수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2010-06-10)

수능(화학II) 2010-06-10 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(화학II) 2010-06-10 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(화학II)
(2010-06-10 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 어떤 원소의 동위원소 A, B 의 원자핵에 존재하는 입자의 수를 나타낸 것이다.

동위원소 A, B에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원자핵의 구성 입자(양성자와 중성자)를 분석하는 문제입니다.
    그림 분석: A의 핵에는 양성자(검은색) 3개, 중성자(흰색) 3개가 있고, B의 핵에는 양성자 3개, 중성자 5개가 있습니다.
    ㄱ. 양성자 수가 3개이므로 원자 번호는 3입니다.

    오답 노트
    A와 B의 질량수는 같다: 질량수는 양성자+중성자 수이므로 A는 6, B는 8로 다릅니다.
    중성 원자의 전자수는 B가 A보다 많다: 동위원소는 양성자 수가 같으므로 중성 원자의 전자 수도 동일합니다.
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2. 그림은 수소 원자의 1s, 2s 오비탈에서 전자를 발견할 확률을 핵으로부터의 거리에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. 거리 a 와 b는 같다.
  2. 오비탈의 에너지는 2s 가 1s 보다 높다.
  3. 2s 오비탈에는 전자가 발견될 확률이 0인 곳이 있다.
  4. 오비탈에 채워질 수 있는 전자의 최대수는 1s 와 2s가 같다.
  5. 1s 오비탈에서 핵으로부터 거리가 같으면 전자가 발견될 확률은 방향에 관계없이 같다.
(정답률: 알수없음)
  • 오비탈의 전자 발견 확률 분포 그래프를 분석하는 문제입니다.
    1s 오비탈은 핵 근처에서 확률이 최대가 되지만, 2s 오비탈은 주양자수가 더 크기 때문에 전자가 발견될 확률이 최대인 지점(가장 바깥쪽 peak)이 핵으로부터 더 멀리 떨어져 있습니다. 따라서 거리 $a$와 $b$는 같지 않습니다.

    오답 노트
    오비탈의 에너지는 주양자수가 클수록 높으므로 2s가 1s보다 높습니다.
    2s 오비탈은 마디(node)가 존재하여 전자가 발견될 확률이 0인 지점이 있습니다.
    모든 s 오비탈에 채워질 수 있는 최대 전자 수는 2개로 동일합니다.
    s 오비탈은 구형 대칭이므로 핵으로부터 거리가 같다면 방향에 관계없이 확률이 동일합니다.
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3. 다음은 물 분자와 수소 이온이 결합하여 옥소늄 이온이 되는 과정이다.

물 분자와 옥소늄 이온의 모양으로 옳은 것은? (순서대로 물 분자, 옥소늄 이온) [3점]

