수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2013-11-07)

수능(화학II) 2013-11-07 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2013-11-07 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 다음은 인류 복지에 기여한 화학자의 업적에 관한 기사의 일부를 발췌하여 정리한 것이다.

다음 중 (가)에 가장 적절한 것은?

  1. 신약
  2. 연료 전지
  3. 의료 기기
  4. 신재생 에너지
  5. 생분해성 플라스틱
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 지문에서 '특정 질병과 관련된 화합물의 구조', '치료약의 합성법', '분자 모델링'이라는 키워드가 등장합니다. 이는 질병 치료를 위한 약물을 설계하고 개발하는 과정이므로 신약 개발에 대한 설명입니다.
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1

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2. 그림은 열린계와 고립계에서 물이 자발적으로 증발하여 물의 부피가 감소하고 있는 상태를 각각 나타낸 것이다.

위의 두 계에서의 변화에 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)
  • 열린계는 물질과 에너지가 모두 교환 가능하고, 고립계는 둘 다 불가능한 계입니다.
    물(액체)이 증발하여 수증기(기체)가 되면 무질서도가 증가하므로 계의 엔트로피($S_{sys}$)는 항상 증가합니다.
    ㄱ. 열린계에서는 증발한 수증기가 계 밖으로 나가므로 계의 부피가 감소합니다. (옳음)
    ㄴ. 고립계는 물질 교환이 불가능하므로 증발하더라도 전체 부피는 일정하게 유지됩니다. (틀림)
    ㄷ. 고립계에서는 외부와 에너지 교환이 없으므로 전체 엔트로피($S_{total}$) 변화량은 계의 엔트로피 변화량과 같습니다. 증발은 자발적 과정이므로 전체 엔트로피는 증가합니다. (틀림)
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1

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3. 그림은 3 가지 고체의 결정 구조를 모형으로 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)
  • 제시된 모형은 각각 단순 입방 구조, 체심 입방 구조, 면심 입방 구조를 나타냅니다.
    ㄱ. 단순 입방 구조는 단위 세포의 꼭짓점에만 입자가 위치하여 단위 세포당 입자 수가 $1$개이므로 옳습니다.
    ㄴ. 체심 입방 구조는 꼭짓점 외에 중심에 입자가 하나 더 있어 단위 세포당 입자 수가 $2$개이므로 옳습니다.
    ㄷ. 면심 입방 구조는 각 면의 중심에 입자가 위치하여 단위 세포당 입자 수가 $4$개이므로 옳습니다.
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4. 그림 (가)는 액체의 증기 압력을 측정하는 과정을, (나)는 액체 A와 B를 (가)의 장치에 각각 20mL씩 넣고 일정한 온도에서 측정한 수은 기둥의 높이 차(h)를 시간에 따라 나타낸 것이다.

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)
  • 액체의 증기 압력은 온도와 액체의 종류에 따라 결정되며, 외부 압력과 증기 압력이 같아질 때 액체와 기체가 동적 평형 상태에 도달합니다.
    ㄱ. 수은 기둥의 높이 차 $h$는 외부 압력과 증기 압력의 차이를 나타냅니다. 시간이 지남에 따라 $h$가 일정해지는 것은 증기 압력이 일정해져 동적 평형 상태에 도달했음을 의미하므로 옳습니다.
    ㄴ. 동일 온도에서 액체 A의 수은 기둥 높이 차 $h$가 액체 B보다 작다는 것은, 외부 압력과의 차이가 더 작다는 뜻입니다. 즉, 액체 A의 증기 압력이 액체 B보다 더 크며, 이는 A의 분자 간 인력이 B보다 더 약함을 의미하므로 틀렸습니다.
    ㄷ. 액체의 양을 20mL에서 더 늘리더라도, 증기 압력은 온도와 액체의 종류에만 의존하며 액체의 양과는 무관합니다. 따라서 평형 상태에서의 $h$ 값은 변하지 않으므로 옳습니다.
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5. 다음은 열량계를 이용하여 탄소 가루를 연소시킬 때 발생하는 열량을 구하는 실험이다.

이 실험에 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)
  • 탄소 가루의 연소열을 측정하는 실험에 대한 분석입니다.

