수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2010-09-02)

수능(화학II) 2010-09-02 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2010-09-02 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 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)
  • 금속의 산화 반응과 화학 결합의 특징을 묻는 문제입니다.
    ㄱ. $\text{Al}$이 $\text{Al}_2\text{O}_3$가 되는 과정은 산소와 결합하여 전자를 잃는 과정이므로 $\text{Al}$은 산화되는 것이 맞습니다.

    오답 노트
    ㄴ. $\text{Al}_2\text{O}_3$는 금속과 비금속의 결합인 이온 결합 물질입니다.
    ㄷ. 화학 반응식 $4\text{Al} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3$에 따라 $\text{Al}$ 2몰당 $\text{Al}_2\text{O}_3$ 1몰이 형성되므로, $\text{Al}$ 1몰로는 $0.5\text{몰}$의 $\text{Al}_2\text{O}_3$가 형성됩니다.
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2. 의 +1가 이온을 입자 모형으로 나타낸 것으로 옳은 것은? (단, 는 양성자, 는 중성장, 는 전자이다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 제시된 원소는 $^7_3\text{Li}$로, 원자 번호가 3이므로 양성자 수는 3개입니다. $+1$가 이온이 되려면 전자 1개를 잃어야 하므로, 전자의 수는 $3 - 1 = 2$개가 되어야 합니다. 따라서 양성자 3개, 중성자 4개($7-3$), 전자 2개를 가진 가 정답입니다.
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3. 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)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$와 기체 분자 운동론을 적용합니다.
    ㄱ. 몰수 $n = \frac{\text{질량}}{\text{분자량}}$이므로
    $$\text{He}: \frac{4\text{g}}{4} = 1\text{mol}, \quad \text{O}_2: \frac{16\text{g}}{32} = 0.5\text{mol}$$
    따라서 $\text{He}$의 분자수가 더 많습니다.
    ㄴ. 평균 운동 속력 $v \propto \frac{1}{\sqrt{M}}$이므로 분자량 $M$이 작은 $\text{He}$의 속력이 더 큽니다.
    ㄷ. 압력 $P = \frac{nRT}{V}$에서 $V$와 $T$가 일정할 때 $P \propto n$ 입니다. $\text{He}$ 쪽의 몰수가 더 많으므로 압력이 더 높아 피스톤은 오른쪽으로 이동합니다.
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4. 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)
  • 탄소 동소체인 다이아몬드(가), 흑연(나), 풀러렌(다)의 특성을 비교하는 문제입니다.
    흑연(나)은 층 내에서 전자가 자유롭게 이동할 수 있어 전기 전도성이 매우 크지만, 다이아몬드(가)는 모든 원자가 강한 공유 결합으로 연결된 절연체입니다. 따라서 전기 전도도는 흑연이 다이아몬드보다 훨씬 큽니다.


    오답 노트
    - 밀도: 다이아몬드는 3차원 그물 구조로 흑연보다 밀도가 큽니다.
    - 연소 생성물: 모두 탄소로만 이루어져 있어 완전 연소 시 $\text{CO}_2$가 생성됩니다.
    - 결합 수: 풀러렌은 각 탄소가 3개의 다른 탄소와 결합합니다.
    - 결합 에너지: 결합 길이가 짧을수록 결합 에너지가 크므로, 결합 길이가 가장 짧은 풀러렌이 다이아몬드보다 평균 결합 에너지가 큽니다.
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5. 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)
  • 몰 연소열을 구하기 위해 필요한 물리량과 화학량을 분석하는 문제입니다.
    전체 방출 열량 $Q$는 다음과 같이 계산합니다.
    $$Q = (m_{\text{water}} \times c_{\text{water}} \times \Delta T) + (C_{\text{calorimeter}} \times \Delta T)$$
    여기서 몰 연소열 $\Delta H = \frac{Q}{n}$이며, 몰수 $n = \frac{\text{질량}}{\text{분자량}}$ 입니다.
    실험 과정에서 열량계 열용량($C_{\text{calorimeter}}$), 나프탈렌 질량, 물의 질량, 온도 변화($\Delta T$)는 측정되었으나, 물의 비열($c_{\text{water}}$)과 나프탈렌의 몰수를 구하기 위한 나프탈렌의 분자량은 주어지지 않았습니다.
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6. 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)
  • 원자 및 이온 반지름의 경향성을 분석하여 원소를 찾는 문제입니다.
    주어진 원소 $\text{Li, F, Na, Cl}$ 중 원자 반지름 크기는 $\text{Na} > \text{Li} > \text{Cl} > \text{F}$ 순이며, 이온 반지름은 $\text{Na}^+ \approx \text{Li}^+ < \text{Cl}^- < \text{F}^-$ 순입니다.
    그래프 분석 결과: A는 원자 반지름이 가장 크고 이온 반지름이 급격히 감소하므로 $\text{Na}$, B는 $\text{Li}$, C는 $\text{Cl}$, D는 $\text{F}$입니다.


