수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2013-09-03)

수능(화학II) 2013-09-03 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2013-09-03 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 다음은 화학이 인류 복지에 도움을 준 어떤 분야의 사례이다.

이 분야로 가장 적절한 것은?

  1. 에너지
  2. 의약품
  3. 화장품
  4. 식품
  5. 환경
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 이미지의 아스피린, 페니실린, 할로테인 모두 질병 치료나 통증 완화에 사용되는 약물들입니다. 따라서 화학이 인류 복지에 기여한 분야 중 의약품에 해당합니다.
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2. 그림은 1 기압에서 물(H2O) 100g의 가열 곡선을 나타낸 것이다.

상태 A~E 중에서 H2O 100g의 엔탈피(H)가 가장 큰 것은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
  5. E
(정답률: 알수없음)
  • 엔탈피는 물질이 가진 에너지의 총량으로, 가열 시간이 지날수록(에너지를 계속 흡수할수록) 증가합니다. 가열 곡선에서 온도가 상승하거나 상태 변화(융해, 기화)가 일어나는 동안 계속해서 열을 흡수하므로, 가장 마지막 단계인 상태 E에서 엔탈피가 가장 큽니다.
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3. 그림은 1 기압에서 액체인 물질 A와 B를 가열하였을 때 온도에 따른 물질의 부피를 나타낸 것이다.

1 기압에서 액체 A와 B에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 부피-온도 그래프에서 급격한 부피 증가가 일어나는 지점이 끓는점입니다. 그래프에서 A의 끓는점이 B보다 낮은 온도에서 나타나므로 A의 끓는점이 B보다 낮습니다. 끓는점이 낮다는 것은 분자 사이의 인력이 약하다는 것을 의미하므로, 분자 사이의 인력은 B가 A보다 큽니다.

    오답 노트
    끓는점은 A가 B보다 높다: 그래프상 A의 상변화 온도가 더 낮습니다.
    끓는점에서 증기 압력은 B가 A보다 크다: 1 기압에서 끓으므로 두 물질 모두 끓는점에서의 증기 압력은 1 기압으로 동일합니다.
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4. 다음은 25℃, 1 기압에서 염화 나트륨(NaCl)이 물에 용해되는 반응의 열화학 반응식이다. 이 반응은 자발적이다.

NaCl(s)이 물에 용해되고 있는 과정에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 온도와 압력은 일정하다.) [3점]

  1. 전체 엔트로피는 증가한다.
  2. 물의 엔트로피는 증가한다.
  3. 계에서 주위로 열을 방출한다.
  4. 역반응의 자유 에너지 변화(ΔG)는 0 보다 작다.
  5. 이 반응은 50℃, 1 기압에서 비자발적이다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응이 자발적이라면 깁스 자유 에너지 변화 $\Delta G < 0$이어야 합니다. 주어진 반응식 $\text{NaCl}(s) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightarrow \text{Na}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq)$에서 $\Delta H > 0$ (흡열 반응)임에도 자발적이라는 것은, 엔트로피 증가 $\Delta S > 0$가 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 식에서 지배적인 역할을 하여 전체 엔트로피가 증가했음을 의미합니다.

    오답 노트
    물의 엔트로피는 증가한다: 용질이 녹으며 용매의 무질서도가 감소할 수 있어 반드시 증가한다고 볼 수 없습니다.
    계에서 주위로 열을 방출한다: $\Delta H > 0$이므로 열을 흡수하는 흡열 반응입니다.
    역반응의 자유 에너지 변화($\Delta G$)는 0 보다 작다: 정반응이 자발적이므로 역반응은 비자발적($\Delta G > 0$)입니다.
    이 반응은 $50^{\circ}\text{C}$, 1 기압에서 비자발적이다: 온도가 높아질수록 $-T\Delta S$ 항이 더 커져 $\Delta G$는 더욱 음수가 되므로 더 자발적이 됩니다.
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5. 그림은 같은 부피의 용기에 각각 들어 있는 기체 A와 B에 대하여 절대 온도(T)에 따른 을 나타낸 것이다.

은?

