수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2014-07-10)

수능(화학II)
(2014-07-10 기출문제)

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1. 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)
  • - (ㄱ) 기체 A와 B는 엔탈피가 감소하는 반응이므로 초기 상태 (가)에서는 냉각되어 있을 것이다. 따라서 초기 상태 (가)에서는 기체 A와 B의 압력이 낮을 것이다. 이후 온도를 증가시켰을 때, 엔탈피가 증가하는 반응이 일어나면서 새로운 평형 상태 (다)에서는 기체 C의 압력이 높아지게 된다.
    - (ㄷ) 초기 상태 (가)에서는 기체 A와 B의 압력이 낮기 때문에, 초기 상태 (가)에서는 기체 A와 B의 몰 분율이 높을 것이다. 이후 온도를 증가시켰을 때, 엔탈피가 증가하는 반응이 일어나면서 새로운 평형 상태 (다)에서는 기체 C의 몰 분율이 높아지게 된다.
    - (ㄴ) 초기 상태 (가)와 새로운 평형 상태 (다)에서는 기체 C의 몰 분율이 높아지게 된다. 이는 초기 상태 (가)에서는 기체 A와 B의 압력이 낮기 때문에, 초기 상태 (가)에서는 기체 A와 B의 몰 분율이 높을 것이고, 이후 온도를 증가시켰을 때, 엔탈피가 증가하는 반응이 일어나면서 새로운 평형 상태 (다)에서는 기체 C의 몰 분율이 높아지기 때문이다.
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2. 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)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    ㄴ. 반응 엔탈피 변화(△H)는 음수이다.
    - 그림 (가)에서 생성물인 AB3의 결합 에너지는 생성 전 물질인 AB2와 B2의 결합 에너지보다 높으므로, 반응 엔탈피 변화(△H)는 양수가 되어야 한다. 하지만 그림 (나)에서 △H는 음수로 나타나므로, 이 반응은 엔탈피적으로 유리한 반응이다.

    ㄷ. 반응 엔트로피 변화(△S계)와 주위 엔트로피 변화(△S주위)의 합(△S총)이 양수이다.
    - 그림 (가)에서 생성물인 AB3의 분자 개수가 원자 개수보다 많으므로, 반응 엔트로피 변화(△S계)는 양수가 된다. 또한, 그림 (나)에서 온도가 증가할수록 △S주위는 양수가 되므로, 반응 엔트로피 변화(△S총)는 양수가 된다. 이는 엔트로피적으로 유리한 반응임을 나타낸다.
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3. 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)
  • a에서 이온화도는 5.0 × 10-3이다. 이유는 pH가 pKa일 때, [HA]와 [A-]의 농도가 같아지기 때문이다. 따라서, pH=5.3일 때 [HA]=[A-]=0.025M이다. 이 때, 이온화도는 [H+][A-]/[HA]=5.0 × 10-3이다.
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4. 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)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다. 이유는 실린더 안에 있는 물과 CO2 기체는 상호작용하지 않기 때문에, CO2 기체가 들어가면서 실린더 안의 압력이 증가하고, 이에 따라 피스톤이 상승한다. 이때, 피스톤이 상승하면서 일어나는 일은 다음과 같다.

    1. 실린더 안의 부피가 증가하면서 CO2 기체의 부피도 증가한다.
    2. CO2 기체의 부피가 증가하면서 CO2 분자들이 서로 멀어지게 되고, 이에 따라 CO2 기체의 온도가 낮아진다.
    3. CO2 기체의 온도가 낮아지면서 CO2 기체의 압력도 감소한다.

    따라서, 초기에는 CO2 기체의 압력이 높아서 피스톤이 빠르게 상승하지만, 상승하면서 CO2 기체의 압력이 감소하면서 상승 속도가 감소하게 된다. 이후에는 CO2 기체의 압력이 일정하게 유지되면서 피스톤도 일정한 속도로 상승하게 된다.
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5. 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)
  • 정답은 "ㄱ"입니다. 이유는 금속 B와 D의 전극 반응식을 보면, B는 양이온으로 산화되고 D는 음이온으로 환원되는 것을 알 수 있습니다. 이는 전지에서 전류가 흐르는 방향과 일치하므로 옳은 설명입니다.
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6. 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)
  • - 보기 "ㄱ":
    화학 반응식에서 생성물인 기체 B와 C의 분자수가 모두 1로 같기 때문에, 부분압력이 같아지면 평형이 이루어진다. 따라서, 그림에서 G값이 최소가 되는 지점에서 기체 A, B, C의 부분압력이 모두 같아지는 것을 확인할 수 있다.

    - 보기 "ㄷ":
    그림에서 G값이 최소가 되는 지점에서 기체 A, B, C의 부분압력이 모두 같아지는 것을 확인할 수 있다. 이때, 평형이 이루어지기 때문에, 기체 A의 부분압력이 감소하면 기체 B와 C의 부분압력이 증가하게 된다.

