수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2014-10-07)

수능(화학II)
(2014-10-07 기출문제)

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1. 다음은 어떤 에너지에 대한 설명이다.

이 에너지로 가장 적절한 것은?

  1. 수소 에너지
  2. 조력 에너지
  3. 지열 에너지
  4. 풍력 에너지
  5. 수력 에너지
(정답률: 알수없음)
  • 위 그림은 수소 연료전지를 이용한 자동차의 원리를 설명하는 그림이다. 따라서 이 에너지는 "수소 에너지"이다.
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2. 그림은 기체 A와 B가 반응하여 기체 C가 생성되는 반응에서, 촉매를 사용하지 않은 반응 경로 (가)와 촉매를 사용한 반응 경로 (나)의 에너지 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄷ"인 이유는, 촉매를 사용하면 반응 경로의 활성화 에너지가 낮아져서 반응이 더 빠르게 진행되기 때문이다. 따라서 촉매를 사용한 반응 경로는 촉매를 사용하지 않은 반응 경로보다 더 낮은 에너지로 반응이 진행되며, 이는 반응속도를 증가시키는 효과를 가진다.
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3. 그림은 25℃, 1기압에서 몇 가지 반응의 엔탈피(H) 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 다음과 같다.

    - 반응 1: 엔탈피 변화가 양수이므로 엔트로피 변화가 양수일 것이다. 따라서 이 반응은 열을 흡수하면서 물질을 더 무질서하게 만드는 과정일 것이다. 이는 열역학적으로 가능한 과정이다.
    - 반응 2: 엔탈피 변화가 음수이므로 엔트로피 변화가 음수일 것이다. 따라서 이 반응은 열을 방출하면서 물질을 더 질서정연하게 만드는 과정일 것이다. 이는 열역학적으로 가능한 과정이다.
    - 반응 3: 엔탈피 변화가 음수이므로 엔트로피 변화가 음수일 것이다. 따라서 이 반응은 열을 방출하면서 물질을 더 질서정연하게 만드는 과정일 것이다. 이는 열역학적으로 가능한 과정이다. 또한, 반응 2와 반대로 진행되므로 역반응일 것이다.
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4. 그림은 16족 원소 A ~ D의 수소 화합물의 끓는점을 주기에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A ~ D는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 중 "ㄴ"은 옳은 설명이다. 그림에서 끓는점이 가장 높은 화합물은 A와 B의 수소화합물이다. 이는 A와 B가 주기가 가장 작은 1족 원소이기 때문에 수소와 결합할 때 가장 강한 결합을 형성하기 때문이다. 따라서 끓는점이 높은 것이다.
    - 보기 중 "ㄷ"는 옳은 설명이다. 그림에서 끓는점이 가장 낮은 화합물은 D의 수소화합물이다. 이는 D가 주기가 가장 큰 6족 원소이기 때문에 수소와 결합할 때 가장 약한 결합을 형성하기 때문이다. 따라서 끓는점이 낮은 것이다.
    - 보기 중 "ㄱ, ㄴ"은 옳은 설명이다. 그림에서 끓는점이 높은 화합물은 A와 B의 수소화합물이다. 이는 A와 B가 주기가 가장 작은 1족 원소이기 때문에 수소와 결합할 때 가장 강한 결합을 형성하기 때문이다. 따라서 끓는점이 높은 것이다. 또한, 끓는점이 높은 화합물인 A와 B의 수소화합물은 분자량이 가장 크기 때문에 끓는점이 높은 것이다.
    - 보기 중 "ㄱ, ㄷ"는 옳은 설명이 아니다. 그림에서 끓는점이 낮은 화합물은 D의 수소화합물이다. 이는 D가 주기가 가장 큰 6족 원소이기 때문에 수소와 결합할 때 가장 약한 결합을 형성하기 때문이다. 따라서 끓는점이 낮은 것이다. 하지만, 끓는점이 낮은 화합물인 D의 수소화합물은 분자량이 가장 작기 때문에 끓는점이 낮은 것이다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"는 옳은 설명이 아니다.
    - 보기 중 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 옳은 설명이다. 위에서 "ㄱ"과 "ㄴ"의 설명이 옳았으며, "ㄷ"의 경우도 위에서 설명한 것과 같이 D의 수소화합물이 끓는점이 가장 낮기 때문에 옳은 설명이다. 따라서 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"가 옳은 설명이다.
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5. 그림은 고체 (가)~(다)의 결정 구조를 모형으로 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)은 FCC(fcc) 구조로, 각 원자가 모서리를 공유하여 결정이 이루어진다.
    - (나)은 BCC(bcc) 구조로, 각 원자가 대각선을 공유하여 결정이 이루어진다.
    - (다)은 HCP(hcp) 구조로, 각 원자가 쌍봉형 구조를 이루어 결정이 이루어진다.

