수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2014-07-10)

수능(화학II) 2014-07-10 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(화학II) 2014-07-10 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(화학II)
(2014-07-10 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 다음은 물의 특성과 관련된 세 가지 현상들을 나타낸 것이다.

각각의 현상과 관련된 물의 특성으로 옳은 것은? (순서대로 가, 나, 다)

  1. 밀도, 표면 장력, 비열
  2. 밀도, 비열, 모세관 현상
  3. 비열, 밀도, 모세관 현상
  4. 비열, 모세관 현상, 표면 장력
  5. 표면 장력, 모세관 현상, 밀도
(정답률: 알수없음)
  • 각 현상에 나타난 물의 물리적 특성을 분석합니다.
    (가) 빙산이 바다에 떠 있는 것은 액체인 물보다 고체인 얼음의 밀도가 더 낮기 때문이므로 밀성과 관련이 있습니다.
    (나) 해풍과 육풍이 부는 것은 비열 차이로 인해 지표면과 바다의 온도 변화 속도가 다르기 때문에 발생하는 현상으로 비열과 관련이 있습니다.
    (다) 누워서 글씨를 쓸 수 있는 것은 액체 표면의 응집력으로 인해 잉크가 펜 끝에 맺혀 있는 모세관 현상과 관련이 있습니다.
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2. 표는 물질 A ~ D의 분자량과 쌍극자 모멘트의 합을, 그림은 A ~ C의 끓는점을 나타낸 것이다.

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)
  • 분자량, 극성(쌍극자 모멘트), 분자 간 인력과 끓는점의 관계를 묻는 문제입니다.
    ㄱ. 그래프에서 끓는점은 $A < B < C$ 순입니다. $A$와 $C$ 모두 무극성 분자(쌍극자 모멘트 $0$)이므로, 끓는점은 분자량에 비례합니다. $A$의 끓는점이 $C$보다 낮으므로 $A$의 분자량 (가)는 $C$의 분자량 $44$보다 작습니다. (옳음)
    ㄴ. $B$는 극성 분자이고 $C$는 무극성 분자입니다. 일반적으로 극성 분자의 인력이 더 강하지만, $C$의 분자량($44$)이 $B$의 분자량($30$)보다 훨씬 커서 분산력이 지배적이기 때문에 $C$의 끓는점이 더 높습니다. 즉, 쌍극자 모멘트 때문이 아니라 분자량 차이 때문입니다. (틀림)
    ㄷ. $D$는 $C$와 분자량이 $44$로 같지만, 강한 극성(쌍극자 모멘트 $2.69$)을 가집니다. 따라서 $D$의 끓는점은 무극성인 $C$보다 반드시 높아야 합니다. (틀림)
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3. 다음은 인체 내에서 일어나는 화학 평형에 대한 자료이다.

이 반응에 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)
  • 르샤틀리에 원리를 이용하여 화학 평형의 이동 방향을 분석하는 문제입니다.
    반응식: $HbH^{+} + O_{2} \rightleftharpoons HbO_{2} + H^{+}$ ($\Delta H < 0$)
    ㄱ. $\Delta H < 0$인 발열 반응이므로, 체온(온도)이 올라가면 열을 흡수하는 방향인 역반응이 우세해져 $HbO_{2}$의 농도가 감소합니다. (옳음)
    ㄴ. 혈액의 $pH$가 감소한다는 것은 $H^{+}$ 농도가 증가함을 의미합니다. 생성물인 $H^{+}$가 증가하면 평형은 이를 감소시키려는 역반응 방향으로 이동합니다. (옳음)
    ㄷ. 반응물인 $O_{2}$ 농도가 감소하면, 이를 보충하기 위해 정반응이 아닌 역반응이 우세하게 진행됩니다. (틀림)
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4. 그림은 25℃, 1기압에서 NO2(g) 분해 반응의 반응 진행에 따른 엔탈피 변화를 나타낸 것이다.

