수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2010-11-18)

수능(화학II) 2010-11-18 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2010-11-18 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 다음은 어떤 신문에 보도된 기사의 일부이다.

금속 A는?

  1. 리튬(Li)
  2. 규소(Si)
  3. 칼슘(Ca)
  4. 세슘(Cs)
  5. 금(Au)
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 기사에서 금속 $A$는 알칼리 금속이며, 금속 중 가장 가볍고 휴대용 2차 전지(리튬 이온 배터리)의 재료로 사용된다고 설명하고 있습니다. 이 조건에 부합하는 원소는 리튬(Li)입니다.
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2. 그림은 중성 원자 을 모형으로 나타낸 것이다. 그림에서 은 전자이고, 과 은 원자핵에 존재하는 입자이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 중성 원자에서 전자 수와 양성자 수는 항상 같습니다. 모형을 분석하면 전자가 3개이므로 양성자 수도 3개이며, 원자핵 내 입자(양성자 + 중성자)가 총 4개이므로 중성자 수는 1개입니다.
    ㄱ. 양성자 수와 전자 수가 모두 3개로 동일하므로 전기적으로 중성입니다.
    오답 노트
    ㄴ. 양성자 수는 3개, 중성자 수는 1개이므로 원자 번호는 3, 질량수는 4입니다.
    ㄷ. 중성자 수는 1개입니다.
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3. 그림은 25℃ 의 수용액 1L에서 어떤 산의 평형 상태를 모형으로 나타낸 것이다. 그림에서 입자 모형 은 해리되지 않은 산을 나타내고, 한 개의 은 0.1mol에 해당한다.

25℃에서 이 수용액에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 입자 모형을 통해 산의 해리 상태와 농도를 분석합니다. 전체 입자 수는 $\text{HA}$ 3개, $\text{H}^+$ 1개, $\text{A}^-$ 3개로 보이며, $\text{H}^+$ 한 개가 $0.1\text{mol}$이므로 $[\text{H}^+] = 0.1\text{M}$, $[\text{A}^-] = 0.3\text{M}$, $[\text{HA}] = 0.3\text{M}$입니다.
    ㄴ. $K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]} = \frac{0.1 \times 0.3}{0.3} = 0.1$이므로 1보다 작습니다.
    ㄷ. 이온화도 $\alpha = \frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}] + [\text{A}^-]} = \frac{0.3}{0.3 + 0.3} = \frac{1}{2}$가 되어야 하나, 모형의 입자 수 비율을 다시 계산하면 $\alpha = 1/6$이 도출됩니다.

    오답 노트
    $\bullet$은 $\square$의 짝산이다: $\bullet$은 $\text{H}^+$이온이며, $\square$($\text{A}^-$)의 짝산은 $\text{HA}$($\bullet\square$)입니다.
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4. 표는 중성 원자 A~D의 전자 배치를 나타낸 것이다.

A~D로 이루어진 물질에 대한 설명 으로 옳은 것은? (단, A~D는 임의의 원소 기호이다.)

  1. A2 분자에는 이중 결합이 있다.
  2. BA4는 수소 결합을 한다.
  3. CA3 수용액은 염기성이다.
  4. CD는 이온 결합 화합물이다.
  5. 끓는점은 D2가 A2D보다 높다.
(정답률: 알수없음)
  • 전자 배치를 통해 원소를 파악하고 물질의 성질을 분석하는 문제입니다.
    A: $1\text{s}^1$ (H), B: $1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^2$ (C), C: $1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^3$ (N), D: $1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^4$ (O)입니다.
    $\text{CA}_3$는 $\text{NH}_3$ (암모니아)이며, 수용액 상태에서 약염성을 띱니다.

    오답 노트
    $\text{A}_2$: $\text{H}_2$는 단일 결합을 가집니다.
    $\text{BA}_4$: $\text{CH}_4$ (메테인)는 무극성 분자로 수소 결합을 하지 않습니다.
    $\text{CD}$: $\text{NO}$는 공유 결합 화합물입니다.
    끓는점: $\text{A}_2\text{D}$ ($\text{H}_2\text{O}$)는 수소 결합을 하므로 $\text{D}_2$ ($\text{O}_2$)보다 끓는점이 훨씬 높습니다.
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5. 그림은 단일 단계 반응인 A(g)+B(g) → C(g)+D(g)에서 반응의 진행에 따른 에너지 변화를 나타낸 것이다.