    따라서, 옳은 설명은 "ㄱ"이다.
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6. 그림 (가)와 (나)는 25 ℃에서 같은 양의 물이 들어 있는 실린더에 질소(N2) 기체를 넣은 후 평형에 도달한 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 1기압이고, 물의 증기압 및 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 그림 (가)와 (나)에서 실린더 안의 물의 부피는 동일하므로, 질소 기체가 들어오면서 실린더 안의 공기 부피가 줄어들었기 때문이다. 이에 따라 피스톤은 상승하게 되고, 그림 (가)와 (나)에서 피스톤의 높이가 다르다는 것은 평형 상태에서 질소 기체가 실린더 안에서 차지하는 부피가 다르다는 것을 의미한다. 따라서, 질소 기체의 부피가 작아지면서 압력이 증가하고, 이는 보일의-샤를의 법칙에 따라 온도가 상승했음을 의미한다.
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7. 다음은 300 K에서 물질 X의 분자량을 측정하기 위한 실험이다.

실험 결과로 구한 X의 분자량은? (단, 기체 상수 R = k 기압·L/몰·K이고, X는 비휘발성, 비전해질이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 실험 결과로 구한 X의 분자량은 "" 이다. 이유는 가스의 상태방정식인 PV=nRT에서 P, V, T는 실험에서 측정 가능하므로 n을 구할 수 있다. 따라서 몰 질량을 구할 수 있고, 이를 분자량으로 나누면 X의 분자량을 구할 수 있다.
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8. 표는 수용액 (가)~(라)의 끓는점 오름(⊿Tb)을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A ~ C는 비휘발성, 비전해질이고 서로 반응하지 않는다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 A와 B가 동일한 용질일 때, 끓는점 오름이 동일하다는 것을 나타내고 있습니다. 이는 두 용질의 분자량이 동일하거나, 동일한 수의 입자가 있는 경우에 해당됩니다.

    "ㄷ"는 C가 A나 B와 혼합될 때, 끓는점 오름이 예상보다 크다는 것을 나타내고 있습니다. 이는 C가 A나 B와 상호작용하여 새로운 분자들이 형성되기 때문입니다. 이러한 상호작용은 용질의 극성, 분자 크기, 분자간 상호작용 등에 따라 달라질 수 있습니다.
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9. 그림은 25 ℃에서 어떤 반응 (가)~(다)의 ⊿H와 ⊿G를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - (가) 반응은 엔탈피와 엔트로피 모두 양수이므로, 이 반응은 열역학적으로 불리하다. 따라서 반응은 일어나지 않을 것이다. 이에 대한 설명이 "ㄷ"이므로 오답이다.
    - (나) 반응은 엔탈피는 음수이지만 엔트로피는 양수이므로, 이 반응은 열역학적으로 불확실하다. 그러나 자유 에너지 변화 (∆G)는 음수이므로, 반응은 일어날 가능성이 있다. 이에 대한 설명이 "ㄱ, ㄴ"이므로 정답이다.
    - (다) 반응은 엔탈피와 엔트로피 모두 음수이므로, 이 반응은 열역학적으로 유리하다. 따라서 반응은 일어날 것이다. 그러나 자유 에너지 변화 (∆G)는 0이므로, 반응은 균형상태에 도달할 것이다. 이에 대한 설명이 "ㄴ, ㄷ"이므로 오답이다.
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10. 그림은 일정한 온도에서 콕이 닫힌 진공 상태의 용기 A, B에 물 90 g과 20 % X 수용액 90 g을 순서 없이 넣고 충분한 시간이 지난 후의 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X는 비휘발성, 비전해질이고, 대기압은 760 mmHg이며, 물의 분자량은 18이다.) [3점]

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

    - 용기 A와 B의 온도가 같기 때문에 두 용기 내의 기체 압력은 같다. 따라서 용기 A와 B 내의 물과 X 수용액의 증기압도 같다.
    - 물의 증기압은 X 수용액의 증기압보다 높기 때문에, 용기 A에 물을 넣은 경우 물의 증기압이 더 높아져서 콕이 닫혀있어도 압력이 높아져서 물이 증발하지 않는다.
    - 반면, 용기 B에 X 수용액을 넣은 경우 X 수용액의 증기압이 물의 증기압보다 높기 때문에, 콕이 닫혀있어도 X 수용액이 증발하여 용기 내부에 증기가 채워진다. 이로 인해 용기 내부 압력이 높아져서 콕이 열리고 X 수용액의 증발이 계속된다.
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11. 그림은 0.1 M HA(aq) 100 mL에 0.1 M NaOH(aq) x mL를 섞어 혼합 용액을 만드는 과정을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 수용액의 온도는 25 ℃로 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    - ㄱ. NaOH는 강염기이므로 HA와 반응하여 NaA와 H2O를 생성한다. 이때 생성된 NaA는 중화되어 pH가 상승하게 된다.
    - ㄴ. NaOH의 몰농도와 첨가량이 일정하므로, x mL를 첨가하면 HA의 몰농도가 감소하게 된다. 따라서 pH가 하락하게 된다.
    - ㄷ. HA와 NaOH의 몰비가 1:1이므로, NaOH를 첨가하여 HA의 몰농도가 반으로 감소하면 pH도 1만큼 하락하게 된다. 따라서 x mL을 계산하여 pH가 4.5가 되도록 만드는 것이 가능하다.
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12. 다음은 온도 T에서 기체 X가 반응하여 기체 Y와 Z가 생성되는 반응의 열화학 반응식이다.

