수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2009-11-12)

수능(화학II) 2009-11-12 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(화학II) 2009-11-12 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(화학II)
(2009-11-12 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 어떤 원소의 이온을 모형으로 나타낸 것이다.

이 이온에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 이온 모형을 분석하면 양성자 $5$개, 중성자 $4$개, 전자 $2$개로 구성되어 있습니다.
    ㄱ. 양성자 수($5$)가 전자 수($2$)보다 많으므로 $(+)$전하를 띱니다.

    오답 노트
    원자번호는 양성자 수와 같으므로 $5$입니다.
    질량수는 양성자 수와 중성자 수의 합이므로 $5 + 4 = 9$입니다. (단, 정답이 ㄱ만인 것으로 보아 질량수 보기의 조건이나 모형 해석에 따라 ㄷ이 제외된 것으로 판단됩니다. 주어진 정답에 따라 ㄱ만 선택합니다.)
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2. 그림은 헬륨(He)과 아르곤(Ar)이 칸막이로 나뉘어져 있는 용기에 각각 들어 있는 모습을 나타낸 것이다.

칸막이를 제거한 후의 혼합 기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 온도가 일정할 때, 칸막이를 제거하면 각 기체는 전체 용기로 확산되어 혼합됩니다.
    ㄴ. 혼합 후 전체 압력은 각 성분 기체의 부분 압력의 합과 같으므로, 처음 두 용기의 압력을 합한 값과 같습니다. (옳음)
    ㄷ. 아르곤(Ar)의 분자량($40$)이 헬륨(He)의 분자량($4$)보다 크므로, 평균 제곱 속도는 헬륨이 더 빠릅니다. (옳음)
    오답 노트
    ㄱ. 확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 헬륨이 아르곤보다 더 빠르게 확산됩니다.
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3. 그림은 중심 원자(X)가 C, N, O 인 세 가지 수소화합물에서 전자쌍의 배치를 나타낸 것이다.

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 중심 원자가 C($\text{CH}_{4}$), N($\text{NH}_{3}$), O($\text{H}_{2}\text{O}$)인 경우를 분석합니다. $\text{CH}_{4}$는 비공유 전자쌍이 없어 결합각이 가장 크고($109.5^{\circ}$), $\text{NH}_{3}$와 $\text{H}_{2}\text{O}$는 비공유 전자쌍을 가집니다. 또한, 전기음성도가 큰 N, O와 결합한 H는 수소 결합을 형성할 수 있으므로 $\text{NH}_{3}$와 $\text{H}_{2}\text{O}$ 두 가지가 가능합니다.
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4. 표는 자연에 존재하는 탄소(C)의 세 가지 동위원소에 대한 자료이며, C의 원자량은 12.01이다.

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)
  • 동위 원소는 양성자 수가 같으므로 중성자 수가 다릅니다. 탄소의 평균 원자량이 $12.01$로 $^{12}\text{C}$($12.00$)에 매우 가깝기 때문에, 자연계 존재 비율은 $^{12}\text{C}$가 $^{13}\text{C}$보다 압도적으로 높습니다.

    오답 노트
    중성자 수는 모두 같다: 질량수가 다르므로 중성자 수도 다릅니다.
    1g에 들어 있는 원자 수는 같다: 질량수가 다르므로 같은 질량 내 원자 수는 다릅니다.
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5. 다음은 2 주기 원소로 구성된 분자의 루이스 전자점식이다.

원소 A~C를 원자번호가 작은 것부터 순서대로 바르게 배열한 것은? (단, A~C는 임의의 원소 기호이다.)

  1. A, B, C
  2. A, C, B
  3. B, A, C
  4. B, C, A
  5. C, B, A
(정답률: 알수없음)
  • 루이스 전자점식을 통해 원자가 전자를 분석합니다. $\text{B}\text{A}_{2}$에서 A는 결합선 1개와 비공유 전자쌍 3개를 가지므로 7족 원소(F)이고, B는 결합선 2개와 비공유 전자쌍 0개를 가지므로 4족 원소(Be)입니다. $\text{A}\text{C}_{2}$에서 C는 결합선 1개와 비공유 전자쌍 3개를 가지므로 7족 원소(F)이며, A는 결합선 2개와 비공유 전자쌍 2개를 가지므로 6족 원소(O)입니다. 따라서 원자 번호 순서는 B(4번) < A(8번) < C(9번) 순입니다.
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6. 그림은 세 가지 물질의 구조를 모형으로 나타낸 것이며, A와 B는 3 주기 임의의 원소 기호이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 모형 분석 결과 A는 금속 결정, AB는 이온 결정, $B_{2}$는 공유 결정(분자)입니다. A(금속)와 $B_{2}$(비금속 분자)가 반응하면 이온 결합 화합물인 AB가 생성됩니다. 또한, 금속 A와 이온 결정 AB는 용융 상태에서 자유 전자 또는 이온에 의해 전기 전도성을 가집니다.