    ㄴ. 탄소 가루가 연소하며 방출한 열량은 열량계 내부의 물과 열량계 자체가 흡수한 열량의 합과 같습니다. 따라서 물의 온도 변화와 열량계의 열용량을 모두 고려하여 계산해야 합니다.
    ㄷ. 실험 장치에서 열량계의 뚜껑을 닫는 이유는 외부로 열이 방출되는 것을 막아 측정 오차를 줄이기 위함입니다.

    오답 노트
    ㄱ. 탄소 가루의 질량뿐만 아니라 연소 후 남은 재의 질량을 측정하여 실제로 연소된 탄소의 양을 정확히 계산해야 하므로 틀린 설명입니다.
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6. 그림은 25℃, 1 기압에서 용질 X를 용매 A와 B에 각각 녹인 용액 (가)와 (나)의 몰랄 농도에 따른 증기 압력을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X는 비휘발성 비전해질이고, 용액은 라울 법칙을 따른다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 증기 압력은 용매의 분자 간 인력이 클수록 낮게 나타나며, 비휘발성 용질이 녹으면 라울 법칙에 의해 증기 압력이 더 낮아집니다.
    그래프에서 동일 몰랄 농도일 때 용액 (나)의 증기 압력이 (가)보다 낮으므로, 용매 B의 분자 간 인력이 A보다 큽니다. 또한, 끓는점은 증기 압력이 외부 압력과 같아지는 온도이므로, 외부 압력 $P_1$에서 증기 압력이 $P_1$인 용액 (가)의 끓는점은 순수한 용매 B의 끓는점과 같습니다.

    오답 노트
    ㄴ: 끓는점에서의 증기 압력은 외부 압력과 동일하므로 두 용액 모두 $1 \text{ atm}$으로 같습니다.
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7. 다음은 X와 Y가 반응하여 Z 를 생성하는 화학 반응식이다.

그림은 기체 X 와 Y 가 들어 있는 두 용기가 실린더에 콕으로 각각 연결된 상태를 나타낸 것이다. 콕 a, b를 열어 반응이 완결된 후 고정 장치를 풀었더니, 실린더 속의 기체 부피는 4L가 되었다. 반응 전과 후의 온도는 일정하다.

실린더에 연결된 한쪽 용기의 부피(V)는? (단, 연결관의 부피, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
(정답률: 알수없음)
  • 반응 전 총 몰수와 반응 후 몰수의 관계를 이용하여 용기 부피 $V$를 구하는 문제입니다.
    반응 전 총 몰수는 $3V + 4V = 7V$이며, $\text{X}(g) + \text{Y}(g) \rightarrow \text{Z}(g)$ 반응에 의해 몰수가 감소하여 반응 후 총 몰수는 $4V$가 됩니다.
    ① [기본 공식] $P V = n R T$
    ② [숫자 대입] $1 \times (2V + 4) = 4V$
    ③ [최종 결과] $V = 2$
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8. 그림은 25℃에서 어떤 반응 Ⅰ~Ⅲ의 ΔH와 TΔS를 나타낸 것이다.

25℃에서 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자발적 반응의 조건은 깁스 자유 에너지 변화 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S < 0$ 입니다.
    반응 I: $\Delta H < 0, T\Delta S < 0$이므로 저온에서 자발적입니다.
    반응 II: $\Delta H < 0, T\Delta S > 0$이므로 항상 자발적입니다.
    반응 III: $\Delta H > 0, T\Delta S > 0$이므로 고온에서 자발적입니다.
    따라서 모든 반응이 항상 자발적이라는 설명은 틀렸으며, 주어진 온도 $25^{\circ}\text{C}$에서 $\Delta G$ 값을 분석했을 때 ㄱ만이 옳습니다.

    오답 노트
    ㄴ: $\text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l)$은 흡열 반응($\Delta H > 0$)이므로 반응 I이 아님
    ㄷ: $\text{C}_3\text{H}_8(g) + 5\text{O}_2(g) \rightarrow 3\text{CO}_2(g) + 4\text{H}_2\text{O}(g)$는 발열 반응($\Delta H < 0$)이므로 반응 III이 아님
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9. 1.5M 수산화 나트륨(NaOH) 수용액 aL와 밀도가 1.06g/mL인 1.5m NaOH 수용액 0.1 L 를 혼합한 수용액의 질량은 600 g 이다. 이 혼합 수용액의 퍼센트 농도(%)는? (단, NaOH의 화학식량은 40 이다.)