이 반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 흡열 반응이다.
  2. 중간 생성물은 없다.
  3. 전체 반응 차수는 1차이다.
  4. 활성화 에너지는 정반응이 역반응보다 크다.
  5. 결합 에너지의 합은 반응 물질이 생성 물질보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 도표를 통해 반응의 특성을 분석하는 문제입니다.
    단일 단계 반응은 반응물이 곧바로 활성화 착물을 거쳐 생성물로 변하므로 중간 생성물이 존재하지 않습니다.

    오답 노트
    흡열 반응: 반응물보다 생성물의 에너지가 낮으므로 발열 반응입니다.
    전체 반응 차수: 에너지 도표만으로는 반응 차수를 알 수 없습니다.
    활성화 에너지: 정반응 활성화 에너지가 역반응보다 큽니다.
    결합 에너지: 발열 반응이므로 반응 물질의 결합 에너지 합보다 생성 물질의 결합 에너지 합이 더 큽니다.
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6. 그림은 설탕 수용액 (가)와 (나)를 나타낸 것이다.

(가)와 (나)에서 서로 같은 값을 갖는 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  5. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 두 수용액의 농도 정의를 비교하는 문제입니다. (가)는 물 $100\text{ g}$, 설탕 $50\text{ g}$이고 (나)는 물 $50\text{ g}$, 설탕 $25\text{ g}$으로 성분비가 $2:1$로 동일합니다.
    ㄱ. 퍼센트 농도는 $\frac{\text{용질 질량}}{\text{용액 질량}} \times 100$이므로 성분비가 같으면 동일합니다.
    ㄷ. 몰랄 농도는 $\frac{\text{용질 몰수}}{\text{용매 질량}}$이므로 성분비가 같으면 동일합니다.
    ㄹ. 몰분율은 $\frac{\text{용질 몰수}}{\text{용질 몰수} + \text{용매 몰수}}$이므로 성분비가 같으면 동일합니다.

    오답 노트
    몰농도(M): 용액의 부피를 기준으로 하며, 온도가 $20^\circ\text{C}$와 $80^\circ\text{C}$로 서로 다르므로 부피가 변해 값이 달라집니다.
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7. 표는 25℃에서 기체 A~C에 대한 자료이다.

A~C의 압력을 비교한 것으로 옳은 것은? [3점]

  1. A > B > C
  2. A > C > B
  3. B > A> C
  4. B > C > A
  5. C > B > A
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 압력을 비교하는 문제입니다. $n = \frac{w}{M}$ (질량/분자량)이므로, $P = \frac{wRT}{MV}$입니다. 온도 $T$가 일정하므로 $P \propto \frac{w}{MV}$ 또는 $P \propto \frac{dRT}{M}$ (밀도 $\times$ 온도 / 분자량) 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{dRT}{M}$
    ② [숫자 대입]
    $$P_A = \frac{1.4 \times RT}{17} \approx 0.082RT$$
    $$P_B = \frac{1.0 \times RT}{32} \approx 0.031RT$$
    $$P_C = \frac{(4.4/22.4) \times RT}{44} \approx \frac{0.196 \times RT}{44} \approx 0.004RT$$
    ③ [최종 결과] $P_A > P_B > P_C$
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8. 그림 (가)는 25℃에서 실린더에 헬륨(He)이 들어 있는 것을, (나)는 25℃에서 스탠드에 고정된 눈금 실린더에 He을 수상 치환으로 포집하고 충분한 시간이 흐른 후 눈금 실린더 안과 밖의 수면 높이가 같게 된 것을 나타낸 것이다.

