수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2014-09-03)

수능(화학II)
(2014-09-03 기출문제)

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1. 다음은 A가 분해되어 B가 생성되는 화학 반응식과 300K에서의 평형 상수(K)이다.

그림 (가)는 실린더에 A, B가 들어 있는 초기 상태를, (나)는 이 반응이 평형에 도달한 상태를, (다)는 고정 장치를 제거한 후 새로운 평형에 도달한 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 1 기압, 기체 상수(R)는 0.08기압·L/몰·K이고, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다.

    ㄱ. 초기 상태에서는 A의 농도가 B의 농도보다 높기 때문에, 반응이 진행하여 B가 생성될 때 A의 농도가 감소하고 B의 농도가 증가한다. 이에 따라 평형 상수 K는 감소하게 된다.

    ㄷ. 고정 장치를 제거하면서 실린더의 부피가 증가하면, A와 B의 농도가 모두 감소하게 된다. 그러나 A와 B의 농도 감소 비율은 K 값에 의해 결정되므로, K 값이 작아졌을 때보다 더 작아지지는 않는다. 따라서 평형 상태에서도 A와 B의 농도 비율은 초기 상태와 동일하게 유지된다.
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2. 표는 25℃ 에서 산 HA , 염기 MOH, 염 MA 수용액의 몰 농도와 pH를 나타낸 것이다. 25℃에서 물의 이온곱 상수(Kw)는 1×10-14이다.

x는? [3점]

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 5
  5. 6
(정답률: 알수없음)
  • pH = pKa + log([A-]/[HA])을 이용하여 계산할 수 있다.
    HA의 경우, pKa = 4.5 이므로 [A-]/[HA] = 10^(pH-pKa) = 10^(7-4.5) = 316.2277
    MA의 경우, pKb = 9.5 이므로 [OH-]/[MA] = 10^(pKb-pH) = 10^(9.5-7) = 316.2277
    따라서, [H+] = [OH-] = 1×10^-7 M 이다.
    또한, [HA] + [A-] = 0.1 M, [MOH] + [MA] = 0.1 M 이므로 [A-] = 0.1 - [HA], [MA] = 0.1 - [MOH] 이다.
    이를 이용하여 이온곱 상수 식을 세우면,
    Kw = [H+][OH-] = (1×10^-7)(1×10^-7) = 1×10^-14
    = ([HA] + [A-])([MOH] + [MA])
    = ([HA] + 0.1 - [HA])([MOH] + 0.1 - [MOH])
    = (0.1 - [HA])(0.1 - [MOH])
    = (0.1 - x)(0.1 - 316.2277x/1000)
    여기서 x를 구하면, x = 4×10^-5 이므로 정답은 "4"이다.
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3. 그림은 110℃, 1기압에서 탄화수소(C2Hn) 기체와 산소(O2)가 실린더에 들어 있는 모습을, 표는 C2Hn 을 완전 연소시켰을 때 반응 전후의 C2Hn 과 이산화 탄소(CO2)의 부분 압력을 나타낸 것이다. 반응 전후 온도는 같다.

반응 후 H2O(g)의 부분 압력(기압)은? (단, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.)

  1. 1/9
  2. 2/9
  3. 1/3
  4. 4/9
  5. 5/9
(정답률: 알수없음)
  • 반응 전과 후의 C2Hn 부분 압력 차이는 없으므로, 연소로 인해 생성된 CO2의 부분 압력이 증가한 만큼, 반응 전의 C2Hn 부분 압력이 감소할 것이다. 따라서 CO2 부분 압력 증가량과 C2Hn 부분 압력 감소량이 같아야 한다.

    CO2 부분 압력 증가량은 0.4 - 0.1 = 0.3이다. 이에 따라 C2Hn 부분 압력 감소량은 0.3이 되어야 한다.

    반응 전의 C2Hn 부분 압력은 0.1이므로, 반응 후의 C2Hn 부분 압력은 0.1 - 0.3 = -0.2가 된다.

    하지만 부분 압력은 항상 양수이므로, 이는 불가능하다. 따라서 C2Hn이 완전 연소되지 않았을 가능성이 있다.

    C2Hn이 완전 연소되지 않았다면, 생성된 H2O(g)의 부분 압력은 0이 될 것이다.

    따라서 정답은 "2/9"가 아닌 "0"이다.
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4. 다음은 25℃, 1기압에서 두 반응의 엔탈피(H) 변화와 이 반응에 관련된 세 물질의 생성 엔탈피를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ"인 이유는 다음과 같다.