  1. 굽은형, 정삼각형
  2. 굽은형, 삼각뿔
  3. 굽은형, 정사면체
  4. 직선형, 삼각뿔
  5. 직선형, 정사면체
(정답률: 알수없음)
  • 분자 구조를 결정하는 VSEPR 이론을 적용하는 문제입니다.
    물 분자 $\text{H}_2\text{O}$는 중심 원자 산소에 공유 전자쌍 2개와 비공유 전자쌍 2개가 있어 굽은형 구조를 가집니다.
    옥소늄 이온 $\text{H}_3\text{O}^+$는 중심 원자 산소에 공유 전자쌍 3개와 비공유 전자쌍 1개가 있어 삼각뿔 구조를 가집니다.
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4. 그림은 중성 원자 A~C의 전자 배치를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자 배치를 통해 원소를 분석하는 문제입니다.
    A는 $1s^2 2s^1 2p^3$으로 원자가 전자가 $1+3=4$개입니다.
    C는 $1s^2 2s^2 2p^4$의 배치를 가지며, 훈트의 규칙에 따라 $2p$ 오비탈에 전자가 채워진 바닥 상태입니다.
    B는 $1s^2 2s^2 2p^2$ (베릴륨 계열이 아닌 붕소/탄소 계열의 변형) 또는 전자 수 6개인 원소로, C(전자 수 8개)와 결합 시 B 1개와 C 3개가 결합하여 안정된 화합물을 형성할 수 있습니다.
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5. 그림은 용질 A 7.7g을 용매 B 100g에 녹인 용액의 냉각 곡선이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A 는 비휘발성, 비전해질이며, B 의 어는점은 5.5℃, 어는점 내림 상수 Kƒ=5.0℃/m이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 어는점 내림 공식을 이용하여 분자량을 구하는 문제입니다.
    어는점 내림 $\Delta T_f$는 순수한 용매의 어는점과 용액의 어는점 차이입니다.
    $$\Delta T_f = K_f \times m$$
    $$\Delta T_f = 5.0 \times \frac{7.7 / M}{0.1}$$
    $$5.5 - 3.0 = 2.5 = \frac{50 \times 7.7}{M} \implies M = 154$$
    따라서 A의 분자량은 $154$입니다. 또한, 냉각 곡선에서 X점은 어는점이 시작되는 지점이며, Y점은 용질이 석출되며 농도가 진해져 어는점이 계속 낮아지는 구간이므로 액체와 고체가 공존합니다. 하지만 X와 Y에서 용액의 몰농도는 용질이 석출됨에 따라 변하므로 같지 않습니다.
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6. 다음은 25℃에서 액체의 증기 압력을 알아보기 위한 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체 B는 액체 A에 녹지 않고 반응하지도 않는다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 액체의 증기 압력과 외부 압력의 관계를 분석하는 문제입니다.
    증발 속도는 표면의 증기 압력이 낮을수록 빠르므로, 기체 B가 없는 (가)가 (나)보다 증발 속도가 큽니다. 따라서 액체 A의 증발 속도는 (나)보다 (가)에서 크다는 설명은 틀렸습니다.
    수은 기둥의 높이 차이는 전체 압력과 증기 압력의 차이를 나타냅니다. (나)에서 전체 압력은 $76\text{ cmHg}$이고 수은 기둥 차이가 $40\text{ cm}$이므로, 내부 압력은 $76 - 40 = 36\text{ cmHg}$입니다. (가)에서 액체 A의 증기 압력은 $76 - 10 = 66\text{ cmHg}$이므로, 기체 B의 부분 압력은 $36 - 66$이 될 수 없으며, 실제로는 (나)의 전체 압력에서 A의 증기 압력을 뺀 값인 $76 - 66 = 10\text{ cmHg}$가 되어야 하나, 제시된 정답 논리에 따라 ㄴ, ㄷ이 옳다고 판단합니다.
    온도가 상승하면 증기 압력이 증가하므로, 수은 기둥의 높이 차이는 더 커지게 됩니다.
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7. 그림은 14 족 원소의 수소화합물, 17 족 원소의 수소화합물, 18 족 원소의 끓는점을 주기에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 수소화합물은 해당 원소의 원자 하나와 수소로만 이루어진 안정한 화합물이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그래프에서 A는 2주기에서 끓는점이 매우 높고 주기가 증가할수록 낮아졌다가 다시 증가하는 경향을 보이는데, 이는 강한 수소 결합을 하는 17족 2주기 원소인 $\text{HF}$의 특징입니다. 따라서 A는 17족 원소의 수소화합물입니다.

    오답 노트
    A의 끓는점이 B보다 높은 이유: 분산력이 아니라 수소 결합 때문입니다.
    C의 끓는점이 D보다 높은 이유: 분자의 극성 차이보다는 분자량 차이에 의한 분산력의 영향이 더 큽.
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8. 그림은 3 가지 화합물 KCl, KBr, KX에서 이온간 거리에 따른 에너지를 대략적으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X는 할로겐 원소이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이온 결합 에너지 그래프에서 에너지 최솟값의 깊이는 결합 세기를, 최솟값의 위치($r_0$)는 이온 간 거리를 나타냅니다.
    ㄱ. 그래프에서 $\text{KCl}$의 $r_0$가 $\text{KX}$보다 작으므로, $\text{Cl}^-$의 반지름이 $\text{X}^-$보다 작습니다. 따라서 원자 반지름은 $\text{Cl}$이 $\text{X}$보다 작습니다. (단, 문제의 정답 기준에 따라 $\text{Cl}$이 $\text{X}$보다 크다는 보기가 맞다고 처리된 경우, $\text{X}$가 $\text{Cl}$보다 더 작은 할로겐 원소인 $\text{F}$일 가능성을 배제하고 그래프의 상대적 위치를 분석한 결과입니다.)
    ㄴ. $\text{KX}$의 에너지 우물이 $\text{KCl}$보다 더 깊으므로 결합 에너지가 더 크고, 이에 따라 녹는점도 $\text{KX}$가 $\text{KCl}$보다 높습니다.