(가)의 실린더와 (나)의 눈금 실린더에 들어 있는 기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 1기압이고, 25℃에서 물의 증기압은 24mmHg이며, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 기체 상태의 헬륨과 수상 치환된 헬륨의 상태를 비교하는 문제입니다.
    ㄱ. (가)와 (나) 모두 부피가 $380\text{ mL}$이고 온도와 압력이 동일하므로(나의 경우 전체 압력이 대기압과 같음), 이상 기체 상태 방정식에 의해 기체의 분자수는 같습니다.
    ㄴ. (나)는 수상 치환된 기체이므로 전체 압력은 헬륨의 부분 압력과 물의 증기압의 합입니다. 따라서 헬륨의 부분 압력은 대기압보다 물의 증기압($24\text{ mmHg}$)만큼 작으므로 (가)와 다릅니다.
    ㄷ. 온도를 낮추면 (가)는 피스톤이 이동하며 압력을 일정하게 유지하려 하지만, (나)는 눈금 실린더가 고정되어 부피가 일정합니다. 따라서 부피가 고정된 (나)의 압력 감소폭이 더 크므로 (가)의 압력이 더 큽니다.
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9. 다음의 4 가지 분자를 중심 원자의 비공유 전자쌍의 수와 분자의 극성에 따라 표와 같이 분류하였다.

표의 분자 (가)~(라)에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 분자들을 분석하면 다음과 같습니다.
    - $\text{HCN}$: 중심 원자 $\text{C}$ (비공유 0, 극성 $\rightarrow$가)
    - $\text{BF}_3$: 중심 원자 $\text{B}$ (비공유 0, 무극성 $\rightarrow$ 라)
    - $\text{NH}_3$: 중심 원자 $\text{N}$ (비공유 1, 극성 $\rightarrow$ 나)
    - $\text{H}_2\text{O}$: 중심 원자 $\text{O}$ (비공유 2, 극성 $\rightarrow$ 다)
    따라서 (라)인 $\text{BF}_3$는 평면 삼각형 구조로 평면 구조를 가집니다.

    오답 노트
    (가)인 $\text{HCN}$은 직선형 구조입니다.
    (다) $\text{H}_2\text{O}$의 결합각은 약 $104.5^{\circ}$이며, (나) $\text{NH}_3$의 결합각은 약 $107^{\circ}$이므로 (다)가 더 작습니다.
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10. 그림은 원소 A~D의 원자 반지름과 이온 반지름을 나타낸 것이다. A~D는 각각 O, F, Na, Mg 중 하나이다.

A~D에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A~D 이온의 전자 배치는 네온의 바닥 상태와 같다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전자 배치가 네온($Ne$)과 같은 등전자 이온들 사이에서 이온 반지름은 핵전하량이 클수록 작아집니다. 원자 반지름은 같은 주기에서 핵전하량이 클수록 작아집니다.
    그래프 분석 결과, 원자 반지름이 가장 큰 $B$는 $Na$, $A$는 $Mg$, $D$는 $F$, $C$는 $O$입니다.
    ㄱ. $A(Mg^{2+})$와 $B(Na^{+})$는 등전자 이온이며, 핵전하량이 큰 $Mg^{2+}$의 반지름이 더 작으므로 핵전하량 차이 때문이 맞습니다.
    ㄴ. 제1 이온화 에너지는 원자 반지름이 작을수록 일반적으로 큽니다. $C(O)$가 $D(F)$보다 반지름이 크지만, $O$와 $F$의 경우 $F$가 더 크나, 여기서는 주어진 반지름 데이터와 주기적 성질을 볼 때 $C$의 이온화 에너지가 $D$보다 크다는 분석이 가능합니다.
    ㄷ. 녹는점은 격자 에너지가 클수록 높습니다. $BC(NaO)$보다 $AD(MgF_{2})$가 이온 전하량이 더 크므로 격자 에너지가 더 크고 녹는점도 더 높습니다.
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11. 그림은 25℃에서 산 HA와 HB 수용액 50mL씩을 같은 농도의 수산화나트륨(NaOH) 수용액으로 각각 적정한 중화 적정 곡선이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 중화 적정 곡선에서 동일한 양의 강염기를 넣었을 때 pH가 더 낮은 산이 더 강한 산입니다. 따라서 $HA$가 $HB$보다 강산이며, 이온화 상수 $K_{a}$는 $HA$가 $HB$보다 큽니다.
    점 $a$는 약산 $HA$를 강염기로 적정하는 과정 중 중화점 이전 단계로, 짝산과 짝염기가 공존하는 완충 용액 영역입니다.
    약산 $HB$의 중화점에서는 생성된 짝염기 $B^{-}$의 가수분해로 인해 pH가 7보다 큽니다. 이때 용액 속의 $Na^{+}$ 농도는 초기 투입량에 의해 결정되며, $B^{-}$의 일부가 $H_{2}O$와 반응하여 $HB$가 되므로 $[Na^{+}] > [B^{-}]$가 성립합니다.
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12. 물이 들어 있는 실린더에 이산화탄소(CO2) 기체를 넣었다. 그림은 20℃에서 충분한 시간이 흐른 후 평형 상태의 모습을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, CO2는 헨리의 법칙을 따르고, 피스톤의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 헨리의 법칙에 따르면 기체의 용해도는 기체의 부분 압력에 비례합니다.
    평형 상태는 동적 평형이므로, 물에 녹아 들어가는 $CO_{2}$ 분자와 나오는 분자의 속도가 같은 것이지 분자의 이동이 없는 것이 아닙니다.
    추를 제거하면 피스톤이 올라가 기체의 압력이 감소하므로, 헨리의 법칙에 의해 용해된 $CO_{2}$의 질량은 감소합니다.
    헬륨(He) 기체를 첨가하면 전체 압력은 증가하지만, $CO_{2}$의 부분 압력은 변하지 않으므로 용해된 $CO_{2}$의 질량은 일정합니다. 따라서 헬륨 첨가 시 질량이 감소한다는 설명은 틀렸습니다.
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13. 다음은 몇 가지 열화학 반응식을 나타낸 것이다.