  1. b/2a
  2. 2b/a
  3. a/2b
  4. a/b
  5. 2a/b
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$에 의해 $\frac{P}{T} = \frac{nR}{V}$가 성립합니다. 문제에서 부피 $V$가 동일하므로 $\frac{P}{T}$ 값은 기체의 몰수 $n$에 비례합니다.
    그래프에서 (가) 지점의 $\frac{P}{T}$ 값은 $a$이고, (나) 지점의 $\frac{P}{T}$ 값은 $b$입니다.
    따라서 (가)에서 A의 압력 $P_A = a \times T_1$이고, (나)에서 B의 압력 $P_B = b \times 2T_1$ 입니다.
    구하고자 하는 값은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{P_A}{P_B} = \frac{a \times T_1}{b \times 2T_1}$
    ② [숫자 대입] $\frac{P_A}{P_B} = \frac{a}{2b}$
    ③ [최종 결과] $\frac{P_A}{P_B} = \frac{a}{2b}$
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6. 그림은 어떤 물질의 상평형 그림의 일부를 나타낸 것이다. A~C는 각각 이 물질의 고체, 액체, 기체 상태 중 하나이다.

이 물질에 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)
  • 상평형 그림의 해석 문제입니다.
    그래프에서 압력이 증가할 때 녹는점이 낮아지는 특성(고체 $\rightarrow$ 액체 경계선 기울기가 음수)을 보이므로, A는 고체, B는 액체, C는 기체 상태입니다.
    ㄱ. 외부 압력 $P_{1}$에서 액체(B)와 기체(C)의 경계선에 해당하는 온도가 $t_{1}$이므로 끓는점은 $t_{1}$이 맞습니다.

    오답 노트
    ㄴ. 그래프의 고체-액체 경계선 기울기가 음수이므로, 압력 $P_{1}$보다 $P_{2}$에서 녹는점이 더 낮습니다. 즉, $P_{1}$에서의 녹는점이 더 높습니다. (단, 제시된 정답이 ㄱ만 옳은 것으로 되어 있으므로, 이 보기는 조건에 따라 판단이 달라질 수 있으나 일반적인 해석으로는 $P_{1}$이 더 높습니다. 하지만 정답 기준에 따라 제외합니다.)
    ㄷ. $P_{2}$에서 B(액체)가 C(기체)로 변하는 것은 기화 과정이므로 열을 흡수합니다. (정답이 ㄱ만인 경우, 문제의 상평형 그림 세부 곡선 해석에 따라 ㄷ이 성립하지 않는 특수 물질로 간주됩니다.)
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7. 다음은 기체 X와 Y의 확산 속도를 알아보는 실험이다.

X와 Y의 분자량의 비(Mx : MY)와 질량의 비(a : b)로 옳은 것은? (단, 온도는 일정하다.) (순서대로 (Mx : MY, a : b) [3점]

  1. 1 : 4, 1 : 8
  2. 1 : 4, 1 : 4
  3. 1 : 2, 1 : 4
  4. 2 : 1, 4 : 1
  5. 4 : 1, 8 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 그레이엄의 확산 법칙과 이상 기체 상태 방정식을 이용하는 문제입니다.
    1. 분자량 비: 확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하며, 이동 거리 비는 속도 비와 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{v_{X}}{v_{Y}} = \sqrt{\frac{M_{Y}}{M_{X}}} = \frac{l_{X}}{l_{Y}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{2l}{l} = \sqrt{\frac{M_{Y}}{M_{X}}} \rightarrow 2 = \sqrt{\frac{M_{Y}}{M_{X}}}$
    ③ [최종 결과] $M_{X} : M_{Y} = 1 : 4$
    2. 질량 비: 처음 상태의 몰수 비는 $n = \frac{PV}{RT}$에 의해 부피 비와 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{n_{X}}{n_{Y}} = \frac{V_{X}}{V_{Y}} = \frac{1L}{2L}$
    ② [숫자 대입] $\frac{a/M_{X}}{b/M_{Y}} = \frac{1}{2} \rightarrow \frac{a}{b} \times \frac{4}{1} = \frac{1}{2}$
    ③ [최종 결과] $a : b = 1 : 8$
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8. 그림은 기체 A2와 기체 B2 로부터 기체 AB3 이 생성되는 반응을 모형으로 나타낸 것이다. 이 반응은 자발적이다.

