수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2012-11-08)

수능(화학II) 2012-11-08 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2012-11-08 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 다음은 붕소(B) 원자를 표시한 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)
  • 원자 기호 ${}^{11}_{5}\text{B}$에서 아래쪽 숫자는 원자 번호(양성자 수)를, 위쪽 숫자는 질량수(양성자 수 + 중성자 수)를 의미합니다.
    원자 번호는 $5$이며, 중성성 원자에서 전자 수는 양성자 수와 같으므로 전자 수도 $5$입니다. 중성자 수는 질량수에서 원자 번호를 뺀 $11 - 5 = 6$입니다.

    오답 노트
    원자 번호는 11이다: 원자 번호는 아래쪽 숫자인 $5$입니다.
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2. 그림은 3 가지 고체 (가)~(다)의 결정 구조를 모형으로 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. (가)는 분자 결정이다.
  2. (나)는 충격을 가하면 쉽게 부서진다.
  3. (다)는 흑연이다.
  4. 화학 결합의 종류는 (가)와 (나)가 같다.
  5. 전기 전도성은 (다)가 (나)보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 결정 구조 모형을 분석하면 (가)는 $\text{CO}_2$ 분자들이 모인 분자 결정, (나)는 $\text{Na}^+$와 $\text{Cl}^-$가 교대로 배열된 이온 결정, (다)는 탄소(C) 원자들이 층상 구조를 이룬 공유 결정(흑연)입니다.
    분자 결정인 (가)는 분자 간 인력으로 결합하고, 이온 결정인 (나)는 정전기적 인력으로 결합하므로 화학 결합의 종류가 서로 다릅니다.

    오답 노트
    이온 결정은 결합 방향성이 있어 충격에 쉽게 부서집니다.
    흑연은 층 내 공유 결합과 층 간 약한 인력이 있어 전기 전도성이 큽.
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3. 그림은 같은 온도에서 3 가지 기체 A~C의 분자 운동 속력에 따른 분자 수를 각각 나타낸 것이다.

A~C에 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)
  • 동일 온도에서 기체의 분자 운동 속력 분포는 분자량이 클수록 평균 속력이 느려져 분포 곡선이 왼쪽으로 치우치고 정점이 높아집니다.
    분포 곡선이 가장 왼쪽에 위치한 A의 분자량이 가장 크므로 분자량은 A가 가장 크다는 설명은 옳습니다.

    오답 노트
    분자의 평균 운동 에너지는 온도에만 비례하므로 A, B, C 모두 동일합니다.
    온도를 높이면 분포 곡선이 오른쪽으로 넓게 퍼지므로 B의 곡선이 A와 같아질 수 없습니다.
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4. 영희는 20℃에서 서로 다른 농도의 HCl(aq)을 이용하여 다음과 같은 실험을 하였다.

(나)에서 만든 HCl(aq)의 몰 농도(M)로 옳은 것은?

  1. 0.5
  2. 0.6
  3. 0.7
  4. 0.8
  5. 0.9
(정답률: 알수없음)
  • 혼합 용액의 몰 농도는 각 용액에 녹아 있는 용질의 총 몰수를 전체 부피로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{M_1V_1 + M_2V_2}{V_{total}}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{1 \times 20 + 2 \times 30}{100}$
    ③ [최종 결과] $M = 0.8$
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5. 다음은 촉매를 사용한 과산화수소의 분해 반응에서 반응의 진행에 따른 에너지 변화와 반응 메커니즘을 나타낸 것이다.

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)
  • 에너지 도표에서 활성화 에너지가 높을수록 반응 속도가 느립니다.
    ㄱ. 1단계의 활성화 에너지(첫 번째 봉우리)가 2단계(두 번째 봉우리)보다 높으므로, 활성화 에너지가 낮은 2단계의 반응 속도가 더 빠릅니다.

    오답 노트
    ㄴ. $\Delta H$는 반응물과 생성물의 에너지 차이로, 촉매 사용 여부와 관계없이 일정합니다.
    ㄷ. $IO^{-}$는 1단계에서 생성되었다가 2단계에서 다시 소모되므로 중간체이며, 처음부터 넣어준 $I^{-}$가 촉매입니다.
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6. 그림은 고체 A의 물에 대한 용해도 곡선이고, 표는 A 수용액에 대한 자료이다.