    - 반응 1의 엔탈피 변화는 음수이므로 열이 방출되는 반응이다. 따라서 생성물질의 엔탈피가 반드시 음수여야 한다. 이에 해당하는 것은 물(H2O)의 생성 엔탈피이다. 따라서 "ㄴ"은 옳다.
    - 반응 2의 엔탈피 변화는 양수이므로 열이 흡수되는 반응이다. 따라서 생성물질의 엔탈피가 반드시 양수여야 한다. 이에 해당하는 것은 산소(O2)의 생성 엔탈피이다. 따라서 "ㄷ"는 옳다.
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5. 다음은 온도 T1, 1 기압에서 이산화 질소(NO2)가 생성되는 열화학 반응식이다.

그림 (가)는 T1, 1 기압에서 이 반응이 평형에 도달한 상태를, (나)는 헬륨(He)을 첨가한 후 평형에 도달한 상태를, (다)는 온도를 T2 로 올려 평형에 도달한 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는 다음과 같다.

    - 그림 (가)에서는 이 반응이 평형에 도달한 상태이므로, 생성된 NO2의 농도와 분압이 일정하다.
    - 그림 (나)에서는 헬륨(He)을 첨가하여 전체 기체의 분압을 증가시켰기 때문에, 생성된 NO2의 농도와 분압이 감소하게 된다. 이에 따라 역반응인 2NO2 → 2NO + O2가 촉진되어 NO2의 생성량이 감소하게 된다.
    - 그림 (다)에서는 온도를 증가시켜 반응 엔트로피를 증가시켰기 때문에, 정반응인 2NO + O2 → 2NO2가 촉진되어 NO2의 생성량이 증가하게 된다.

    따라서, 헬륨 첨가는 NO2 생성량을 감소시키고, 온도 상승은 NO2 생성량을 증가시키므로, "ㄱ,ㄷ"는 옳지 않다. 또한, 그림 (가)에서는 이미 평형에 도달한 상태이므로, 피스톤의 이동은 더 이상 일어나지 않는다. 따라서, "ㄴ"도 옳지 않다. 따라서, 정답은 "ㄱ"이다.
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6. 그림 (가)와 (나)는 대기압 760mmHg에서 한쪽 끝이 막혀 있는 동일한 J 자관에 기체 A와 B가 각각 들어 있는 모습을, (다)는 (나)의 J 자관을 대기압이 PmmHg인 곳으로 옮겼을 때의 모습을 나타낸 것이다. 평균 분자 운동 속력은 A가 B의 2 배이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 같고 J 자관의 단면적은 일정하며, 수은의 증기 압력은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    - (ㄱ) A와 B의 분자량이 같다는 정보는 없으므로 옳지 않다.
    - (ㄴ) A의 평균 분자 운동 속력이 B의 2배이므로 A의 운동 에너지가 더 크다. 따라서 (가)에서는 A 분자가 B 분자보다 더 높은 위치에 있고, (나)에서는 A 분자가 더 낮은 위치에 있게 된다. 이에 따라 (다)에서는 A 분자가 더 많이 이동하게 되고, J 자관의 왼쪽 부분에 더 많은 A 분자가 모이게 된다.
    - (ㄷ) 수은의 증기 압력은 무시하므로 대기압이 PmmHg인 곳으로 옮긴 후에도 J 자관의 오른쪽 부분에는 대기압과 같은 압력이 유지된다. 따라서 (다)에서는 J 자관의 왼쪽 부분에 더 많은 A 분자가 모이게 되고, 이에 따라 오른쪽 부분에는 더 많은 B 분자가 모이게 된다.
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7. 강철 용기에 1.6M의 A를 넣고 다음과 같은 반응을 진행시켰다.

표는 온도 T1 과 T2 에서 시간에 따른 B의 몰 농도이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, k 는 T1 에서의 반응 속도 상수이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 반응이 일어나는 온도 범위가 T1에서 T2로 확장되면서 반응 속도가 증가했기 때문에 옳은 설명이다. "ㄴ"은 T1에서 T2로 온도가 상승하면서 반응 속도가 증가했기 때문에 옳은 설명이다. 따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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8. 25℃, 1`기압에서 탄소(C)와 황(S)의 동소체 중 가장 안정한 것은 각각 흑연과 사방황이다. (가)와 (나)는 각각 C와 S 의 두 동소체 사이의 반응을 나타낸 것이며, 두 반응의 엔트로피 변화(ΔS)는 모두 양의 값이다.

이에 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, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다.

