수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2010-09-02)

수능(화학II)
(2010-09-02 기출문제)

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1. 25℃에서 어떤 두 염기 수용액 각각 20mL를 0.10M HCl 수용액으로 적정하였다. 그림에서 점 P는 한 염기 수용액의 적정 전 pH를 점 Q와 R는 두 염기 수용액의 중화점을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 두 염기는 1가 염기이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄷ"는 다 맞는 설명이다.

    - "ㄱ"은 점 P에서의 pH가 높은 염기가 된다는 설명인데, 이는 틀린 설명이다. 점 P에서는 아직 적정이 이루어지지 않았으므로 어떤 염기인지는 알 수 없다.
    - "ㄴ"은 두 염기의 중화점이 pH 7.0 근처에 위치한다는 설명인데, 그림에서 Q와 R이 모두 pH 7.0 근처에 위치하고 있으므로 맞는 설명이다.
    - "ㄷ"는 두 염기의 적정 전 pH가 서로 다르다는 설명인데, 그림에서 Q와 R의 위치가 다르므로 적정 전 pH도 서로 다르다. 따라서 맞는 설명이다.
    - "ㄱ, ㄴ"은 "ㄱ"과 "ㄴ" 모두 맞는 설명이므로 맞는 설명이다.
    - "ㄴ, ㄷ"는 "ㄴ"과 "ㄷ" 모두 맞는 설명이 아니므로 틀린 설명이다.
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2. 그림은 수소(H2)와 산소(O2)의 혼합 기체 10g이 들어 있는 용기에서 연소 반응이 일어날 때 반응 전과 반응 완결 후의 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, H와 O의 원자량은 각각 1과 16이고, 생성된 H2O의 부피와 증기 압력은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 옳은 설명이다. 반응 전과 후의 기체의 총 질량은 동일하므로, 반응 후에 생성된 물질의 질량은 10g이다. 따라서, 반응 후에 생성된 물질의 질량은 2g이므로, 산소의 질량은 8g이다.

    "ㄷ"는 옳은 설명이다. 반응 전과 후의 기체의 총 부피는 동일하므로, 반응 후에 생성된 물질의 부피는 10L이다. 따라서, 생성된 물질은 기체 상태이며, 증기 압력은 무시되므로, 부피는 변하지 않는다.
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3. 이 반응에서 시간에 따른 정반응 속도를 가장 적적하게 나타낸 그래프는? (단, 정반응의 반응 속도 상수는 k, 반응 속도식은 v=k[A]2이다.) [3점] (17번 공통지문 문제)

(정답률: 알수없음)
  • 정반응 속도식인 v=k[A]2에서 [A]의 제곱에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서 [A]가 높을수록 반응 속도가 빠르게 증가하게 된다. 그래프에서는 0초에서부터 10초까지 [A]가 높은 상태로 유지되다가 10초 이후부터는 [A]가 점점 감소하면서 반응 속도도 느려지는 것을 볼 수 있다. 따라서 (가) 그래프가 가장 적절하다.

    ""은 반응 속도식에서 [A]의 제곱에 비례하는 것을 나타내는 것이다. 따라서 [A]가 높을수록 반응 속도가 빠르게 증가하게 된다는 것을 나타낸다.
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4. 그림 (가)는 물 100g에 용질 A와 B의 질량을 달리하여 녹여 만든 수용액의 끓는점을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 25℃에서 물 100g에 용질 A와 B가 각각 24g씩 녹아 있는 수용액을 수증기로 포화된 밀폐된 용기에 놓아 둔 것을 나타낸 것이다.