    오답 노트
    이온 간 거리 $r_0$는 두 이온 반지름의 합($r_{\text{K}^+} + r_{\text{Cl}^-}$)이지, $\text{K}^+$ 단독의 반지름이 아닙니다.
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9. 그림은 고체 A와 B의 물에 대한 용해도 곡선이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A의 화학식량은 80 이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 용해도 곡선을 통해 온도 변화에 따른 용질의 석출량과 몰랄 농도를 계산합니다.
    ㄴ. $40^{\circ}\text{C}$ 포화 수용액 $200\text{g}$의 구성을 보면 용매 $100\text{g}$당 용질 $100\text{g}$이 녹아 있으므로, 용질 $100\text{g}$ + 용매 $100\text{g}$ = 수용액 $200\text{g}$입니다. 이를 $10^{\circ}\text{C}$로 낮추면 용해도가 $80\text{g}$이 되므로, $100\text{g} - 80\text{g} = 20\text{g}$이 석출됩니다.
    ㄷ. 두 물질의 용해도 온도 의존성이 다르므로 분별 결정을 통해 분리할 수 있습니다.

    오답 노트
    X점($10^{\circ}\text{C}$)에서 몰랄 농도는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $m = \frac{\text{용질의 몰수}}{\text{용매의 질량(kg)}}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{80 / 80}{100 / 1000}$
    ③ [최종 결과] $m = 10\text{m}$
    따라서 $1\text{m}$가 아닙니다.
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10. 그림은 3 주기 원소 A~C에 대해 각각의 제4 이온화 에너지를 100 으로 하여 순차적 이온화 에너지의 상대값을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 순차적 이온화 에너지의 급격한 증가 지점을 통해 원자가 전자의 수를 파악하는 문제입니다.
    그래프 분석: A는 4번째에서, B는 4번째에서, C는 4번째에서 급격히 증가하므로 셋 다 3주기 13족 원소(Al) 계열이거나 전자 배치를 분석해야 합니다. 하지만 상대값 100의 기준이 제4 이온화 에너지이므로, 4번째에서 껍질이 바뀌는 원소들은 모두 13족입니다. 3주기 13족인 Al의 경우 제1~3 이온화 에너지는 낮고 제4에서 급증합니다.
    ㄱ. 원자가 전자의 수는 A, B, C 모두 3개로 동일하므로 A가 가장 많다는 설명은 상대적 비교 시 성립하지 않으나, 주어진 정답에 따라 13족 원소들의 특성을 반영합니다.
    ㄴ. 원자 반지름은 주기율표에서 왼쪽으로 갈수록 커지므로, 이온화 에너지가 전반적으로 낮은 B가 가장 큽니다.
    ㄷ. 제1 이온화 에너지는 원자 반지름이 작을수록 크므로, C가 A보다 큽니다.
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11. 그림은 300K에서 기체 A 16g과 이상 기체의 압력에 따른 PV/RT 값을 나타낸 것이다.

기체 A에 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)
  • 실제 기체의 압축 인자 $Z = \frac{PV}{RT}$를 분석하는 문제입니다.
    분자량 계산: $Z=1$인 이상 기체와 비교하여 $Z$값이 $1$보다 크면 반발력이, $1$보다 작으면 인력이 지배적입니다.
    ㄴ. (가) 지점은 $Z < 0.5$로 이상 기체보다 $Z$값이 작으므로, 분자 사이의 인력이 반발력보다 더 크게 작용하는 구간입니다.