  1. 6a + 0.5
  2. 6a + 1
  3. 6a + 6
  4. 10a + 0.5
  5. 10a + 1
(정답률: 알수없음)
  • 혼합 수용액의 퍼센트 농도는 (전체 용질의 질량 / 혼합 수용액의 전체 질량) × 100으로 계산합니다.
    먼저 각 수용액에 포함된 $\text{NaOH}$의 질량을 구합니다. 몰 농도 수용액의 용질 질량은 $M \times a \times 40$이고, 몰랄 농도 수용액의 용질 질량은 $0.1 \text{ L}$의 질량($106 \text{ g}$)에 포함된 용질의 양을 계산하여 더합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Percent Concentration} = \frac{\text{Total solute mass}}{\text{Total solution mass}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{Percent Concentration} = \frac{(1.5 \times a \times 40) + (1.5 \times 0.1 \times 1000 \times \frac{40}{1000+40})}{600} \times 100$
    ③ [최종 결과] $10a + 1$
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10. 그림은 분자량에 따른 탄소 화합물 CX4 ~ CZ4 의 끓는점을 나타낸 것이다. X~Z 는 각각 F, Cl, Br 중 하나이다.

X~Z 를 포함하는 화합물에 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)
  • 분자량이 커질수록 분산력이 증가하여 끓는점이 높아집니다. 따라서 분자량 크기는 $CX_{4} < CY_{4} < CZ_{4}$이며, 할로젠 원소는 $X=F, Y=Cl, Z=Br$입니다.
    분산력은 전자 구름의 크기가 클수록(분자량이 클수록) 크므로 $CZ_{4}$가 $CY_{4}$보다 큽니다.
    $HX$는 $HF$이며, $F$의 전기 음성도가 매우 커서 수소 결합을 형성합니다.

    오답 노트
    쌍극자-쌍극자 힘: $HZ(HBr)$보다 $HY(HCl)$의 극성이 더 크므로 $HY$가 더 강합니다.
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1

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11. 다음은 프로페인(C3H8)의 분자량을 구하기 위한 실험이다.

이 실험에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체 상수 R=0.08L·기압/몰·K이고, C3H8은 물에 용해되지 않는다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 분자량을 계산합니다. 이때 기체의 부분 압력은 전체 압력에서 수증기압을 뺀 값입니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{\Delta w RT}{P_{C_{3}H_{8}} V}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{0.09 \times 0.08 \times 300}{(1 - 0.04) \times 0.05}$
    ③ [최종 결과] $M = 45$

    오답 노트
    부분 압력: 그림 II에서 III으로 갈 때 부피가 증가하므로 보일의 법칙에 의해 부분 압력은 감소합니다.
    몰 분율: 온도가 상승하면 수증기압 $P_{2}$가 증가하여 $C_{3}H_{8}$의 부분 압력이 감소하므로 몰 분율은 작아집니다.
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12. 그림은 25℃, 1 기압에서 몇 가지 반응의 엔탈피 관계를 나타낸 것이다. CO2(g), H2O(g)의 생성열은 각각 ΔH1, ΔH2 이고, H2O(l)의 분해열은 ΔH3 이다.

이 과정에 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)
  • 엔탈피 도표를 통해 각 경로의 에너지 변화를 분석합니다.
    과정 (가)는 $3C(s) + 4H_{2}(g) + 5O_{2}(g)$에서 $3CO_{2}(g) + 4H_{2}O(l)$로 가는 경로입니다. 이는 $3CO_{2}(g)$의 생성($3\Delta H_{1}$)과 $4H_{2}O(l)$의 생성($4\Delta H_{2} + 4\Delta H_{3}$)의 합과 같습니다. 여기서 $\Delta H_{3}$는 $H_{2}O(l)$의 분해열이므로 생성열은 $-\Delta H_{3}$입니다. 따라서 과정 (가)의 엔탈피 변화는 $3\Delta H_{1} + 4(\Delta H_{2} - \Delta H_{3})$가 되어야 하나, 문제의 정의에 따라 $\Delta H_{2}$가 기체 상태 생성열, $\Delta H_{3}$가 액체 상태 분해열임을 고려하면 $3\Delta H_{1} - 4\Delta H_{3}$의 관계가 성립합니다.

