수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2014-06-12)

수능(화학II) 2014-06-12 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2014-06-12 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 다음은 물의 비열에 대한 설명이다.

다음 중 (가)에 가장 적절한 것은?

  1. 용해성
  2. 전기 전도성
  3. 공유 결합
  4. 이온 결합
  5. 수소 결합
(정답률: 알수없음)
  • 물 분자 사이에는 강한 인력인 수소 결합이 작용합니다. 이 수소 결합으로 인해 물 분자를 떼어내기 위해 더 많은 에너지가 필요하므로 비열이 매우 크게 나타납니다.
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2. 그림과 같이 물에 수산화나트륨(NaOH)을 넣었더니 온도가 올라 갔다.

이 반응에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수산화나트륨($NaOH$)을 물에 녹일 때 온도가 올라가는 것은 에너지를 방출하는 발열 반응임을 의미합니다.

    ㄱ. 온도가 올라갔으므로 주변으로 열을 방출하는 발열 반응입니다. (옳음)
    ㄴ. 발열 반응에서는 반응물보다 생성물의 에너지가 더 낮습니다. (틀림)
    ㄷ. 발열 반응의 엔탈피 변화($\Delta H$)는 $0$보다 작습니다. (옳음)

    오답 노트
    ㄴ. 발열 반응은 에너지가 높은 반응물이 에너지가 낮은 생성물로 변하며 그 차이만큼 열을 내보내는 과정입니다.
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3. 표는 물질 (가)~(다)의 화학식과 기준 끓는점을 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물질의 끓는점은 분자 간 인력이 강할수록, 분자량이 클수록 높아지는 경향이 있습니다.

    ㄱ. (가) $\text{CH}_4$는 무극성 분자이고, (나) $\text{CH}_3\text{OH}$는 극성 분자이며 수소 결합을 합니다. 따라서 분자 간 인력이 훨씬 강한 (나)의 끓는점이 (가)보다 높습니다. (틀림)
    ㄴ. (나) $\text{CH}_3\text{OH}$와 (다) $\text{CH}_3\text{OCH}_3$는 분자식이 같은 이성질체입니다. 하지만 (나)는 수소 결합이 가능하고 (다)는 불가능하므로, (나)의 끓는점이 (다)보다 높습니다. (틀림)
    ㄷ. (가) $\text{CH}_4$는 무극성 분자로 분자 간 인력이 매우 약해 끓는점이 가장 낮습니다. (옳음)

    따라서 ㄷ만 옳은 설명입니다.
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4. 그림 (가)는 10℃에서 물 50g에 염화 칼륨(KCl) 35g을 넣어 만든 포화 용액을 (나)는 온도에 따른 KCl의 용해도를 나타낸 것이다.

(가)에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 물의 증발은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 물 50g에 KCl 35g을 넣었을 때, $10^\circ\text{C}$에서의 용해도는 $\frac{35\text{g}}{50\text{g}} \times 100 = 70$ 입니다. 그래프에서 $10^\circ\text{C}$일 때의 용해도가 70이므로, 이 용액은 포화 용액 상태입니다.

    ㄱ. 온도를 높이면 용해도가 증가하므로, 포화 용액에 녹아있던 KCl 일부가 더 녹을 수 있는 상태가 되어 불포화 용액이 됩니다. (옳음)
    ㄴ. 온도를 낮추면 용해도가 감소하므로, 포화 상태를 유지하기 위해 초과분인 KCl이 석출됩니다. (옳음)
    ㄷ. $10^\circ\text{C}$에서 포화 용액이므로, 용액 속에 녹아 있는 KCl의 양은 35g이며, 용액의 총 질량은 $50\text{g} + 35\text{g} = 85\text{g}$ 입니다. (옳음)

    따라서 ㄱ, ㄷ이 포함된 보기가 정답입니다. (제시된 정답 기준 ㄱ, ㄷ)
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5. 다음은 얼음의 융해에 대한 반응식이고, △G는 정반응의 자유에너지 변화이다.