    - (ㄱ) C와 S의 동소체 간 반응은 엔트로피가 증가하는 반응이다. 이는 반응 생성물인 CO2와 SO2가 더 많은 분자로 이루어져 있기 때문이다.
    - (ㄷ) C와 S의 동소체 간 반응은 엔탈피 변화가 음수인 반응이다. 이는 반응 생성물인 CS2의 결합 에너지가 생성물인 CO2와 SO2의 결합 에너지보다 더 크기 때문이다. 따라서 이 반응은 열반응으로 진행되며, 열이 방출된다.
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9. 다음은 25℃, 1 기압에서 2 가지 열화학 반응식이다.

이에 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 반응 엔탈피의 합이 양수이기 때문에 엔트로피 변화가 큰 반응이 일어나기 때문입니다. 이 경우에는 두 가지 반응 모두 엔트로피 변화가 크기 때문에 "ㄱ"이 정답입니다.
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10. 그림은 A 가 B 를 생성하는 반응에서 반응 진행에 따른 에너지를 나타낸 것이다. 반응 (가)는 촉매를 사용하지 않은 경우, (나)는 촉매 X를 사용한 경우이다. 두반응은 같은 온도에서 일어난다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. X는 정촉매이다.
  2. (가)에서 역반응과 정반응의 활성화 에너지 차이는 E2-E1 이다.
  3. (가)와 (나)의 평형 상수는 같다.
  4. (가)와 (나)의 정반응 속도 상수는 같다.
  5. 역반응의 활성화 에너지는 (가)가 (나)보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • "(가)와 (나)의 정반응 속도 상수는 같다."는 옳은 설명이다. 이유는 촉매가 정촉매이기 때문에, 촉매는 반응속도를 증가시키는 역할을 하지만, 반응의 평형상수나 정반응 속도상수에는 영향을 주지 않는다. 따라서 (가)와 (나)의 정반응 속도 상수는 같다.
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11. 다음은 금속 A~C와 관련된 반쪽 반응과 25℃에서의 표준환원 전위(E°)를 나타낸 것이다.

25℃에서 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A~C는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 정답인 이유는 다음과 같다.

    - 금속 A의 환원력이 가장 강하고, 금속 C의 산화력이 가장 강하기 때문에 A가 환원제, C가 산화제 역할을 할 가능성이 높다.
    - 금속 B는 A와 C의 중간 정도의 환원력과 산화력을 가지고 있기 때문에, A와 C 중 어떤 역할을 할지 확실하지 않다.
    - 따라서, A가 환원제, C가 산화제 역할을 할 때 가장 큰 전위차가 나타나므로 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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12. 표는 수용액 (가)~(다)에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 수용액의 밀도는 1g/mL이다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • <보기>
    ㄱ. 수용액 가는 물보다 밀도가 높다.
    ㄴ. 수용액 나는 물과 같은 밀도를 가진다.
    ㄷ. 수용액 다는 물보다 밀도가 낮다.

    정답: ㄱ, ㄷ

    수용액 가는 물보다 밀도가 높기 때문에, 물 위에 떠있지 않고 바닥에 가라앉는다. 수용액 다는 물보다 밀도가 낮기 때문에, 물 위에 떠있고 바닥으로 가라앉지 않는다. 수용액 나는 물과 같은 밀도를 가지기 때문에, 물 위에 떠있고 바닥으로 가라앉지 않는다.
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13. 다음은 기체의 용해도에 대한 탐구 내용이다.

이에 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)
  • - "ㄱ"은 온도가 낮아질수록 기체의 용해도가 증가하기 때문이다.
    - "ㄴ"은 압력이 증가할수록 기체의 용해도가 증가하기 때문이다.
    - "ㄷ"는 물질의 종류와 상태에 따라 기체의 용해도가 달라지기 때문이다.
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14. 다음은 어는점 내림에 관한 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중에서 "ㄱ"은 실험 결과에 따라서 내림이 일어난 것을 확인할 수 있기 때문에 옳은 것이다. 다른 보기들은 실험 결과와 일치하지 않거나 부분적으로 일치하기 때문에 옳지 않다.
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15. 그림은 금속 A, B와 산소(O)로 이루어진 이온 화합물의 결정구조를 모형으로 나타낸 것이다. 은 각각 정육면체의 꼭짓점, 중심, 면의 중심에 위치한다.

이 화합물의 화학식은? (단, A 와 B 는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ABO2
  2. ABO3
  3. A2BO2
  4. A4BO3
  5. A8BO6
(정답률: 알수없음)
  • 이 화합물의 결정구조를 보면 A, B, O 이온들이 정육면체의 꼭짓점, 중심, 면의 중심에 위치하고 있다. 이는 일반적으로 페로브스카이트 구조를 따르는 이온 화합물의 결정구조와 일치한다. 페로브스카이트 구조는 A 이온과 B 이온이 산소 이온을 중심으로 정육면체 구조를 이루는 것을 말한다. 따라서 이 화합물의 화학식은 ABO3이다.
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16. 표는 25℃에서 A와 B가 반응하여 C가 생성되는 반응에서 A와 B의 초기 농도에 따른 초기 반응 속도이다.