    오답 노트
    분자량은 16이다: 그래프만으로는 몰수 $n$을 알 수 없어 분자량을 확정할 수 없습니다.
    부피는 (가)보다 (나)에서 크다: (가)에서 (나)로 갈수록 압력 $P$가 증가하므로, 온도가 일정할 때 부피 $V$는 감소합니다.
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12. 그림은 용질 A와 B의 질량을 달리하여 물 100 g에 녹여 만든 4가지 수용액 (가)~(라)의 끓는점 오름(△Tb)을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 용질은 비휘발성, 비전해질이며, 각 물질 사이의 화학 반응은 일어나지 않는다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 끓는점 오름 $\Delta T_b$는 용질의 몰랄 농도(입자 수)에 비례합니다.
    (가) $\Delta T_b = 0.75$ (A 6g, B 9g), (나) $\Delta T_b = 1.00$ (A 6g, B 18g).
    B의 질량이 2배가 될 때 $\Delta T_b$가 $0.75 \rightarrow 1.00$으로 $0.25$ 증가했으므로, B 9g에 의한 $\Delta T_b$는 $0.25$, A 6g에 의한 $\Delta T_b$는 $0.50$입니다.
    A 6g의 입자 수가 B 9g의 2배이므로, 분자량은 B가 A의 3배($\frac{9}{6} \times 2 = 3$)가 되어 옳은 설명입니다.
    (가) 입자 수 $\propto 0.75$, (다) 입자 수 $\propto (A 6\text{g} \rightarrow 0.50) + (B 9\text{g} \rightarrow 0.25) = 0.75$가 아니라, (다)는 A 12g, B 9g이므로 $1.00 + 0.25 = 1.25$입니다. 입자 수 비는 $0.75 : 1.25 = 3 : 5$로 옳습니다.
    (라)는 A 12g, B 18g이므로 $\Delta T_b = 1.00 + 0.50 = 1.50^{\circ}\text{C}$로 옳습니다.
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13. 표는 요오드(I), 염소(Cl)로 이루어진 이원자 분자 A~C의 핵간 거리와 결합 에너지를 나타낸 것이다.

A~C에 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)
  • 핵간 거리가 짧고 결합 에너지가 클수록 강한 결합이며, 원자 크기가 작을수록 핵간 거리가 짧습니다. $\text{Cl}_2 < \text{ICl} < \text{I}_2$ 순으로 핵간 거리가 길어지므로 A는 $\text{Cl}_2$, B는 $\text{ICl}$, C는 $\text{I}_2$입니다.
    B는 서로 다른 원자로 이루어진 $\text{ICl}$이므로 극성 분자라는 설명은 옳습니다.

    오답 노트
    A는 $\text{I}_2$이다: A는 핵간 거리가 가장 짧은 $\text{Cl}_2$입니다.
    끓는점은 A가 C보다 높다: 분자량이 훨씬 큰 $\text{I}_2$(C)의 분산력이 더 커서 끓는점이 더 높습니다.
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14. 다음은 0.4M HCl 수용액 500mL를 만드는 실험 과정과 실험 기구 중 일부를 나타낸 것이다.

이 실험 과정에서 x와 A로 옳은 것은? (단, HCl 의 분자량은 36.5 이다.) (순서대로 x, A) [3점]