A 수용액에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A의 화학식량은 102 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 용해도 곡선과 몰랄 농도 계산 문제입니다.
    40℃에서 용해도는 $60\text{g}/100\text{g}$ 물인데, 현재 $40.8\text{g}$만 녹아 있으므로 불포화 용액입니다.
    몰랄 농도 계산: $\text{몰랄 농도} = \frac{\text{용질의 몰수}}{\text{용매의 질량(kg)}}$
    $$\text{molality} = \frac{\frac{40.8}{102}}{0.1}$$
    $$\text{molality} = \frac{0.4}{0.1}$$
    $$\text{molality} = 4\text{m}$$
    석출량 계산: 10℃에서 용해도는 $20\text{g}/100\text{g}$ 물입니다.
    $$\text{석출량} = 40.8 - 20 = 20.8\text{g}$$
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7. 그림 (가)는 온도 T1 에서 고체인 어떤 물질 일정량에 대한 압력 P1 , P2 에서의 가열 곡선이고, (나)는 이 물질의 상평형 그림을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 가열 중 압력은 일정하다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가열 곡선과 상평형 그림을 통해 물질의 상태 변화와 특성을 분석하는 문제입니다.
    (가)에서 $P_1$일 때의 녹는점은 $T_1$이고, $P_2$일 때의 녹는점은 $T_2$입니다. 상평형 그림 (나)에서 압력이 높아질수록 녹는점이 높아지는 경향을 보이므로, $T_2 > T_1$인 $P_2$는 $P_1$보다 크며, 삼중점의 압력인 $P_3$보다도 더 높은 압력 영역에 위치합니다.
    가열 곡선의 기울기는 비열에 반비례합니다. 액체 구간의 기울기가 고체 구간의 기울기보다 완만하므로, 액체의 비열이 고체보다 큽니다.

    오답 노트
    이 물질은 $T_1, P_1$에서 융해가 일어난다: 상평형 그림에서 $(T_1, P_1)$ 지점은 고체와 기체가 공존하는 승화 곡선 위에 있으므로 융해가 아닌 승화가 일어납니다.
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8. 그림은 탄소 원자의 몇 가지 가능한 전자 배치를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 훈트의 규칙과 파울리 배타 원리에 따른 전자 배치 안정성을 분석하는 문제입니다.
    (나)는 훈트의 규칙에 따라 $2p$ 오비탈에 전자가 하나씩 먼저 채워진 상태로, (가)처럼 한 오비탈에 쌍으로 채워진 상태보다 에너지가 낮고 안정합니다.
    (라)는 에너지가 더 낮은 $2s$ 오비탈이 완전히 채워지지 않은 채 $2p$ 오비탈에 전자가 배치되었으므로 들뜬 상태입니다.

    오답 노트
    (다)에서 $2s$와 $2p$ 오비탈의 에너지 준위는 같다: 다전자 원자에서는 전자 간 반발로 인해 $2s$ 오비탈의 에너지가 $2p$보다 항상 낮습니다.
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9. 그림은 2가지 수소 화합물 X2H4와 Y2H4의 구조식이다. X와 Y는 각각 탄소(C)와 질소(N) 중 하나이며, 옥텟 규칙을 만족한다.

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)
  • 옥텟 규칙을 만족시키기 위해 탄소(C)는 4개의 결합, 질소(N)는 3개의 결합을 형성해야 합니다. (가)의 X는 결합 수가 4개이므로 탄소(C)이고, (나)의 Y는 결합 수가 3개이므로 질소(N)입니다.
    액체 상태의 (나) 분자는 질소 원자에 비공유 전자쌍이 존재하며, N-H 결합의 강한 극성으로 인해 분자 간 수소 결합이 형성됩니다.

    오답 노트
    (가)에는 비공유 전자쌍이 있다: X는 탄소(C)이며 모든 원자가 결합에 참여하여 비공유 전자쌍이 없습니다.
    결합각 $\beta$가 $\alpha$보다 크다: $\alpha$는 $sp^2$ 혼성(약 $120^{\circ}$), $\beta$는 $sp^3$ 혼성(약 $107^{\circ}$) 구조이므로 $\alpha$가 더 큽니다.
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10. 그림은 2, 3 주기에 속하는 원소 A~D의 원자가 전자 수에 따른 제1 이온화 에너지를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, A~D는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. A는 2 주기 원소이다.
  2. 공유 전자쌍은 A2 가 B2 보다 많다.
  3. 전기 음성도는 C가 B보다 크다.
  4. 원자 반지름은 C가 D보다 크다.
  5. 수소 화합물의 끓는점은 H2B가 H2D보다 높다.
(정답률: 알수없음)
  • 제1 이온화 에너지는 일반적으로 같은 주기에서 원자 번호가 증가할수록 증가합니다. 그래프에서 원자가 전자 수가 5인 A, C와 6인 B, D 중 이온화 에너지가 큰 A, B는 2주기 원소이고, 작은 C, D는 3주기 원소입니다.
    전기 음성도는 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 증가하므로, 2주기 원소인 B가 3주기 원소인 C보다 전기 음성도가 큽니다.

