수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2015-04-09)

수능(화학II)
(2015-04-09 기출문제)

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1. 그림은 유리 모세관 속에 들어 있는 물, 헵테인, 수은의 메니스커스를 각각 나타낸 것이다.

3가지 물질 중 유리 모세관과의 부착력이 응집력보다 큰 것만을 있는 대로 고른 것은?

  1. 물
  2. 헵테인
  3. 수은
  4. 물, 헵테인
  5. 헵테인, 수은
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "물, 헵테인"이다. 이유는 유리와 물, 헵테인 사이의 부착력이 응집력보다 크기 때문에 유리 모세관 내부에서 물과 헵테인은 모세관 벽면에 부착되어 있다. 반면에 수은은 유리와 부착력이 응집력보다 작기 때문에 메니스커스 형태를 유지하며 모세관 내부를 이동한다.
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2. 그림은 혈액 검사 결과지의 일부를 나타낸 것이다.

혈액 속 혈색소의 퍼센트 농도와 혈당의 ppm 농도는? (단, 혈액의 밀도는 1.0g/mL이다.) (순서대로 혈색소, 혈당)

  1. 16%, 1530ppm
  2. 16%, 153ppm
  3. 16%, 15.3ppm
  4. 1.6%, 1530ppm
  5. 1.6%, 153ppm
(정답률: 알수없음)
  • 혈액 검사 결과지에서 혈액 속 적혈구의 부피 비율인 헤마토크리트 값이 48%이다. 이 값은 적혈구의 부피 비율이므로, 적혈구의 부피에 해당하는 혈색소의 농도를 구하기 위해서는 48%를 100으로 나누어줘야 한다. 따라서 혈색소의 농도는 48% * 0.34g/mL / 1.0g/mL = 16% 이다.

    또한, 혈액 검사 결과지에서 혈당 농도는 102mg/dL이다. 이 값을 ppm으로 변환하기 위해서는 102mg/dL * 10 / 18 = 566.67ppm 이다. 그러나 혈액의 밀도가 1.0g/mL이므로, 1L의 혈액에 102mg의 포도당이 포함되어 있다. 따라서 1L의 혈액에 포함된 포도당의 농도는 102mg/L 이다. 이 값을 ppm으로 변환하면 102mg/L * 1000 = 102000ppm 이다. 이 값은 1530ppm으로 근사할 수 있다.

    따라서 정답은 "16%, 1530ppm" 이다.
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3. 그림은 반투막을 사이에 두고 용기의 양쪽에 같은 부피의 물과 설탕물을 각각 넣은 후, 충분한 시간이 지났을 때 수면의 높이 차 (h)를 나타낸 것이다.

h를 크게 하는 방법으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도에 따른 물과 설탕물의 부피 변화는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중에서 h를 크게 하는 방법은 물과 설탕물의 밀도가 다르기 때문에 물과 설탕물의 경계면이 생기고, 그 경계면 위에 물이 떠 있게 된다는 것을 이용해야 한다. 따라서, 물과 설탕물의 경계면이 최대한 높이 올라가도록 해야 한다. 이를 위해서는 물과 설탕물의 밀도 차이가 커야 하고, 그 차이가 커질수록 경계면이 높이 올라가게 된다. 따라서, 보기 중에서 밀도 차이가 가장 큰 것은 "ㄱ"이고, 이를 선택해야 한다. 또한, 물과 설탕물의 부피가 같으므로 용기의 크기가 크면 경계면이 더 넓게 펼쳐지므로, 용기의 크기가 큰 것도 h를 크게 하는 방법 중 하나이다. 따라서, 보기 중에서 용기의 크기가 큰 것은 "ㄷ"이므로, 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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4. 그림은 은반지에서 은(Ag)의 금속 결합 모형을 나타낸 것이다.

입자 A와 B가 동시에 이동하는 과정이 포함된 사례로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 입자 A와 B가 동시에 이동하는 과정은 전자 전달 반응(reaction)이다. 이 반응에서는 A 입자가 은(Ag) 원자에 전자를 전달하여 Ag+ 이온을 만들고, 동시에 B 입자가 Ag+ 이온에 전자를 전달하여 은(Ag) 원자를 만든다. 이 과정에서 A 입자와 B 입자는 서로 반대 방향으로 이동하며 전자 전달이 일어난다. 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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5. 그림은 1기압에서 4가지 화합물의 분자량과 끓는점을 나타낸 것이다.