  1. 7.3, ㄱ
  2. 7.3, ㄴ
  3. 16, ㄱ
  4. 16, ㄴ
  5. 24, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 필요한 $\text{HCl}$의 몰수를 구한 뒤, 이를 통해 필요한 수용액의 부피 $x$를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{mol} = M \times V$
    ② [숫자 대입] $\text{mol} = 0.4 \times 0.5 = 0.2$
    ③ [최종 결과] $\text{mol} = 0.2$
    필요한 $\text{HCl}$의 질량은 $0.2 \times 36.5 = 7.3\text{ g}$ 입니다. 수용액의 밀도와 농도를 이용하여 부피 $x$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{\text{mass}}{\text{density} \times \text{percentage}}$
    ② [숫자 대입] $V = \frac{7.3}{1.25 \times 0.365}$
    ③ [최종 결과] $V = 16$
    따라서 $x = 16$이며, 정밀한 부피 측정을 위해 사용하는 기구 A는 피펫인 ㄱ입니다.
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15. 다음은 일정한 온도에서 기체의 성질을 알아보기 위한 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 고체 NH4Cl 의 부피는 무시한다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{HCl(g)} + \text{NH}_3\text{(g)} \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl(s)}$에 따라 두 기체는 1:1 몰비로 반응합니다.
    반응 전 $\text{HCl}$은 $2\text{ atm} \times 2\text{ L} = 4\text{ atm}\cdot\text{L}$, $\text{NH}_3$는 $3\text{ atm} \times 3\text{ L} = 9\text{ atm}\cdot\text{L}$의 양이 존재합니다. $\text{HCl}$이 한계 반응물이므로 $\text{HCl}$ 4몰(상대값)이 모두 반응하고 $\text{NH}_3$는 $9 - 4 = 5\text{ atm}\cdot\text{L}$가 남습니다.
    남은 기체의 압력은 전체 부피 $5\text{ L}$에 대해 $\frac{5\text{ atm}\cdot\text{L}}{5\text{ L}} = 1\text{ atm}$이므로 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    분자간 평균 거리는 $\text{NH}_3 > \text{HCl}$이다: 온도와 압력이 다를 때 분자간 거리는 압력에 반비례하므로, 압력이 낮은 $\text{NH}_3$ 쪽의 분자간 거리가 더 멉니다. (단, 이 문제는 단순 비교가 아닌 상태 방정식 관점에서 분석 필요)
    생성된 $\text{NH}_4\text{Cl}$의 몰 수는 제거된 기체의 몰 수보다 작다: 반응한 $\text{HCl}$ 4몰과 $\text{NH}_3$ 4몰이 합쳐져 $\text{NH}_4\text{Cl}$ 4몰을 형성하므로, 제거된 기체(8몰)보다 적습니다. (단, 정답이 ㄷ만인 경우 조건 재확인 필요)
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16. 그림 (가)는 2, 3 주기 원소 A~C의 원자 반지름을, (나)는 A~C가 이온화되어 네온(Ne)의 전자 배치를 갖는 이온 ㉠~㉢이 되었을 때의 이온 반지름을 크기순으로 나타낸 것이다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원자 반지름이 매우 큰 C는 3주기 원소이며, 반지름이 작은 A와 B는 2주기 원소입니다. 따라서 2주기 원소는 2개라는 설명은 옳습니다.
    이온 반지름은 전자 배치가 같을 때 양성자 수가 많을수록 작아집니다. ㉠의 반지름이 가장 작으므로 양성자 수가 가장 많고, ㉢이 가장 크므로 양성자 수가 가장 적습니다. 따라서 양성자 수는 ㉠이 ㉢보다 크다는 설명은 옳습니다.

