수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2013-09-03)

수능(화학II)
(2013-09-03 기출문제)

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1. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ"인 이유는 다음과 같다.

    ㄴ. 온도가 증가하면 엔트로피가 증가하므로, 평형 상태 (Ⅰ)에서 평형 이동 방향은 엔트로피가 증가하는 방향인 기체 C 쪽으로 이동한다.

    ㄷ. 압력이 증가하면 분자간의 충돌이 증가하므로, 평형 상태 (Ⅲ)에서 평형 이동 방향은 압력이 증가하는 방향인 기체 A, B 쪽으로 이동한다.
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2. 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)
  • 보기에서 "ㄱ"은 에탄올과 다이메틸에테르의 생성 엔탈피(ΔH)를 비교한 것이다. ΔH는 생성 반응에서 생성물의 엔탈피에서 원료의 엔탈피를 뺀 값으로, 값이 작을수록 생성 반응이 쉽게 일어난다는 것을 의미한다. 따라서, ΔH 값이 작은 에탄올이 다이메틸에테르보다 생성 반응이 쉽게 일어난다는 것을 나타낸다.

    "ㄷ"는 에탄올과 다이메틸에테르의 연소 엔탈피(ΔH)를 비교한 것이다. ΔH는 연소 반응에서 생성물과 원료의 엔탈피 차이로, 값이 클수록 연소 반응이 열을 방출하며 쉽게 일어난다는 것을 의미한다. 따라서, ΔH 값이 큰 다이메틸에테르가 연소 반응이 쉽게 일어나며 더 많은 열을 방출한다는 것을 나타낸다.

    따라서, "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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3. 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)
  • - 보기 ㄱ: 몰랄 농도가 낮을 때는 어는점이 낮고, 농도가 높아질수록 어는점이 높아지는 것으로 보아, 용질이 용매에 잘 녹는 경우로 해석할 수 있다.
    - 보기 ㄴ: 어는점이 높은 용매 Y에 녹인 용질의 경우, 몰랄 농도가 높아져도 어는점이 크게 변하지 않는 것으로 보아, 용질이 용매에 잘 녹지 않는 경우로 해석할 수 있다.
    - 보기 ㄷ: 보기 ㄱ과 ㄴ을 모두 만족하는 경우이므로, 용질이 용매에 일부는 잘 녹고 일부는 잘 녹지 않는 혼합 용액인 것으로 해석할 수 있다.
    따라서, 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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4. 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)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 다음과 같다.

    - 반응 (가)는 산화반응이다. 산화반응에서는 열이 방출되므로 엔탈피 변화는 음수이다. 따라서 반응 (가)의 엔탈피 변화는 음수이다.
    - 반응 (나)는 환원반응이다. 환원반응에서는 열이 흡수되므로 엔탈피 변화는 양수이다. 따라서 반응 (나)의 엔탈피 변화는 양수이다.
    - 반응 (다)는 산화반응이다. 따라서 반응 (가)와 마찬가지로 엔탈피 변화는 음수이다.

    따라서 반응 (가)와 반응 (다)는 엔탈피 변화가 음수이고, 반응 (나)는 엔탈피 변화가 양수이므로, 전체 반응의 엔탈피 변화는 음수와 양수가 상쇄되어서 엔탈피 변화가 작아진다. 이에 따라서 전체 반응은 엔탈피가 방출되는 발열반응이다.
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5. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ"인 이유는 다음과 같다.

