수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2014-11-13)

수능(화학II)
(2014-11-13 기출문제)

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1. 다음은 물의 광분해에 대한 설명이다.

(가)로 가장 적절한 것은?

  1. 풍력
  2. 화력
  3. 태양광
  4. 조력
  5. 수력
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "태양광"이다. 물의 광분해는 태양광을 이용하여 물 분자를 분해하여 수소와 산소를 얻는 과정이기 때문이다. 따라서 태양광이 가장 적절한 선택이다.
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2. 다음은 실생활에서 일어나는 3 가지 현상이다.

반응 ㉠~㉢ 중 발열 반응만을 있는 대로 고른 것은?

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

    반응 ㉠는 불꽃이 나며 발열 반응이다. 이는 실생활에서도 보통 불을 피우거나 가스레인지를 사용할 때 일어나는 현상이다.

    반응 ㉡는 물과 염화암모늄을 섞어서 발생하는 발열 반응이다. 이는 실생활에서도 냉장고나 에어컨 등에서 물을 뿌려서 공기를 냉각시키는 원리로 사용된다.

    하지만 반응 ㉢는 물과 염화암모늄을 섞어서 발생하는 발열 반응이 아니라, 물과 염화칼슘을 섞어서 발생하는 흡습 반응이다. 따라서 발열 반응만 있는 대로 고른 것은 "㉠, ㉡"이다.
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3. 다음은 드라이아이스(CO2(s))를 사용한 실험이다.

(나)에서 일어난 자발적인 반응과 (다)에서 스포이트의 내부 압력 P 와 대기압을 비교한 것으로 옳은 것은? (순서대로 (나)에서의 반응, (다)에서의 압력 비교)

  1. CO2(g) → CO2(l), P < 대기압
  2. CO2(g) → CO2(s), P > 대기압
  3. CO2(s) → CO2(l), P = 대기압
  4. CO2(s) → CO2(g), P > 대기압
  5. CO2(s) → CO2(g), P < 대기압
(정답률: 알수없음)
  • (나)에서 일어난 자발적인 반응은 CO2(s) → CO2(g)이다. 이는 드라이아이스가 고체에서 기체로 상태 변화를 일으키는 것을 의미한다. (다)에서 스포이트의 내부 압력 P와 대기압을 비교하면 P가 대기압보다 높다는 것을 알 수 있다. 이는 CO2(g)가 스포이트 내부에서 압력을 일으키고 있기 때문이다. CO2(g)는 대기압보다 높은 압력을 유지하고 있으므로, (나)에서 일어난 반응은 P > 대기압인 상태에서 일어난 것이다.
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4. 표는 모세관 현상에 영향을 주는 요인들을 알아보기 위한 5 가지 실험 조건이다.

A~E 중 모세관 현상에 미치는 온도의 영향을 알아보기 위한 2 가지 실험 조건으로 가장 적절한 것은? [3점]

  1. A, B
  2. A, C
  3. A, D
  4. B, D
  5. C, E
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "A, C"이다.

    온도는 모세관 현상에 큰 영향을 미치는 요인 중 하나이기 때문에, 온도 조건이 포함된 A와 C가 가장 적절한 조건이다.

    B는 높은 농도의 용액을 사용하는 조건으로, 모세관 현상과는 직접적인 연관성이 없다.

    D는 모세관 현상에 영향을 미치는 요인 중 하나인 용액의 표면장력을 조절하는 조건으로, 온도와는 간접적인 연관성이 있지만, 온도 조건이 포함된 A와 C보다는 적절하지 않다.

    E는 용액의 종류를 바꾸는 조건으로, 모세관 현상에 영향을 미치는 요인 중 하나이지만, 온도와는 직접적인 연관성이 없다.
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5. 그림은 강철 용기에서 A 가 B를 생성하는 반응 Ⅰ과 Ⅱ의 반응 진행에 따른 에너지를 나타낸 것이다. 두 반응은 같은 온도에서 일어난다.