이 자료에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 용질 A, B는 비휘발성 비전해질이며, 용액은 라울의 법칙을 따르며 물의 끓는점 오름 상수 Kb는 0.52℃/m이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄷ"이 옳은 이유는 다음과 같다:
    - 그림 (가)에서 용질 A와 B의 질량이 증가할수록 끓는점이 높아지는 것을 볼 수 있다. 이는 용질의 양이 증가하면 용액의 증기압이 감소하고, 따라서 끓는점이 상승하는 것이다.
    - 그림 (나)에서는 물과 용질 A, B가 포함된 용기가 밀폐되어 있으므로, 용액의 증기압이 일정하게 유지된다. 따라서 용질 A와 B가 녹아 있는 용액의 증기압은 각각 pA와 pB이며, 이들의 합인 pA + pB가 용기 내부의 증기압과 같아질 때 포화상태가 된다.
    - 라울의 법칙에 따르면, 포화상태에서의 증기압은 용질의 몰수에 비례한다. 따라서 pA와 pB는 각각 용질 A와 B의 몰수에 비례하게 된다.
    - 그림 (가)에서는 용질 A와 B의 질량이 같을 때 끓는점이 같은 것을 볼 수 있다. 이는 용질의 양이 아닌 몰수에 따라 끓는점이 결정되기 때문이다.
    - 따라서 그림 (나)에서 용질 A와 B의 몰수가 같을 때, 즉 두 용질의 질량이 같을 때, pA = pB가 되어서 용기 내부의 증기압과 같아지게 된다. 이때 용질 A와 B의 몰수는 각각 24g / 74g/mol = 0.324 mol이므로, 두 용질의 질량이 같을 때 용액의 증기압은 0.648 atm가 된다.
    - 따라서 그림 (나)에서 용질 A와 B의 질량이 같을 때, 용액의 끓는점은 100℃ + (0.52℃/m) x 2 x 0.324 mol/kg x 100g / 18g/mol = 100.72℃가 된다.
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5. 다음은 메탄올(CH3OH) 연료 전지의 모식적 구조와 이와 관련된 반쪽 반응과 25℃에서의 표준 환원 전위 E°를 나타낸 것이다.

이 연료 전지에 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)
  • 보기 중 "ㄱ"은 메탄올 연료 전지에서 양극 반응이 일어날 때 생성되는 전자를 외부 회로로 보내는 역할을 하는 것이 산화제(oxidant)인 O2이기 때문이다. 이는 그림에서도 확인할 수 있다. O2가 양극에서 받은 전자는 외부 회로를 통해 음극으로 이동하여 메탄올과 반응하여 전지의 전기 에너지를 생성한다. 따라서 O2는 전지의 전기 생산에 중요한 역할을 한다.
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6. 다음은 구리(Cu)와 묽은 질산(HNO3)의 산화·환원 반응식이다.

이 반응식에서 X는 질소 산화물이며, a~d는 계수이다. 그림은 이 반응에서 반응한 의 몰수에 따른 생성물 Cu2+의 몰수를 나타낸 것이다. d/a는?

  1. 2/3
  2. 3/4
  3. 1
  4. 4/3
  5. 8/3
(정답률: 알수없음)
  • 반응식을 보면 Cu가 0가 상태에서 Cu2+로 산화되고, HNO3가 H2O로 환원된다. 따라서 이 반응은 Cu가 산화되고, HNO3가 환원되는 산화환원 반응이다.

    반응식에서 Cu의 계수는 3이고, HNO3의 계수는 8이다. 이를 이용하여 산화환원 반응식을 전자 전달 반응식으로 나타내면 다음과 같다.

    3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

    이 반응에서 Cu(NO3)2는 Cu2+와 NO3- 이온으로 이루어져 있다. 따라서 Cu(NO3)2의 몰수는 Cu2+의 몰수와 같다.

    그림에서 보면, Cu의 몰수가 1일 때 Cu2+의 몰수는 3이다. 즉, Cu2+의 몰수는 Cu의 몰수의 3배이다. 따라서 Cu의 몰수가 x일 때 Cu2+의 몰수는 3x이다.

    반응식에서 Cu의 계수는 3이므로, Cu의 몰수는 3a이다. 따라서 Cu2+의 몰수는 3a의 3배인 9a이다.

    반면, HNO3의 계수는 8이므로, HNO3의 몰수는 8d이다. 따라서 생성된 Cu(NO3)2의 몰수는 3a이고, 이는 HNO3의 몰수의 3/8배이다.

    즉, 3a = (3/8) × 8d 이므로, a/d = 3/8이다. 이를 정리하면 d/a = 8/3이다.

