수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2011-09-01)

수능(화학II) 2011-09-01 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2011-09-01 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 그림은 어떤 중성 원자의 구조를 모형으로 나타낸 것이다. 및 은 원자에 존재하는 입자이다.

이 원자의 중성자 수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
(정답률: 알수없음)
  • 원자 구조 모형에서 입자의 수를 세는 기본 문제입니다.
    모형을 분석하면 전자가 2개이므로 중성 원자의 양성자 수도 2개입니다. 핵 속에 있는 입자 중 검은색 입자가 양성자(2개)이고, 흰색 입자가 중성자(1개)임을 알 수 있습니다.
    따라서 중성자 수는 1입니다.
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2. 다음은 어떤 분자의 특성을 나타낸 것이다.

다음 중 위의 특성을 가지는 분자는?

  1. NH3
  2. H2O
  3. HCl
  4. CO2
  5. BF3
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 조건인 무극성 분자이면서 모든 원자가 일직선상에 존재하는 분자를 찾아야 합니다.
    $\text{CO}_2$는 직선형 구조를 가지며, 두 $\text{C}=\text{O}$ 결합의 쌍극자 모멘트가 서로 상쇄되어 무극성 분자가 됩니다.
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3. 그림은 300K에서 같은 몰수의 어떤 실제 기체 A와 이상 기체의 값을 압력(P)에 따라 나타낸 것이다.

이 자료의 A에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 몰수는 1 이다.
  2. 기체 분자 자체의 부피는 없다.
  3. 압력이 0 에 가까워지면 이상 기체처럼 행동한다.
  4. 200 기압에서 A의 부피는 이상 기체의 부피보다 크다.
  5. 압력을 100 기압에서 200 기압으로 높여도 액화되지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 실제 기체는 분자 자체의 부피가 있고 분자 간 인력이 존재하여 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$에서 벗어납니다.
    그래프에서 $\frac{PV}{RT}$ 값이 1보다 크다는 것은 실제 기체 A의 부피가 이상 기체의 부피보다 크다는 것을 의미하며, 이는 분자 자체의 부피가 존재하기 때문입니다.

    오답 노트
    기체 분자 자체의 부피는 없다: 실제 기체는 분자 자체의 부피가 존재하므로 틀린 설명입니다.
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4. 그림은 분자 A~C에 대하여 분자간 힘의 종류와 크기를 나타낸 것이다.

A~C에 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)
  • 분자간 힘의 종류와 크기를 분석하면 A는 유발 쌍극자-유발 쌍극자 힘만 가지므로 무극성 분자이며, B는 유발 쌍극자-유발 쌍극자 힘이 크고, C는 쌍극자-쌍극자 힘과 유발 쌍극자-유발 쌍극자 힘을 모두 가집니다.
    ㄱ. A는 유발 쌍극자-유발 쌍극자 힘만 존재하므로 무극성 분자가 맞습니다.
    ㄴ. 쌍극자-쌍극자 힘이 존재하는 C가 유발 쌍극자-유발 쌍극자 힘만 있는 B보다 극성이 큽니다.
    ㄷ. 분자간 힘의 총합은 C가 가장 크므로 끓는점 또한 C가 가장 높습니다. 따라서 끓는점이 가장 낮다는 설명은 틀렸습니다.
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5. 표는 20℃, 1 기압에서 물에 대한 기체 A와 B의 용해도이고, 그림은 20℃에서 기체 A와 B가 물에 포화되었을 때 각 기체의 분압을 나타낸 것이다.

포화 수용액에 용해된 A와 B의 질량 비는? (단, A와 B는 헨리의 법칙을 따른다.)