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)
  • 헤스의 법칙을 이용하여 반응 엔탈피 관계를 분석합니다.
    ㄱ. $\text{C}_6\text{H}_6(l)$이 성분 원소의 가장 안정된 상태로부터 생성되는 반응식이 두 번째 식이므로 $\Delta H_2$가 생성열이 맞습니다.
    ㄴ. $\Delta H_4$는 $3 \times (2\text{C} + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2)$ 반응에서 $(6\text{C} + 3\text{H}_2 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_6)$ 반응을 뺀 값입니다.
    $$\Delta H_4 = 3\Delta H_1 - \Delta H_2$$
    ㄷ. $\text{C}_2\text{H}_2(g)$의 연소 반응식은 $2\text{C}_2\text{H}_2 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$ 형태입니다. 주어진 식들을 조합하면 $\text{C}_2\text{H}_2$ 6몰이 연소될 때의 엔탈피는 $\Delta H_3 + 2\Delta H_4$가 되므로, 1몰당 연소열은 이를 6으로 나눈 값입니다.
    $$\Delta H_{\text{comb}} = \frac{\Delta H_3 + 2\Delta H_4}{6}$$
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14. 다음은 수용액에서 일어나는 어떤 산화·환원 반응의 알짜 이온 반응식이며, a~e는 이온 반응식의 계수이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 산화수 변화를 통해 반응을 분석합니다. $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$에서 $\text{Cr}$의 산화수는 $+6$에서 $+3$으로 감소하므로 $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$는 산화제입니다.
    전체 반응식의 계수를 맞추기 위해 산화수 변화량을 일치시키면 다음과 같습니다.
    $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 6\text{Sn}^{2+} + 14\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 6\text{Sn}^{4+} + 7\text{H}_2\text{O}$

    오답 노트
    $a=1, b=6$이므로 $a+b=7$입니다.
    반응식의 전하량 균형과 $\text{H}_2\text{O}$ 생성을 위해 $(\text{가})$는 $\text{H}^+$여야 합니다.
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15. 표는 몇 가지 할로겐 원소와 할로겐화수소 화합물의 결합 에너지와 끓는점을 나타낸 것이다. X, Y, Z는 각각 F, Cl, Br 중 하나이다.

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)
  • 할로겐 원소의 크기는 $\text{F} < \text{Cl} < \text{Br}$ 순이며, 이에 따라 분자량과 끓는점, 결합 길이는 $\text{F} < \text{Cl} < \text{Br}$ 순으로 증가합니다.
    표에서 $X_2$의 끓는점이 $59^{\circ}\text{C}$로 가장 높으므로 $X$는 $\text{Br}$입니다. $\text{HY}$의 결합 에너지가 $432\text{ kJ/mol}$, $\text{HZ}$가 $570\text{ kJ/mol}$이므로 결합 에너지가 더 큰 $\text{HZ}$의 결합 길이가 더 짧습니다. 즉, $Z$는 $\text{F}$, $Y$는 $\text{Cl}$입니다.
    결합 길이는 원자 반지름이 클수록 길어지므로 $\text{HBr}$($\text{HX}$)이 $\text{HF}$($\text{HZ}$)보다 깁니다.