이 반응에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 반응 엔탈피가 양수인 이유를 설명하고 있습니다. 이 반응에서 생성되는 Y와 Z의 분자간 상호작용이 X 분자간 상호작용보다 약하기 때문에 반응 엔탈피가 양수가 됩니다. 이는 생성된 Y와 Z 분자들이 서로 멀리 떨어져 있기 때문입니다.
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13. 다음은 수산화 바륨과 염화 암모늄의 반응에 대한 실험이다.

이 반응에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

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

    - "ㄱ" : 수산화 바륨과 염화 암모늄은 각각 강염기와 강산으로 분류되며, 이들이 반응하면 중화반응이 일어난다. 따라서 pH는 7에 가까워진다.
    - "ㄴ" : 반응식에서 수산화 바륨과 염화 암모늄의 몰비는 1:2이다. 따라서 수산화 바륨 1 몰에 대해 염화 암모늄 2 몰이 필요하다.
    - "ㄷ" : 반응식에서 생성되는 바륨 염은 침전형태로 나타난다. 따라서 이 반응은 침전반응이다.
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14. 다음은 기체 A와 B가 반응하여 기체 C가 생성되는 반응의 화학 반응식과 반응 속도식을 나타낸 것이다.

표는 강철 용기에서 A와 B를 반응시켰을 때, 반응 전 기체의 부분 압력과 반응 시간이 t초일 때 기체의 전체 압력을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 실험 Ⅰ~ Ⅲ에서 온도는 같다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는 실험 Ⅰ과 Ⅱ에서 A와 B의 부분 압력이 같은데도 전체 압력이 다르기 때문이다. 이는 실험 Ⅰ과 Ⅱ에서 반응 속도가 다르기 때문으로, 반응 속도식에서 A와 B의 지수가 다르기 때문이다. 따라서 이 반응은 비등성 반응이며, A와 B의 부분 압력이 같아도 반응 속도가 다르므로 전체 압력도 다르게 나타난다.
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15. 다음은 기체 A와 B가 반응하여 기체 C가 생성되는 반응의 열화학 반응식이다.

표는 반응 조건을 달리하여 A(g)와 B(g)를 각각 1몰씩 반응 용기에 넣고 반응시켜 평형에 도달하였을 때, C(g)의 몰수를 나타낸 것이다. 온도T2는 T1보다 높다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 반응 엔탈피 ΔH가 양수이기 때문이다. ΔH가 양수이므로 반응은 엔탈피를 흡수하며, 따라서 온도가 높아질수록 C(g)의 몰수가 증가한다. 이는 높은 온도에서 반응이 더욱 촉진되기 때문이다.
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16. 그림은 금속 A와 B를 전극으로 하는 화학 전지 (가)와, 금속 B와 C를 전극으로 하는 화학 전지 (나)를 서로 연결한 것을 나타낸 것이다.

자료는 이와 관련된 반응에 대한 25 ℃에서의 표준 환원 전위(E°)이다.

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

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, 금속 A와 C는 직접적으로 연결되어 있지 않지만, 금속 A와 B를 연결하는 화학 전지와 금속 B와 C를 연결하는 화학 전지를 연결하여 전류가 흐를 수 있기 때문이다. 이러한 연결을 통해 전위차가 발생하고, 전자는 금속 A에서 출발하여 금속 C로 이동하게 된다. 따라서, "ㄱ"이 정답이다.
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17. 다음은 기체 A가 반응하여 기체 B가 생성되는 열화학 반응식이다.

그림 (가)는 온도 T에서 이 반응이 일어날 때 B(g)의 몰 분율에 따른 자유 에너지(G)를, (나)는 부피가 1 L인 강철 용기에 A(g) 1몰을 넣은 초기 상태를 나타낸 것이다.