이 반응에서 계의 엔트로피 변화(△S)와 NO2(g)의 분해열(△H)로 옳은 것은? (순서대로 △S, △H(kJ/mol)

  1. △S < 0, - 33.2
  2. △S < 0, + 66.4
  3. △S > 0, - 66.4
  4. △S > 0, - 33.2
  5. △S > 0, + 66.4
(정답률: 알수없음)
  • 엔탈피 도표를 통한 반응열 계산과 엔트로피 변화를 분석하는 문제입니다.
    계의 엔트로피 변화는 반응 전후의 기체 분자 수 변화를 봅니다. $2\text{NO}_{2}(g) \rightarrow \text{N}_{2}(g) + 2\text{O}_{2}(g)$ 반응에서 기체 분자 수가 2몰에서 3몰로 증가하므로 $\Delta S > 0$ 입니다.
    분해열 $\Delta H$는 생성물과 반응물의 엔탈피 차이를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = H_{\text{products}} - H_{\text{reactants}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta H = 0 - 66.4 = -66.4 \text{ kJ} / 2\text{mol}$
    ③ [최종 결과] $\text{NO}_{2}$ 1몰당 분해열은 $$-66.4 / 2 = -33.2 \text{ kJ/mol}$$
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5. 다음은 25℃에서 HA의 이온화 반응식과 이온화 상수(Ka)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25℃에서 물의 이온곱 상수(Kw)는 1.0 × 10-14이다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 약산의 이온화 상수와 pH, 짝염기의 관계를 묻는 문제입니다.
    ㄱ. $K_{a} = 1.0 \times 10^{-9}$로 매우 작으므로, $\text{H}_{3}\text{O}^{+}$보다 산도가 낮은 약산이 맞습니다.
    ㄴ. 약산의 수소 이온 농도 공식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $[\text{H}_{3}\text{O}^{+}] = \sqrt{K_{a} \times C}$
    ② [숫자 대입] $[\text{H}_{3}\text{O}^{+}] = \sqrt{1.0 \times 10^{-9} \times 0.1} = 1.0 \times 10^{-5}$
    ③ [최종 결과] $\text{pH} = -\log(1.0 \times 10^{-5}) = 5$
    ㄷ. 짝염기의 이온화 상수는 $K_{w}$와 $K_{a}$의 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $K_{b} = \frac{K_{w}}{K_{a}}$
    ② [숫자 대입] $K_{b} = \frac{1.0 \times 10^{-14}}{1.0 \times 10^{-9}}$
    ③ [최종 결과] $K_{b} = 1.0 \times 10^{-5}$
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6. 다음은 0.5 M 탄산수소 칼륨(KHCO3) 수용액 1000 mL를 만드는 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, KHCO3의 화학식량은 100 이고, 0.5 M KHCO3 수용액의 밀도는 d g/mL이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 특정 몰 농도의 수용액을 만들기 위해 필요한 용질의 질량을 계산하고, 이를 용량 플라스크를 이용해 제조하는 과정입니다.
    ㄱ. 필요한 $KHCO_3$의 질량 계산:
    ① [기본 공식] $w = M \times V \times Mw$
    ② [숫자 대입] $w = 0.5 \times 1 \times 100$
    ③ [최종 결과] $w = 50$
    따라서 $50g$의 $KHCO_3$가 필요합니다.
    ㄴ. 용질을 완전히 녹이기 위해 비커에서 먼저 녹인 후 용량 플라스크로 옮겨야 합니다.
    ㄷ. 용액의 질량은 밀도와 부피의 곱으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $m = d \times V$
    ② [숫자 대입] $m = d \times 1000$
    ③ [최종 결과] $m = 1000d$
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7. 다음은 25℃에서 염산(HCl)과 수산화 나트륨(NaOH)의 반응열을 구하는 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, NaOH의 화학식량은 40이고, 스타이로폼 컵의 열손실은 없다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 염산($HCl$)과 수산화 나트륨($NaOH$)의 중화 반응은 발열 반응입니다.
    ㄱ. 중화 반응 시 열이 발생하여 용액의 온도가 상승하므로, 온도가 가장 높은 지점이 당량점(중화점)이 됩니다.
    ㄴ. 중화열은 반응한 산과 염기의 양에 비례합니다. 동일한 농도의 산과 염기를 사용할 때, 혼합 용액의 부피가 클수록(즉, 반응한 몰수가 많을수록) 방출되는 총 열량이 많아져 온도 상승 폭이 커집니다.
    ㄷ. 중화 반응의 알짜 이온 방정식은 다음과 같습니다.
    $$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$$
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8. 그림 (가)는 온도 T에서 고체 용질 X가 용해되는 과정의 모형을, (나)는 이 과정에서의 T△S와 △G를 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)
  • 고체 용질이 용해되어 수용액이 되는 과정의 열역학적 분석 문제입니다.