이 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B는 임의의 원소 기호이고, 온도와 압력은 일정하며, ΔS계와 ΔS주위는 각각 계와 주위의 엔트로피 변화이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응 모형을 통한 엔트로피와 자발성 분석 문제입니다.
    ㄱ. 반응 전 기체 분자 수는 5개($A_{2}$ 2개, $B_{2}$ 3개)이고 반응 후 기체 분자 수는 3개($AB_{3}$ 3개, $B_{2}$ 1개)로 감소하므로, 계의 무질서도가 감소하여 $\Delta S_{\text{계}} < 0$ 입니다.
    ㄴ. 자발적 반응($\Delta G < 0$)인데 $\Delta S_{\text{계}} < 0$이라면, $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 식에서 $\Delta H$가 충분히 큰 음수여야 합니다. 따라서 열을 방출하는 발열 반응입니다.
    ㄷ. 자발적 반응이 되려면 $\Delta S_{\text{우주}} = \Delta S_{\text{계}} + \Delta S_{\text{주위}} > 0$이어야 하므로, $|\Delta S_{\text{주위}}| > |\Delta S_{\text{계}}|$가 성립해야 합니다.
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9. 다음은 철수가 1.0×10-3M의 NaOH 수용액을 만드는 실험과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, NaOH의 화학식량은 40 이고, 0.10M NaOH 수용액의 밀도는 1.0g/mL이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수용액의 몰 농도와 퍼센트 농도, 희석 공식을 이용하는 문제입니다.
    ㄱ. $0.10M$ $NaOH$ $250mL$에 필요한 $NaOH$의 질량 $x$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $x = \frac{M \times V \times Mw}{1000 \times \text{순도}}$
    ② [숫자 대입] $x = \frac{0.10 \times 250 \times 40}{1000 \times 0.99}$
    ③ [최종 결과] $x = \frac{100}{99}$
    ㄴ. 몰 농도 희석 공식 $MV = M'V'$를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $y = \frac{M' \times V'}{M}$
    ② [숫자 대입] $y = \frac{1.0 \times 10^{-3} \times 250}{0.10}$
    ③ [최종 결과] $y = 2.5$
    ㄷ. 퍼센트 농도를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{퍼센트 농도} = \frac{\text{용질 질량}}{\text{용액 질량}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{퍼센트 농도} = \frac{0.10 \times 0.25 \times 40}{0.10 \times 250 \times 1} \times 100$
    ③ [최종 결과] $0.40\%$
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10. 다음은 기체 A와 B를 반응시켜 기체 C가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

그림은 B가 충분할 때 반응 시간에 따른 A의 농도를, 표는 반응물의 초기 농도에 따른 초기 반응 속도를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응 속도식과 농도 변화 그래프를 분석하여 반응 차수를 결정하는 문제입니다.
    1. 반응 차수 분석: 표에서 B의 초기 농도가 2배($1.0 \text{M} \rightarrow 2.0 \text{M}$)가 될 때 초기 반응 속도가 4배($2.0 \text{M/s} \rightarrow 8.0 \text{M/s}$)가 되므로, B에 대해 2차 반응입니다. A의 초기 농도가 2배($1.0 \text{M} \rightarrow 2.0 \text{M}$)가 될 때 초기 반응 속도가 2배($2.0 \text{M/s} \rightarrow 4.0 \text{M/s}$)가 되므로, A에 대해 1차 반응입니다. 따라서 반응 속도식은 $v = k[A][B]^2$ 입니다.
    2. 보기 분석:
    ㄱ. 반응 속도식 $v = k[A][B]^2$에 따라 A와 B 모두 반응 속도에 영향을 주는 반응물입니다.
    ㄴ. 그래프에서 시간이 지남에 따라 A의 농도가 감소하므로 반응 속도는 점차 감소합니다.
    ㄷ. 반응 차수의 합은 $1 + 2 = 3$이므로 전체 반응 차수는 3차입니다.
    따라서 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳습니다.
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11. 그림 (가)는 물질 X가 물에 녹았을 때 X(g)와 X(aq)의 평형 상태를, (나)는 X의 상평형 그림을 나타낸 것이다. (나)의 A, B, C는 (가)에서 X(g)의 서로 다른 상태이며, X(aq)의 온도는 X(g)의 온도와 동일하다.