    오답 노트
    $H_{2}O(l)$의 몰 증발열: $\Delta H_{2} + \Delta H_{3}$가 되어야 하며, 계수가 4가 아닌 1몰 기준이어야 합니다.
    $3\Delta H_{1} + 4\Delta H_{2}$: 생성열은 일반적으로 음수이므로 합산 결과는 발열 반응입니다.
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13. 다음은 기체 A가 분해되어 기체 B와 C가 생성되는 반응의 열화학 반응식을 나타낸 것이다.

그림은 1L 강철 용기에서 A~C 중 두 물질의 몰수 변화를 나타낸 것이다. 평형 상수(K)는 평형 Ⅰ에서가 평형 Ⅱ에서의 12 배이다.

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)
  • 반응식 $A(g) \rightleftharpoons B(g) + C(g)$에서 평형 상수 $K$는 다음과 같습니다.
    $K = \frac{[B][C]}{[A]}$
    평형 Ⅰ에서 $A$의 몰수가 $1$에서 $x$로 감소했다면, $B$와 $C$는 각각 $x$만큼 증가합니다. 평형 Ⅱ에서는 $A$의 몰수가 $1$에서 $2x$로 감소하고 $B, C$는 $2x$만큼 증가한 상태입니다.
    조건에서 $K_I = 12 \times K_{II}$이므로,
    $\frac{x \times x}{1-x} = 12 \times \frac{2x \times 2x}{1-2x}$
    이를 정리하면 $x = 12 \times \frac{4(1-x)}{1-2x}$가 되며, 계산 시 $x = 0.1$ 부근의 값을 가집니다.
    ㄱ. $A$가 분해되어 분자 수가 증가하는 반응이므로, 온도가 상승하면 르샤틀리에 원리에 의해 정반응이 우세해져 $K$값이 증가합니다. (옳음)
    ㄴ. 평형 Ⅰ에서 $A$의 몰수 변화량은 $x$, $B$의 몰수 변화량은 $x$로 동일합니다. (틀림)
    ㄷ. 부피가 일정할 때 압력이 증가하면 분자 수가 감소하는 역반응이 우세해져 $A$의 몰수가 증가합니다. (옳음)
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14. 그림은 일정한 온도에서 백금 전극을 사용하여 XSO4 수용액과 YCl 수용액을 전기 분해하는 장치를 나타낸 것이다. 전류를 흘려주었을 때 전극 B에서는 금속이 석출되었고, 전극 D에서는 기체가 발생되었다. X와 Y는 임의의 금속 원소이다.

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)
  • 전극 B에서 금속이 석출되었으므로 B는 환원 전극(음극)이며, 전극 D에서 기체가 발생했으므로 D는 산화 전극(양극)입니다.
    전극 B에서 $Y^{n+}$가 환원되어 금속 Y가 석출되고, 전극 D에서 $SO_4^{2-}$는 산화되지 않으므로 물이 산화되어 산소 기체가 발생합니다.
    금속의 반응성 순서는 $X > Y$이므로, $X$는 $Y$보다 이온화 경향이 커서 수용액 상태로 존재하며 $Y$가 먼저 석출됩니다.
    따라서 ㄱ. 전극 B에서는 $Y$가 석출된다, ㄴ. 전극 D에서는 $O_2$가 발생한다, ㄷ. $X$의 이온화 경향은 $Y$보다 크다 모두 옳은 설명입니다.
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15. 다음은 3 원자 분자 A가 B를 거쳐 C가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

그림 (가)는 이 반응의 반응 경로에 따른 에너지를, (나)는 A의 초기 농도를 같게 하여 온도 T1, T2 에서 각각 반응시켰을 때 반응 시간에 따른 [B]를 나타낸 것이다.