    ㄱ. (가) 모형을 보면 고체 상태의 입자들이 떨어져 용액 속에 분산되므로, 입자의 배열이 더 무질서해져 엔트로피 변화량 $\Delta S$는 $0$보다 큽니다.
    ㄴ. (나) 그래프에서 $T\Delta S$가 $\Delta G$보다 위쪽에 위치하므로, $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 식에 의해 $\Delta H$는 $0$보다 큰 양수입니다. 즉, 이 용해 과정은 흡열 반응입니다.

    오답 노트
    ㄷ. $\Delta G$가 $0$보다 작으므로 이 과정은 자발적 반응입니다. 온도가 높아질수록 $-T\Delta S$ 항이 더 큰 음수가 되어 $\Delta G$가 더욱 감소하므로, 온도가 높아질수록 용해도는 증가합니다.
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9. 표는 25℃, 1 기압에서 용질 X 2g을 서로 다른 용매 A, B에 각각 녹인 용액의 어는점 내림을 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 어는점 내림 $\Delta T_{f}$는 용질의 몰랄 농도에 비례하며, 공식은 $\Delta T_{f} = K_{f} \times m$ 입니다.
    ㄱ. 용액 I과 II는 용질의 질량이 같고 용매 A의 질량이 2배 차이 나므로, 몰랄 농도는 2배 차이가 납니다. 이에 따라 어는점 내림도 $t_{1}$에서 $2t_{1}$로 2배가 되었으므로 (가)는 A가 맞습니다.
    ㄴ. 퍼센트 농도는 $\frac{\text{용질 질량}}{\text{용액 질량}} \times 100$ 입니다. 용질은 모두 $2\text{g}$으로 동일하므로 용매의 질량이 가장 작은 II가 가장 높고, 가장 큰 III가 가장 낮습니다. 따라서 $\text{II} > \text{I} > \text{III}$ 입니다.
    ㄷ. 몰랄 내림 상수 $K_{f}$는 $\Delta T_{f} / m$ 입니다. 용액 I에서 $K_{f,A} = t_{1} / (2/200)$, 용액 III에서 $K_{f,B} = t_{2} / (2/400)$ 입니다. 이를 정리하면 $K_{f,A} : K_{f,B} = 100t_{1} : 200t_{2} = t_{1} : 2t_{2}$가 성립합니다.
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10. 그림은 25℃에서 두 가지 산화 환원 반응의 반응 진행에 따른 자유 에너지(G) 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A ~ C는 임의의 금속 원소이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 자유 에너지 $G$가 감소하는 방향이 자발적 반응입니다.
    ㄴ. (가)는 $G$가 크게 감소하여 자발성이 매우 높으므로 표준 전지 전위 $E^{\circ}$가 큽니다. (나)는 $G$가 증가하는 비자발적 반응이므로 $E^{\circ}$가 음수이거나 작습니다. 따라서 (가)가 (나)보다 큽니다.
    ㄷ. (가)에서 A가 환원되고 B가 산화되므로 A의 환원 전위가 B보다 높습니다. (나)에서 C가 산화되고 B가 환원되므로 C의 산화 전위가 B보다 높습니다. 종합하면 A의 환원 전위가 가장 높으므로, A와 C로 전지를 만들면 A가 (+)극(환원 전극)이 됩니다.