    - 보기 "ㄴ":
    그림에서 G값이 최소가 되는 지점에서 기체 A, B, C의 부분압력이 모두 같아지는 것을 확인할 수 있다. 이때, 평형이 이루어지기 때문에, 기체 A의 부분압력이 증가하면 기체 B와 C의 부분압력이 감소하게 된다. 따라서, 기체 A의 부분압력이 증가하면 그림에서 G값이 증가하게 된다.

    따라서, 보기 "ㄱ, ㄴ"이 옳다.
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7. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는 전기 분해 시에는 양극에서는 양이온이, 음극에서는 음이온이 생성되기 때문이다. 따라서 NaCl 수용액에서는 양극에서는 H+ 이온이 생성되고, 음극에서는 Cl- 이온이 생성된다. 이에 따라서 보기에서 "ㄴ"이 정답이 된다.
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8. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는, 반응 1과 반응 2의 엔탈피 변화량을 더하면 반응 3의 엔탈피 변화량과 같아지기 때문이다. 이는 엔탈피의 보존 법칙에 따른 결과이다. 따라서, 반응 1과 반응 2가 동시에 일어날 경우, 반응 3은 일어나지 않을 것이다.
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9. 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)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 두 물질의 증기압이 교차되는 지점이 상평형 온도와 일치하기 때문이다. 이 지점에서는 두 물질의 증기압이 같아져서 상태가 변하지 않고 유지된다. "ㄷ"는 두 물질의 증기압이 일치하지 않기 때문에 상태가 변하게 된다. "ㄴ, ㄷ"는 두 물질의 증기압이 교차되는 지점보다 낮은 온도에서는 고체 상태로, 높은 온도에서는 기체 상태로 존재하게 된다. "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 모든 온도에서 두 물질이 서로 다른 상태로 존재하게 된다.
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10. 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)
  • 보기에서 "ㄱ"은 기체 A의 온도가 높아지면 부피가 증가하므로, 실린더 내부의 부피가 커져서 피스톤이 상승하게 되어 압력이 낮아지는 것을 나타낸다. "ㄷ"는 기체 A의 부피가 작아지면 실린더 내부의 부피가 작아져서 피스톤이 하강하게 되어 압력이 높아지는 것을 나타낸다. 따라서, "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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11. 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)
  • 그림에서 A → A+ + e- 반응은 산화 반응이고, B+ + e- → B 반응은 환원 반응이다. 따라서, A → A+ + e- 반응은 자유 에너지가 증가하고, B+ + e- → B 반응은 자유 에너지가 감소한다. 이에 따라, 그림에서 왼쪽에서 오른쪽으로 반응이 진행될수록 자유 에너지는 감소하므로, 반응이 일어나기 위한 확률이 높아진다. 따라서, 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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12. 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)
  • - 보기 ㄱ: 용매 A는 용질 X와 더 큰 어유성을 가지므로 용질 X가 녹아 내린 후 용액의 어는점이 낮아진다.
    - 보기 ㄴ: 용매 B는 용질 X와 더 작은 어유성을 가지므로 용질 X가 녹아 내린 후 용액의 어는점이 높아진다.
    - 보기 ㄷ: 용매 A는 용질 X와 더 큰 어유성을 가지므로 용질 X가 녹아 내린 후 용액의 어는점이 낮아지고, 용매 B는 용질 X와 더 작은 어유성을 가지므로 용질 X가 녹아 내린 후 용액의 어는점이 높아진다. 따라서 두 용매 모두에서 용질 X의 녹는점 내림이 일어난다.
    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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13. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ"인 이유는, (가)에서는 온도가 증가함에 따라 고체 용질 X가 용해되는 양이 증가하고, (나)에서는 T△S가 양수이고 △G가 음수이기 때문이다. 이는 엔트로피의 증가와 자유 에너지의 감소를 나타내며, 이는 용해 과정이 엔트로피를 증가시키고, 자유 에너지를 해방시키는 즉, 열역학적으로 유리한 과정임을 나타낸다.
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14. 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)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    - "ㄱ" : 실험에서는 열량계의 물 온도 변화를 측정하지 않았으므로, 물의 온도 변화로 인한 열손실을 고려하지 않아도 된다.
    - "ㄷ" : 반응열은 열량 보존의 법칙에 따라 열전달로 인한 열손실을 고려해야 한다. 이 실험에서는 스타이로폼 컵을 사용하여 열손실을 최소화하였다.
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15. 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)
  • 보기에서 "ㄱ"은 옳은 설명이다. 실험에서는 0.5 M의 KHCO3 수용액을 만들기 위해 50 g의 KHCO3을 사용하였다. 따라서, 1000 mL의 수용액을 만들기 위해서는 5 g의 KHCO3을 사용하면 된다.