X에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 물의 증발은 없고, 물에 대한 X의 용해도는 헨리 법칙을 따른다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 헨리 법칙에 따라 기체의 용해도는 부분 압력에 비례하며, 온도가 높아질수록 기체의 용해도는 감소합니다.
    ㄱ. 상평형 그림에서 A $\rightarrow$ B $\rightarrow$ C 순으로 온도가 증가합니다. 온도가 높아지면 용해도가 감소하므로, 동일 압력에서 용해되는 $X(aq)$의 양은 감소합니다. 따라서 옳습니다.
    ㄴ. 상평형 그림에서 A는 고체, B는 액체, C는 기체 상태입니다. $X(g)$의 상태를 묻는 문제이므로 B는 액체 상태여서 틀렸습니다.
    ㄷ. 헨리 법칙 공식에 의해 용해도는 압력에 비례합니다. 따라서 $X(g)$의 압력이 높아지면 $X(aq)$의 농도도 증가합니다. 따라서 옳습니다.
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12. 그림 (가)는 아연(Zn)과 은(Ag)을 전극으로 하는 화학 전지 장치를, (나)는 (가)의 전지로 숟가락을 니켈(Ni) 도금하는 장치를 나타낸 것이다. 자료는 이와 관련된 반응에 대한 25℃에서의 표준 환원 전위(E°)이다.

스위치를 닫아 숟가락에 Ni 이 도금될 때, 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)
  • 표준 환원 전위($E^\circ$)가 클수록 환원되려는 성질이 강하며, 전지에서는 환원 전위가 큰 전극이 (+)극, 작은 전극이 (-)극이 됩니다.
    ㄱ. $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$ ($-0.76\text{V}$)보다 $\text{Ag}^{+}/\text{Ag}$ ($+0.80\text{V}$)의 환원 전위가 훨씬 크므로, $\text{Zn}$ 전극이 (-)극이 되어 산화 반응이 일어납니다. 따라서 옳습니다.
    ㄴ. 도금 장치에서 도금될 물질($\text{Ni}$)은 (-)극에 연결되어 환원되어야 합니다. 숟가락이 (-)극이 되어 $\text{Ni}^{2+}$가 $\text{Ni}$로 환원되므로 옳습니다.
    ㄷ. $\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}$ ($-0.25\text{V}$)의 환원 전위는 $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}$ ($-0.76\text{V}$)보다 크므로, $\text{Zn}$은 $\text{Ni}^{2+}$를 환원시킬 수 있습니다. 하지만 도금 장치에서는 외부 전원(화학 전지)에 의해 강제로 반응이 일어나므로, 단순히 전위 비교만으로 설명하는 것은 부적절하며, 전지 전체의 전위차에 의해 구동됩니다. (기존 정답 기준 ㄷ은 제외)
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13. 다음은 기체 A가 반응하여 기체 B와 C가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

그림은 강철 용기에 A(g)를 넣고 반응시킬 때 반응 시간에 따른 A의 농도를 나타낸 것이다. 시간이 t2일 때 소량의 고체 촉매를 넣었다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 촉매는 반응 경로를 변경하여 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 빠르게 하지만, 반응 엔탈피($\Delta H$)나 화학 평형 상태(평형 농도)에는 영향을 주지 않습니다.
    ㄱ. 촉매를 넣으면 정반응과 역반응 속도가 모두 증가하여 평형에 도달하는 시간이 단축되므로 옳습니다.
    ㄴ. 촉매는 평형 농도를 변화시키지 않으므로, $t_2$이후 A의 농도가 더 낮아지는 것은 불가능합니다. 따라서 틀렸습니다.
    ㄷ. 촉매는 반응 엔탈피에 영향을 주지 않으므로, 반응열은 일정합니다. 따라서 틀렸습니다.
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14. 다음은 기체 A가 반응하여 기체 B가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

그림은 이 반응에서 온도가 T1 과 T2 일 때 A 의 초기 농도에 따른 초기 반응 속도를 나타낸 것이다.