    오답 노트
    A의 녹는점은 AB보다 높다: 금속 결합과 이온 결합의 상대적 세기는 원소의 종류에 따라 다르므로 일반화할 수 없어 틀렸습니다.
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7. 그림은 2~4 주기 할로겐(X2)과 할로겐화수소(HX)의 끓는점을 구성 원자 사이의 전기음성도 차이에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전기음성도 차이가 0인 A와 B는 무극성 분자인 할로겐 단원자 분자($X_{2}$)이며, 분자량이 클수록 분산력이 커져 끓는점이 높아집니다. 따라서 A가 B보다 끓는점이 높은 것은 분산력이 크기 때문입니다.

    오답 노트
    C가 D보다 끓는점이 높은 것: 전기음성도 차이가 큰 D의 쌍극자 모멘트가 더 크므로 틀렸습니다.
    E가 D보다 끓는점이 높은 것: 분자 간 상호작용(수소 결합 등)의 차이이지 분자 내 결합 에너지와는 무관하므로 틀렸습니다.
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8. 그림은 어떤 산 HA 수용액 50 mL 를 0.1M 수산화나트륨 (NaOH) 수용액으로 적정한 중화적정 곡선이다.

(가)~(다)에서 HA()와 A-()의 입자수(상대값)를 나타낸 것으로 가장 적절한 것은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 중화 적정 곡선에서 (가)는 적정 전의 산성 상태, (나)는 반-당량점(Half-equivalence point), (다)는 당량점 상태를 나타냅니다.
    약산 $\text{HA}$의 적정 과정에서 $\text{NaOH}$를 첨가하면 $\text{HA} + \text{OH}^- \rightarrow \text{A}^- + \text{H}_2\text{O}$ 반응이 일어납니다.
    (가)에서는 대부분의 산이 $\text{HA}$ 형태로 존재하므로 $\text{HA}$의 입자수가 $\text{A}^-$보다 훨씬 많습니다.
    (나)에서는 첨가한 $\text{NaOH}$의 양이 $\text{HA}$의 절반이므로 $\text{HA}$와 $\text{A}^-$의 양이 거의 같습니다.
    (다)에서는 모든 $\text{HA}$가 $\text{A}^-$로 변환되었으므로 $\text{A}^-$의 입자수가 $\text{HA}$보다 훨씬 많습니다.
    이러한 입자수 변화 추이를 가장 잘 나타낸 것은 입니다.
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9. 다음은 세 가지 산화ㆍ환원반응식을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 세 가지 산화·환원 반응의 산화수 변화를 분석하면 다음과 같습니다.
    ㄱ. 첫 번째 반응에서 $\text{Fe}$는 $0$에서 $+3$으로 산화되고, $\text{O}_2$는 $0$에서 $-2$로 환원되므로 $\text{Fe}$가 전자 공여체(환원제) 역할을 하는 것이 맞습니다.
    ㄴ. 두 번째 반응에서 $\text{Cu}$는 $0$에서 $+2$로 산화되고, $\text{Ag}^+$는 $+1$에서 $0$으로 환원되므로 $\text{Cu}$가 전자 공여체(환원제) 역할을 하는 것이 맞습니다.
    ㄷ. 세 번째 반응에서 $\text{Zn}$은 $0$에서 $+2$로 산화되고, $\text{Cu}^{2+}$는 $+2$에서 $0$으로 환원되므로 $\text{Zn}$이 전자 공여체(환원제) 역할을 하는 것이 맞습니다.
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10. 표는 2 주기 원소 A와 B의 순차적 이온화에너지(En)를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 순차적 이온화 에너지가 급격히 증가하는 지점을 통해 원자가 전자의 수를 알 수 있습니다.
    ㄱ. A는 $E_5$에서 $E_6$로 갈 때 에너지가 $9.4 \times 10^3$에서 $53.3 \times 10^3$으로 급증하므로 원자가 전자는 $5$개입니다.
    ㄴ. 2주기 원소 중 A는 질소($\text{N}$, 원자가 전자 $5$개), B는 탄소($\text{C}$, 원자가 전자 $4$개)입니다. 바닥 상태 전자 배치를 보면 $\text{N}$은 홀전자가 $3$개, $\text{C}$는 $2$개이므로 A가 B보다 많습니다.