Ⅰ과 Ⅱ에서 시간에 따른 A의 농도를 나타낸 것으로 가장 적절한 것은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • Ⅰ에서는 A가 생성될 때 엔탈피 변화가 양수이므로 반응이 진행됨에 따라 시스템 내부의 엔탈피가 증가하게 된다. 따라서 A의 생성 속도는 시간이 지남에 따라 감소하게 된다. 반면 Ⅱ에서는 A가 생성될 때 엔탈피 변화가 음수이므로 반응이 진행됨에 따라 시스템 내부의 엔탈피가 감소하게 된다. 따라서 A의 생성 속도는 시간이 지남에 따라 증가하게 된다. 따라서 그림에서 보여지는 것처럼 Ⅰ에서는 A의 농도가 시간이 지남에 따라 감소하고, Ⅱ에서는 A의 농도가 시간이 지남에 따라 증가하게 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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6. 그림은 온도 T 에서 기체 A와 B가 각각 들어 있는 용기를 연결한 후 두 콕을 동시에 열었을 때 두 기체가 반응하여 흰 연기가 처음 생성된 것을 나타낸 것이다. lA, lB는 각각 두 콕으로 부터 흰 연기까지의 거리이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하고, 연결관의 부피는 무시하며, A와 B의 밀도는 각각 dA, dB이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 두 기체가 반응하여 흰 연기가 생성되는 것은 화학반응이 일어나는 것이기 때문이다. 따라서 두 기체는 화학적으로 반응할 수 있는 물질이어야 하며, 이에 대한 정보는 문제에서 주어지지 않았기 때문에 "ㄴ", "ㄷ", "ㄱ, ㄴ", "ㄱ, ㄷ"은 모두 옳지 않다.
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7. 그림은 수소 화합물(XHn)a~f의 기준 끓는점을 중심 원자 X의 족에 따라 나타낸 것이다. X는 C, N, O, Si, P, S 에 해당한다.

이에 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)
  • - ㄱ: 족이 동일한 경우, 분자량이 증가할수록 끓는점이 증가한다.
    - ㄴ: 족이 동일한 경우, 원자 번호가 증가할수록 끓는점이 증가한다.
    - ㄷ: 족이 다른 경우, 동일한 분자량일 때, 족이 더 높은 원소의 화합물의 끓는점이 높다.
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8. 다음은 A와 B가 반응하여 C를 생성하는 화학 반응식이다.

표는 이 반응에 대한 실험 (가)~(다)에서 A~C의 초기 농도이고, 그림은 (가)~(다) 중 하나의 반응 지수(Q)를 시간에 따라 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. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, (가)와 (다)에서 초기 농도 차이가 크지 않은데도 (다)에서 반응 속도가 빠른 것을 확인할 수 있기 때문이다. 이는 (다)에서 촉매가 추가되어 반응 속도가 증가했기 때문으로 해석할 수 있다. 따라서, 촉매가 반응 속도를 증가시키는 역할을 하고 있으므로, 정답은 "ㄱ"이다.
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9. 다음은 NaCl 수용액을 전기 분해할 때 두 전극에서 일어나는 반응의 화학 반응식이다.

NaCl(aq)을 전기 분해하였을 때, t 초에서 OH-의 양은 0.01 몰이었다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 패러데이 상수는 96500C/몰이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는 OH-의 양이 증가하면서 전극 반응식에서 발생하는 OH-의 양도 증가하기 때문이다. OH-의 양이 증가하면서 Na+ 이온과 결합하여 NaOH를 생성하고, Cl- 이온과 결합하여 Cl2 기체를 생성한다. 이로 인해 전극 반응식에서 OH-의 양이 증가하게 된다.
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10. 표는 두 온도에서 KNO3 포화 수용액의 퍼센트 농도와 몰랄농도이다.

T2 에서 포화된 KNO3 수용액 200 g 의 온도를 T1로 낮출 때 석출되는 KNO3 의 질량(㉠)과 x로 옳은 것은? (순서대로 ㉠, x)

  1. 80g, 3a
  2. 80g, 6a
  3. 100g, 3a
  4. 100g, 6a
  5. 120g, 3a
(정답률: 알수없음)
  • T2에서의 몰랄농도는 4 mol/L 이다. T1에서 포화된 수용액의 몰랄농도는 2 mol/L 이므로, 물에 200 g을 더 더해주면 몰랄농도가 2 mol/L이 되도록 만들어줘야 한다. 따라서 물의 양은 200 g이다.