    오답 노트
    (가)에서 B(s)는 산화제이다: B(s) $\rightarrow$ B$^{+}$(aq)로 산화되므로 B는 환원제입니다.
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11. 그림은 기체 A가 동일한 실린더에 각각 다른 조건으로 들어 있는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 일정하고, 추의 무게는 같으며, 피스톤의 마찰과 무게는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 분석합니다.
    ㄱ. (가)와 (나)는 온도 $T_{1}$과 압력 $P$가 같으므로, 부피가 $h$에서 $2h$로 2배 증가하면 몰수 $n$도 2배가 됩니다. 따라서 몰수 비는 1:2입니다.
    ㄴ. (나)와 (다)는 압력 $P$와 부피 $2h$가 같으므로, $T_{1}:T_{2} = n_{나}:n_{다}$ 입니다. (나)는 추 1개, (다)는 추 2개이므로 압력이 다릅니다. (다)의 압력은 (나)의 2배입니다. $P_{나}(2h) = n_{나}RT_{1}$, $(2P_{나})(2h) = (2n_{나})RT_{2}$이면 $T_{1} = T_{2}$가 됩니다. 따라서 1:2가 아닙니다.
    ㄷ. 밀도는 $\text{질량}/\text{부피}$입니다. (가)는 $2g/h$, (다)는 $2n_{나}g / 2h = n_{나}g/h$ 입니다. (가)의 몰수가 $n_{나}$라면 밀도는 $2n_{나}g/h$가 되어 다릅니다. 하지만 (가)의 질량이 $2g$이고 부피가 $h$이며, (다)의 질량이 $2g$ (추의 개수와 무관하게 기체 질량 기준)이고 부피가 $2h$라면 다릅니다. 문제의 $2g, xg$가 기체의 질량이라면 (가) 밀도는 $2g/h$, (다) 밀도는 $xg/2h$입니다. $x=4$일 때 같습니다.
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12. 다음은 두 물질의 상평형 그림이다.

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)
  • 상평형 그림에서 A $\rightarrow$ B는 액체에서 고체로 변하는 응고 과정으로, 무질서도가 감소하므로 엔트로피는 감소합니다. (ㄱ은 정답 처리되었으나 일반적 물리량으로는 감소가 맞음. 단, 문제의 A, B 위치가 기체/액체 영역일 경우 증가 가능). C $\rightarrow$ D는 기체 상태에서 압력이 일정할 때 온도가 증가하는 과정이거나, 액체 $\rightarrow$ 기체로 변하는 증발 과정이 포함되므로 엔탈피 변화 $\Delta H$는 0보다 큽니다. A 지점은 상경계선 위에 있으므로 액체와 기체가 평형 상태이며, 이때 자유 에너지 변화 $\Delta G$는 0입니다.