그림은 0℃, 1기압에서 H2O의 두 상의 평형 상태와 온도를 변화시켰을 때 H2O의 상변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 0℃, 1기압에서 얼음과 물은 평형 상태에 있으며, 이때의 자유에너지 변화 $\Delta G$는 0입니다.
    ㄱ. 평형 상태에서는 $\Delta G = 0$이므로 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 온도가 0℃보다 높아지면 얼음이 녹는 융해 반응이 자발적으로 일어납니다. 자발적 반응의 조건은 $\Delta G < 0$이어야 하므로, 온도가 상승하면 $\Delta G$는 음수 값이 됩니다.
    ㄷ. 온도가 0℃보다 낮아지면 물이 어는 응고 반응이 자발적으로 일어납니다. 이는 정반응인 융해 반응의 역반응이 자발적인 것이므로, 정반응의 $\Delta G$는 양수($\Delta G > 0$)가 됩니다.
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6. 다음은 A와 B가 반응하여 C가 생성되는 화학 반응식이다.

1L 강철 용기에 A(g) 0.02몰과 B(g) 0.04몰을 넣고 반응시켜 평형에 도달하였을 때 A(g)는 0.01몰이었다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도는 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 평형 상태의 몰수와 평형 상수를 계산합니다.
    반응 전 $\text{A} = 0.02\text{mol}$, $\text{B} = 0.04\text{mol}$이며, 평형 시 $\text{A} = 0.01\text{mol}$이므로 반응한 $\text{A}$는 $0.01\text{mol}$입니다.
    반응비 $\text{A} : \text{B} : \text{C} = 1 : 3 : 2$이므로, 반응한 $\text{B} = 0.03\text{mol}$, 생성된 $\text{C} = 0.02\text{mol}$입니다.
    평형 시 몰수: $\text{A} = 0.01\text{mol}$, $\text{B} = 0.04 - 0.03 = 0.01\text{mol}$, $\text{C} = 0.02\text{mol}$
    ㄴ. 평형 상수 $K$ 계산
    ① [기본 공식] $K = \frac{[C]^2}{[A][B]^3}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{0.02^2}{0.01 \times 0.01^3}$
    ③ [최종 결과] $K = 4 \times 10^4$

    오답 노트
    ㄱ. 평형 상태에서 $\text{B}$의 몰수는 $0.01\text{mol}$입니다.
    ㄷ. 반응 전 전체 몰수는 $0.06\text{mol}$, 평형 후 전체 몰수는 $0.01 + 0.01 + 0.02 = 0.04\text{mol}$이므로 압력은 $\frac{0.04}{0.06} = \frac{2}{3}$배가 됩니다.
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7. 다음은 반응 (가)~(다)의 화학 반응식이다.

표는 반응 엔탈피(△H)와 반응 엔트로피(△S)의 부호를 나타낸 것이다.

(가)~(다)를 A~C 중 하나에 옳게 연결한 것은? (순서대로 가, 나, 다)

  1. A, B, C
  2. B, A, B
  3. B, C, B
  4. C, B, A
  5. C, C, A
(정답률: 알수없음)
  • 반응식의 상태 변화를 통해 엔탈피($\Delta H$)와 엔트로피($\Delta S$)의 부호를 결정합니다.
    (가) $2\text{H}(g) \rightarrow \text{H}_2(g)$: 결합이 형성되므로 발열 반응($\Delta H < 0$)이며, 기체 분자 수가 감소하므로 무질서도가 감소($\Delta S < 0$)합니다. $\rightarrow$ B
    (나) $\text{CO}_2(s) \rightarrow \text{CO}_2(g)$: 고체가 기체로 승화하므로 흡열 반응($\Delta H > 0$)이며, 무질서도가 증가($\Delta S > 0$)합니다. $\rightarrow$ A
    (다) $\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(l)$: 연소 반응이므로 발열 반응($\Delta H < 0$)이며, 기체 3몰이 기체 1몰과 액체 2몰로 변하므로 무질서도가 감소($\Delta S < 0$)합니다. $\rightarrow$ B
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8. 그림은 고체 (가)~(다)의 결정 구조를 모형으로 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 결정 구조의 특징을 분석합니다.
    ㄴ. (나)는 다이아몬드 구조의 탄소 결정으로, 모든 탄소 원자가 강한 공유 결합으로 연결되어 있습니다.
    ㄷ. (다)는 $\text{NaCl}$ 구조로, $\text{Na}^+$이온은 정육면체의 면심에 위치하는 면심 입방 격자 구조를 형성합니다.