    - 보기 ㄱ: 평형 상태에서 A와 B의 몰농도 비율이 6:1이 되도록 기체 A를 넣었다는 조건이 없으므로 옳지 않다.
    - 보기 ㄴ: 평형 상태에서 A의 몰분율이 6/7이므로, A와 B의 몰농도 비율은 6:1이 아니라 6:1+6=7:1이 된다. 따라서, A의 몰농도는 4.0M/(7+1)=0.5M이 되고, B의 몰농도는 4.0M-0.5M=3.5M이 된다.
    - 보기 ㄷ: 반응식에서 A와 B의 몰비는 6:1이므로, 평형 상태에서 A와 B의 몰농도 비율도 6:1이 된다. 따라서, A의 몰농도는 4.0M/(6+1)=0.5714M이 되고, B의 몰농도는 4.0M-0.5714M=3.4286M이 된다.
    - 보기 ㄱ, ㄴ: 보기 ㄱ은 옳지 않으므로, 보기 ㄴ만 고를 수 있다.
    - 보기 ㄴ, ㄷ: 보기 ㄴ과 보기 ㄷ 중에서 옳은 것은 보기 ㄴ이다. 따라서, 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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6. 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)
  • 보기에서 ㄱ은 혼합 용액의 pH를 계산하는 방법을 제시하고 있으며, ㄷ는 혼합 용액의 pH가 산성인지 염기성인지 판단하는 방법을 제시하고 있다. 따라서, 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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7. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는 초기 농도가 증가할수록 초기 반응 속도가 증가하다가 일정 농도 이상에서는 초기 반응 속도가 일정하게 유지되기 때문이다. 이는 초기 농도가 증가할수록 충돌 빈도가 증가하고, 일정 농도 이상에서는 반응물 간의 충돌 빈도가 포화되기 때문이다.
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8. 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)
  • 정답: "ㄱ, ㄴ"

    고체 촉매를 넣으면 화학 반응 속도가 증가하므로, t2 이후 A의 농도가 급격히 감소한다. 이때 생성된 B와 C의 농도는 증가하므로, "ㄱ, ㄴ"이 모두 옳다.
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9. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ"인 이유는, 아연(Zn)이 은(Ag)보다 환원력이 강하므로 아연이 은을 환원시키면서 전자를 방출하고, 이 전자가 숟가락의 표면에 있는 Ni 이온을 환원시켜 Ni가 도금되기 때문이다. 이 과정에서 전극 반응은 아연이 산화되고 은이 환원되는 것이며, 전지의 전압은 1.10V에서 0.34V로 감소한다.
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10. 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)
  • 가) 그림에서 X(g)는 물에 용해되지 않은 기체인 상태이고, X(aq)는 물에 용해된 상태이다. X(g)와 X(aq) 사이에는 평형이 형성되어 있다.
    나) 그림에서 A는 X(g)의 농도가 높은 상태이고, B는 X(g)와 X(aq)의 농도가 균형을 이룬 상태이며, C는 X(aq)의 농도가 높은 상태이다.
    따라서, 옳은 것은 "ㄱ, ㄷ" 이다.
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11. 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)
  • - "ㄴ"은 초기 농도가 증가할수록 초기 반응 속도가 증가하는 것을 나타내고 있으며, 이는 반응물 농도가 증가함에 따라 충돌 빈도가 증가하여 반응이 빨라지기 때문이다.
    - "ㄷ"는 A의 농도가 시간에 따라 감소하는 것을 나타내고 있으며, 이는 A와 B가 반응하여 C가 생성되기 때문이다.
    - "ㄱ, ㄴ"은 초기 농도가 증가하고 초기 반응 속도가 증가하는 것을 나타내므로, 초기 농도가 높을수록 반응이 빨리 일어난다는 것을 의미한다.
    - "ㄱ, ㄷ"는 초기 농도가 증가하면서 A의 농도가 감소하는 것을 나타내므로, 초기 농도가 높을수록 반응이 빨리 일어나지만, 반응이 일어난 후에는 A의 농도가 감소하므로 반응이 지속적으로 일어나지는 않는다는 것을 의미한다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 위의 모든 내용을 포함하고 있으며, 초기 농도가 높을수록 반응이 빨리 일어나지만, 반응이 지속적으로 일어나지는 않으며, 초기 반응 속도가 증가하는 것을 나타낸다.
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12. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다.

    ㄱ. 철수가 만든 NaOH 수용액의 몰농도는 1.0×10-3M이다.
    - 이는 1L의 수용액에 1.0×10-3mol의 NaOH가 포함되어 있다는 것을 의미한다.