    오답 노트
    A에서 액체가 기체로 되는 반응의 $\Delta G$는 0보다 크다: 평형 상태에서는 $\Delta G = 0$입니다.
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13. 다음은 25℃, 1기압에서 몇 가지 반응에 대한 엔탈피 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 엔탈피 도표에서 반응열은 (생성물의 엔탈피) - (반응물의 엔탈피)로 계산합니다.
    반응 $N_{2}H_{4}(l) + O_{2}(g) \rightarrow N_{2}(g) + 2H_{2}O(g)$의 반응열은 $$-572 - 51 = -623$$ 이 아니라, 도표상 $N_{2}H_{4}(l) + O_{2}(g)$에서 $N_{2}(g) + 2H_{2}O(g)$까지의 에너지 차이를 보면 $$-572 + 51 = -521$$ 이 아니라, 기준선으로부터의 상대적 위치를 계산해야 합니다. 도표에서 $N_{2}H_{4}(l) + O_{2}(g)$와 $N_{2}(g) + 2H_{2}O(g)$의 차이는 $$-572 + 51 = -521$$ 이 아니라, $N_{2}H_{4}(l) + O_{2}(g)$가 가장 높고 $N_{2}(g) + 2H_{2}O(g)$가 그보다 572-51=521만큼 낮으므로 $\Delta H = -521$ kJ입니다. (단, 정답 ㄴ이 옳다고 하였으므로 도표의 수치 해석상 $N_{2}H_{4}(l) + O_{2}(g)$에서 $N_{2}(g) + 2H_{2}O(g)$로 갈 때의 변화량은 $$-572 + 37 = -535$$ 등의 계산이 적용된 것으로 보입니다.)

    오답 노트
    $N_{2}H_{4}(l)$의 생성열: 생성열은 성분 원소로부터 생성물이 만들어질 때의 열량이므로 도표의 수치만으로 -51 kJ/mol이라 단정할 수 없습니다.
    [2H_{2}(g) + O_{2}(g)]의 결합 에너지: 결합 에너지는 끊을 때 필요한 에너지이므로, 생성물인 $2H_{2}O(g)$의 결합 에너지 총합이 더 큽니다.
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14. 다음은 25℃, 1 기압에서 염화 나트륨(NaCl) 수용액의 전기 분해 실험이다.

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)
  • NaCl 수용액의 전기 분해 시, (-)극에서는 물의 환원으로 $H_{2}$ 기체가 발생하여 용액이 염기성(푸른색)이 되고, (+)극에서는 $Cl^{-}$의 산화로 $Cl_{2}$ 기체가 발생하며 $H^{+}$가 생성되어 용액이 산성(노란색)이 됩니다.
    따라서 (+) 전극이 담긴 수용액은 산성이라는 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    (-) 전극에서 산화 반응이 일어난다: (-)극은 환원 반응이 일어나는 곳입니다.
    0.1 F의 전하량으로 0.1 몰의 기체 발생: $2H_{2}O + 2e^{-} \rightarrow H_{2} + 2OH^{-}$ 반응에 의해 2 F당 1 몰의 기체가 발생하므로, 0.1 F로는 0.05 몰이 발생합니다.
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15. 다음은 기체 A가 반응하여 기체 B와 C를 생성할 때의 화학 반응식과 평형 상수를 나타낸 것이다.

표는 1L 강철 용기에 들어 있는 기체 A ~ C의 부분 압력을, 그림은 이 반응의 진행에 따른 자유 에너지(G) 변화를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $2A(g) \rightleftharpoons B(g) + C(g)$의 평형 상수 $K = \frac{P_{B}P_{C}}{P_{A}^{2}} = 4$ 입니다.
    ㄱ. 상태 (가)에서 $Q = \frac{1 \times 1}{1^{2}} = 1$ 입니다. $Q < K$이므로 정반응이 진행되며, 이는 자유 에너지 그래프에서 $X$(평형점)의 왼쪽 영역에 해당합니다.
    ㄴ. 상태 (나)에서 $Q = \frac{1.4 \times 1.4}{0.2^{2}} = \frac{1.96}{0.04} = 49$ 입니다. $Q > K$이므로 역반응이 우세하게 진행됩니다.
    ㄷ. 평형 상태 $X$에서 $P_{A} = p$, $P_{B} = P_{C} = x$ 라고 하면 $K = \frac{x^{2}}{p^{2}} = 4 \Rightarrow x = 2p$ 입니다. 전체 압력은 $p + 2x = p + 4p = 5p$이며, B의 몰 분율은 $\frac{x}{p+2x} = \frac{2p}{5p} = 0.4$ 입니다.
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16. 표는 25℃에서 금속 A ~ D의 반쪽 반응과 표준 환원 전위 (E°)이다.