    오답 노트
    - ㄴ: B 이온($\text{Li}^+$)과 C 이온($\text{Cl}^-$)의 전자 배치는 각각 $\text{He}$와 $\text{Ar}$의 배치로 서로 다릅니다.
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7. 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)
  • 이온 결합 에너지와 격자 에너지의 원리를 이용하는 문제입니다. 에너지 최소점 $P$의 위치는 이온 반지름의 합(핵간 거리)과 정전기적 인력의 크기(전하량)에 의해 결정됩니다.
    1. $\text{K}^+$와 $\text{Cl}^-$: $\text{Na}^+$보다 $\text{K}^+$의 반지름이 크므로 핵간 거리가 더 멀어지며, 전하량은 $\text{NaCl}$과 같으므로 에너지는 더 높습니다. 따라서 $P_{\text{NaCl}}$보다 오른쪽 위 영역인 a에 위치합니다.
    2. $\text{Mg}^{2+}$와 $\text{O}^{2-}$: 전하량이 각각 $2+$와 $2-$로 $\text{NaCl}$보다 훨씬 크기 때문에 정전기적 인력이 매우 강해 에너지가 훨씬 낮아집니다. 따라서 $P_{\text{NaCl}}$보다 아래 영역인 c에 위치합니다.
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8. 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)
  • 분자의 중심 원자에 비공유 전자쌍 유무와 극성 여부에 따라 분류하는 문제입니다.
    1. 중심 원자에 비공유 전자쌍이 있는 분자: $\text{NH}_3$, $\text{OF}_2$
    2. 중심 원자에 비공유 전자쌍이 없는 분자: $\text{BF}_3$, $\text{CHCl}_3$, $\text{CO}_2$
    이를 다시 극성 여부로 나누면 다음과 같습니다.
    - (가): 비공유 전자쌍이 있고 극성인 분자 $\rightarrow$ $\text{NH}_3$, $\text{OF}_2$ (2개)
    - (나): 비공유 전자쌍이 없고 무극성인 분자 $\rightarrow$ $\text{BF}_3$, $\text{CO}_2$ (2개)
    따라서 (가)와 (나)에 속한 분자의 개수는 각각 2개, 2개입니다.
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9. 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 경로의 에너지 장벽(활성화 에너지)과 단계별 높이를 분석합니다.
    ㄱ. (나) 경로의 활성화 에너지가 (가)보다 낮으므로 반응 속도가 더 빠릅니다.
    ㄷ. (나) 경로는 두 단계로 진행되며, 에너지가 더 높은 두 번째 단계가 속도 결정 단계가 됩니다.

    오답 노트
    (나)의 활성화 에너지: 반응물부터 가장 높은 에너지 정점까지의 높이이므로 $a+b$가 아니라 $b$를 포함한 전체 높이입니다.
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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)
  • 용해도 곡선과 포화 용액의 성질을 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. $25^{\circ}\text{C}$에서 용해도는 $40\text{g}/\text{물 } 100\text{g}$입니다. 수용액 A는 물 $100\text{g}$에 $36\text{g}$이 녹아 있으므로 용해도보다 적게 녹아 있는 불포화 용액이 맞습니다.
    ㄷ. $83^{\circ}\text{C}$에서 포화될 때까지 증발시켰으므로, 용질 $36\text{g}$이 포화 상태가 되는 물의 양을 구합니다. 용해도가 $180\text{g}/\text{물 } 100\text{g}$이므로, 물 $20\text{g}$에 $36\text{g}$이 녹아 있는 상태입니다. 이를 $0^{\circ}\text{C}$로 냉각하면 용해도가 $15\text{g}/\text{물 } 100\text{g}$이 되므로, 물 $20\text{g}$에는 $3\text{g}$만 녹을 수 있습니다. 따라서 석출량은 $36\text{g} - 3\text{g} = 33\text{g}$이 맞습니다.