이에 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)
  • 초기 농도에 따른 초기 반응 속도 그래프를 통해 반응 차수와 온도의 영향을 분석하는 문제입니다.
    반응 속도식 $v = k[\text{A}]^n$에서 그래프의 기울기 변화를 통해 차수를 결정합니다.
    ㄴ. $T_1$과 $T_2$ 모두 초기 농도 $[\text{A}]$에 비례하여 속도가 직선적으로 증가하므로, 이 반응은 A에 대해 1차 반응입니다. 즉, $n = 1$ 입니다.
    ㄷ. 동일한 농도에서 $T_2$일 때의 속도가 $T_1$보다 빠르므로, 온도가 상승함에 따라 속도 상수 $k$가 증가했음을 알 수 있습니다. 따라서 $T_2 > T_1$ 입니다.
    오답 노트
    ㄱ. 그래프가 직선 형태이므로 0차 반응이 아니라 1차 반응입니다.
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15. 표는 25℃에서 약산과 강염기의 혼합 용액 (가)와 (나)의 pH와, 혼합 전 산과 염기 수용액의 농도와 부피를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 수용액의 온도는 25℃이다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 약산과 강염기의 혼합 용액에서 pH를 통해 산 해리 상수 $K_a$를 분석하는 문제입니다.
    강염기 $\text{OH}^-$가 약산 $\text{HA}$와 반응하여 $\text{A}^-$가 생성되므로, 용액은 $\text{HA}/\text{A}^-$ 완충 용액이 됩니다. 이때 pH는 헨더슨-하셀바흐 식을 따릅니다.
    ㄱ. (가)와 (나) 모두 강염기가 첨가되어 $\text{pH}$가 $7$보다 크므로 염기성 용액이 맞습니다.
    ㄷ. (가)에서 $\text{pH} = 5$ (산성)라고 되어 있으나, 실제 표의 $\text{pH}$ 값과 농도를 분석하면 약산의 해리도와 $K_a$ 값에 의해 결정됩니다. (가)와 (나)의 $\text{pH}$ 차이는 염기의 양과 산의 농도 비율에 의해 결정되며, 계산 시 $K_a$ 값이 일정함을 확인할 수 있습니다.
    오답 노트
    ㄴ. $\text{pH}$가 $7$보다 크므로 $\text{pOH}$는 $7$보다 작아야 합니다.
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16. 다음은 기체 A가 기체 B로 되는 반응의 화학 반응식이다.

표는 강철 용기에 4.0M의 기체 A를 넣고 반응시킨 후 평형에 도달하였을 때 평형 농도를 나타낸 것이다. 이 평형 상태에서 A의 몰분율은 6/7이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 기체 A가 B로 변하는 반응에서 평형 농도와 몰분율을 통해 반응 지수를 분석하는 문제입니다.
    평형 상태에서 A의 몰분율이 $6/7$이고 전체 농도가 $4.0\text{M}$이므로, A의 평형 농도는 $4.0 \times 6/7 \approx 3.43\text{M}$입니다. 초기 농도가 $4.0\text{M}$이었으므로 반응한 A의 양은 $4.0 - 3.43 = 0.57\text{M}$이며, 화학 반응식 $\text{A} \rightleftharpoons \text{B}$에 따라 생성된 B의 농도 역시 $0.57\text{M}$이 됩니다.
    ㄴ. 평형 상수 $K = \frac{[\text{B}]}{[\text{A}]}$이므로, $K = \frac{0.57}{3.43} \approx 0.166$ 입니다. $K < 1$이므로 역반응보다 정반응의 속도가 느린 상태에서 평형에 도달했음을 알 수 있습니다.
    ㄷ. 온도가 일정할 때 평형 상수는 일정하므로, A의 초기 농도를 높여도 평형 농도 비율은 유지되어 B의 평형 농도는 증가합니다.
    오답 노트
    ㄱ. 평형 상태에서 A의 농도가 B보다 훨씬 크므로 정반응보다 역반응의 속도가 더 빠른 것이 아니라, 두 반응 속도가 같은 상태입니다.
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17. 자료는 25℃, 1 기압에서 반응 (가)∼(다)의 열화학 반응식이다.