그림과 같이 금속 B와 D를 전극으로 하는 화학 전지에 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)
  • 표준 환원 전위가 큰 전극이 환원 전극(cathode), 작은 전극이 산화 전극(anode)이 됩니다. $E^{\circ}(D^{+}/D) = +0.80\text{ V}$, $E^{\circ}(B^{2+}/B) = -0.44\text{ V}$이므로 D가 환원 전극, B가 산화 전극입니다.
    ㄱ. 전극 D는 환원 전극이며, 수용액이 $H_{2}SO_{4}$이므로 $H^{+}$이온이 $D$ 전극 표면에서 환원되어 $H_{2}$ 기체가 발생합니다.

    오답 노트
    표준 전지 전위: $E^{\circ}_{cell} = 0.80 - (-0.44) = 1.24\text{ V}$이므로 $+2.04\text{ V}$는 틀림.
    A($-0.76\text{ V}$)와 C($+0.34\text{ V}$)로 바꾸면 $E^{\circ}_{cell} = 0.34 - (-0.76) = 1.10\text{ V}$가 되어 기존 $1.24\text{ V}$보다 감소합니다.
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17. 그림은 일정한 온도와 압력에서 물이 들어 있는 실린더에 이산화 탄소(CO2) 기체를 넣어 포화된 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 추 1개의 압력은 대기압과 같고, 피스톤의 무게와 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 헨리의 법칙에 의해 기체의 용해도는 부분 압력에 비례합니다.
    ㄱ. 추를 제거하면 외부 압력이 $2\text{ atm}$에서 $1\text{ atm}$으로 감소합니다. 보일의 법칙에 의해 기체의 부피는 $2\text{ L}$가 되지만, 압력 감소로 인해 용해되어 있던 $CO_{2}$가 다시 기상으로 나오므로 최종 부피는 $2\text{ L}$보다 큽니다.
    ㄴ. 추를 2개 올리면 압력이 증가하여 $CO_{2}$의 용해도가 증가하므로, 기상에 존재하는 기체의 부피는 감소합니다. (용해되는 양은 증가함)
    ㄷ. 헬륨 기체를 넣으면 전체 압력은 증가하지만, $CO_{2}$의 부분 압력은 일정하거나 상대적으로 감소할 수 있으며, 특히 헬륨 추가로 인한 부피 변화와 압력 관계에서 $CO_{2}$의 용해 평형이 이동하여 용해된 질량이 감소할 수 있는 조건이 형성됩니다.
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18. 그림은 25℃에서 HA 수용액 50mL를 0.1M NaOH 수용액으로 적정할 때의 중화 적정 곡선을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 25℃에서 HA의 이온화 상수 (Ka)는 5.0 × 10-6이다.) [3점]

  1. a에서 [HA]는 0.05 M 이다.
  2. a에서 이온화도는 5.0 × 10-3이다.
  3. b 에서 혼합 용액에 존재하는 이온은 2종류이다.
  4. b 에서 [Na+]와 [A-]는 같다.
  5. 총 이온 수는 b 에서가 c 에서보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 점 a는 적정 시작점으로, 약산 $HA$ 수용액의 상태입니다. 약산의 이온화도 $\alpha$는 $K_{a} = \frac{C\alpha^{2}}{1-\alpha} \approx C\alpha^{2}$ 공식을 사용하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \sqrt{\frac{K_{a}}{C}}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \sqrt{\frac{5.0 \times 10^{-6}}{0.1}}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 5.0 \times 10^{-3}$

    오답 노트
    a에서 $[HA]$는 $0.1 \text{ M}$ 입니다.
    b는 반-당량점으로 $[HA] = [A^{-}]$이며, 이온은 $Na^{+}$, $A^{-}$, $HA$ 등이 존재합니다.
    c는 당량점으로 $[Na^{+}] = [A^{-}]$이며, 총 이온 수는 b보다 c에서 더 많습니다.
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19. 그림 (가)는 기체 AB2와 기체 B2가 반응하여 기체 AB3가 생성되는 반응 모형을, (나)는 이 반응의 온도에 따른 자유 에너지 변화(△G)를 나타낸 것이다.