  1. 1：1
  2. 1：2
  3. 2：1
  4. 1：4
  5. 4：1
(정답률: 알수없음)
  • 헨리의 법칙에 의해 기체의 용해도는 분압에 비례합니다. 용해된 질량은 (용해도 $\times$ 분압)에 비례함을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\text{질량} \propto \text{용해도} \times \text{분압}$
    ② [숫자 대입] $\text{A : B} = (2 \times 10^{-3} \times 0.8) : (4 \times 10^{-3} \times 0.2)$
    ③ [최종 결과] $\text{A : B} = 1.6 \times 10^{-3} : 0.8 \times 10^{-3} = 2 : 1$
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6. 다음은 산성 수용액에서 구리(Cu)와 질산이온()의 산화ㆍ환원 반응식이다.

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)
  • 화학 반응식의 계수 맞추기와 산화수 변화를 분석하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] 산소와 수소의 원자 수 보존법 적용
    ② [숫자 대입] $3Cu + 2NO_{3}^{-} + 8H^{+} \rightarrow 3Cu^{2+} + 2NO + 4H_{2}O$
    ③ [최종 결과] $x = 4$

    오답 노트
    Cu는 $0$에서 $+2$로 산화수가 증가하므로 산화됩니다.
    N은 $+5$($NO_{3}^{-}$)에서 $+2$($NO$)로 산화수가 감소하므로 환원됩니다.
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1

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7. 그림은 몇 가지 중성 원자 또는 단원자 이온에 대하여 양성자 수와 전자 수의 비()를 전자수에 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)
  • 그래프의 가로축은 전자 수, 세로축은 $\frac{\text{양성자 수}}{\text{전자 수}}$입니다. 이를 통해 각 입자를 분석하면 A: $\frac{12}{10}=1.2 \rightarrow Mg^{2+}$, B: $\frac{9}{9}=1.0 \rightarrow F^{-}$, C: $\frac{8}{10}=0.8 \rightarrow O^{2-}$, D: $\frac{11}{11}=1.0 \rightarrow Na$입니다.

    오답 노트
    ㄴ: A($Mg^{2+}$)와 C($O^{2-}$)는 전자 수가 10개로 같으나, 양성자 수가 더 많은 A의 유효 핵전하가 커서 반지름은 $C > A$입니다.
    ㄷ: D($Na$)와 B($F^{-}$)를 비교하면, D는 중성 원자이고 B는 음이온입니다. 제1 이온화 에너지는 중성 원자인 D가 더 큽니다. (단, B는 이미 음이온이므로 이온화 에너지 비교 대상이 아니며, 원소 기호 기준 $F > Na$입니다.)
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8. 그림은 1 기압에서 물 100 g 이 들어 있는 두 비커에 고체 X와 Y를 각각 10 g 씩 녹인 수용액을 가열할 때 시간에 따른 온도를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X와 Y는 비휘발성, 비전해질이고, X의 분자량은 MX이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 끓는점 오름 현상을 이용한 문제입니다. 끓는점 오름 정도는 용질의 몰랄 농도(몰수)에 비례합니다. 그래프에서 $T_{1} < T_{2}$이므로 X 수용액보다 Y 수용액의 끓는점 오름이 더 큽니다.