이 반응에 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 "ㄴ"은 초기 농도가 증가할수록 초기 반응 속도가 증가한다는 것을 나타내고, "ㄷ"는 초기 농도가 일정 수준 이상이 되면 초기 반응 속도가 일정하게 유지된다는 것을 나타낸다. 이는 반응 속도가 농도에 비례하는 일차 반응과 관련이 있다. 초기 농도가 증가하면 반응물 분자들이 충돌할 확률이 높아지기 때문에 초기 반응 속도가 증가하며, 일정 수준 이상이 되면 반응물 분자들이 포화되어 반응 속도가 일정하게 유지된다.
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17. 다음은 메탄올(CH3OH)이 연소되는 화학 반응식이다.

그림 (가)~(다)와 같이 CH3OH이 각각 열린계, 닫힌계, 고립계에서 연소되고 있다.

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? [3점]

  1. (가)에서 계의 엔탈피는 감소한다.
  2. (나)에서 주위의 엔트로피는 감소한다.
  3. (나)에서 계와 주위 사이에 물질 이동은 없다.
  4. (다)에서 계의 엔트로피는 증가한다.
  5. (다)에서 주위의 온도는 변하지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • "(나)에서 주위의 엔트로피는 감소한다." 이유는 옳지 않다. 실제로는 "(나)에서 주위의 엔트로피는 증가한다." 이다. CH3OH이 연소되면서 열이 방출되고, 이는 주위로 전달된다. 이로 인해 주위의 입자들이 더욱 무질서해지고, 주위의 엔트로피는 증가한다.

    (가)에서 계의 엔탈피는 감소한다: CH3OH이 연소되면서 열이 방출되므로, 계의 엔탈피는 감소한다.
    (나)에서 주위의 엔트로피는 증가한다: 위에서 설명한 것과 같이, 주위의 입자들이 더욱 무질서해지므로 엔트로피는 증가한다.
    (나)에서 계와 주위 사이에 물질 이동은 없다: 연소 반응에서는 CH3OH과 O2가 반응하여 CO2와 H2O가 생성되므로, 계와 주위 사이에 물질 이동이 있다.
    (다)에서 계의 엔트로피는 증가한다: CH3OH과 O2가 반응하여 CO2와 H2O가 생성되는데, 생성물들의 분자 수가 원료들보다 많으므로 계의 무질서도가 증가하여 엔트로피가 증가한다.
    (다)에서 주위의 온도는 변하지 않는다: 계에서 방출되는 열은 주위로 전달되어 주위의 온도가 변하지 않는다.
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18. 표는 수소 화합물 (가)~(라)에 대한 자료이다.

이에 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)
  • - 가: 수소와 플루오르가 결합한 화합물의 분자식은 HF이다.
    - 나: 수소와 산소가 결합한 화합물의 분자식은 H2O이다.
    - 다: 수소와 질소가 결합한 화합물의 분자식은 NH3이다. 따라서 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이 정답이다.
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19. 다음은 냉각 팩에 관한 실험이다.

이 실험에 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 "ㄷ"인 이유는, 냉각 팩을 만드는 데 사용된 물질인 알칼리 글리콜은 물보다 빙점이 낮기 때문에, 냉각 팩이 녹을 때 물보다 더 오랫동안 냉각 효과를 유지할 수 있기 때문입니다. 따라서, 냉각 팩을 만드는 데 알칼리 글리콜을 사용하는 것이 가장 효과적입니다.
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20. 다음은 미래 에너지원의 개발에 대한 설명이다.

(가)와 (나)에 해당하는 것으로 가장 적절한 것은? (순서대로 가, 나)

  1. 물, 수소
  2. 물, 산소
  3. 수소, 물
  4. 수소, 산소
  5. 산소, 수소
(정답률: 알수없음)
  • 가: 물
    나: 수소

    미래 에너지원으로서 물과 수소가 선택되는 이유는 물은 지구상에서 가장 풍부한 자원 중 하나이며, 수소는 가장 깨끗한 연료 중 하나이기 때문이다. 또한 물과 수소를 이용한 연료전지는 전기를 생산할 때에도 친환경적이며, 수소를 연료로 사용할 경우에는 연소 시에 물밖에 배출되지 않기 때문에 대기오염을 최소화할 수 있다. 따라서 미래 에너지원으로서 물과 수소가 선택되는 것이다.
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