(나)에서 A(g)가 반응하여 평형에 도달하였을 때에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, (나)에서 온도는 T로 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - "ㄱ" : B(g)의 몰 분율이 적을수록 자유 에너지가 작아지므로, B(g)의 몰 분율이 낮을수록 반응이 유리하다는 것을 나타낸다.
    - "ㄷ" : 초기에는 A(g)만 존재하므로, 자유 에너지는 초기 상태에서의 A(g)의 자유 에너지와 같다. 평형에 도달하면 B(g)의 몰 분율이 증가하면서 자유 에너지가 감소하므로, 초기 상태보다 반응이 유리해진다.
    - "ㄱ, ㄴ" : B(g)의 몰 분율이 적을수록 반응이 유리하고, 초기 상태에서는 A(g)만 존재하므로 반응이 유리하다는 것을 모두 나타낸다.
    - "ㄴ, ㄷ" : 초기 상태에서는 반응이 유리하지만, 평형에 도달하면 B(g)의 몰 분율이 증가하면서 자유 에너지가 감소하므로, 반응이 유리해진다는 것을 모두 나타낸다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ" : 모든 상황에서 반응이 유리하다는 것을 나타내므로, 옳지 않은 보기이다.
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18. 다음은 일정한 온도에서 어떤 기체 반응에 대한 실험이다.

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

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ, ㄷ"인 이유는 다음과 같다.
    - 기체 분자들이 충돌하여 서로 반발력을 주고 받는다는 운동론적 이론에 따라, 기체 분자들이 충돌하는 빈도가 증가하면 압력이 증가한다. 따라서, 실험에서 압력이 증가한 경우에는 분자들의 충돌 빈도가 증가했음을 의미한다. 이는 온도가 일정하게 유지되었기 때문에, 분자들의 평균 운동 에너지가 변하지 않았다는 것을 의미한다.
    - 보기에서 "ㄴ"은 압력이 증가하였으므로, 분자들의 충돌 빈도가 증가했음을 나타낸다. 따라서, 분자들의 운동 에너지는 변하지 않았으므로 온도도 변하지 않았다.
    - 보기에서 "ㄷ"는 압력이 증가하였으므로, 분자들의 충돌 빈도가 증가했음을 나타낸다. 이는 분자들이 서로 반발력을 주고 받는 과정에서 일부 분자들이 운동 에너지를 상대 분자에게 전달하고, 상대 분자는 이를 흡수하여 운동 에너지가 증가하는 과정이 발생했기 때문이다. 따라서, 분자들의 운동 에너지가 증가하였으므로 온도도 증가하였다.
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19. 그림 (가)는 0 ℃에서 콕이 닫힌 진공 상태의 용기 A와 B에 액체 X와 Y를 각각 넣은 것을, (나)는 (가)에서 시간에 따른 용기 속 기체 X와 Y의 압력을 나타낸 것이다.

(가)에서 콕을 열고 충분한 시간이 지났을 때에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X와 Y는 반응하지 않으며, 액체와 연결관의 부피는 무시한다.) [3점]

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

    - ㄱ. 용기 A와 B의 기체 압력은 서로 같아진다.
    - ㄷ. 용기 A와 B의 온도는 서로 같아진다.

    이유는 다음과 같다.

    - 용기 A와 B가 연결되어 있으므로, 콕을 열면 기체 X와 Y가 서로 이동하면서 용기 A와 B의 부피가 서로 교환된다. 이 과정에서 기체 X와 Y의 부피는 변하지 않으므로, 용기 A와 B의 부피가 서로 같아지게 된다. 따라서, 기체 X와 Y의 압력도 서로 같아지게 된다.
    - 용기 A와 B가 서로 열결되어 있으므로, 기체 X와 Y가 서로 이동하면서 열전달이 일어난다. 이 과정에서 용기 A와 B의 온도가 서로 균일해지게 되므로, 용기 A와 B의 온도는 서로 같아지게 된다.
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20. 다음은 정반응과 역반응의 반응 차수가 모두 1차인 화학 반응식이다.

표는 온도 T1과 T2에서 이 반응의 정반응의 반응 속도 상수(k1

)와 평형 상수(K)를 나타낸 것이다.

이 반응에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

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

    - 정답 "ㄱ": 온도가 증가할수록 정반응의 반응 속도 상수(k1)가 증가하므로, 이 반응은 엔탈피 변화가 양수인 엔드로핀 반응이다. 이는 역반응이 증가하는 것보다 정반응이 증가하는 것이 더 많기 때문이다.
    - 정답 "ㄷ": 평형 상수(K)가 온도가 증가할수록 감소하므로, 이 반응은 역반응이 엔탈피 변화가 양수인 엔드로핀 반응일 때 더 많이 일어난다. 이는 역반응이 증가하는 것보다 정반응이 증가하는 것이 더 많기 때문이다.
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