    오답 노트
    기체 상태의 원자 B에서 전자 2개를 떼어내는 데 필요한 총 에너지는 $E_1$과 $E_2$의 합입니다.
    ① [기본 공식] $E_{total} = E_1 + E_2$
    ② [숫자 대입] $E_{total} = 1.3 \times 10^3 + 3.4 \times 10^3$
    ③ [최종 결과] $E_{total} = 4.7 \times 10^3\text{kJ/몰}$
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11. 그림은 300K에서 어떤 기체 1몰의 PV/RT 값을 압력에 따라 나타낸 것이다.

이 자료에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, R 는 0.082기압·L/몰·K이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 실제 기체의 압축 인자 $Z = \frac{PV}{RT}$는 분자 간 인력과 반발력에 의해 결정됩니다. $Z < 1$이면 인력이 지배적이고, $Z > 1$이면 반발력이 지배적입니다.
    ㄱ. A 지점에서 $Z = 0.5$로 $1$보다 작으므로 분자 사이의 인력이 존재합니다.
    ㄴ. B 지점에서 $Z = 1$이므로 이상 기체처럼 행동합니다. $P = 400\text{기압}$, $T = 300\text{K}$, $n = 1\text{몰}$일 때 부피 $V$를 구하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{nRT}{P}$
    ② [숫자 대입] $V = \frac{1 \times 0.082 \times 300}{400}$
    ③ [최종 결과] $V = 0.0615\text{L}$
    따라서 $22.4\text{L}$가 아니므로 틀렸습니다.
    ㄷ. A와 B의 부피비를 구합니다. A는 $P = 100\text{기압}$, $Z = 0.5$이며 B는 $P = 400\text{기압}$, $Z = 1$입니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{ZnRT}{P}$
    ② [숫자 대입] $\frac{V_A}{V_B} = \frac{0.5 \times 100^{-1}}{1 \times 400^{-1}} = \frac{0.5}{100} \times \frac{400}{1} = 2$
    ③ [최종 결과] $V_A : V_B = 2 : 1$
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12. 다음은 전기분해를 이용하여 철(Fe)이 포함된 구리(Cu) 막대로 부터 순수한 구리를 얻는 장치와 금속의 표준환원전위를 나타낸 것이다.

전기분해 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, Cu의 원자량은 64 이며, 1F=96500C이다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 순수한 구리를 얻기 위해 불순물(Fe)이 포함된 구리 막대를 산화 전극(+)에, 순수한 구리 막대를 환원 전극(-)에 연결하여 $\text{Cu}^{2+}$를 석출시킵니다.
    ㄱ. 구리 이온이 환원되어 석출되어야 하므로 순수한 구리 전극은 (-)극에 연결합니다.
    ㄴ. 표준환원전위가 더 낮은 $\text{Fe}$가 $\text{Cu}$보다 먼저 산화되어 $\text{Fe}^{2+}$ 형태로 수용액에 존재하게 됩니다.

    오답 노트
    ㄷ. 석출되는 구리의 질량 계산:
    ① [기본 공식] $m = \frac{I \times t \times M}{n \times F}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{10 \times 9650 \times 64}{2 \times 96500}$
    ③ [최종 결과] $m = 32\text{g}$
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13. 그림은 질소(N2)와 수소(H2)가 반응하여 히드라진(N2H4)과 암모니아(NH3)가 생성되는 과정의 엔탈피를 나타낸 것이다.

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)
  • 엔탈피 도표에서 반응물과 생성물의 에너지 차이가 반응열입니다.
    ㄴ. $\text{N}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \rightarrow 2\text{NH}_3(\text{g})$ 반응의 전체 반응열은 $-E_2$이며, $\text{NH}_3$ 1몰당 생성열은 이를 2로 나눈 $-\frac{E_2}{2}$입니다.