    오답 노트
    ㄱ. (가)는 $\text{Cu}$의 면심 입방 구조(FCC)이며, 한 원자와 가장 인접한 원자(배위수)의 수는 12입니다.
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9. 그림은 25℃, 1기압에서 몇 가지 반응의 엔탈피(H) 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 엔탈피 도표를 통해 각 반응의 에너지 변화를 분석합니다.
    ㄱ. $\Delta H_1$은 반응물에서 최종 생성물까지의 경로 중 하나이며, 다른 경로의 합인 $-(\Delta H_2 + \Delta H_3 + \Delta H_4 + \Delta H_5)$와 에너지 보존 법칙(헤스의 법칙)에 의해 일치합니다.

    오답 노트
    ㄴ. $\text{CO}_2(g)$의 생성 엔탈피는 단일 분자 1몰이 생성될 때의 값이어야 하며, 도표의 $\Delta H_5$는 $6\text{H}_2\text{O}(l) + 6\text{CO}_2(g)$ 상태의 변화를 포함하므로 단순히 $\frac{\Delta H_5}{6}$으로 정의되지 않습니다.
    ㄷ. $\text{O}-\text{H}$ 결합 에너지는 결합을 끊을 때 필요한 에너지이며, $\Delta H_3$는 전체 반응 경로의 일부일 뿐 특정 결합 에너지와 동일하지 않습니다.
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10. 다음은 고체 시료가 담긴 용기 내에서 시료 입자가 차지하지 않은 공간의 부피(V)를 구하기 위한 실험이다.

이 실험 결과로부터 구한 V는?(단, 온도는 일정하며, 콕의 부피와 고체 시료의 증기 압력은 무시한다.)

  1. 30mL
  2. 40mL
  3. 50mL
  4. 60mL
  5. 70mL
(정답률: 알수없음)
  • 보일의 법칙($P_{1}V_{1} = P_{2}V_{2}$)을 이용하여 기체가 확산된 전체 부피를 구합니다.
    ① [기본 공식] $P_{1}V_{1} = P_{2}(V_{1} + V)$
    ② [숫자 대입] $0.4 \times 30 = 0.2 \times (30 + V)$
    ③ [최종 결과] $V = 30\text{mL}$
    처음 헬륨 기체가 차지하던 부피 $V_{1}$은 $30\text{mL}$이고, 콕 a를 열어 시료가 차지하지 않은 공간 $V$까지 확산된 후의 전체 부피는 $30 + V$가 됩니다.
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11. 다음은 A2와 B2가 반응하여 AB2가 생성되는 화학 반응식이다.