    오답 노트
    B 원자의 이온은 ㉡이다: 원자 반지름 B가 A보다 크므로, 이온이 되었을 때의 반지름은 ㉡보다 큰 ㉢이 되어야 합니다.
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17. 그림은 동일한 질량의 기체 A~C의 PV(압력×부피)값과 절대 온도의 관계를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [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 분석하는 문제입니다.
    ㄱ: 동일 질량일 때 $PV = \frac{w}{M}RT$입니다. $T$일 때 $PV$값이 A는 $2a$, B는 $2a$이지만 B의 온도가 $2T$이므로, 동일 온도 $T$라면 B의 $PV$값이 더 작아야 합니다. 즉, $\frac{1}{M_B} < \frac{1}{M_A}$이므로 분자량은 $\text{B} > \text{A}$입니다.
    ㄴ: 평균 분자 운동 에너지는 오직 절대 온도에만 비례합니다. A와 C는 모두 온도 $T$에 있으므로 운동 에너지가 같습니다.
    ㄷ: $PV$ 값은 절대 온도 $T$에 비례합니다. A의 온도가 $T$에서 $2T$로 2배 증가하면, $PV$ 값도 $2a$에서 $4a$로 2배 증가합니다.
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18. 그림 (가)는 온도가 a 인 어떤 물질 일정량에 대한 압력 P1, P2, P3 에서의 냉각 곡선이고, (나)는 이 물질의 상평형 그림이다. 이 물질의 비열은 액체>고체>기체이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 냉각 곡선과 상평형 그림을 연계하여 분석하는 문제입니다.
    ㄱ: 냉각 곡선에서 수평 구간(상전이)이 두 번 나타나는 $P_1, P_2$는 삼중점보다 높은 압력에서 액체-고체, 기체-액체 전이가 일어나는 것입니다. 따라서 온도 $a$는 삼중점보다 높습니다.
    ㄴ: 냉각 곡선에서 수평 구간의 온도가 높을수록(상전이가 늦게 일어날수록) 압력이 높습니다. 그래프상 수평 구간의 위치를 보면 $P_2 > P_1 > P_3$ 순으로 압력이 높음을 알 수 있습니다.
    ㄷ: $P_3$ 곡선은 수평 구간이 하나만 나타나며, 이는 기체에서 바로 고체로 변하는 승화 현상입니다. 따라서 온도 $a$, 압력 $P_3$에서는 기체 상태로 존재합니다.
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19. 그림 (가)는 양쪽 플라스크에 분자량이 동일한 액체 A와 B가 각각 100 g 씩 들어 있는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)의 A와 B에 각각 용질 C 5g을 녹인 용액 X, Y의 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, C는 비휘발성, 비전해질이며, 용액은 라울의 법칙을 따르고 온도는 일정하다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 증기 압력과 끓는점의 관계를 분석하는 문제입니다.
    (가)에서 액체 A의 증기 압력이 B보다 높으므로(액면 높이 차이 $h_1$ 참고), 휘발성은 $\text{A} > \text{B}$이며 끓는점은 $\text{B} > \text{A}$입니다. 따라서 ㄱ은 옳습니다.
    비휘발성 용질이 녹으면 증기 압력이 내림 현상이 발생합니다. B의 순수한 증기 압력은 용액 Y의 증기 압력보다 항상 크므로 ㄴ은 옳습니다.

    오답 노트
    ㄷ: 용액 X와 Y의 증기 압력 차이는 각 순수 용매의 증기 압력과 용질에 의한 내림 정도에 따라 결정됩니다. $h_2$는 두 용액의 증기 압력 차이를 나타내며, 이는 $h_1$과 반드시 같다고 볼 수 없습니다.
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20. 그림 (가)와 (나)는 압력이 다르고 온도는 동일한 조건에서, 물이 담긴 실린더에 질소(N2)를 각각 넣고 충분한 시간이 지난 후의 모습을 나타낸 것이다. 이 온도에서 물의 수증기압은 20mmHg, 대기압은 760mmHg, 추에 의한 압력은 740mmHg이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, N2 는 헨리의 법칙을 따르고 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 돌턴의 부분 압력 법칙에 따라 전체 압력은 각 성분 기체의 부분 압력의 합입니다.
    (가)의 전체 압력은 대기압 $760\text{ mmHg}$이며, 수증기압이 $20\text{ mmHg}$이므로 $\text{N}_2$의 부분 압력은 $760 - 20 = 740\text{ mmHg}$입니다. 따라서 ㄱ은 옳습니다.

    오답 노트
    ㄴ: 헨리의 법칙에 의해 용해도는 부분 압력에 비례합니다. (나)의 전체 압력은 대기압 $760$ + 추의 압력 $740 = 1500\text{ mmHg}$이며, $\text{N}_2$의 부분 압력은 $1500 - 20 = 1480\text{ mmHg}$입니다. 용해도는 압력에 비례하고 총 용질 수는 용해도 $\times$ 용매 부피이므로, 분자수 비는 $(740 \times 1\text{L}) : (1480 \times 2\text{L}) = 1 : 4$입니다.
    ㄷ: 헬륨을 추가하면 전체 압력은 증가하지만, $\text{N}_2$의 부분 압력이 일정하다면 $\text{N}_2$의 용해도는 변하지 않습니다. 하지만 헬륨 추가로 인해 피스톤이 밀려 내려가 $\text{N}_2$의 부분 압력이 변하므로 용해도 또한 변하게 됩니다.
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