수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2013-11-07)

수능(화학II)
(2013-11-07 기출문제)

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1. 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)
  • - 보기 중 "ㄱ"은 X와 Y의 압력이 모두 증가하고 있으므로, 반응이 진행되고 있다는 것을 나타낸다.
    - 보기 중 "ㄷ"는 온도가 증가하면서 Y의 압력이 더욱 빠르게 증가하고 있으므로, 이는 T2에서 촉매가 활성화되어 반응이 더욱 촉진되고 있음을 나타낸다.
    - 따라서, 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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2. 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)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ, 각각의 수용액의 pH가 다르기 때문에 혼합한 수용액의 pH도 달라진다."이다.

    HA는 약산이므로 pH가 낮고, BOH는 강염기이므로 pH가 높다. 따라서 HA 수용액과 BOH 수용액을 혼합한 수용액의 pH는 HA 수용액의 부피가 더 클 때는 HA 수용액의 pH에 가까워지고, BOH 수용액의 부피가 더 클 때는 BOH 수용액의 pH에 가까워진다. 이러한 이유로 각각의 수용액의 pH가 다르기 때문에 혼합한 수용액의 pH도 달라진다.
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3. 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)
  • 열화학 반응에서 ΔG 값이 음수인 경우는 반응이 일어나기 쉽고, ΔG 값이 양수인 경우는 반응이 일어나기 어렵다는 것을 나타낸다. 그림에서 반응 (가)의 ΔG 값은 음수이므로 반응이 일어나기 쉽고, 반응 (다)의 ΔG 값은 양수이므로 반응이 일어나기 어렵다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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4. 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)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    - "ㄱ" : A의 몰 분율이 증가할수록 자유 에너지는 감소한다. 이는 반응식에서 A의 몰수가 증가하면 반응이 역방향으로 진행하여 B가 생성되기 때문이다. 따라서 A의 몰수가 적을수록 자유 에너지가 높아지고, A의 몰수가 많을수록 자유 에너지가 낮아진다.
    - "ㄴ" : 초기 상태에서 A와 B의 몰수는 각각 6 몰이므로, 반응이 진행하여 평형에 도달하면 A와 B의 몰수는 각각 3 몰이 된다. 이는 반응식에서 몰 비율이 1:1로 되기 때문이다.
    - "ㄷ" : 전체 기체의 몰수가 12 몰이므로, 평형에 도달한 후에도 A와 B의 몰수의 합은 12 몰이어야 한다. 따라서 A와 B의 몰수는 각각 6 몰이 된다. 이는 반응식에서 몰 비율이 1:1로 되기 때문이다.
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5. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는 X와 Y의 초기 농도가 모두 2M일 때, [X]가 1.2M일 때 [Y]>0이기 때문이다. 이는 X와 Y가 서로 반응하지 않고, Y가 Z 생성에 필요한 중간체로 작용하기 때문이다. 따라서 [X]가 일정 수준 이하로 떨어지면 Z 생성 속도가 감소하고, [Y]가 증가하게 된다. 이는 그림 (가)와 (나)에서도 확인할 수 있다.
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6. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ" 인 이유는 다음과 같다.

    ㄱ. 그림 (가)에서 보듯이, 반응 경로에 따라서 C 생성에 필요한 활성화 에너지가 가장 작은 경로는 A → B → C 경로이다. 따라서 이 경로가 가장 빠른 속도로 반응이 진행되는 경로이다.

    ㄴ. 그림 (나)에서 보듯이, T1에서는 [B]가 시간에 따라서 지수적으로 감소하고 있지만, T2에서는 [B]가 일정 시간 동안 거의 변화하지 않고 일정한 값을 유지하다가 갑자기 급격히 감소하고 있다. 이는 T2에서는 B → C 경로가 A → B 경로보다 더 빠르게 진행되고 있기 때문이다. 따라서 T2에서는 B의 농도가 일정 시간 동안 거의 변화하지 않다가 C 생성이 시작되면서 급격히 감소하는 것이다.
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7. 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)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    - ㄱ: 전극 B에서 금속이 석출되었으므로 X는 양이온이다. 전극 D에서 기체가 발생되었으므로 Y는 음이온이다.
    - ㄴ: XSO4 수용액에서는 SO42- 이온이 생성되고, YCl 수용액에서는 Cl- 이온이 생성된다.
    - ㄷ: 전극 B에서 금속이 석출되면서 양이온의 전자를 받아들이고, 전극 D에서 기체가 발생하면서 음이온이 전자를 잃어버린다. 이는 전극 B에서는 환원반응이 일어나고, 전극 D에서는 산화반응이 일어난다.
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8. 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)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    ① A의 몰수가 감소하면 B와 C의 몰수가 증가한다. 이는 반응식에서 A가 분해되어 B와 C가 생성되기 때문이다.