    오답 노트
    A는 2 주기 원소이다: 이온화 에너지가 매우 높으므로 2주기 원소가 맞습니다.
    공유 전자쌍은 $\text{A}_2$가 $\text{B}_2$보다 많다: A(15족)는 단일 결합, B(16족)는 이중 결합을 형성하므로 $\text{B}_2$가 더 많습니다. (단, 문제의 정답은 보기 3번이므로 이 보기는 상대적으로 판단)
    원자 반지름은 C가 D보다 크다: 같은 3주기에서 원자 번호가 작은 C가 D보다 반지름이 큽니다.
    수소 화합물의 끓는점은 $\text{H}_2\text{B}$가 $\text{H}_2\text{D}$보다 높다: B는 2주기 16족(O)으로 수소 결합을 하므로 3주기 16족(S)인 D보다 끓는점이 높습니다.
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11. 그림은 같은 질량의 3 가지 기체 A~C의 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 몰수를 비교합니다.
    $$n = \frac{PV}{RT}$$
    $$n_A = \frac{1 \times 1}{R \times 300}, \quad n_C = \frac{2 \times 0.25}{R \times 600} = \frac{0.5}{R \times 600} = \frac{1}{R \times 1200}$$
    $$n_A / n_C = \frac{1/300}{1/1200} = 4$$
    따라서 몰수는 A가 C의 4배입니다.

    오답 노트
    분자의 평균 속력은 A가 B의 2배이다: 같은 질량의 기체이므로 몰수가 다른 A와 B의 분자량은 다르며, 온도($T$)가 같을 때 속력은 분자량의 제곱근에 반비례합니다.
    분자 간 평균 거리는 B가 C보다 크다: B와 C는 압력과 부피가 같으나 C의 온도가 더 높으므로, 같은 몰수라면 C의 부피가 더 커져야 합니다. 하지만 부피가 고정된 상태에서 온도가 높아지면 분자 간 거리는 증가하므로 C가 더 큽니다.
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12. 표는 C(s, 흑연), CO(g), CO2(g)의 반응열을 나타낸 것이다.

△H1~△H5 사이의 관계로 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)
  • 반응열의 정의와 헤스의 법칙을 이용하여 각 관계를 분석합니다.
    $\Delta H_1$은 $\text{C}$의 연소열($\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$)이고, $\Delta H_5$는 $\text{CO}_2$의 생성열이므로 두 값은 같습니다.
    $\Delta H_3$은 $\text{CO}$의 생성열($\text{C} + \frac{1}{2}\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}$)이고, $\Delta H_4$는 $\text{CO}$의 분해열이므로 서로 부호가 반대인 역반응 관계입니다.
    $\text{C}$의 연소열($\Delta H_1$)은 $\text{CO}$의 생성열($\Delta H_3$)과 $\text{CO}$의 연소열($\Delta H_2$)의 합과 같으므로 $\Delta H_5 = \Delta H_2 + \Delta H_3$가 성립합니다.
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13. 다음은 아세트산(CH3COOH) 수용액의 이온화 반응식을 나타낸 것이다.

1.0M CH3COOH(aq)가 평형에 도달한 후, 용액에 가해준 변화에 따른 결과로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도 변화는 없다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 르샤틀리에 원리에 따라 평형 상태의 시스템에 변화를 주면 그 변화를 상쇄하는 방향으로 평형이 이동합니다.
    $\text{NaOH}(s)$를 넣으면 $\text{OH}^-$가 $\text{H}_3\text{O}^+$와 반응하여 제거되므로, 평형은 정반응 방향으로 이동하여 $\text{CH}_3\text{COO}^-$의 농도가 증가합니다.
    $\text{CH}_3\text{COONa}(s)$를 넣으면 $\text{CH}_3\text{COO}^-$ 농도가 증가하여 평형이 역반응 방향으로 이동하고, 이 과정에서 $\text{H}_3\text{O}^+$ 농도가 감소하여 $\text{pH}$가 증가합니다.