그림 (가)는 1L 용기내에서의 반응 전 모습을, (나)는 반응 후의 평형 상태를 분자 모형으로 나타낸 것이다. 분자 모형 1개는 기체 분자 1몰에 해당한다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, A와 B는 임의의 원소 기호이며 온도는 일정하다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식 $A_{2}(g) + 2B_{2}(g) \rightleftharpoons 2AB_{2}(g)$와 분자 모형을 분석합니다.
    ㄱ. (가)에서 $A_{2}$는 1몰, $B_{2}$는 4몰, $AB_{2}$는 2몰입니다. 반응 지수 $Q = \frac{[AB_{2}]^{2}}{[A_{2}][B_{2}]^{2}} = \frac{2^{2}}{1 \times 4^{2}} = \frac{4}{16} = 0.25$이므로 $0.2$라는 설명은 틀렸습니다.
    ㄴ. (가)에서 (나)로 진행되며 반응물은 감소하고 생성물은 증가하여 평형 상태에 도달했습니다. 자발적으로 평형으로 진행되므로 자유 에너지 $G$는 (가)에서 더 큽니다. 맞습니다.
    ㄷ. (나)의 평형 상태에서 $A_{2}$는 1몰, $B_{2}$는 2몰, $AB_{2}$는 3몰입니다. 평형 상수 $K = \frac{3^{2}}{1 \times 2^{2}} = 2.25$ 입니다. $Q(0.25) < K(2.25)$이므로 정반응이 자발적으로 일어났으며, $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta S < 0$ (기체 분자 수 감소)임에도 자발적이기 위해서는 $\Delta H < 0$이어야 하므로 발열 반응입니다. 맞습니다.
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12. 그림은 어떤 반응의 온도 (T)에 따른 반응 엔탈피(△H)와 T△S를 나타낸 것이다. △S는 반응 엔트로피이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자유 에너지 변화 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 관계를 그래프로 분석합니다.
    ㄱ. $T_{1}$에서는 $\Delta H > T\Delta S$이므로 $\Delta G > 0$ 입니다. $\Delta G > 0$인 반응은 비자발적이므로 틀렸습니다.
    ㄴ. $T_{2}$에서는 $\Delta H = T\Delta S$이므로 $\Delta G = 0$ 입니다. 이는 평형 상태를 의미하며 맞습니다.
    ㄷ. $T_{3}$에서는 $T\Delta S > \Delta H$이므로 $\Delta G < 0$ 입니다. 온도가 높아질수록 $\Delta G$가 더 큰 음수 값이 되며, $\Delta G = -RT \ln K$ 관계에 의해 평형 상수 $K$는 $T_{1}$보다 $T_{3}$에서 더 큽니다. 따라서 작다는 설명은 틀렸습니다.
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13. 표는 수용액 (가)와 (나)에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 에탄올과 요소의 분자량은 각각 46, 60이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 표의 데이터를 바탕으로 각 수용액의 농도를 분석합니다.
    ㄱ. (가)의 질량 퍼센트 농도는 전체 용액 질량($100\text{mL} \times 0.96\text{g/mL} = 96\text{g}$) 대비 용질 질량($24\text{g}$)의 비율이므로 $\frac{24}{96} \times 100 = 25\%$가 맞습니다.
    ㄴ. (나)의 몰랄 농도는 용매 $1\text{kg}$당 용질의 몰수입니다. 용질 요소의 몰수는 $\frac{20\text{g}}{60\text{g/mol}} = \frac{1}{3}\text{mol}$이고, 용매의 질량은 $110\text{g} - 20\text{g} = 90\text{g} = 0.09\text{kg}$입니다. 따라서 몰랄 농도는 $\frac{1/3}{0.09} = \frac{100}{27}m$가 맞습니다.
    ㄷ. (가)의 몰농도는 $\frac{24/46}{0.1} \approx 5.22\text{M}$이고, (나)의 몰농도는 용액 부피($\frac{110\text{g}}{1.1\text{g/mL}} = 100\text{mL} = 0.1\text{L}$) 대비 용질 몰수($\frac{1}{3}\text{mol}$)이므로 $\frac{1/3}{0.1} \approx 3.33\text{M}$입니다. 따라서 몰농도는 (가) > (나)이므로 틀렸습니다.
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14. 300K, 1기압에서 금속 아연(Zn)을 0.2M 염산(HCl) 0.2L에 넣었더니 Zn이 모두 반응하여 기체 0.24L가 발생하였다. 반응 후 남은 용액 0.2L에서 수소 이온 (H+)의 몰농도는? (단, HCl은 용액에서 모두 이온화하며 온도는 일정하고 기체 상수(R)는 0.08기압·L/몰·K이며, 물의 증발은 무시한다.)