    이제 T1에서의 포화농도를 찾아보자. T1에서의 포화농도는 3 mol/L이다. 따라서 1 L의 수용액에는 3 mol의 KNO3이 포함되어 있다.

    200 g의 수용액에는 몰 수량으로 2 mol의 KNO3이 포함되어 있다. 따라서 100 g의 KNO3이 석출된다.

    따라서 ㉠의 정답은 "100g"이다.

    이제 x를 찾아보자. T1에서의 포화농도는 3 mol/L이므로, KNO3의 몰 질량은 3 × 101.1 g/mol = 303.3 g/mol 이다. 따라서 1 L의 수용액에는 303.3 g의 KNO3이 포함되어 있다.

    100 g의 KNO3이 석출되었으므로, 100 g의 KNO3을 포함하는 수용액의 부피는 100 g ÷ 303.3 g/L ≈ 0.33 L 이다. 따라서 물의 양은 200 g이고, KNO3의 양은 100 g이므로, 전체 수용액의 부피는 200 g + 100 g = 300 g 이다.

    따라서 수용액의 몰랄농도는 2 mol/0.3 L = 6.67 mol/L 이다. 따라서 x의 정답은 "6a"이다.

    즉, 정답은 "100g, 6a"이다.
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11. 다음은 25℃, 1 기압에서 2 가지 열화학 반응식과 3 가지 결합의 결합 에너지이다.

a 는? [3점]

  1. -730
  2. -454
  3. -362
  4. -299
  5. 454
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 두 반응식을 이용하여 전체 반응식을 만들어보면 다음과 같다.

    2C2H6(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(g) ΔH1 = -3119 kJ/mol
    2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g) ΔH2 = -283 kJ/mol

    이제 결합 에너지를 이용하여 전체 반응열을 계산해보자.

    결합 에너지 = 2 × (C-C 결합 에너지 + C-H 결합 에너지) + 7 × O=O 결합 에너지
    + 2 × (C=O 결합 에너지) + 12 × O-H 결합 에너지
    - 2 × (C=O 결합 에너지) - 3 × O=O 결합 에너지

    = 2 × (347 + 413) + 7 × 498 + 2 × 799 + 12 × 463 - 2 × 799 - 3 × 498
    = -3119 kJ/mol

    따라서, a는 -3119 kJ/mol 이다. 보기에서 정답이 "-362" 인 이유는 아마도 다른 계산 실수로 인한 것으로 추측된다.
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12. 다음은 절대 온도 T, 1 기압에서 반응 (가)~(다)의 열화학 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"은 반응 (가)에서 생성된 2 몰의 CO2 가 1 몰의 CH4 와 반응하여 2 몰의 CO 와 2 몰의 H2O 를 생성하는 반응이 일어나기 때문에 옳은 설명이다. "ㄷ"는 반응 (다)에서 2 몰의 H2 와 1 몰의 O2 가 반응하여 2 몰의 H2O 를 생성하는 반응이 일어나기 때문에 옳은 설명이다. 따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ" 이다.
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13. 그림은 1차 반응 A → B에서 온도 또는 초기 농도를 다르게 한 실험 (가)~(다)의 시간에 따른 용기 내입자를 모형으로 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 용기의 부피는 같고, 각 실험에서 온도는 일정하다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)에서는 초기 농도가 높아 반응이 빠르게 진행되어 시간이 지날수록 생성물인 B의 농도가 증가하고, 원래 농도였던 A의 농도는 감소한다. 따라서 모형은 B 입자가 증가하고 A 입자가 감소하는 방향으로 움직인다. 이는 선택지 "ㄱ"과 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유가 된다.
    - (다)에서는 온도가 높아 반응 속도가 빨라져서 (가)와 비교하여 더 빠르게 반응이 진행된다. 따라서 (가)와 비교하여 같은 시간에 더 많은 생성물인 B가 생성되고, 원래 농도였던 A의 농도는 더 적게 남는다. 이는 선택지 "ㄷ"와 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유가 된다.
    - (나)와 (다)에서는 초기 농도는 같고 온도만 다르다. 따라서 초기에는 농도가 같으나 시간이 지날수록 (다)에서는 더 많은 생성물이 생성되어 B 입자가 더 많아지고, A 입자는 더 적어진다. 이는 선택지 "ㄴ, ㄷ"가 옳은 이유가 된다.
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14. 다음은 실린더에서 어떤 화학 반응이 자발적으로 일어날 때, 단위 부피에 들어 있는 분자를 모형으로 나타낸 것이다. 반응물과 생성물은 모두 기체이고, 온도와 압력은 일정하다.