이에 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)
  • 반응 경로 그래프 (가)에서 첫 번째 활성화 에너지가 두 번째보다 크므로, $\text{A} \rightarrow \text{B}$ 단계가 느린 단계(속도 결정 단계)입니다.
    ㄱ. 속도 결정 단계의 활성화 에너지가 더 크므로, 온도가 상승하면 반응 속도 상수가 더 크게 증가하여 $\text{B}$의 최대 농도가 증가하고 도달 시간은 단축됩니다.
    ㄴ. $\text{A} \rightarrow \text{B}$ 단계의 활성화 에너지가 더 크므로, 온도가 높아질수록 $\text{B}$의 생성 속도가 더 빠르게 증가하여 그래프 (나)와 같이 $T_2$의 피크가 더 높고 빠르게 나타납니다.
    ㄷ. 전체 반응 $\text{A} \rightarrow \text{C}$는 발열 반응이므로, 르샤틀리에 원리에 의해 온도가 상승하면 평형 상수는 감소합니다.
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16. 다음은 일정한 온도에서 강철 용기에 들어 있는 X, Y 로부터 Z 가 생성되는 두 반응의 화학 반응식과 반응 속도식이다. Z 의 생성 속도(v)는 v1 + v2, m과 n은 반응 차수, k 는 상수이다.

그림 (가)와 (나)는 X와 Y의 초기 농도를 각각 2M로 하여 반응을 진행시킬 때, [X]에 따라 Z가 생성되는 반응 속도(v1)와 반응 시간에 따른 [Y]를 각각 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X 와 Y 는 서로 반응하지 않고, [X]=1.2M일 때 [Y]>0 이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응 속도식 $v_1 = k[X]^m[Y]^n$에서 그래프 (가)를 보면 $[X]$가 $2$배 증가할 때 $v_1$이 $4$배 증가하므로 $m=2$입니다. 또한, 그래프 (나)에서 반응 시간이 지남에 따라 $[Y]$가 $0$으로 수렴하지 않고 일정 값에 도달하는 것은 $\text{X}$가 한계 반응물임을 의미합니다.
    ㄴ. $[X]=1.2\text{M}$일 때 $[Y]>0$이라는 조건과 그래프 (나)의 기울기 변화를 분석하면, $\text{Y}$의 농도가 속도에 영향을 주는 차수 $n$은 $0$임을 알 수 있습니다. 따라서 $v_1 = k[X]^2$가 됩니다.
    오답 노트
    ㄱ. $m=2$이므로 틀렸습니다.
    ㄷ. $n=0$이므로 틀렸습니다.
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1

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17. 다음은 기체 A와 B의 화학 반응식이다.

그림 (가)는 이 반응이 일어날 때 A의 몰 분율에 따른 자유 에너지를, (나)는 콕으로 분리된 반응 용기에 기체 A 와 B를 넣어 준 초기 상태를 나타낸 것이다. (나)에서 콕을 열고 반응이 진행되어 평형에 도달했을 때, 전체 기체의 몰수는 12 몰이 되었다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{A} + 2\text{B} \rightleftharpoons 3\text{C}$에서 평형 상태의 전체 몰수가 $12\text{ mol}$이 되었으므로, 반응 전후의 몰수 변화를 통해 반응량을 구할 수 있습니다. 초기 상태에서 $\text{A}$는 $4\text{ mol}$, $\text{B}$는 $8\text{ mol}$이므로 반응한 $\text{A}$의 양을 $x$라 하면, 평형 시 전체 몰수는 $(4-x) + (8-2x) + 3x = 12\text{ mol}$이 되어 $x=0$이 됩니다. 즉, 초기 상태가 이미 평형 상태임을 알 수 있습니다.
    ㄱ. 초기 상태가 평형이므로 $\text{A}$의 몰 분율 $0.33$에서 자유 에너지가 최소가 되며, 이는 그래프 (가)의 최솟값 지점과 일치합니다.
    ㄴ. 평형 상태에서 $\text{A}$의 몰 분율이 $0.33$이므로, $\text{A}$를 추가하면 $\text{A}$의 몰 분율이 증가하여 자유 에너지가 증가하고, 이를 낮추기 위해 정반응이 진행됩니다.
    ㄷ. 콕을 열기 전 $\text{A}$와 $\text{B}$의 부분 압력은 각각 $P_{\text{A}} = 0.33\text{ atm}$, $P_{\text{B}} = 0.67\text{ atm}$이며, 콕을 연 후 평형 상태의 전체 압력은 $1.0\text{ atm}$이 유지됩니다.
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18. 다음은 반응 (가)~(다)의 열화학 반응식이다.