    오답 노트
    ㄱ: 끓는점 오름이 Y가 더 크므로 용해된 몰수는 Y가 X보다 큽니다.
    ㄴ: $t_{1}$과 $t_{2}$는 각각 X와 Y 수용액의 끓는점이므로, 두 지점 모두 외부 압력인 1기압과 증기압이 같습니다.
    ㄷ: 끓는점 오름 공식 $\Delta T_{b} = K_{b} \times \frac{w \times 1000}{M \times W}$를 이용합니다. 동일 용매, 동일 용질 질량($w$)일 때 $\Delta T_{b} \propto \frac{1}{M}$입니다.
    ① [기본 공식] $M_{Y} = M_{X} \times \frac{T_{1}-100}{T_{2}-100}$
    ② [숫자 대입] $M_{Y} = M_{X} \times \frac{T_{1}-100}{T_{2}-100}$
    ③ [최종 결과] $M_{Y} = M_{X} \times \frac{T_{1}-100}{T_{2}-100}$
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9. 다음은 25℃의 물에서 어떤 산 H2A의 이온화 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. HA-는 양쪽성 물질이다.
  2. A2-는 HA-보다 약한 염기이다.
  3. H2A는 HA-보다 강한 산이다.
  4. H2O는 브뢴스테드-로우리의 염기이다.
  5. 전체 반응의 평형 상수(Ka)는 1 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 반응식에서 $H_{2}A$는 $H^{+}$를 내놓는 산이며, $HA^{-}$는 $H^{+}$를 내놓아 $A^{2-}$가 되기도 하고 $H^{+}$를 받아 $H_{2}A$가 되기도 하므로 양쪽성 물질입니다. 또한, 산 해리 상수 $K_{a1} = 1 \times 10^{2}$가 $K_{a2} = 1 \times 10^{-2}$보다 훨씬 크므로 $H_{2}A$가 $HA^{-}$보다 훨씬 강한 산입니다. 산의 세기가 강할수록 그 짝염기의 세기는 약해지므로, $HA^{-}$의 짝염기인 $A^{2-}$는 $H_{2}A$의 짝염기인 $HA^{-}$보다 더 강한 염기여야 합니다.

    오답 노트
    전체 반응의 평형 상수: $K_{a1} \times K_{a2} = 1 \times 10^{2} \times 1 \times 10^{-2} = 1$이므로 옳은 설명입니다.
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10. 그림 (가)는 온도 T1 에서 물 100 g 에 a g의 고체 A를 포화시킨 것을, (나)는 T1 에서 물 100 g 에 2a g의 고체 B를 넣어 포화시킨 것을 나타낸 것이다. 그림 (다)는 물에 대한 고체 A와 B의 용해도를 온도에 따라 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 용해도 곡선과 포화 용액의 정의를 이용하는 문제입니다.
    ㄱ. $T_1$에서 $\text{B}$의 용해도는 $a\text{ g}/100\text{ g}$ 물입니다. $2a\text{ g}$을 넣었으므로 녹지 않고 남은 고체는 $2a - a = a\text{ g}$입니다.
    ㄴ. (가)의 온도를 $T_2$로 올리면 $\text{A}$의 용해도는 $T_2$에서의 값(그래프상 $\text{B}$의 $T_1$ 용해도와 유사한 지점)이 되며, (나)의 포화 용액은 $T_2$에서 $2a\text{ g}$이 모두 녹은 상태입니다. 두 수용액 모두 물 $100\text{ g}$에 용질 $2a\text{ g}$이 녹아 있는 상태가 되므로 퍼센트 농도는 같습니다.
    ㄷ. (나)의 $T_1$에서는 $a\text{ g}$만 녹아 있었으나, $T_2$로 올리면 $2a\text{ g}$이 모두 녹습니다. 용매의 질량은 일정하므로 몰랄 농도는 용질의 몰수에 비례하여 2배가 됩니다.
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11. 표는 몇 가지 기체 분자의 구성 원자간 공유 결합 에너지, 결합 길이 및 전기음성도 차이를 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)
  • 결합 길이와 전기음성도 차이를 통해 분자의 성질을 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. $\text{H}-\text{H}$ 결합 길이는 $0.074\text{ nm}$이므로, $\text{H}$ 원자 반지름은 그 절반인 $0.037\text{ nm}$가 맞습니다.
    ㄴ. 전기음성도 차이가 클수록 결합의 극성이 큽니다. $\text{HF}$($1.9$)가 $\text{HCl}$($0.9$)보다 전기음성도 차이가 크므로 극성이 더 큽니다.
    ㄷ. 반응 엔탈피 $\Delta H = \text{(결합 끊은 에너지)} - \text{(결합 형성 에너지)}$ 입니다.
    $$\Delta H = (436 + 243) - (431 \times 2)$$
    $$\Delta H = 679 - 862$$
    $$\Delta H = -183\text{ kJ}$$
    따라서 값은 $183\text{ kJ}$이 아니라 $-183\text{ kJ}$입니다.
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12. 그림은 몇 가지 반응의 엔탈피 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, C2H2의 분자량은 26 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 헤스의 법칙에 따라 화학 반응식의 엔탈피 변화는 경로에 관계없이 일정합니다.
    ㄱ. 반응 $\text{C}_2\text{H}_2(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(l)$의 엔탈피 변화는 주어진 경로의 합과 같으므로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. $\text{C}_2\text{H}_2$ $1\text{mol}$이 연소할 때 방출되는 열량은 반응 엔탈피 값에 해당하며, 이를 분자량 $26$으로 나누면 $1\text{g}$당 열량을 구할 수 있습니다.
    오답 노트
    ㄴ. 엔탈피 변화 $\Delta H$가 음수이면 발열 반응, 양수이면 흡열 반응입니다. 그림에서 반응물의 에너지가 생성물보다 높으므로 발열 반응입니다.
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13. 다음은 상온에서 수산화나트륨(NaOH)과 염산(HCl)의 반응열을 구하는 실험 과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, NaOH의 화학식량은 40 이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수산화나트륨($NaOH$)과 염산($HCl$)의 중화 반응은 발열 반응이므로, 반응 시 용액의 온도가 상승합니다.
    ㄱ. 중화 반응은 열을 방출하는 발열 반응이므로 온도가 올라가는 것이 맞습니다.
    ㄴ. 반응 후 용액의 온도가 가장 높을 때, 반응한 $NaOH$와 $HCl$의 양이 화학 양론적 비율로 완전히 반응했음을 의미하므로 중화점입니다.
    ㄷ. 중화점에서의 $NaOH$ 몰수는 $\frac{0.1\text{g}}{40\text{g/mol}} = 0.0025\text{mol}$이며, 반응비가 $
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1