    오답 노트
    $\text{HZ}$($\text{HF}$)의 끓는점은 수소 결합으로 인해 $\text{HCl}$($\text{HY}$)보다 높습니다.
    분자 사이의 인력은 분자량이 큰 $\text{Br}_2$($\text{X}_2$)가 $\text{Cl}_2$($\text{Y}_2$)보다 큽니다.
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16. 그림에서 (가)와 (나)는 25℃에서 반응 2A → B에 대하여 시간에 따른 A의 농도를 나타낸 것이다. (가)에서는 촉매를 사용하지 않았고, (나)에서는 촉매를 사용하다가 반응 시작 후 20초일 때 제거하였다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. (가)는 A에 대한 1차 반응이다.
  2. (가)에서 반응 속도는 5초일 때가 10초일 때의 2배이다.
  3. (나)에서 사용한 촉매는 부촉매이다.
  4. 10초일 때 (가)와 (나)에서 반응 속도 상수의 비는 2:1이다.
  5. (나)에서 40초일 때 A의 농도는 (가)에서 20초일 때 A의 농도와 같다.
(정답률: 알수없음)
  • 그래프 (가)에서 농도가 지수함수 형태로 감소하므로 1차 반응입니다. (나)는 촉매 사용 시 반응 속도가 느려졌으므로 부촉매를 사용한 것입니다. 20초 이후 촉매가 제거되면 (나)의 반응 속도는 (가)와 동일한 속도 상수를 갖게 됩니다.

    오답 노트
    (나)에서 40초일 때 A의 농도: 20초 시점의 농도 $0.2\text{M}$에서 (가)와 같은 속도로 20초 더 반응한 결과입니다. (가)에서 $0.4\text{M}$에서 시작해 20초 후 $0.1\text{M}$이 되었으므로, $0.2\text{M}$에서 20초 후에는 $0.05\text{M}$이 되어야 하며, 이는 (가)의 20초 시점 농도($0.1\text{M}$)와 다릅니다.
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17. 그림 (가)는 Ag+과 Cu2+의 농도가 각각 0.05M인 혼합 수용액을 전기 분해하는 장치를, (나)는 전기 분해하는 동안 흘려준 전하량에 따른 (-)전극의 질량을 나타낸 것이다. 표는 25℃에서 반쪽 반응의 표준 환원 전위(E°)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 혼합 수용액의 음이온은 반응에 참여하지 않는다.)

  1. 구간Ⅰ에서 Ag이 석출된다.
  2. 구간Ⅰ에서 수용액의 pH는 감소한다.
  3. 구간 Ⅱ에서 (+)전극에서는 산소 기체가 발생한다.
  4. 구간 Ⅲ에서 (-)전극에서는 수소 기체가 발생한다.
  5. 구간 Ⅱ에서 석출된 물질의 몰수는 구간Ⅰ의 2배이다.
(정답률: 알수없음)
  • 표준 환원 전위가 더 큰 물질이 먼저 환원되어 석출됩니다. $\text{Ag}^+$ ($0.80\text{V}$)가 $\text{Cu}^{2+}$ ($0.34\text{V}$)보다 전위가 높으므로 구간 Ⅰ에서는 $\text{Ag}$가, 구간 Ⅱ에서는 $\text{Cu}$가 석출됩니다. 구간 Ⅲ은 모든 금속 이온이 소모되어 물이 전기분해되며 수소 기체가 발생합니다.

    오답 노트
    구간 Ⅱ에서 석출된 물질의 몰수: $\text{Ag}^+$와 $\text{Cu}^{2+}$의 농도가 같으므로 석출된 몰수는 동일합니다. 다만 $\text{Cu}^{2+}$는 전자 2개를 받아 석출되므로 전하량은 2배가 필요할 뿐, 몰수는 2배가 아닙니다.
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18. 그림은 유리관으로 연결된 두 용기 중 한쪽에는 0.1M 포도당 수용액 100mL가, 다른 쪽에는 0.2M 포도당 수용액 100mL가 들어 있는 것을 순서 없이 나타낸 것이다. 콕을 열고 충분한 시간이 지난 후 용기 (가)에 들어 있는 수용액의 질량이 증가 하였다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 포도당 수용액의 농도가 높을수록 증기 압력이 낮아지며, 수증기는 증기 압력이 높은 곳(저농도)에서 낮은 곳(고농도)으로 이동합니다. 콕을 열었을 때 용기 (가)의 질량이 증가했다는 것은 수증기가 (가) 쪽으로 이동하여 응축되었음을 의미하므로, (가)가 더 고농도 수용액($0.2\text{M}$)임을 알 수 있습니다.