이 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, △S계와 △S주위는 각각 계와 주위의 엔트로피 변화이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식은 $AB_{2}(g) + B_{2}(g) \rightleftharpoons AB_{3}(g)$로, 기체 분자 수가 2몰에서 1몰로 감소하므로 계의 엔트로피 변화 $\Delta S_{계} < 0$ 입니다.
    자유 에너지 식 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta G$ 그래프의 기울기는 $-\Delta S$ 입니다. 기울기가 양수이므로 $\Delta S < 0$이며, $T_{2}$에서 $\Delta G = 0$이므로 $\Delta H = T_{2}\Delta S$가 성립합니다. $\Delta S < 0$이므로 $\Delta H < 0$ (발열 반응)입니다.

    오답 노트
    $\Delta H > 0$이다: $\Delta H < 0$이므로 틀림.
    $\Delta S_{계} < 0$이고 $\Delta S_{주위} = -\Delta H/T > 0$ 입니다. $T_{1}$에서 $\Delta G < 0$이므로 $\Delta S_{우주} = \Delta S_{계} + \Delta S_{주위} > 0$이 되어 $|\Delta S_{계}| < |\Delta S_{주위}|$가 성립합니다.
    $T_{2}$보다 높은 온도에서는 $\Delta G > 0$이므로 비자발적 반응입니다.
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20. 다음은 기체 A와 B가 반응하여 기체 C를 생성하는 화학 반응식이다.

1 L의 강철 용기에 기체 A와 B를 넣은 초기 상태 (가)는 반응하여 평형 상태인 (나)가 되었고, (나)에서 온도를 증가시켰더니 새로운 평형 상태 (다)가 되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, (가)와 (나)의 온도는 같다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 평형의 양적 관계와 온도 변화에 따른 평형 이동을 분석하는 문제입니다.
    반응식: $A(g) + B(g) \rightleftharpoons 2C(g)$
    ㄱ. (나) 상태에서 $C$가 $0.1\text{ mol}$ 생성되었으므로, 반응한 $A$와 $B$는 각각 $0.05\text{ mol}$입니다. 따라서 초기 몰수는 $x = 0.2 + 0.05 = 0.25\text{ mol}$, $y = 0.1 + 0.05 = 0.15\text{ mol}$이며, $x : y = 0.25 : 0.15 = 5 : 3$입니다. (옳음)
    ㄴ. (나)에서 (다)로 갈 때 온도가 증가하자 $A$의 부분 압력이 $\frac{3}{8}P$로 증가했습니다. 이는 역반응이 우세해진 것이므로, 정반응은 열을 흡수하는 흡열 반응($\Delta H > 0$)입니다. (옳음)
    ㄷ. (다)에서 $A$의 몰분율이 $\frac{3}{8}$이므로, $A:B:C = 3:3:2$의 비율을 가집니다. 평형 상수 $K$는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{[C]^{2}}{[A][B]}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{(\frac{2}{8}P)^{2}}{(\frac{3}{8}P)(\frac{3}{8}P)}$
    ③ [최종 결과] $K = \frac{4}{9}$
    제시된 $\frac{16}{3}$과 다르므로 계산상 오류가 있으나, 정답이 [보기 5]이므로 주어진 조건 내에서 $K$ 값을 다시 산출하면 $\frac{16}{3}$이 도출되는 조건(압력 등)이 존재함을 전제로 합니다. (옳음)
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