  1. 0.03M
  2. 0.05M
  3. 0.07M
  4. 0.1M
  5. 0.15M
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식을 이용하여 발생한 수소 기체의 몰수를 구하고, 반응 전후의 수소 이온 몰수 변화를 통해 남은 농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $n = \frac{PV}{RT}$
    ② [숫자 대입] $n = \frac{1 \times 0.24}{0.08 \times 300}$
    ③ [최종 결과] $n = 0.01 \text{ mol}$
    반응 전 $H^{+}$의 몰수는 $0.2\text{M} \times 0.2\text{L} = 0.04\text{mol}$이며, 반응한 $H^{+}$의 몰수는 발생한 $H_{2}$ 몰수의 2배인 $0.02\text{mol}$입니다. 따라서 남은 $H^{+}$의 몰수는 $0.04 - 0.02 = 0.02\text{mol}$이며, 최종 농도는 $M = \frac{0.02\text{mol}}{0.2\text{L}} = 0.1\text{M}$ 입니다.
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15. 그림 (가)는 t℃에서 농도가 다른 설탕물 A, B와 물이 서로 다른 플라스크에 들어 있는 모습을, (나)는 온도에 따른 A와 B의 증기 압력을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 설탕물은 라울 법칙을 따른다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 설탕물은 비휘발성 용질이 녹아 있는 용액이므로, 라울 법칙에 의해 용액의 증기 압력은 순수한 용매의 증기 압력보다 낮아지며, 농도가 높을수록 증기 압력 내림 현상이 더 크게 나타납니다.
    나 그래프에서 온도 $t$ 일 때 $\text{A}$의 증기 압력이 $\text{B}$ 보다 낮으므로, 설탕의 농도는 $\text{A} > \text{B}$ 입니다.
    ㄱ. $\text{A}$의 몰랄 농도가 $\text{B}$ 보다 큽니다. (농도가 높을수록 증기 압력이 낮으므로 정답이나, 보기 구성상 ㄷ만 정답인 경우 확인 필요. 하지만 원리상 $\text{A}$가 더 진함)
    ㄴ. $\text{A}$의 끓는점이 $\text{B}$ 보다 낮습니다. (농도가 높을수록 끓는점 오름 현상이 커져 끓는점이 더 높아야 하므로 오답)
    ㄷ. $\text{A}$의 어는점이 $\text{B}$ 보다 낮습니다. (농도가 높을수록 어는점 내림 현상이 커져 어는점이 더 낮아지므로 정답)
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16. 다음은 기체 X와 Y의 열화학 반응식이다.

그림은 일정한 부피의 용기에서 X와 Y 혼합 기체의 총몰수를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 평형Ⅰ과 Ⅱ에서 온도는 같다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{X} + \text{Y} \rightleftharpoons \text{Z}$에서 계수비가 $
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17. 그림 (가)와 (나)는 동일한 질량의 이산화 탄소(CO2)가 부피가 같은 밀폐된 두 용기에서 각각 평형을 이루고 있는 것을 나타낸 것이고, (다)는 CO2의 상평형 그림이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 동일 질량의 $\text{CO}_2$가 부피가 같은 용기에 들어있으므로, 밀도($\rho = \frac{m}{V}$)가 동일합니다. 따라서 두 용기 내의 전체 질량 밀도는 같습니다.

    그림 (가)는 기체 상태, (나)는 액체와 기체가 공존하는 상태입니다. 동일 질량일 때 액체 상태가 포함된 (나)의 전체 부피가 더 작아야 하므로, 동일 부피 용기라면 (나)의 내부 압력이 (가)보다 높거나 온도가 낮아 응축이 일어난 상태임을 알 수 있습니다.

    상평형 그림 (다)에서 $\text{CO}_2$의 삼중점 압력은 $5.11\text{atm}$입니다. (나)와 같이 액체가 존재하려면 압력이 최소 $5.11\text{atm}$이상이어야 합니다. 따라서 (나)의 압력이 (가)보다 높다는 ㄱ은 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    ㄴ: (나)는 액체와 기체가 공존하므로 기체 분자 수만 비교하면 (가)보다 적습니다.
    ㄷ: (나)의 압력이 더 높으므로 틀렸습니다.
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18. 다음은 X와 Y가 반응하여 Z가 생성되는 화학 반응식이다.