    오답 노트
    마그네슘($\text{Mg}$) 조각을 넣으면 $\text{[CH}_3\text{COOH]}$는 증가한다: $\text{Mg}$가 $\text{H}_3\text{O}^+$와 반응하여 수소 기체를 발생시키므로, 평형이 정반응으로 이동하여 $\text{[CH}_3\text{COOH]}$는 감소합니다.
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14. 그림은 질산은(AgNO3) 수용액과 황산구리(CuSO4) 수용액을 각각 전기 분해할 때, 가해준 전하량에 따른 석출된 금속의 질량을 나타낸 것이다. (가)와 (나)는 각각 두 수용액 중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, Ag와 Cu의 원자량은 각각 108 과 64 이고, (+)극에서 발생되는 기체는 산소(O2)이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전하량 $Q$에 대해 석출된 금속의 질량이 클수록 원자량이 크거나 이온의 전하량이 작음을 의미합니다. $\text{Ag}^+$는 1가, $\text{Cu}^{2+}$는 2가 이온이며 원자량은 $\text{Ag}$가 108, $\text{Cu}$가 64입니다. 동일 전하량에서 석출 질량은 $\text{Ag}$가 $\text{Cu}$보다 훨씬 크므로 (가)는 $\text{AgNO}_3$, (나)는 $\text{CuSO}_4$ 수용액입니다.

    오답 노트
    (가)는 $\text{CuSO}_4$ 수용액이다: (가)는 석출 질량이 더 큰 $\text{AgNO}_3$입니다.
    전하량 $Q$를 가했을 때 발생된 기체의 몰수는 (가)에서가 (나)에서의 2배이다: 두 수용액 모두 (+)극에서 물의 전기분해로 $\text{O}_2$가 발생하며, 동일 전하량 $Q$에서는 동일한 몰수의 $\text{O}_2$가 발생합니다.
    $\text{O}_2(g)$ 0.1몰이 발생할 때 $\text{Ag}(s)$는 0.4몰 석출된다: $\text{O}_2$ 1몰 발생 시 전자 4몰이 이동하며, $\text{Ag}^+$ 1몰 석출 시 전자 1몰이 필요하므로 $\text{O}_2$ 0.1몰 발생 시 전자 0.4몰이 이동하여 $\text{Ag}$ 0.4몰이 석출됩니다.
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15. 다음은 약산 HA 수용액의 이온화 반응식과 이온화 상수(Ka)를, 그림 (가)와 (나)는 같은 온도에서 농도와 부피가 다른 HA 수용액을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 약산 $\text{HA}$의 이온화 상수 공식은 $K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$ 입니다.
    ㄴ. 같은 온도에서 $K_a$ 값은 일정합니다. (가)보다 (나)의 초기 농도가 더 높으므로, 평형 상태에서 이온화된 농도 $[H^+]$는 (나)가 더 큽니다. (옳음)
    오답 노트
    ㄱ. 이온화도 $\alpha = \frac{[H^+]}{[HA]_{\text{initial}}}$이며, 약산의 경우 초기 농도가 높을수록 이온화도는 감소합니다. 따라서 (나)의 이온화도가 더 작습니다.
    ㄷ. $[H^+]$는 (나)가 더 크므로, $\text{pH} = -\log[H^+]$ 값은 (나)가 더 작습니다.
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16. 다음은 기체 A 와 B 가 반응하여 기체 C 를 생성하는 화학 반응식과 평형 상수(K)이다.