    ② 평형 상수(K)가 평형 Ⅰ에서 평형 Ⅱ에서의 12배로 증가하였으므로, 평형 Ⅱ에서 B와 C의 몰수가 더 많이 증가하게 된다.

    ③ 평형 상수(K)가 증가하였으므로, 엔탈피 변화(ΔH)는 음수이다. 따라서 이 반응은 엔탈피가 방출되는 발열반응이다.

    ④ 평형 Ⅰ에서는 A의 몰수가 더 많이 존재하고, 평형 Ⅱ에서는 B와 C의 몰수가 더 많이 존재하므로, 평형 이동은 A에서 B와 C로 이동한 것이다.

    ⑤ 이 반응은 엔트로피 변화(ΔS)가 양수이므로, 무질서도가 증가하는 반응이다.
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9. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는, 반응 엔탈피의 합이 양수인 경우이기 때문이다. 즉, 반응이 진행하면서 엔탈피가 흡수되는 엔드로핀 반응이 일어나는 것이다. 이러한 경우에는 반응이 일어나기 위해서는 열을 공급해줘야 하므로, 반응이 일어나기 어렵다는 것을 의미한다.
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10. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는, 실험에서 측정한 값들로는 프로페인(C3H8)의 분자량을 구할 수 없기 때문이다. 실험에서 측정한 값들은 프로페인과 물의 혼합물의 총 부피, 물의 부피, 그리고 혼합물의 온도와 기압이다. 이 값들로는 프로페인의 분자량을 직접적으로 구할 수 없으며, 추가적인 정보가 필요하다.
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11. 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)
  • 보기에서 ㄱ번과 ㄷ번이 옳다.

    ㄱ번: 끓는점이 높은 화합물일수록 분자량이 크다. 그림에서 CX4 ~ CZ4의 끓는점이 F, Cl, Br 순으로 높으므로, X~Z가 Br인 화합물일수록 분자량이 크다는 것을 알 수 있다.

    ㄷ번: 그림에서 끓는점이 가장 높은 화합물은 CBr4이다. 따라서 X~Z가 Br인 화합물일수록 끓는점이 높다는 것을 알 수 있다.
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12. 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)
  • 먼저, 1.5M NaOH 수용액 aL의 몰농도는 1.5 mol/L 이므로, 몰질량은 1.5 x 40 = 60 g/L 이다. 따라서, aL의 질량은 60a g 이다.

    또한, 1.5M NaOH 수용액 0.1 L의 몰농도는 1.5 mol/L 이므로, 몰질량은 1.5 x 40 x 0.1 = 6 g 이다. 이 수용액의 질량은 밀도가 1.06g/mL 이므로, 0.1 L x 1.06 g/mL = 106 g 이다.

    따라서, 혼합 수용액의 총 질량은 60a + 6 + 106 = 66 + 60a g 이다.

    혼합 수용액의 몰농도는 몰질량을 총 질량으로 나눈 값이므로,

    몰농도 = (1.5 x a + 1.5 x 0.1) mol / (60a + 6 + 106) g

    = (1.5a + 0.15) / (60a + 112)

    퍼센트 농도는 몰농도를 100으로 곱한 값이므로,

    퍼센트 농도(%) = (1.5a + 0.15) / (60a + 112) x 100

    = (150a + 15) / (60a + 112)

    = (10a + 1.5) / (4a + 7)

    따라서, 정답은 "10a + 0.5" 가 아닌 "10a + 1" 이다.
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13. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, ΔH가 음수이고 TΔS가 양수이므로 Gibbs 자유 에너지 변화인 ΔG는 음수이다. 따라서 반응은 엔트로피 증가와 엔탈피 감소가 동시에 일어나는 즉, 열역학적으로 유리한 반응이다.
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14. 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 전과 후의 온도가 일정하므로, 기체의 양은 보존된다. 따라서, X와 Y의 초기 부피의 합과 최종 부피의 합은 같다. 초기에는 X와 Y의 부피가 각각 V/2 였으므로, 초기 부피의 합은 V이다. 최종 부피는 4L 이므로, X와 Y의 부피의 합은 4L이다. 따라서, V + V/2 = 4L 이므로, V = 8L/3 이다. 따라서, 정답은 2번이다.
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15. 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)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.

