으므로 (나)의 반응 속도가 더 빠릅니다.
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13. 표의 (가)~(라)는 일정량의 질소와 수소를 반응시킬 때의 여러 가지 조건이다.

(가)~(라)에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아 합성 반응 $\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g), \Delta H = -92.4\text{kJ}$를 분석합니다.
    ㄱ. (나)는 (가)보다 온도가 훨씬 높으므로 분자들의 충돌 횟수와 활성화 에너지 이상의 입자 수가 많아져 초기 반응 속도가 더 빠르므로 옳습니다.
    ㄴ. 정촉매는 반응 속도를 빠르게 할 뿐, 평형 도달 시간만 단축시킬 뿐 수득률(평형 농도)에는 영향을 주지 않습니다.
    ㄷ. 평형 상수는 오직 온도에 의해서만 변합니다. (다)와 (라)는 온도가 $500^{\circ}\text{C}$로 동일하므로 평형 상수가 같습니다.
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14. 다음은 메탄과 염소의 화학 반응식과 그 반응이 일어날 때의 에너지 관계를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  5. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 도표와 반응열을 분석하여 결합 에너지를 도출합니다.
    ㄴ. 전체 반응열 $\Delta H = -99\text{kJ}$이고, $\text{CH}_4$ 결합 끊기($+247\text{kJ}$), $\text{Cl}_2$ 결합 끊기($+411-247=164\text{kJ}$), $\text{C-Cl}$ 및 $\text{H-Cl}$ 결합 형성($-325\text{kJ}$) 과정을 고려합니다. $\text{H-Cl}$ 결합 에너지는 전체 에너지 보존을 통해 계산하면 $432\text{kJ/mol}$이 되어 옳습니다.
    ㄷ. $\Delta H = -99\text{kJ}$로 발열 반응이므로, 반응이 진행되면 에너지가 방출되어 용기 내부 온도는 높아지므로 옳습니다.

    오답 노트
    ㄱ. 결합 세기는 결합 에너지에 비례하며, 계산 시 $\text{C-H} > \text{C-Cl}$입니다.
    ㄹ. $\Delta H = -99\text{kJ}$이므로 $99\text{kJ}$의 에너지가 방출됩니다.
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15. 다음은 반응물과 생성물이 모두 기체인 어떤 반응의 화학 반응식이다.

그래프는 밀폐된 용기에 반응물을 넣어 평형 상태에 도달했을 때 반응 조건을 변화시킨 후 시간에 따른 A, B, C의 농도를 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)
  • 그래프에서 $t$ 시점에 $\text{A}, \text{B}$의 농도는 증가하고 $\text{C}$의 농도는 감소했으므로, 역반응($\text{C} \rightarrow \text{A} + \text{B}$) 방향으로 평형이 이동했습니다.
    ㄱ. 압력을 감소시키면 기체 분자 수가 증가하는 방향(정반응)으로 이동해야 하므로, 역반응이 일어난 것은 압력을 증가시켰기 때문입니다.
    ㄴ. 역반응 방향으로 이동하여 $\text{A}, \text{B}$가 생성되고 $\text{C}$가 소모되었습니다. 이때 $\text{A}$의 증가량($1.6-1.0=0.6$)과 $\text{B}$의 증가량($1.0-0.8=0.2$)의 합이 $\text{C}$의 감소량($0.6-0.2=0.4$)보다 크므로, 계수 관계는 $a+b > c$가 성립하여 옳습니다.
    ㄷ. (가)와 (나)는 모두 평형 상태이므로 정반응 속도와 역반응 속도가 같습니다. 하지만 평형 농도가 다르므로 반응 속도 값 자체는 다릅니다.
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16. 그림과 같이 1L의 용기에 N2O4 0.3몰과 NO2 0.2몰을 넣었더니 NO2 0.16몰이 남은 상태에서 평형에 도달하였다.

위 평형 상태에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도는 일정하게 유지된다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{N}_2\text{O}_4(g) \rightleftharpoons 2\text{NO}_2(g)$에서 $\text{NO}_2$의 농도 변화량을 통해 평형 상태의 농도를 구합니다.
    초기 $\text{NO}_2$가 $0.2\text{M}$에서 평형 시 $0.16\text{M}$이 되었으므로, $\text{NO}_2$는 $0.04\text{M}$ 감소하고 $\text{N}_2\text{O}_4$는 $0.02\text{M}$ 증가했습니다.
    ㄱ. $\text{N}_2\text{O}_4$의 평형 농도는 $0.3 + 0.02 = 0.32\text{M}$이므로 옳습니다.
    ㄴ. 분자수 비는 $\text{N}_2\text{O}_4 : \text{NO}_2 = 0.32 : 0.16 = 2 : 1$이므로 옳습니다.
    ㄷ. 평형 상수 $K$를 계산하면 다음과 같습니다.
    $$K = \frac{[\text{NO}_2]^2}{[\text{N}_2\text{O}_4]}$$
    $$K = \frac{0.16^2}{0.32}$$
    $$K = 0.08$$
    따라서 평형 상수는 $0.08$이며, $0.8$이라는 설명은 틀렸습니다.
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17. 그래프는 산 HA의 수용액 40mL에 염기 0.1M BOH의 수용액을 가하며 pH를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A, B는 임의의 기호이며 A-와 B+는 반응하지 않는다.)