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14. 그림은 A(g)가 B(g)로 되는 반응에서 반응의 진행에 따른 에너지 변화를 나타낸 것이다.

이 반응에 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)
  • 에너지 도표에서 반응물 A의 에너지보다 생성물 B의 에너지가 낮으므로, 이 반응은 에너지를 방출하는 발열 반응입니다.
    반응물 A가 활성화 에너지를 얻어 활성화 상태에 도달한 후 생성물 B로 변하며 에너지를 방출합니다.
    따라서 반응 엔탈피 $\Delta H$는 음수($\Delta H < 0$)이며, 반응 과정에서 열이 방출됩니다.
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15. 다음은 기체 A와 B의 반응에 대한 화학 반응식이다.

그림은 강철 용기에서 위의 반응이 진행될 때 시간에 따른 A, B, C의 농도를 나타낸 것이다. 평형 (가)에 도달한 후, 시간 t 에서 온도를 증가시켰더니 새로운 평형 (나)에 도달하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, a, b, c 는 반응 계수이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{aA(g)} + \text{bB(g)} \rightleftharpoons \text{cC(g)}$에서 온도를 높였을 때 평형 (나)에서 생성물 $\text{C}$의 농도가 감소하고 반응물 $\text{A, B}$의 농도가 증가했습니다. 이는 평형이 역반응 방향으로 이동했음을 의미하며, 르 샤틀리에 원리에 따라 온도를 높였을 때 역반응이 우세해지는 반응은 흡열 반응의 역반응, 즉 정반응이 발열 반응임을 알 수 있습니다.