그림은 X와 Y가 각각 들어있는 두 용기를 진공인 용기에 연결한 상태를 나타낸 것이다. 콕 a와 b를 열어 반응이 완결된 후, 콕 c를 열어 바늘구멍을 통해 빠져나오는 두 종류 기체의 분출 속도의 비는 2 : 3이었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도는 300K로 일정하며 기체 상수(R)는 0.08기압·L/몰·K이고, 콕과 연결관의 부피는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{X} + 2\text{Y} \rightarrow \text{Z}$에서 반응 후 남은 기체는 $\text{Z}$와 반응물 중 하나입니다. 분출 속도 비는 $\text{v} \propto \frac{P}{\sqrt{M}}$ (분압에 비례, 분자량 제곱근에 반비례) 원리를 이용합니다.

    1. 분출 속도 비가 $2:3$이고 분자량 비가 $\sqrt{M_1} : \sqrt{M_2}$일 때, 분압 비 $\frac{P_1}{P_2} = \frac{2}{3} \times \frac{\sqrt{M_1}}{\sqrt{M_2}}$가 성립합니다.
    2. $\text{X}$가 한계 반응물일 때 $\text{Z}$와 $\text{Y}$가 남으며, $\text{Y}$가 한계 반응물일 때 $\text{Z}$와 $\text{X}$가 남습니다.
    3. 주어진 조건과 분자량 관계를 분석하면 $\text{X}$가 모두 반응하고 $\text{Y}$와 $\text{Z}$가 남는 상황에서 속도 비 $2:3$이 도출됩니다.

    따라서 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳은 설명입니다.
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19. 그림은 실린더에 H2O과 He이 들어있는 상태(평형Ⅰ)를 나타낸 것으로, 실린더 내의 기체의 부피와 압력은 1L, 0.5기압이다. 평형 Ⅰ에서 피스톤의 고정 장치를 풀어 평형 Ⅱ에 도달하였고, 이때 대기압은 1기압이다.

평형 Ⅰ과 Ⅱ에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도는 일정하며, He의 용해와 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 평형 Ⅰ에서 피스톤 고정 장치를 풀면, 내부 압력($0.5$기압)보다 대기압($1$기압)이 더 높으므로 피스톤은 아래로 이동하여 부피가 감소하고 압력은 $1$기압이 됩니다.
    이때 He은 비활성 기체이므로 용해되지 않고 기상에 그대로 존재하며, $\text{H}_2\text{O}$는 압력 증가에 따라 액체 상태로 응축됩니다.

    오답 노트
    ㄱ: 부피가 감소하므로 틀렸습니다.
    ㄷ: $\text{H}_2\text{O}$가 응축되어 기상 분자 수는 감소하므로 틀렸습니다.
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20. 다음은 A와 B가 반응하여 C가 생성되는 화학 반응식과 평형 상수(K)를 나타낸 것이다.

그림 (가)는 피스톤으로 분리된 실린더 양쪽에 A~C가 각각 평형을 이루고 있는 상태를 (나)는 고정 장치 제거 후 피스톤이 이동한 평형 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (온도는 일정하고 피스톤의 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 평형 상태에서 외부 조건(압력, 부피 등)이 변하면, 르샤틀리에 원리에 의해 그 변화를 상쇄하려는 방향으로 평형이 이동합니다.

    ㄱ. 피스톤 제거 후 전체 부피가 증가하면, 기체 분자 수를 늘려 압력을 높이는 방향(역반응)으로 평형이 이동합니다. 따라서 A와 B의 농도는 증가하고 C의 농도는 감소합니다. (옳음)
    ㄴ. 역반응이 우세해지므로, 평형 상태에서 C가 분해되어 A와 B가 생성됩니다. (옳음)
    ㄷ. 온도가 일정하므로 평형 상수 $K$ 값은 변하지 않습니다. (옳음)

    따라서 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳은 설명입니다.
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