    "ㄴ"은 옳은 설명이 아니다. 실험에서는 50 g의 KHCO3을 사용하였으므로, 0.5 M의 KHCO3 수용액을 만들기 위해서는 1000 mL의 물이 아닌 100 mL의 물을 사용해야 한다.

    "ㄷ"는 옳은 설명이다. 실험에서는 50 g의 KHCO3을 사용하였으므로, 0.5 M의 KHCO3 수용액을 만들기 위해서는 100 mL의 물을 사용해야 한다. 이때, KHCO3의 화학식량이 100 이므로, 50 g의 KHCO3은 0.5 몰에 해당한다. 따라서, 1000 mL의 수용액을 만들기 위해서는 5 g의 KHCO3을 사용하면 된다. 또한, 0.5 M KHCO3 수용액의 밀도는 d g/mL이므로, 1000 mL의 수용액의 질량은 1000d g이다.
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16. 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)
  • - "ㄴ"은 HA의 이온화 반응식에서 H+ 이온의 농도가 [HA]와 같으므로, 중성 용액에서 [H+] = [OH-] = 1.0 × 10-7일 때 pH는 pKa와 같아진다는 것을 이용한 것이다.
    - "ㄷ"는 pKa 값이 클수록 산성도가 약해지므로, pKa 값이 4.76인 HA는 약산이라는 것을 이용한 것이다.
    - "ㄱ, ㄴ"은 "ㄱ"과 "ㄴ"의 설명을 모두 포함하고 있으므로 옳은 선택지이다.
    - "ㄱ, ㄷ"는 pKa 값이 4.76인 HA가 약산임과 동시에 이온화 상수가 1.8 × 10-5로 상대적으로 크기 때문에, HA의 이온화 반응이 산성 용액에서 진행한다는 것을 이용한 것이다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 모두 옳은 설명이므로 정답이다.
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17. 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)
  • 정답은 "△S > 0, - 33.2"이다.

    반응 진행에 따라 엔탈피가 감소하므로 이 반응은 발열반응이다. 따라서 NO2(g)의 분해열은 음수이다.

    반응 전후로 분자의 자유도가 변화하므로 엔트로피도 변화한다. 반응 전후로 분자의 수가 증가하므로 엔트로피는 양수이다. 따라서 △S > 0이다.
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18. 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)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄴ"인 이유는 다음과 같다.

    - "ㄱ"은 이 반응이 산-염기 중화 반응이라는 것을 나타낸다. 산성인 H2CO3와 염기성인 NaHCO3가 반응하여 중성인 Na2CO3와 H2O가 생성되는 것이다.
    - "ㄴ"은 이 반응이 역학적으로 완전한 평형상태에 도달하였다는 것을 나타낸다. 즉, 생성물과 원료 물질의 농도가 일정하게 유지되며, 반응속도가 역반응과 정반응이 서로 상쇄되어 0이 되는 상태이다.
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19. 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)
  • 보기에서 "ㄱ"은 물질의 쌍극자 모멘트와 끓는점이 비례한다는 것을 나타낸다. 즉, 쌍극자 모멘트가 클수록 끓는점도 높아진다는 것을 의미한다. 이는 분자간의 인력이 강해지기 때문에 물질의 상태가 고체에서 액체, 액체에서 기체로 변화할 때 필요한 열의 양이 더 많아지기 때문이다. 따라서, A와 D의 쌍극자 모멘트가 크고 끓는점도 높은 것을 보면 "ㄱ"이 옳은 설명이다.
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20. 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)
  • 가) 물이 얼어서 얼음이 물 위에 떠 있는 현상은 밀도와 관련이 있다. 물은 4℃에서 밀도가 최대치이며, 이보다 높거나 낮아지면 밀도가 감소한다. 따라서 물이 얼어서 고체가 되면서 밀도가 감소하게 되어 물 위에 떠 있게 된다.

    나) 물이 끓어오르면서 수증기가 생기는 현상은 비열과 관련이 있다. 비열은 단위 질량당 열의 양을 나타내는 값으로, 물은 비열이 크기 때문에 열을 흡수하면서 끓어오르게 된다. 이때 생성된 수증기는 물과 다른 물질인 공기와의 비열 차이로 인해 가벼워져서 물 위로 올라가게 된다.

    다) 물이 모세관을 타고 올라가는 현상은 모세관 현상과 관련이 있다. 모세관 현상은 표면 장력과 밀도 차이로 인해 발생하는 현상으로, 물 분자가 모세관 내부의 표면과 상호작용하면서 모세관을 타고 올라가게 된다. 이때 물 분자들이 모여서 생기는 표면 장력이 모세관 현상을 더욱 촉진시키게 된다.
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