    오답 노트
    ㄴ. %농도는 $\frac{\text{용질}}{\text{용질} + \text{용매}} \times 100$입니다. 수용액 A의 농도는 $\frac{36}{136} \times 100 \approx 26.5\%$, $83^{\circ}\text{C}$ 포화 용액의 농도는 $\frac{36}{36+20} \times 100 \approx 64.3\%$로 5배가 아닙니다.
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11. 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)
  • 헤스 법칙과 열화학 반응식의 관계를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. $\text{O}_3(g)$의 생성 반응식은 $\frac{3}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{O}_3(g)$입니다. 주어진 첫 번째 식 $3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{O}_3(g)$의 엔탈피 변화가 $\Delta H_1$이므로, $\text{O}_3$ 1몰당 생성열은 $\frac{1}{2}\Delta H_1$이 맞습니다.
    ㄴ. $\text{O}_2(g)$의 결합 에너지는 $\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{O}(g)$ 반응의 엔탈피입니다. 첫 번째 식을 역반응시켜 $\frac{1}{2}$배 하고, 두 번째 식을 1배 하여 더하면 $\frac{1}{2}(-3\text{O}_2 + 2\text{O}_3) + (\text{O}_3 \rightarrow 3\text{O})$과정에서 $\text{O}_3$가 상쇄되어 $\text{O}_2 \rightarrow 2\text{O}$가 유도됩니다. 계산 결과 $\frac{-\Delta H_1 + 2\Delta H_2}{2}$가 아닌 $\frac{\Delta H_1 + 2\Delta H_2}{3}$ 형태의 조합으로 결합 에너지가 정의됩니다.
    ㄷ. $\text{NO}(g) + \text{O}(g) \rightarrow \text{NO}_2(g)$ 반응열은 주어진 식들을 조합하여 구할 수 있습니다. 세 번째 식 $\text{NO} + \frac{1}{2}\text{O}_2 \rightarrow \text{NO}_2$에서 $\frac{1}{2}\text{O}_2$를 $\text{O}$ 원자로 바꾸기 위해 $\text{O}_2$의 결합 에너지 식을 이용하면 $\frac{-\Delta H_1 - 2\Delta H_2 + 3\Delta H_3}{6}$의 형태로 도출됩니다.
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12. 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)
  • 몰 농도($\text{M}$)와 몰랄 농도($\text{m}$)의 정의를 비교하여 용액의 농도를 판별합니다.
    2M 설탕 수용액의 몰랄 농도를 계산합니다. 용액 1L(1000mL)의 질량은 $1000 \times 1.25 = 1250\text{g}$이고, 용질 2몰의 질량은 $2 \times 342 = 684\text{g}$ 입니다. 용매의 질량은 $1250 - 684 = 566\text{g} = 0.566\text{kg}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $m = \frac{\text{mol}}{\text{kg solvent}}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{2}{0.566}$
    ③ [최종 결과] $m \approx 3.53$
    따라서 2M 수용액($3.53\text{m}$)이 2m 수용액보다 농도가 높습니다. 농도가 높을수록 끓는점이 높고 증기압이 낮습니다. 그림에서 액면의 높이 $h$는 증기압이 낮은 쪽(농도가 높은 쪽)으로 밀려 올라가므로, B가 2M 수용액이고 A가 2m 수용액입니다.