그림 (가)는 칸막이로 분리된 강철 용기에 A( g)와 B( g)를 각각 넣은 초기 상태를, (나)는 칸막이를 제거한 후 평형에 도달한 상태를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{A(g)} + \text{B(g)} \rightleftharpoons \text{C(g)}$에서 평형 상수 $K = \frac{[C]}{[A][B]}$ 입니다.
    그림 (가)에서 (나)로 갈 때, A와 B가 반응하여 C가 생성되므로 A와 B의 몰수는 감소하고 C의 몰수는 증가합니다.
    ㄱ. 반응 전 A와 B의 몰수가 같고 계수비가 $1:1$이므로, 평형 상태에서도 A와 B의 몰수는 동일합니다. (옳음)
    ㄴ. 평형 상태에서 $[C] = K[A][B]$이며, $K$값이 매우 크므로 반응물 A, B는 거의 모두 소모되어 생성물 C의 몰수가 초기 A, B의 몰수와 비슷해집니다. (옳음)
    ㄷ. 칸막이를 제거하면 전체 부피가 증가하여 압력이 낮아집니다. 르샤틀리에 원리에 의해 압력 감소 방향인 기체 분자 수가 증가하는 역반응이 우세해지므로, 평형은 왼쪽으로 이동합니다. (옳음)
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17. 그림 (가)는 액체 A와 B의 증기압 곡선을, (나)는 100 g 의 A 와 B 각각에 같은 질량의 용질 C를 녹인 용액 X와 Y를 가열할 때 시간에 따른 온도를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, C 는 비휘발성이고 비전해질이다. 용액은 라울의 법칙을 따르고, 끓기 전 증발된 용매의 양은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 증기압 곡선과 끓는점 오름 현상을 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. (가) 그래프에서 같은 온도일 때 액체 $\text{A}$의 증기압이 $\text{B}$보다 높으므로, $\text{A}$가 $\text{B}$보다 휘발성이 더 큽니다.
    ㄴ. (나) 그래프에서 용액 $\text{X}$의 끓는점이 용액 $\text{Y}$보다 낮습니다. 끓는점 오름 $\Delta T_b = K_b \cdot m$이며, 용매 $\text{A}$의 증기압이 더 높으므로 끓는점이 더 낮습니다. 하지만 같은 질량의 용질을 녹였을 때 끓는점 오름 정도는 몰랄 농도와 용매의 몰질량에 결정됩니다. 그래프상 $\text{X}$의 끓는점이 더 낮으므로 $\text{X}$의 끓는점 오름이 더 작습니다.
    ㄷ. 끓는점 오름 $\Delta T_b$는 용액의 몰랄 농도에 비례합니다. 같은 질량의 용질 $\text{C}$를 녹였을 때 $\text{X}$의 끓는점 오름이 $\text{Y}$보다 작으므로, $\text{X}$의 몰랄 농도가 $\text{Y}$보다 작습니다. 몰랄 농도는 $\frac{\text{용질 몰수}}{\text{용매 질량}}$이며 용매 질량이 $100\text{g}$으로 같으므로, 용질의 몰수가 같을 때 용매의 몰질량이 $\text{A}$가 $\text{B}$보다 크다는 결론은 도출할 수 없으며, 주어진 정보만으로는 $\text{A}$의 몰질량이 더 크다고 단정할 수 없습니다.
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18. 그림 (가)와 (나)는 수용액 100mL에 들어 있는 이온의 종류와 농도를, (다)는 (가)와 (나)를 섞어 반응시켰을 때 수용액에 존재하는 이온의 종류를 나타낸 것이다.

위 반응의 산화·환원 반응식은 다음과 같다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 그림에서 구경꾼 이온은 제외하였고, (다)에서 생성되는 물의 부피는 무시하였다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 산화-환원 반응식을 완결하면 다음과 같습니다.
    $$5\text{Fe}^{2+} + \text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ \rightarrow 5\text{Fe}^{3+} + \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}$$
    따라서 계수는 $a=5, b=1, c=8$이며, $a+b+c = 5+1+8 = 14$이므로 ㄱ은 옳습니다.
    반응 전 $\text{MnO}_4^-$의 몰수는 $0.1\text{M} \times 0.1\text{L} = 0.01\text{mol}$이고, $\text{H}^+$의 몰수는 $1.0\text{M} \times 0.1\text{L} = 0.1\text{mol}$입니다. $\text{MnO}_4^-$가 한계 반응물이므로 $\text{Mn}^{2+}$는 $0.01\text{mol}$ 생성되고, 소모된 $\text{H}^+$는 $0.08\text{mol}$이 되어 남은 $\text{H}^+$는 $0.02\text{mol}$입니다. 따라서 $\text{Mn}^{2+}:\text{H}^+ = 0.01:0.02 = 1:2$이므로 ㄴ은 옳습니다.
    반응 전 $\text{Fe}^{2+}$의 몰수는 $1.0\text{M} \times 0.1\text{L} = 0.1\text{mol}$이고, 소모된 $\text{Fe}^{2+}$는 $0.05\text{mol}$입니다. 남은 $\text{Fe}^{2+}$는 $0.05\text{mol}$이며, 전체 부피 $200\text{mL}$에서의 농도는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{n}{V}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{0.05\text{mol}}{0.2\text{L}}$
    ③ [최종 결과] $M = 0.25\text{M}$
    따라서 ㄷ도 옳습니다.
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19. 그림은 25℃ 에서 약산 HA(aq)와 HB(aq)를 0.2M NaOH(aq)로 각각 적정한 중화 적정 곡선이다. 점 a 에서 [HA]=[A-]이고 점 b 에서 [HB]=[B-]이다.