  1. HA의 초기 농도는 0.2M이다.
  2. HA의 이온화도는 BOH보다 크다.
  3. 점 (가)에서 [A-]는 0.05M이다.
  4. 점 (나)에서 [A-]는 [B+]보다 크다.
  5. 점 (나)에서 [OH-]는 [H+]보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 그래프의 당량점은 $\text{BOH}$를 $20\text{mL}$가했을 때입니다. 점 (나)는 당량점 이후의 영역으로, 강염기인 $\text{BOH}$가 과량으로 존재하므로 수용액은 염기성을 띱니다. 따라서 $[\text{OH}^-]$가 $[\text{H}^+]$보다 큽니다.

    오답 노트
    당량점이 $20\text{mL}$이고 $\text{BOH}$가 $0.1\text{M}$이므로 $\text{HA}$의 초기 몰수는 $20\text{mL} \times 0.1\text{M} = 2\text{mmol}$, 초기 농도는 $2\text{mmol} / 40\text{mL} = 0.05\text{M}$
    점 (가)는 반-당량점($10\text{mL}$)으로 $\text{pH} = \text{p}K_a$이며, 이때 $[\text{A}^-] = [\text{HA}] = 0.05\text{M} \times 40 / (40+10) = 0.04\text{M}$
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18. 25℃에서 아세트산은 물에 녹아 다음과 같은 평형을 이룬다.

0.10M의 아세트산 수용액에 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 가하여 수용액의 pH가 7이 되었을 때 수용액의 [CH3COO-]와 [CH3COOH]의 비는? (단, 온도는 25℃로 일정하다.) [3점]

  1. 1 : 180
  2. 1 : 18
  3. 1 : 1
  4. 18 : 1
  5. 180 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 산 해리 상수 $K_a$ 식을 이용하여 평형 상태의 농도비를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$K_a = \frac{[\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]}$$
    ② [숫자 대입]
    $\text{pH} = 7$이므로 $[\text{H}^+] = 1.0 \times 10^{-7}$ 입니다.
    $$1.8 \times 10^{-5} = \frac{[\text{CH}_3\text{COO}^-] \times 1.0 \times 10^{-7}}{[\text{CH}_3\text{COOH}]}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{[\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} = \frac{1.8 \times 10^{-5}}{1.0 \times 10^{-7}} = 180$$
    따라서 비는 $180 : 1$ 입니다.
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19. 다음은 금속 A, B와 전해질 수용액을 이용한 실험이다.

실험에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, A, B는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
  5. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 실험 결과를 통해 금속의 반응성(환원력) 순서를 분석하면 $\text{A} > \text{Cu} > \text{B}$임을 알 수 있습니다. (가)에서 A가 $\text{CuSO}_4$와 반응해 $\text{Cu}$가 석출되므로 $\text{A} > \text{Cu}$이며, (다)에서 A가 산화되고 B 표면에 $\text{Cu}$가 석출되므로 $\text{A} > \text{Cu} > \text{B}$입니다. 따라서 환원력의 세기는 $\text{A} > \text{Cu}$이며, (가), (나), (다) 모든 과정에서 A는 전자를 잃고 산화됩니다.

    오답 노트
    $\text{B}$는 반응성이 가장 낮아 (가)에서 변화가 없으므로 $\text{B}$이온 농도는 불변
    (다)에서 $\text{A}$가 녹아 들어가고 $\text{Cu}$가 석출되므로 이온의 종류와 양이 변해 수용액 질량이 변함
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20. 그림과 같은 장치에서 세 가지 물질의 1.0M수용액을 25℃에서 각각 전기 분해했을 때 두 전극에서의 생성물은 표와 같다.

위 자료에 대한 설명으로 옳은 것은? [3점]

  1. Na+의 표준 환원 전위는 Cu2+보다 크다.
  2. (가)와 (나)를 반응시키면 NaOH이 생성된다.
  3. NaCl수용액을 전기 분해하면 수용액의 pH가 감소한다.
  4. Cu(NO3)2수용액의 전기 분해에서는 구리 이온이 산화된다.
  5. NaNO3 수용액을 전기 분해할 때 (+)극에서 물이 산화된다.
(정답률: 알수없음)
  • 전기 분해 시 (+)극에서는 산화 반응이, (-)극에서는 환원 반응이 일어납니다. $\text{NaNO}_3$ 수용액의 경우, $\text{Na}^+$는 환원 전위가 매우 낮아 환원되지 않고 물이 대신 환원되어 $\text{H}_2$가 발생하며, (+)극에서는 $\text{NO}_3^-$가 산화되지 않고 물이 산화되어 $\text{O}_2$가 발생합니다. 따라서 $\text{NaNO}_3$ 수용액을 전기 분해할 때 (+)극에서 물이 산화된다는 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    $\text{Na}^+$의 표준 환원 전위는 $\text{Cu}^{2+}$보다 낮음
    $\text{NaCl}$ 수용액 전기 분해 시 $\text{OH}^-$가 생성되어 pH 증가
    $\text{Cu}(\text{NO}_3)_2$ 수용액의 (-)극에서 구리 이온이 환원됨
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