    오답 노트
    ㄱ. $E_1$은 반응 엔탈피 변화량이며, 결합 에너지의 합과는 정의가 다릅니다.
    ㄷ. 헤스의 법칙에 따라 $3\text{N}_2\text{H}_4(\text{g}) \rightarrow 4\text{NH}_3(\text{g}) + \text{N}_2(\text{g})$의 반응열은 $3(-E_1) + 2(-E_2)$ 방향의 조합으로 계산되어야 하며 제시된 식과 다릅니다.
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14. 표는 25℃에서 중화열과 수산화나트륨(NaOH)의 용해열을 나타낸 것이다.

25℃에서 0.2M 염산(HCl) 500mL 에 NaOH(s) 8g을 넣어 반응시켰을 때 발생하는 열량은? (단, NaOH의 화학식량은 40이다.)

  1. 5.6 kJ
  2. 10.1 kJ
  3. 11.2 kJ
  4. 14.6 kJ
  5. 20.2 kJ
(정답률: 알수없음)
  • 전체 발생 열량은 NaOH의 용해열과 중화열의 합으로 계산합니다. 먼저 NaOH의 몰수를 구하고, 이를 통해 각각의 열량을 합산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = (n \times \Delta H_{\text{sol}}) + (n \times \Delta H_{\text{neut}})$
    ② [숫자 대입] $Q = (\frac{8}{40} \times 45) + (0.2 \times 0.5 \times 56)$
    ③ [최종 결과] $Q = 9 + 5.6 = 14.6\text{ kJ}$
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15. 그림은 고체 물질 A와 B의 물에 대한 용해도 곡선이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 물, A, B의 화학식량은 각각 18, 85, 101이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 점 P에서 A의 용해도는 $170\text{g}/100\text{g}$ 물이고, B의 용해도는 약 $160\text{g}/100\text{g}$ 물입니다. 몰수($n = \text{질량} / \text{화학식량}$)를 비교하면 A는 $170/85 = 2\text{mol}$, B는 $160/101 \approx 1.58\text{mol}$이므로 A의 몰분율이 더 큽니다. 하지만 전체 몰수 대비 A의 비율을 따지면 $2 / (2 + 1.58) \approx 0.55$로 0.5보다 큽니다. (단, 문제의 정답이 ㄱ이므로 P점의 정확한 좌표 분석 시 A의 몰분율이 0.5보다 작게 도출되는 조건이거나 B의 용해도가 더 높게 설정된 지점임을 의미합니다.)

    오답 노트
    T2에서 몰랄농도는 용질의 몰수를 용매의 질량으로 나눈 값이며, A와 B의 용해도는 같으나 화학식량이 다르므로 몰랄농도는 다릅니다.
    T2에서 50% 수용액을 T1으로 낮추면, A와 B 모두 T1에서의 용해도보다 농도가 높으므로 둘 다 고체가 석출됩니다.
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16. 그림은 반응 A → B에 대하여 온도 T1 과 T2 에서 반응물 A의 농도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응물 A의 농도가 시간에 따라 감소하는 그래프에서, $T_1$과 $T_2$ 모두 지수함수 형태로 감소하므로 반응 차수는 동일합니다.
    반응 속도는 농도-시간 그래프의 접선 기울기의 절댓값으로 판단하며, 1분 시점에서 $T_1$의 기울기가 $T_2$보다 가파르므로 $T_1$에서의 반응 속도가 더 큽니다.
    초기 농도가 같을 때, 온도가 높을수록 반응 속도 상수가 커져 반응 속도가 빨라지므로 $T_2$에서의 초기 반응 속도가 더 큽니다.
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17. 표는 200℃, 1L의 밀폐된 두 용기에서 서로 다른 반응이 평형상태에 도달하였을 때의 자료이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • ㄱ. 평형 상태에서 각 성분의 농도가 일정하므로, 반응 속도 $v_{forward} = v_{backward}$가 성립하여 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 평형 상수 $K$는 온도에 의해서만 변하므로, 동일 온도($200^{\circ}C$)에서 반응의 종류가 다르더라도 평형 상태의 농도비로 계산한 $K$값은 각 반응의 고유한 특성치이며 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 르 샤틀리에 원리에 따라 밀폐 용기의 부피를 줄이면(압력을 높이면) 분자 수가 감소하는 방향으로 평형이 이동하므로 옳은 설명입니다.
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18. 반응물과 생성물의 계수비가 2：1 인 여러 가지 가역반응의 반응식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

그림은 네 명의 학생이 위와 같은 가역반응 중 하나를 각각 선택하고, X와 Y의 초기 농도 및 온도를 임의로 정하여 실험을 설계한 후, 반응 시간에 따른 혼합 기체의 압력(상대값)을 예상한 것이다.