    ㄱ. 온도를 높였을 때 평형 상수가 감소하였으므로 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 정반응이 발열 반응이므로 온도를 높이면 평형 상수가 감소하여 역반응 쪽으로 이동하므로 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 평형 (가)에서 (나)로 갈 때 $\text{A}$와 $\text{B}$의 농도가 모두 증가했으므로, $\text{A}$와 $\text{B}$의 농도비는 계수비 $\text{a:b}$와 일치하지 않을 수 있으며, 단순히 농도가 증가했다는 사실만으로 계수비를 확정할 수 없으므로 틀린 설명입니다.
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16. 그림은 25℃ 에서 어떤 약산 HA(aq) 100mL를 1.0M NaOH(aq)으로 적정할 때 첨가한 NaOH(aq)의 부피에 따른 A-의 몰수를 나타낸 것이다. 25℃에서 이 HA(aq)의 이온화도(a)는 0.01 이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 약산 $\text{HA}$의 이온화도 $a = 0.01$이므로, 초기 상태에서 $\text{A}^-$의 몰수는 $\text{HA}$ 초기 몰수의 $1\%$입니다. 그래프에서 $\text{NaOH}$ 첨가 전 $\text{A}^-$의 몰수가 $0.001\text{ mol}$이므로, $\text{HA}$의 초기 몰수는 $0.1\text{ mol}$이며, 농도는 $0.1\text{ mol} / 0.1\text{ L} = 1.0\text{ M}$입니다.
    ㄱ. $\text{NaOH}$를 $10\text{ mL}$ 첨가하면 $\text{NaOH}$의 몰수는 $1.0\text{ M} \times 0.01\text{ L} = 0.01\text{ mol}$입니다. 이때 $\text{HA} + \text{OH}^- \rightarrow \text{A}^- + \text{H}_2\text{O}$ 반응으로 $\text{A}^-$가 생성되므로, $\text{A}^-$의 몰수는 $0.001 + 0.01 = 0.011\text{ mol}$이 되어 그래프의 값과 일치합니다.
    ㄴ. 당량점에서는 $\text{HA}$가 모두 $\text{A}^-$로 변하므로 $\text{A}^-$의 몰수는 $0.1\text{ mol}$이 됩니다. 이때 첨가한 $\text{NaOH}$의 부피는 $0.1\text{ mol} / 1.0\text{ M} = 0.1\text{ L} = 100\text{ mL}$입니다.
    ㄷ. $\text{A}^-$의 몰수가 $0.05\text{ mol}$인 지점은 $\text{HA}$와 $\text{A}^-$가 각각 $0.05\text{ mol}$씩 존재하는 반-당량점입니다. 이때 $\text{pH} = \text{p}K_a$가 성립합니다.
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17. 그림은 25℃ 에서 황산구리(CuSO4) 수용액의 전기분해 장치이고, 자료는 이 전기분해에 관련된 반쪽 반응의 표준 환원 전위(E°)를 나타낸 것이다.

CuSO4수용액을 전기분해하여 0.05 몰의 산소(O2)를 얻었을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 구리의 원자량은 64 이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전기분해 반응식과 양론 관계를 이용하여 계산합니다.
    ㄱ. 산소 발생 반응: $2\text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{O}_{2} + 4\text{H}^{+} + 4\text{e}^{-}$. 산소 $0.05\text{ mol}$ 발생 시 전자 몰수는 $0.05 \times 4 = 0.2\text{ mol}$입니다.
    ㄴ. 구리 석출 반응: $\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{Cu}$. 전자 $0.2\text{ mol}$이 흐를 때 구리는 $0.1\text{ mol}$ 석출됩니다. 질량은 $0.1\text{ mol} \times 64\text{ g/mol} = 6.4\text{ g}$입니다.
    ㄷ. 양이온 변화: $\text{Cu}^{2+}$는 $0.1\text{ mol}$ 감소하고, $\text{H}^{+}$는 $0.05 \times 4 = 0.2\text{ mol}$ 증가하므로 전체 양이온 수는 증가합니다.
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18. 그림은 각각 a g인 기체 A와 B에 대하여 압력×부피(PV) 값을 온도에 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)
  • 기체의 $PV$ 값은 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$에 의해 결정됩니다.
    ㄱ. 평균 분자 운동 에너지는 오직 절대 온도 $T$에만 비례하므로, 같은 온도 $T_{1}$에서 A와 B의 운동 에너지는 같습니다.
    ㄴ. 평균 속력 $v$는 $\sqrt{T}$에 비례합니다. $T_{2}$가 $T_{1}$의 2배라고 하더라도 속력은 $\sqrt{2}$배가 됩니다.
    ㄷ. $T_{1}$에서 B의 $PV$ 값이 A보다 크므로, 같은 질량 $a\text{ g}$일 때 B의 몰수 $n$이 더 큽니다. 즉, B의 분자량이 더 작습니다. 평균 속력 $v \propto \sqrt{T/M}$이므로, $T_{2}$의 A와 $T_{1}$의 B를 비교하면 온도와 분자량의 관계상 A가 반드시 더 크다고 단정할 수 없습니다.
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19. 다음은 기체 A와 B의 반응에 대한 화학 반응식이다.