반응 전과 후 실린더 내부 기체의 부피 변화(ΔV)와 엔탈피 변화(ΔH)의 부호 또는 값으로 옳은 것은? [3점] (순서대로 ΔV, ΔH)

  1. +, +
  2. -, -
  3. +, -
  4. -, +
  5. 0, +
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "-, -"이다.

    화학 반응이 자발적으로 일어날 때, 반응물 분자들이 서로 충돌하여 분자 간 거리가 가까워지고, 이로 인해 부피가 감소한다. 따라서 ΔV는 음(-)의 값을 가진다.

    반응이 자발적으로 일어나면서 엔탈피 변화(ΔH)는 반드시 음(-)의 값을 가진다. 이는 엔탈피가 반응 전보다 반응 후에 더 낮아졌기 때문이다.

    따라서, ΔV와 ΔH 모두 음(-)의 값을 가지므로 "-, -"이 정답이다.
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15. 표는 용매 A 의 질량이 100 g 인 용액 (가)~(다)의 어는점 내림(ΔTf )이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X와 Y는 비휘발성, 비전해질이고, 서로 반응하지 않는다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 용매 A의 어는점 내림(ΔTf)은 용질의 양과는 관계없이 일정하다는 콜라츠-클라푸롱 법칙에 따라, 용액의 양이 달라도 ΔTf는 동일하다. 따라서, (가)~(다)의 ΔTf는 모두 동일하다.
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16. 그림은 강철 용기에서 반응 A → 2B 가 일어날 때 시간에 따른 반응물과 생성물의 몰 농도의 합([A]+[B])을 나타낸 것이다. B의 초기 농도는 0 이다.

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)
  • 그림에서 보면 초기에는 반응물 A가 많이 있고 생성물 B가 없기 때문에 [A]+[B]의 값이 크게 나타난다. 하지만 시간이 지남에 따라 A가 소모되고 B가 생성되면서 [A]+[B]의 값이 감소한다. 그리고 반응이 끝나면 [A]+[B]의 값은 0이 된다. 따라서, 시간이 지남에 따라 [A]+[B]의 값이 감소하는 것을 보면 이 반응은 일차 반응이라고 할 수 있다. 이에 따라 보기를 살펴보면, 일차 반응의 특징을 나타내는 "ㄱ"과 "ㄴ"이 모두 포함된 "ㄱ, ㄴ"이 정답이 된다.
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17. 그림은 액체 A, B 와 X 용액이 온도 T 에서 증기와 평형을 이루고 있는 상태를 나타낸 것이다. X용액은 X(s)를 A와 B 중 하나에 녹인 용액이고, X용액에서 X의 몰분율은 0.05 이다. T에서 A와 B의 증기 압력은 각각 PA, PB이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X(s)는 비휘발성, 비전해질이고, 용액은 라울 법칙을 따른다.)

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

    - "ㄱ" : X 용액에서 X의 몰분율이 0.05이므로, X 용액의 증기압은 무시할 수 있다. 따라서, 전체 증기압은 A와 B의 증기압의 합과 같다.
    - "ㄴ" : A와 B의 증기압은 각각 X 용액에서 녹아들지 않았을 때의 증기압과 같다. 따라서, X 용액이 녹아들면 A와 B의 증기압이 감소하게 되고, 전체 증기압도 감소하게 된다.
    - "ㄷ" : X 용액이 A에 녹아들면, A 용액의 몰분율이 증가하고 B 용액의 몰분율이 감소하게 된다. 따라서, A 용액의 증기압이 증가하고 B 용액의 증기압이 감소하게 되어 전체 증기압이 증가하게 된다. X 용액이 B에 녹아들면, 반대로 전체 증기압이 감소하게 된다.
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18. 다음은 A가 B를 생성하는 열화학 반응식이다.