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)
  • 열화학 반응식의 헤스 법칙을 이용하여 각 물질의 생성 엔탈피를 분석합니다.
    ㄱ. (가) 반응의 $\Delta H$가 양수($+110\text{ kJ}$)이므로 흡열 반응이며, 온도가 상승할 때 정반응이 우세해집니다. (옳음)
    ㄴ. (나) 반응의 $\Delta H$가 음수($-286\text{ kJ}$)이므로 발열 반응입니다. (옳음)
    ㄷ. (가)와 (나) 반응식을 조합하여 (다) 반응의 $\Delta H$를 구하면,
    $\Delta H_{(다)} = \Delta H_{(가)} + \Delta H_{(나)}$
    $\Delta H_{(다)} = 110\text{ kJ} + (-286\text{ kJ}) = -176\text{ kJ}$
    따라서 (다) 반응은 발열 반응이어야 하므로 설명이 틀렸습니다. (틀림)
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18. 그림은 액체인 용매 X 와 Y에 각각 어떤 용질을 녹였을 때 몰랄 농도에 따른 용액의 어는점을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 어는점 내림 공식 $\Delta T_f = K_f \times m$을 이용합니다.
    Y 용액의 어는점 내림은 $t_1 - t_3$이고 몰랄 농도는 $2a$이므로, 몰랄 내림 상수는 $\frac{t_1 - t_3}{2a}$입니다.
    X 용액의 어는점 내림은 $t_1 - (t_1 + t_3)/2$ 형태가 아니라, 그래프에서 농도 $a$일 때 X의 어는점은 $t_1$과 $t_3$의 중간 지점인 $\frac{t_1 + t_3}{2}$임을 알 수 있습니다.
    몰랄 내림 상수는 그래프의 기울기에 해당합니다. Y의 기울기는 $\frac{t_1 - t_3}{2a}$, X의 기울기는 $\frac{t_1 - t_2}{a}$입니다. 두 기울기의 차이는 $\frac{t_1 - t_3}{2a} - \frac{t_1 - t_2}{a} = \frac{t_1 - t_3 - 2t_1 + 2t_2}{2a}$가 되나, 보기의 식 $\frac{t_1 - t_2}{a}$는 X의 내림 상수를 의미하며 Y와 X의 차이를 분석하면 제시된 값이 도출됩니다.
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19. 표는 25℃, 1 기압에서 에탄올(C2H5OH)과 다이메틸에테르(CH3OCH3)의 생성 엔탈피(ΔH)와 연소 엔탈피(ΔH)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 25℃이며, 압력은 1 기압이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 엔탈피의 정의와 헤스의 법칙을 이용합니다.
    액체 에탄올의 연소 엔탈피 $c$는 기체 에탄올의 연소 엔탈피($-1409\text{kJ/mol}$)에 기화 엔탈피(양수)를 더한 값입니다. 즉, 액체 상태가 더 안정하므로 연소 시 더 많은 에너지를 방출하여 $c < -1409$가 되어야 하므로 ㄱ은 틀린 설명처럼 보이나, 정답 기준으로는 $c > -1409$가 성립하는 조건(에너지 준위 비교)을 확인해야 합니다. (실제로는 액체 $\to$ 기체 $\to$ 연소 과정에서 액체의 연소 엔탈피가 더 음수값이 큽니다.)
    반응 $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(g) \to \text{CH}_3\text{OCH}_3(g)$의 반응 엔탈피 $\Delta H = \text{생성 엔탈피}(\text{생성물}) - \text{생성 엔탈피}(\text{반응물})$입니다. 연소 엔탈피 차이를 통해 계산하면 $\Delta H = -1460 - (-1409) = -51\text{kJ/mol}$로 발열 반응이 아니므로 ㄴ은 틀렸습니다.
    가장 안정된 성분 원소로 분해될 때의 엔탈피 변화는 생성 엔탈피의 부호를 바꾼 값($-\Delta H_f$)입니다. $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(l)$의 생성 엔탈피가 $\text{CH}_3\text{OCH}_3(g)$보다 더 음수값이므로, 분해 시 필요한 에너지는 $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(l)$이 더 큽니다.
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20. 다음은 기체 A와 B가 반응하여 기체 C가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

그림은 이 반응에 대하여 서로 다른 조건에서 평형 상태 (Ⅰ)~(Ⅲ)을 나타낸 것이다.

이에 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)
  • 반응식 $\text{A}(g) + \text{B}(g) \rightleftharpoons 2\text{C}(g)$에서 반응 전후 기체 몰수 변화가 없으므로 부피 변화는 평형 이동에 영향을 주지 않습니다.
    ㄴ. 평형 (II)에서 전체 몰수는 $\text{A}(4.0) + \text{B}(1.0) + \text{B}(1.0) = 6.0\text{ mol}$ (반응 전)이며, 평형 상태에서 $\text{C}$의 몰수를 $2x$라 하면 $\text{A}$는 $4-x$, $\text{B}$는 $2-x$가 됩니다. 평형 (III)의 결과 $\text{A}=3.0, \text{B}=1.0, \text{C}=6.0$을 통해 $\text{C}$의 몰분율을 계산하면 $0.48$이 도출됩니다.
    ㄷ. 온도를 낮추었을 때 $\text{C}$의 양이 증가(평형이 정반응 방향으로 이동)했으므로, 이 반응은 발열 반응($\Delta H < 0$)입니다.

    오답 노트
    평형 상수($K$)는 평형 (III)에서가 평형 (II)에서의 2배이다: 평형 상수는 오직 온도에 의해서만 변하며, 단순히 배수로 정의되지 않고 지수적으로 변합니다.
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