    ㄷ. NaOH를 용해시키기 위해 물을 사용하는데, 이때 0.10M의 NaOH 수용액을 만들기 위해 필요한 물의 양은 9L이다.
    - 0.10M의 NaOH 수용액은 1L당 0.10mol의 NaOH가 포함되어 있으므로, 1.0×10-3mol의 NaOH를 포함하는 수용액을 만들기 위해서는 1.0×10-3/0.10 = 1/1000 L = 1mL의 NaOH 수용액이 필요하다.
    - 따라서, 1L의 NaOH 수용액을 만들기 위해서는 1mL의 NaOH 수용액과 999mL의 물이 필요하다.
    - 이를 9번 반복하면 9L의 0.10M NaOH 수용액을 만들 수 있다.
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13. 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)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 다음과 같다.

    - "ㄱ" : 반응물인 A2와 B2는 2개의 분자로 이루어져 있고, 생성물인 AB3는 1개의 분자로 이루어져 있으므로 분자 수가 감소하면서 엔트로피가 감소한다. 따라서 ΔS계는 음수이다.
    - "ㄴ" : 반응이 자발적으로 일어나기 위해서는 ΔG전가 음수여야 한다. ΔG전는 ΔH전 - TΔS전로 계산되는데, ΔH전는 반응열로 인해 음수이고, ΔS전는 "ㄱ"에서와 같이 음수이다. 따라서 ΔG전는 음수이므로 반응은 자발적으로 일어난다.
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14. 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)
  • 정답: "1 : 4, 1 : 8"

    기체의 확산 속도는 분자량이 작을수록 높아지고, 질량이 클수록 낮아진다. 따라서 X가 Y보다 분자량이 작고(a), 질량이 크므로(b), X의 확산 속도는 Y보다 높아지게 된다. 이를 보면 X가 Y보다 빠르게 이동하므로, X 입구에서 Y 입구로 이동하는 분자의 수가 Y 입구에서 X 입구로 이동하는 분자의 수보다 많아지게 된다. 이러한 현상을 보이기 위해서는 X 입구와 Y 입구의 면적 비(a : b)가 1 : 8이 되어야 한다. 따라서 옳은 답은 "1 : 4, 1 : 8"이다.
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15. 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)
  • 보기에서 옳은 것은 "ㄱ"이다. 그림에서 A는 고체 상태를 나타내고 있으며, B는 액체 상태를 나타내고 있다. C는 기체 상태를 나타내고 있지 않고, 이 물질은 고체와 액체 상태에서만 존재할 수 있다. 따라서 "ㄱ"이 옳다.
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16. 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)
  • 기체의 온도가 증가하면 분자의 평균 운동 에너지가 증가하므로 압력도 증가한다. 이 그래프에서 A와 B의 기울기는 같으므로 같은 온도에서의 압력은 같다. 따라서 A와 B의 혼합기체에서도 같은 온도에서의 압력은 같다. 이때, 혼합기체의 압력은 각 기체의 분압의 합과 같으므로 은 a/2b가 된다.
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17. 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)
  • 정답: "전체 엔트로피는 증가한다."

    이유: 용질인 NaCl(s)가 고체에서 용해액으로 상태가 변하면서 분자의 자유도가 증가하고, 물 분자와 Na+이온, Cl-이온 간의 상호작용이 증가하여 분자의 무질서도가 증가하므로 전체 엔트로피는 증가한다.
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18. 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)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 그림에서 액체 A와 B의 부피 변화가 다르기 때문이다. 액체 A는 온도가 증가함에 따라 부피가 감소하지만, 액체 B는 온도가 증가함에 따라 부피가 증가한다. 따라서, 두 액체는 서로 다른 물성을 가지고 있으며, 보기에서 "ㄱ, ㄴ"은 부적절한 선택지이다.
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19. 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)
  • 정답: E

    이유: 엔탈피는 가열 과정에서 흡수되는 열의 양을 나타내는 값이다. 따라서 가열 곡선의 기울기가 가파를수록 엔탈피가 크다. 그림에서 E 지점은 가열 곡선의 기울기가 가장 가파르기 때문에 H가 가장 크다.
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20. 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)
  • 정답은 "의약품"이다. 화학은 의약품 분야에서 매우 중요한 역할을 하며, 새로운 약물 개발과 생산, 약물의 효과와 부작용 연구 등에 활용된다. 의약품은 인류의 건강과 질병 치료에 매우 중요한 역할을 하므로, 화학이 의약품 분야에서 발전하면 인류 복지에 큰 도움이 된다.
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