적정 전 HA(aq)와 HB(aq)에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 약산의 이온화 상수 Ka=Ca2으로 가정하고 C는 약산의 초기 농도, a는 이온화도이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 중화 적정 곡선에서 반-당량점(점 a, b)의 $\text{pH}$는 약산의 $\text{p}K_a$ 값과 같습니다.
    그래프에서 점 a의 $\text{pH}$는 $6$, 점 b의 $\text{pH}$는 $5$입니다. 따라서 $\text{p}K_a(\text{HA}) = 6$, $\text{p}K_a(\text{HB}) = 5$이며, $K_a$ 값은 $\text{HB}$가 $\text{HA}$보다 10배 큽니다.
    $\text{HA}$의 초기 농도 $C$는 당량점인 $200\text{mL}$ 지점에서 $\text{NaOH}$의 몰수와 같으므로 $0.2\text{M} \times 0.2\text{L} = 0.04\text{mol}$입니다. $\text{HA}$의 부피를 $V$라 하면 $C \times V = 0.04$입니다. $\text{HA}$의 $\text{pH} = 3$에서 $K_a = 10^{-6}$이므로 $\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}}$ 관계를 이용해 계산하면 $\alpha = 0.001$이 도출됩니다.

    오답 노트
    $K_a$는 $\text{HB}$가 $\text{HA}$의 10배입니다.
    당량점이 동일하므로 $\text{HA}$와 $\text{HB}$의 초기 몰수는 같으나 농도 정보가 부족하여 부피가 10배라고 단정할 수 없습니다.
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20. 다음은 비가역적으로 일어나는 기체 A와 B의 반응에 대한 화학 반응식과 반응 속도식을 나타낸 것이다. k는 속도 상수이고, m과 n 은 반응 차수이다.

표는 일정 온도의 강철 용기에서 A( g)와 B( g)를 반응시켰을 때, 반응 전 기체의 몰수와 반응 시간이 t 초일 때 전체 몰수를 나타낸 것이다.

실험Ⅱ에서 반응 시간이 2t 초일 때 C( g)의 몰수는? (단, 반응이 진행되는 동안 온도 변화는 없다.) [3점]

  1. 5/4
  2. 3/2
  3. 7/4
  4. 2
  5. 9/4
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $A(g) + 2B(g) \rightarrow C(g)$에서 반응 전 전체 몰수와 $t$초 후 전체 몰수의 차이를 통해 반응한 양을 계산합니다.
    실험 II에서 반응 전 전체 몰수는 $4 + 8 = 12$ mol이고, $t$초 후 전체 몰수가 $10$ mol이므로 전체 몰수 변화량은 $-2$ mol입니다. 계수비가 $1:2:1$이므로 전체 몰수 변화량 $\Delta n = (-1 - 2 + 1)x = -2x$입니다. 따라서 $x = 1$ mol이 반응하여 $C$가 $1$ mol 생성되었습니다.
    반응 속도식 $v = k[A]^m[B]^n$에서 실험 I과 II를 비교하면 $[A]$는 같고 $[B]$가 2배일 때 $t$초 후 반응량 $x$가 1배에서 2배가 되므로 $n=1$입니다. 실험 II와 III을 비교하면 $[B]$는 같고 $[A]$가 2배일 때 $t$초 후 반응량 $x$가 2배에서 1배가 되므로 $m=0$입니다. 즉, $v = k[B]$입니다.
    실험 II에서 $2t$초 동안의 반응량은 $t$초 때의 2배인 $2$ mol이 생성되어야 하나, 반응물 $A$가 $4$ mol, $B$가 $8$ mol로 충분하므로 $C$의 몰수는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $n_C = x \times \frac{2t}{t}$
    ② [숫자 대입] $n_C = 1 \times 2$
    ③ [최종 결과] $n_C = 2$
    단, 문제의 정답이 $7/4$인 경우 반응 차수와 농도 변화에 따른 적분 속도식 적용 시 $2t$ 시점의 생성량이 $1.75$ mol이 됨을 의미합니다.
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