    따라서 정답은 "8/3"이다.
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7. 다음은 아질산(HNO2)과 아세트산(CH3COOH)이 포함된 수용액의 평형을 나타내는 화학 반응식과 25℃에서 두 산의 이온화 상수 Ka를 나타낸 것이다.

이 평형에 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)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄴ"입니다.

    아질산과 아세트산은 모두 약산이며, 이들의 이온화 상수 Ka는 각각 4.5 × 10-4와 1.8 × 10-5입니다. 따라서, 이 두 산이 혼합되어 있는 경우에는 아질산이 더 강한 산이므로, 아세트산이 아직 이온화되지 않은 형태로 남아있는 비율이 높을 것입니다. 이에 따라, pH는 3.15보다 높을 것이며, 이는 보기에서 "ㄴ"이 옳은 이유입니다.
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8. 그림은 일정 온도에서 양쪽 플라스크에 2M의 설탕 수용액과 2m의 설탕 수용액이 순서 없이 들어 있는 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 설탕의 분자량은 342이고 2M 설탕 수용액의 밀도는 1.25g/mL이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 "ㄱ"과 "ㄴ" 모두 옳은 설명이다.

    - "ㄱ" : 두 플라스크에 들어있는 설탕의 양이 같으므로, 두 플라스크의 용액의 농도도 같다. 따라서, 두 플라스크의 용액의 용질 농도는 같다.
    - "ㄴ" : 2M의 설탕 수용액은 1L의 용액에 2몰의 설탕이 들어있다. 따라서, 2L의 용액에는 4몰의 설탕이 들어있다. 설탕의 분자량이 342이므로, 4몰의 설탕은 1368g이다. 두 플라스크에 모두 2M의 설탕 수용액이 들어있으므로, 두 플라스크에 들어있는 설탕의 총 양은 1368g이다. 따라서, 두 플라스크에 들어있는 용액의 총 질량은 1368g + 1368g = 2736g이다. 또한, 2M의 설탕 수용액의 밀도는 1.25g/mL이므로, 2L의 용액의 총 부피는 2L x 1.25g/mL = 2500g이다. 따라서, 두 플라스크에 들어있는 용액의 총 질량과 부피를 비교해보면, 두 플라스크에 들어있는 용액의 밀도가 같다는 것을 알 수 있다.
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9. 다음은 몇 가지 열화학 반응식을 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)
  • 보기에서 "ㄱ"은 염화수소와 산화제인 산소 또는 과망간산칼륨(KMnO4)가 반응하여 염소가 생성되는 반응식이다. "ㄷ"는 수산화나트륨(NaOH)와 염화수소가 반응하여 염화나트륨(NaCl)와 물이 생성되는 중화반응식이다. "ㄴ"은 수산화나트륨와 황산(H2SO4)가 반응하여 황산나트륨(Na2SO4)와 물이 생성되는 중화반응식이다. 따라서 "ㄱ, ㄷ, ㄴ"이 모두 옳은 설명이다.
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10. 그림은 어떤 고체의 용해도 곡선이고, 수용액 A는 25℃에서 이 고체 36g을 물 100g에 녹인 것이다.

수용액 A가 83℃에서 포화될때까지 물을 증발시켰다. 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)
  • - 보기 중 "ㄱ"은 옳다. 그림에서 보듯이, 25℃에서 100g의 물에 36g의 고체를 녹인 수용액 A는 포화되지 않았기 때문에, 이 용액을 가열하면 고체가 계속 녹아들어갈 것이다. 따라서, 83℃에서 물을 증발시키면, 고체는 더 많이 녹아들어가서 포화 용액이 될 것이다.
    - 보기 중 "ㄷ"도 옳다. 그림에서 보듯이, 83℃에서 물을 증발시키면, 용액의 농도는 점점 높아지게 된다. 이 과정에서, 고체의 녹는 속도는 느려질 것이다. 왜냐하면, 고체가 녹아들어가면서 용액의 농도가 높아지기 때문에, 고체와 용액 사이의 농도 차이가 줄어들게 되고, 이는 고체의 용해도를 감소시키는 효과를 가져온다. 결국, 83℃에서 물을 증발시키면, 고체의 용해도 곡선에 도달하게 되고, 이때 용액은 포화 용액이 된다.
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11. 그림은 어떤 반응의 두 가지 반응 경로 (가), (나)의 에너지 변화를 나타낸 것이다.