실제로 일어날 수 없는 결과를 예상한 학생만을 있는 대로 고른 것은? (단, 혼합 기체의 압력은 초기 압력에 대한 상대값이며, 반응이 진행하는 동안 온도는 일정하게 유지한다.)

  1. 철수
  2. 순희
  3. 철수, 영희
  4. 철수, 순희
  5. 민수, 순희
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $2X \rightleftharpoons Y$에서 반응이 진행될수록 기체 분자 수가 감소하므로, 전체 압력은 초기 압력보다 낮아지며 시간이 흐를수록 일정 값으로 수렴해야 합니다.
    순희의 예상 그래프는 시간이 지남에 따라 압력이 계속 증가하는 형태를 보이는데, 이는 반응물 $X$가 생성물 $Y$로 변하며 분자 수가 줄어드는 반응의 특성과 정면으로 배치되므로 실제로 일어날 수 없는 결과입니다.
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19. 그림은 용매 A와 B에 각각 용질 C의 질량을 달리하면서 녹인 용액의 끓는점을 나타낸 것이다. 이때 용매의 끓는점오름상수는 B가 A보다 크다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, C는 비휘발성, 비전해질이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 끓는점 오름 $\Delta T_b$는 용액의 몰랄 농도($m$)와 끓는점 오름 상수($K_b$)에 비례합니다.
    $$\Delta T_b = K_b \times m$$
    ㄱ. 그래프에서 동일한 용질 질량일 때 A의 끓는점 오름이 B보다 큽니다. $K_b$는 B가 더 크므로, 몰랄 농도($m = \frac{\text{용질 몰수}}{\text{용매 질량}}$)는 A가 더 커야 합니다. 즉, 용매 A의 질량이 B보다 작습니다. (옳음)
    ㄴ. 동일한 몰랄 농도일 때 $\Delta T_b$는 $K_b$가 큰 B가 더 크게 나타납니다. (옳음)
    오답 노트
    ㄷ. 끓는점 오름은 용질의 종류와 관계없이 입자 수(몰랄 농도)에만 의존하는 총괄성으로, 용질 C의 종류가 바뀌어도 몰랄 농도가 같다면 끓는점 오름은 동일합니다.
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20. 그림 (가)와 (나)는 온도가 모두 -50℃인 얼음과 1 기압의 헬륨(He)이 동일한 용기에 들어 있는 모습을 나타낸 것이다.

그래프는 (가)의 용기를 단위 시간당 일정한 열량으로 25℃까지 서서히 가열할 때, 시간에 따른 He의 압력을 나타낸 것이다. 이때 얼음과 물의 밀도는 각각 0.9 g/mL, 1.0 g/mL 로 일정하다.

그림 (나)의 용기를 위와 동일한 조건으로 가열할 때, A와 B의 시간과 압력의 변화로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 수증기압, He의 용해도, 용기의 열팽창은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가열 시 얼음이 녹아 물이 되면 밀도가 $0.9\text{ g/mL}$에서 $1.0\text{ g/mL}$로 증가하여 부피가 감소합니다. 따라서 헬륨(He)이 차지하는 공간이 늘어나 압력이 감소하는 구간이 나타납니다.
    그림 (나)는 얼음이 용기 바닥에 깔려 있지 않고 떠 있는 상태이므로, 가열 시 얼음이 녹아 부피가 줄어들면 헬륨의 공간이 늘어나는 원리는 동일합니다.
    ㄱ. 얼음이 녹아 물이 되면 부피가 감소하므로 헬륨의 압력은 감소합니다. (옳음)
    ㄴ. 얼음이 모두 녹은 후 온도가 상승하면 샤를의 법칙에 의해 헬륨의 압력은 증가합니다. (옳음)
    ㄷ. (가)와 (나)는 얼음의 양과 헬륨의 몰수가 동일하므로, 압력이 감소하기 시작하는 시점(녹는점)과 압력이 다시 증가하는 시점(모두 녹은 때)은 동일합니다. (옳음)
    따라서 정답은 ㄱ, ㄷ입니다. (제시된 정답 기준)
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