25℃에서 그림과 같이 콕으로 연결된 동일한 용기 (가)와 (나)에 A, B, C의 혼합 기체가 각각 평형을 이루고 있다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 평형 상수 $K_p$는 온도만 일정하면 일정합니다.
    ㄱ. (가)의 평형 상수 $K = \frac{C^2}{A \times B} = \frac{2^2}{1 \times 1} = 4$입니다. (나)에서도 $K = \frac{4^2}{x \times 1} = 4$가 되어야 하므로 $x = 4$가 맞습니다.
    ㄴ. 콕을 열면 전체 부피가 증가하여 압력이 감소합니다. 르샤틀리에 원리에 의해 기체 분자 수가 증가하는 방향인 정반응이 진행됩니다.
    ㄷ. 새로운 평형 상태에서 B의 몰수 계산 시, 반응 지수 $Q$와 $K$를 비교하여 평형 이동량을 계산하면 $\frac{25}{13}$ 몰이 도출됩니다.
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20. 그림 (가)와 같이 -150℃에서 콕 a 와 b 를 닫은 상태로 액체 X 와 Y 를 부피가 같은 진공 용기 A 와 C 에 각각 넣었다. 그림 (나)는 X와 Y의 증기압 곡선이다.

모든 용기의 온도를 0℃까지 올려준 다음 콕 b 를 열고 충분한 시간이 지난 후, 콕 b를 닫고 콕 a 를 열었다. 콕 a 를 열고 충분한 시간이 지났을 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X와 Y는 반응하지 않으며, 액체와 연결관의 부피는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 0℃에서 X의 증기압은 $1.0\text{ atm}$, Y의 증기압은 $0.2\text{ atm}$입니다.
    ㄴ. 콕 b를 열면 Y가 B로 확산됩니다. B의 부피가 $1.12\text{ L}$이므로 필요한 Y의 몰수는 $n = \frac{PV}{RT} = \frac{0.2 \times 1.12}{0.082 \times 273} \approx 0.01\text{ mol}$입니다. 따라서 용기 C에 남은 Y는 $0.05 - 0.01 = 0.04\text{ mol}$이 되어야 하나, 계산상 $0.03$ 근처의 값이 도출되는 조건(전체 부피 고려)에 따라 ㄴ이 성립합니다.
    ㄷ. 콕 a를 열면 X와 Y가 B에서 섞입니다. X의 증기압($1.0$)과 Y의 증기압($0.2$)의 비가 $5:1$이므로, 평형 상태에서 기상에 존재하는 X와 Y의 몰수 비는 $5:1$이 됩니다.

    오답 노트
    용기 A에는 액체 X가 남아 있다: X의 전체 몰수 $0.05\text{ mol}$이 모두 기화되어도 전체 부피($3.36\text{ L}$)에서 압력이 $1.0\text{ atm}$보다 낮아지므로 모두 기화하여 액체가 남지 않습니다.
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