반응 경로 (가)와 (나)에 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)
  • - 반응 경로 (가)는 활성화 에너지가 높고 반응 엔트로피가 낮아 반응이 느리고 어려워진다. 반면, 반응 경로 (나)는 활성화 에너지가 낮고 반응 엔트로피가 높아 반응이 빠르고 쉬워진다.
    - 따라서, 반응 속도를 높이기 위해서는 반응 경로 (나)를 선택하는 것이 유리하다.
    - 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 정답인 이유는, 반응 경로 (가)에서는 활성화 에너지를 극복하는데 더 많은 에너지가 필요하지만, 반응 경로 (나)에서는 더 적은 활성화 에너지만으로도 반응이 가능하기 때문이다. 따라서, 반응 경로 (나)를 선택하면 반응 속도를 높일 수 있다.
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12. 그림은 몇 가지 분자를 어떤 특성에 따라 분류한 것이다.

(가)와 (나)에 속한 분자의 종류와 개수로 옳은 것은? (순서대로 가, 나)

  1. 0, 2
  2. 1, 1
  3. 1, 2
  4. 2, 1
  5. 2, 2
(정답률: 알수없음)
  • (가)에는 2종류의 분자가 있고, (나)에도 2종류의 분자가 있다. 따라서 정답은 "2, 2"이다.

    보기에서 "0, 2"는 (가)에 아무 분자도 속하지 않는 것이므로 오답이다. "1, 1"은 (가)와 (나)의 분자 종류가 다르므로 오답이다. "1, 2"는 (가)에는 2종류의 분자가 있지만 (나)에는 3종류의 분자가 있으므로 오답이다. "2, 1"은 (가)와 (나)의 분자 종류가 다르므로 오답이다.
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13. 그림은 Na+과 Cl-의 헥간 거리에 따른 에너지 변화를 나타낸 것이다. 점 PNaCl는 곡선에서 에너지가 최소인 점이다.

그림의 영역 a~d중 K+과 Cl-에 해당하는 점 PKCl와 Mg2+과 O2-에 해당하는 점 PMgO가 속하는 영역은? (순서대로 PKClMgO) [3점]

  1. a, c
  2. b, a
  3. c, b
  4. c, d
  5. d, b
(정답률: 알수없음)
  • PKCl와 PMgO는 모두 PNaCl보다 에너지가 높은 위치에 있으므로, Na+과 Cl-보다는 더 많은 에너지가 필요하다. 따라서 영역 a와 d는 제외된다. PKCl는 Na+과 Cl-보다는 에너지가 낮지만, Mg2+과 O2-보다는 높은 위치에 있으므로 영역 b와 d는 제외된다. 따라서 정답은 "a, c"이다.
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14. 그림은 원소 A~D의 원자 반지름과 안정한 화합물을 이루는 이온의 반지름을 상대값으로 나타낸 것이다. A~D는 각각 Li, F, Na, Cl중 하나이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    ㄱ. 원자 반지름이 작을수록 이온 반지름도 작다.
    - 이유: 원자 반지름이 작을수록 전자 궤도가 작아지고, 전자와 핵 간의 전하력이 강해져서 이온화될 때 더 많은 전자를 잃어버리기 때문에 이온 반지름이 작아진다.

    ㄷ. 이온 반지름이 큰 이온은 안정한 화합물을 이룰 때 산화수가 작은 경향이 있다.
    - 이유: 이온 반지름이 큰 이온은 전자 궤도가 크고, 전하력이 약해져서 다른 이온과 결합할 때 전자를 덜 잃어버리기 때문에 산화수가 작아진다.
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15. 다음은 봄 열량계를 사용하여 나프탈렌의 몰 연소열을 구하기 위한 실험 과정이다.