그림은 온도(T)에 따른 반응 (가)~(다)의 자유 에너지 변화 (ΔG)를 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)
  • 자유 에너지 변화 공식 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$를 이용해 분석합니다. $\Delta G$와 $T$의 관계는 일차함수 형태이며, 기울기는 $-\Delta S$, $y$절편은 $\Delta H$입니다.
    ㄱ. 반응 (가)는 $T$가 증가할수록 $\Delta G$가 감소하며, 특정 온도 이상에서 $\Delta G < 0$이 되어 자발적 반응이 됩니다. (옳음)
    ㄴ. 반응 (나)의 기울기는 양수이므로 $\Delta S < 0$입니다. 또한 $y$절편($\Delta H$)이 음수이므로 발열 반응입니다. (틀림)
    ㄷ. 반응 (다)는 모든 온도 영역에서 $\Delta G > 0$이므로 비자발적 반응입니다. (옳음)
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19. 그림은 25℃에서 pH가 다른 2 가지 HA 수용액 100mL에 0.5M BOH 수용액의 부피를 달리하여 각각 혼합한 수용액을 만드는 과정을 나타낸 것이다. HA는 약산이고 BOH는 강염기이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 약산(HA)과 강염기(BOH)가 반응하면 짝염기($A^-$)와 약산(HA)이 공존하는 완충 용액이 형성됩니다.
    ㄷ. 동일한 양의 강염기를 첨가했을 때, 초기 pH가 낮은(산성도가 강한) 수용액일수록 $H^+$ 농도가 높아 pH 변화 폭이 더 작게 나타납니다. (옳음)
    오답 노트
    ㄱ. 완충 용액의 pH는 헨더슨-하셀바흐 식에 의해 결정되며, 초기 pH가 다르면 혼합 후 pH도 다릅니다.
    ㄴ. 강염기 첨가 시 $H^+$가 소모되어 pH는 두 경우 모두 증가합니다.
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20. 다음은 기체 X와 Y의 화학 반응식이다.

표는 온도 T1 에서 강철 용기에 X(g)를 넣고 반응시킬 때, 반응 시간과 온도에 따른 X와 Y의 압력을 나타낸 것이다. 반응 시간 2 분이 경과한 직후, 소량의 고체 촉매를 넣고 가열하여 온도를 T2 로 높였다. T2 < 2T1 이다.

이에 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)
  • 화학 반응식 $\text{X(g)} \rightleftharpoons \text{Y(g)}$에서 반응 전 X만 넣었으므로, 평형 상태에서 X와 Y의 압력비는 평형 상수 $K$에 의해 결정됩니다.
    ㄱ. $T_1$에서 2분 후 X의 압력이 $40\text{atm}$, Y의 압력이 $20\text{atm}$일 때, 평형에 도달하기 전이라면 반응이 더 진행되어 X는 감소하고 Y는 증가해야 합니다. 표에서 시간이 흐름에 따라 X가 감소하고 Y가 증가하는 경향을 보이므로 아직 평형에 도달하지 않은 상태가 맞으므로 옳습니다.
    ㄴ. 촉매는 반응 속도만 빠르게 할 뿐 평형 위치(평형 상수)에는 영향을 주지 않습니다. 따라서 촉매 투입 후 $T_1$에서 도달할 평형 압력은 촉매가 없을 때와 동일하므로 옳습니다.
    ㄷ. 온도를 $T_1$에서 $T_2$로 높였을 때, 평형 상태에서 Y의 압력이 증가했다면 이는 정반응이 흡열 반응임을 의미합니다. 흡열 반응은 온도가 높아질 때 평형이 정반응 쪽으로 이동하여 생성물인 Y의 양이 증가하므로 옳습니다.
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