    ㄱ. 수증기는 증기 압력이 높은 $0.1\text{M}$ 수용액에서 낮은 $0.2\text{M}$ 수용액으로 이동하므로 (가)의 질량이 증가하는 것이 맞습니다.
    ㄴ. 수증기가 이동함에 따라 $0.1\text{M}$ 수용액의 용매(물)는 감소하고, $0.2\text{M}$ 수용액의 용매는 증가하므로 두 수용액의 농도 차이는 점차 줄어듭니다.
    ㄷ. 시간이 충분히 지나 동적 평형 상태에 도달하면 두 용기의 증기 압력이 같아지므로, 결과적으로 두 수용액의 농도가 같아집니다.
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19. 다음은 이원자 분자 XY의 열화학 반응식이다.

일정한 질량의 기체 XY가 각각 다른 조건에서 반응하여 평형 상태 A~D에 도달하였다. 그림은 A~D에서 혼합 기체의 압력과 부피를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{XY(g)} \rightleftharpoons \frac{1}{2}\text{X}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{Y}_2\text{(g)}, \Delta H > 0$은 흡열 반응이며, 반응이 진행될수록 기체 분자 수가 증가하는 반응입니다.
    ㄱ. 온도가 높아지면 르샤틀리에 원리에 의해 흡열 방향(정반응)으로 평형이 이동하여 분자 수가 증가하므로, 동일 부피에서 압력이 증가합니다.
    ㄴ. 부피가 감소하면 압력이 증가하므로, 이를 감소시키기 위해 분자 수가 줄어드는 역반응 방향으로 평형이 이동합니다.
    오답 노트
    ㄷ. 온도가 낮아지면 발열 방향(역반응)으로 이동하여 분자 수가 감소하므로, 동일 부피에서 압력은 감소합니다.
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20. 다음은 어떤 기체 반응에 대한 실험이다.

실험 과정 (나)에서 A 2g을 사용하였을 때 반응 후 용기의 기체 압력(P1)과 A 6g을 사용하였을 때 반응 후 용기의 기체 압력(P2)의 비(P1/P2)는? (단, 온도는 일정하며, C의 생성률(수득률)은 100%이다.) [3점]

  1. 1/4
  2. 1/3
  3. 1/2
  4. 3/5
  5. 2/3
(정답률: 알수없음)
  • 그래프에서 $\text{A}$ $4\text{g}$까지 $\text{C}$의 질량이 선형적으로 증가하다가 일정해지므로, $\text{B}$의 한계 반응물 질량은 $\text{A}$ $4\text{g}$과 반응하는 양입니다. 반응식 $\text{A} + \text{B} \rightarrow \text{C}$에서 $\text{A}$ $4\text{g}$일 때 $\text{C}$ $6\text{g}$이 생성되므로 $\text{B}$의 질량은 $2\text{g}$입니다.
    $\text{A}$ $2\text{g}$ 사용 시: $\text{A}$가 한계 반응물이며, 반응 후 $\text{C}$ $3\text{g}$ 생성, 남은 $\text{B}$ $1\text{g}$. 총 몰수 비례 압력 $P_1 \propto 3/M_C + 1/M_B$.
    $\text{A}$ $6\text{g}$ 사용 시: $\text{B}$가 한계 반응물이며, 반응 후 $\text{C}$ $6\text{g}$ 생성, 남은 $\text{A}$ $2\text{g}$. 총 몰수 비례 압력 $P_2 \propto 6/M_C + 2/M_A$.
    분자량 관계를 (다)의 부분 압력 비 $1:2$($\text{B}$와 $\text{C}$)를 통해 분석하여 대입하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{P_1}{P_2} = \frac{n_{total, 1}}{n_{total, 2}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{P_1}{P_2} = \frac{3}{5}$
    ③ [최종 결과] $\frac{P_1}{P_2} = 0.6$
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