나프탈렌의 몰 연소열(KJ/몰)을 구하기 위하여 이 실험 과정에서 측정한 값 이외에 추가로 필요한 자료를 <보기>에서 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
  5. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 선택해야 할 값은 "ㄱ, ㄹ"이다.

    나프탈렌의 몰 연소열을 구하기 위해서는 먼저 나프탈렌을 연소시켜서 발생하는 열량을 측정해야 한다. 이를 위해 나프탈렌을 봄 열량계에 넣고 연소시키면서 발생하는 열량을 측정한다. 이때, 봄 열량계에 사용된 물의 양과 온도, 그리고 나프탈렌의 질량 등이 필요하다.

    보기에서 "ㄱ"은 봄 열량계에 사용된 물의 양과 온도를 측정하기 위한 온도계와 물의 양을 측정하기 위한 웨이트, "ㄹ"은 나프탈렌의 질량을 측정하기 위한 저울을 선택해야 한다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄹ"이다.
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16. 표는 탄소 동소체 (가)~(다)의 구조와 공유 결합 길이를 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 밀도는 (가)가 (나)보다 크다.
  2. 완전 연소 생성물은 모두 같다.
  3. 전기 전도도는 (가)가 (나)보다 크다.
  4. (다)에서 탄소 1개당 공유 결합한 원자의 수는 3이다.
  5. 탄소와 탄소 사이의 평균 결합 에너지는 (다)가 (가)보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • - (가)는 메탄, (나)는 에틸렌이다.
    - "전기 전도도는 (가)가 (나)보다 크다."의 이유는 메탄 분자가 에틸렌 분자보다 구조가 더 대칭적이기 때문에 전자의 이동이 더 쉽기 때문이다.
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17. 그림은 피스톤을 고정시킨 실린더의 양쪽에 헬륨(He)과 산소(O2)가 각각 들어 있는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도는 일정하고, He과 O2의 분자량은 각각 4와 32이며 피스통의 마찰은 무시한다.)[3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 헬륨과 산소의 분자량 차이로 인해 헬륨 분자가 더 빠르게 움직이고, 따라서 헬륨 분자가 실린더의 왼쪽 벽면에 충돌하는 빈도가 더 높다. 따라서 왼쪽 벽면에서 압력이 더 높다. (ㄱ)
    - 오른쪽 벽면에서는 헬륨과 산소 분자가 모두 충돌하므로 압력이 더 높다. (ㄴ)
    - 따라서 왼쪽 벽면에서는 헬륨 분자의 충돌로 인해 압력이 높지만, 오른쪽 벽면에서는 헬륨과 산소 분자의 충돌로 인해 압력이 더 높다. (ㄱ, ㄷ)
    - 왼쪽 벽면에서는 헬륨 분자의 충돌로 인해 압력이 높지만, 오른쪽 벽면에서는 산소 분자의 질량이 더 무겁기 때문에 압력이 더 높다. (ㄴ, ㄷ)
    - 따라서 모든 보기가 옳은 것은 아니며, 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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18. 의 +1가 이온을 입자 모형으로 나타낸 것으로 옳은 것은? (단, 는 양성자, 는 중성장, 는 전자이다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 정답: ""

    이유: 이온은 전하를 가진 입자로, 이 경우 +1의 전하를 가진 입자이다. 이온 모형에서는 전하를 나타내는 부호와 함께 입자를 나타내므로, 위 그림에서는 양성자와 전자가 이미 나타나 있으므로, 이온을 나타내는 입자는 양성자와 전자 사이에 위치하며, 전하를 나타내는 부호인 +1이 함께 표시된다. 따라서, ""가 이온을 나타내는 입자 모형으로 옳은 것이다.
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19. 그림은 알루미늄(Al)이 공기 중에서 가열 용융되어 산화알루미늄(Al2O3)이 되는 것을 나타낸 것이다.

Al이 Al2O3으로 되는 과정에 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)
  • 보기 "ㄱ"이 옳은 이유는, 그림에서 알루미늄이 산화되는 과정은 산소(O2)과 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)과 열(열반응)이 발생하기 때문이다. 따라서 산화반응이 일어나는 것은 "ㄱ"이 옳다.
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