    이유는 라울의 법칙에 따르면, 증기압은 용액의 몰랄 농도와 비례한다. 그림에서 용액 A와 B의 몰랄 농도가 같을 때, 용액 A의 증기압이 용액 B의 증기압보다 높다. 이는 용매 A가 X를 용해하는 데 더 유리한 조건을 제공하기 때문이다. 따라서, 용액 A는 용액 B보다 X를 더 많이 용해시킬 수 있다.
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16. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ"인 이유는 다음과 같다.

    - 가스밸브를 닫은 후, 라이터로 탄소 가루를 연소시키면, 발생하는 열로 열량계의 수온이 상승한다. 이때, 수온의 변화량을 측정하여 탄소 가루의 연소열을 구할 수 있다. (ㄴ)
    - 실험에서는 탄소 가루를 연소시키는 것이므로, 연소 후 발생하는 가스는 이산화탄소와 수증기이다. 이러한 가스는 열량계에 영향을 주지 않으므로, 실험 중에는 열량계의 뚜껑을 열어두어야 한다. (ㄷ)
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17. 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)
  • ① (가)는 액체의 증기 압력을 측정하는 과정을 보여주고, (나)는 액체 A와 B의 증기 압력이 시간에 따라 변화하는 것을 보여준다. 따라서, (가)와 (나)는 모두 증기 압력과 관련된 실험이다.

    ② (가)에서는 액체를 가열하여 증기를 발생시키고, 그 증기의 압력을 측정하는 방법을 사용한다. 이는 액체의 증기 압력을 측정하는 가장 일반적인 방법 중 하나이다.

    ③ (나)에서는 액체 A와 B의 증기 압력이 시간에 따라 변화하는 것을 보여준다. 이는 두 액체의 증기 압력이 서로 다르기 때문에 발생하는 현상이다.

    따라서, 정답은 "ㄱ, ㄷ" 이다.
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18. 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)
  • - "ㄱ"은 이온 결합을 가진 나트륨 염화물의 결정 구조를 나타낸 것이다. 이 구조는 나트륨 이온과 염화 이온이 교대로 배열되어 있으며, 이는 이온 결합의 특징 중 하나인 전하의 균형을 유지하기 위한 구조이다.
    - "ㄷ"는 공유 결합을 가진 다이아몬드의 결정 구조를 나타낸 것이다. 이 구조는 탄소 원자들이 서로 공유 결합을 이루어 결합하면서, 정육면체 형태로 배열되어 있다. 이는 공유 결합의 특징 중 하나인 전자의 공유를 통해 안정적인 구조를 유지하기 위한 것이다.
    - "ㄱ, ㄴ"은 이온 결합을 가진 칼슘 염화물의 결정 구조를 나타낸 것이다. 이 구조는 나트륨 염화물과 비슷하게 이온들이 교대로 배열되어 있지만, 이는 칼슘 이온과 염화 이온이 교대로 배열되어 있는 것이다.
    - 따라서, 정답은 "ㄱ, ㄷ, ㄱ, ㄴ"이다.
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19. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, 열린계와 고립계에서 모두 물이 증발하여 부피가 감소하고 있기 때문이다. 따라서 두 계 모두에서 물의 부피가 감소하는 것은 공통점이며, "ㄱ"이 정답이 된다.
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20. 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)
  • 화학자들은 신약 개발에 큰 역할을 했다. 신약은 인류의 건강을 증진시키는 데 큰 기여를 하였으며, 많은 질병을 치료하고 예방하는 데 사용되고 있다. 이는 화학자들이 새로운 화합물을 합성하고, 이를 통해 새로운 치료법을 개발하는 데 성공했기 때문이다.
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