    오답 노트
    B가 2M이므로 끓는점은 B가 A보다 높습니다.
    A에는 2m 수용액이 들어 있습니다.
    B를 냉각하면 B의 증기압이 더 낮아져 $h$는 증가합니다.
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13. 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)
  • 산의 세기와 평형 상수의 관계를 이용하여 반응의 방향을 예측합니다.
    이온화 상수 $K_a$가 클수록 강산이며, 그 짝염기는 상대적으로 약염기입니다. $\text{HNO}_2$($7.1 \times 10^{-4}$)가 $\text{CH}_3\text{COOH}$($1.8 \times 10^{-5}$)보다 강산이므로, 짝염기인 $\text{NO}_2^-$가 $\text{CH}_3\text{COO}^-$보다 약염기입니다.
    평형 상수 $K$는 (생성물 $K_a$의 역수) / (반응물 $K_a$의 역수) 관계이며, $K = \frac{K_a(\text{HNO}_2)}{K_a(\text{CH}_3\text{COOH})}$로 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{K_a(\text{HNO}_2)}{K_a(\text{CH}_3\text{COOH})}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{7.1 \times 10^{-4}}{1.8 \times 10^{-5}}$
    ③ [최종 결과] $K \approx 39.4$
    따라서 평형 상수는 1보다 큽니다.

    오답 노트
    $\text{NO}_2^-$가 더 약한 염기이므로 세기가 크다는 설명은 틀렸습니다.
    $\text{NaNO}_2(s)$를 첨가하면 생성물인 $\text{NO}_2^-$ 농도가 증가하여 르샤틀리에 원리에 의해 역반응이 진행되므로, $\text{CH}_3\text{COO}^-$의 농도는 증가합니다.
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14. 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)
  • 반응물과 생성물의 몰수 관계를 통해 화학 반응식의 계수를 결정합니다.
    그래프에서 $\text{NO}_3^-$ 2몰이 반응할 때 $\text{Cu}^{2+}$ 3몰이 생성되므로, 계수비 $b : a = 2 : 3$ 입니다. 이를 통해 $a=3, b=2$로 설정할 수 있습니다.
    전하량 보존과 원자 수 보존을 위해 반응식을 완성하면 $3\text{Cu} + 2\text{NO}_3^- + 4\text{H}^+ \rightarrow 3\text{Cu}^{2+} + 2\text{NO} + 2\text{H}_2\text{O}$가 됩니다. 따라서 $a=3, d=2$ 입니다.
    구하고자 하는 값은 $d/a$이므로 다음과 같이 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{d}{a}$
    ② [숫자 대입] $\frac{2}{3}$
    ③ [최종 결과] $\frac{2}{3}$
    ※ 정답 표기 오류 확인: 제시된 정답 [보기 4] 4/3는 일반적인 $\text{NO}$ 생성 반응($\text{NO}_2$ 등 다른 산화물 고려 시)과 다를 수 있으나, 주어진 그래프의 $a:b=3:2$ 비율을 적용한 표준 반응식에서는 $2/3$가 도출됩니다. 단, 정답지 기준으로는 $4/3$로 명시되어 있습니다.
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15. 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)
  • 연료 전지의 전극 반응과 표준 환원 전위를 분석하여 전지의 특성을 파악합니다.
    메탄올 연료 전지에서 메탄올($\text{CH}_3\text{OH}$)은 산화되어 $\text{CO}_2$가 되며, 산소($\text{O}_2$)는 환원되어 $\text{H}_2\text{O}$가 됩니다. 따라서 메탄올이 공급되는 전극 A는 산화 반응이 일어나는 산화전극(Anode)입니다.

    오답 노트
    전체 반응식은 $6\text{CH}_3\text{OH} + 3\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 9\text{H}_2\text{O}$이므로, $\text{CH}_3\text{OH}$ 1몰당 $\text{H}_2\text{O}$는 1.5몰 생성됩니다.
    표준 기전력은 (환원전위가 큰 전극) - (환원전위가 작은 전극)으로 계산하며, $\text{O}_2$ 환원 전위 $E_2^{\circ}$가 더 크므로 $E^{\circ} = E_2^{\circ} - E_1^{\circ}$가 됩니다.
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16. 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)
  • 끓는점 오름은 용액의 몰랄 농도에 비례하며, 몰랄 농도는 용질의 몰수(질량/분자량)에 비례합니다.
    그림 (가)에서 용질 24g일 때 A의 끓는점 오름은 $0.52^{\circ}\text{C}$, B의 끓는점 오름은 $0.52^{\circ}\text{C}$보다 작습니다. 즉, 같은 질량일 때 A의 몰수가 B보다 많으므로 A의 분자량이 B보다 작습니다.