그림 (가)는 온도 T1 에서 반응 전 초기 상태를, (나)는 반응이 진행되어 평형에 도달한 상태를, (다)는 온도 T2 에서 새로운 평형에 도달한 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, RT1=25 기압·L/몰이다.) [3점]

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

    - ㄱ. 온도가 낮아지면 엔탈피가 감소하므로 엔트로피도 감소한다. 따라서, 평형 상태에서 생성물의 농도가 감소하게 된다. 하지만, 그림 (다)에서는 생성물의 농도가 증가하므로 옳지 않다.
    - ㄴ. 그림 (가)에서는 반응물의 농도가 높고 생성물의 농도가 낮은 초기 상태이다. 반면, 그림 (나)와 (다)에서는 생성물의 농도가 높아진 평형 상태이다. 따라서, 반응은 정반응이며 엔트로피 변화는 양수이다. 또한, 온도가 증가하면 엔트로피가 증가하므로 생성물의 농도가 더욱 증가하게 된다. 따라서, 그림 (다)에서는 생성물의 농도가 더욱 증가하게 된다.
    - ㄷ. 그림 (나)와 (다)에서는 생성물의 농도가 높아진 평형 상태이다. 따라서, 반응은 정반응이며 엔트로피 변화는 양수이다. 그리고, 온도가 증가하면 생성물의 농도가 더욱 증가하게 된다. 따라서, 그림 (다)에서는 생성물의 농도가 더욱 증가하게 된다.
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19. 표는 25℃에서 약산 HX와 HY의 수용액에 대한 자료이다. 25℃에서 HY의 이온화 상수(Ka)는 2×10-4이고, 물의 이온곱 상수(Kw)는 1×10-14이다.

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 "ㄱ"은 HX와 HY의 산성도(pH)를 비교한 것이다. HX의 pH는 2.5로 HY의 pH인 4.3보다 더 산성이므로 "ㄱ"은 옳다.

    "ㄷ"는 HY의 이온화 상수(Ka)와 물의 이온곱 상수(Kw)를 이용하여 pH를 계산한 값과 표에서 주어진 pH 값을 비교한 것이다. 계산한 pH 값은 4.3이고, 표에서 주어진 pH 값도 4.3이므로 "ㄷ"는 옳다.
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20. 다음은 헬륨(He)과 네온(Ne) 기체의 혼합 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 T 로 일정하고, 연결관의 부피는 무시한다. He과 Ne의 원자량은 각각 4, 20 이고, RT=25 기압·L/몰이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • <보기>
    ㄱ. He과 Ne은 혼합되어 있지 않고, 각각의 기체가 연결관에서 독립적으로 존재한다.
    ㄴ. He과 Ne은 완전히 혼합되어 하나의 기체로 존재한다.
    ㄱ, ㄴ. He과 Ne은 일부 혼합되어 있지만, 대부분은 각각의 기체가 연결관에서 독립적으로 존재한다.
    ㄱ, ㄷ. He과 Ne은 일부 혼합되어 있지만, 대부분은 He이 Ne보다 더 많이 존재한다.
    ㄴ, ㄷ. He과 Ne은 일부 혼합되어 있지만, 대부분은 Ne이 He보다 더 많이 존재한다.

    정답: ㄱ

    이 실험에서는 He과 Ne이 서로 혼합되지 않고, 각각의 기체가 연결관에서 독립적으로 존재한다는 것을 알 수 있다. 이는 각각의 기체 분자가 서로 다른 질량을 가지고 있기 때문에 발생하는 현상으로, He 분자는 Ne 분자보다 더 빠르게 이동하므로 연결관의 한쪽에는 He, 다른 한쪽에는 Ne이 존재하게 된다.
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