    오답 노트
    분자량은 A가 B보다 작으므로 A가 B의 2배라는 설명은 틀렸습니다.
    평형 전에는 증기압이 낮은 용액(농도가 높은 용액)에서 증발 속도보다 응축 속도가 더 빠릅니다.
    평형 상태에서는 두 용액의 증기압이 같아야 합니다. 증기압 내림은 몰랄 농도에 비례하므로, 두 용액의 몰랄 농도가 같아질 때까지 용매가 이동합니다. 이때 용질의 분자량이 작은 A가 더 많은 용매를 흡수하여 농도가 낮아지므로, 최종 %농도는 B 수용액이 A 수용액보다 큽니다.
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17. 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 속도식 $v = k[A]^2$에 따라 반응물 A의 농도가 증가하면 정반응 속도는 급격히 증가합니다. B를 첨가하여 A의 농도가 증가하는 시점에서 속도가 수직 상승한 후, 평형에 도달하며 일정해지는 그래프가 가장 적절합니다.
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18. 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)
  • 반응식: $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$
    반응 후 $0\text{℃}, 22.4\text{L}$에서 $0.5\text{atm}$이므로 남은 기체의 몰수는 $0.5\text{mol}$입니다. 반응 전 전체 질량 $10\text{g}$과 남은 기체의 몰수를 이용해 연립방정식을 풀면 $\text{H}_2$가 한계 반응물이고 $\text{O}_2$가 남음을 알 수 있습니다.

    오답 노트
    ㄱ. $\text{O}_2$가 남으므로 옳습니다.
    ㄴ. 반응 전 $\text{H}_2$ $0.4\text{mol}$, $\text{O}_2$ $0.1\text{mol}$일 때, $\text{H}_2$ $0.4\text{mol}$이 모두 반응하여 $\text{H}_2\text{O}$ $0.4\text{mol}$이 생성되고 남은 $\text{O}_2$는 $0.1\text{mol}$이 아니므로 조건 확인이 필요하나, 계산 결과 생성된 $\text{H}_2\text{O}$ 몰수와 남은 기체 몰수가 일치합니다.
    ㄷ. 반응 전 전체 몰수는 $0.5\text{mol}$이므로 $P = \frac{nRT}{V} = \frac{0.5 \times 1 \times 22.4}{22.4} = 0.5\text{atm}$이 아니라, 실제 질량 기반 계산 시 $1.25\text{atm}$이 도출됩니다.
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19. 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)
  • 적정 곡선과 중화점의 $\text{pH}$를 통해 염기의 성질을 분석합니다.
    점 $\text{Q}$는 $\text{pH}=7$이므로 강염기-강산 적정이며, 점 $\text{R}$은 $\text{pH} < 7$이므로 약염기-강산 적정입니다.
    ㄷ. 점 $\text{R}$에서 $\text{HCl}$ $20\text{mL}$가 소비되었으므로 염기의 몰수는 $0.10\text{M} \times 20\text{mL} = 2.0\text{mmol}$입니다. 중화점에서의 $\text{pH}$를 통해 $K_b$를 구할 수 있습니다.
    $$\text{pH} = 7 - \frac{1}{2}(\text{p}K_b + \log C)$$
    계산 시 $K_b = 1.0 \times 10^{-5}$가 도출됩니다.

    오답 노트
    점 $\text{P}$의 $\text{pH}=11.0$은 강염기 수용액의 초기 $\text{pH}$이며, 이 염기의 중화점은 $\text{pH}=7$인 점 $\text{Q}$가 아니라 소비된 $\text{HCl}$ 양을 계산했을 때 다른 지점이 됩니다.
    점 $\text{R}$의 $\text{Cl}^-$ 몰수는 $2.0\text{mmol}$, 점 $\text{Q}$의 $\text{Cl}^-$ 몰수는 $1.0\text{mmol}$이므로 몰농도는 전체 부피가 같을 때 2배가 맞으나, $\text{Cl}^-$는 구경꾼 이온으로 적정액의 부피에만 의존하므로 단순 비교 시 주의가 필요합니다. (정답 ㄷ만 인정)
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