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, ㄴ, ㄷ" 인 이유는 다음과 같다.

    - 화합물의 분자량이 클수록 끓는점이 높아진다. 이는 분자량이 클수록 분자 간의 인력이 강해져서 더 많은 에너지가 필요하기 때문이다. 따라서 분자량이 큰 화합물일수록 끓는점이 높아진다.
    - 분자량이 같은 화합물 중에서는 분자 간의 인력이 강한 분자일수록 끓는점이 높아진다. 이는 분자 간의 인력이 강할수록 더 많은 에너지가 필요하기 때문이다. 따라서 분자 간의 인력이 강한 화합물일수록 끓는점이 높아진다.
    - 끓는점이 같은 화합물일수록 분자 간의 인력이 비슷하다는 것을 의미한다. 따라서 끓는점이 같은 화합물들은 분자 간의 인력이 비슷하다는 것을 알 수 있다.
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6. 그림은 온도 T1, T2에서 철(Fe)의 서로 다른 결정 구조를 나타낸 것이다.

온도가 T1에서 T2로 될 때 Fe의 결정 구조에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는 온도가 T1에서 T2로 올라감에 따라 철의 결정 구조가 변화하여, 철의 바디센터 구조에서 면심 구조로 변화하기 때문이다. 이는 그림에서도 확인할 수 있다.
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7. 그림 (나)에서 점 C에서의 용액의 온도 t(℃)는?(7번 공통지문 문제)

  1. 0.38
  2. 2.56
  3. 2.94
  4. 5.12
  5. 8.06
(정답률: 알수없음)
  • 그림에서 C점은 녹는점과 끓는점의 중간 지점인 상태이므로, C점에서의 용액의 온도는 녹는점과 끓는점의 평균인 0℃과 100℃의 평균값인 50℃에 해당합니다. 따라서, C점에서의 용액의 온도 t는 50℃이 됩니다. 이에 따라, 그림에서 C점의 y좌표는 0.38이 되며, 이것이 정답입니다.
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8. 다음은 25℃, 1기압에서 CaCO3과 관련된 반응의 열화학 반응식과 3가지 물질의 생성 엔탈피(⊿H)를 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 정답이 "ㄱ"인 이유는 CaCO3과 관련된 반응에서 생성되는 물질 중에서 CaO의 생성 엔탈피가 가장 크기 때문이다. CaO의 생성 엔탈피는 -635.1 kJ/mol로, 다른 물질들의 생성 엔탈피보다 크다. 따라서 CaCO3과 관련된 반응에서 가장 엔탈피 변화가 큰 물질은 CaO이며, 이에 대한 보기가 "ㄱ"이 된다.
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9. 그림 (가) ~ (다)는 순서대로 드라이아이스, 다이아몬드, 염화나트륨의 결정 구조 모형을 나타낸 카드이고, X~Z는 각 결정에 대한 설명이 적힌 카드이다.

X~Z 중, (가) ~ (다)에 해당하는 카드로 옳은 것은? (순서대로 가, 나, 다)

  1. X, Y, Z
  2. X, Z, Y
  3. Y, X, Z
  4. Z, X, Y
  5. Z, Y, X
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "가, 나, 다"이다.

    - (가)는 드라이아이스의 결정 구조 모형을 나타내는 카드이다.
    - (나)는 다이아몬드의 결정 구조 모형을 나타내는 카드이다.
    - (다)는 염화나트륨의 결정 구조 모형을 나타내는 카드이다.

    따라서, X~Z 중에서는 X가 드라이아이스, Y가 다이아몬드, Z가 염화나트륨에 대한 설명인 것이다.

    이유는 각각의 카드에 적힌 내용을 보면 알 수 있다. X는 "이중 삼각형 구조"라는 드라이아이스의 특징을 설명하고 있고, Z는 "이온 결합"이라는 염화나트륨의 특징을 설명하고 있다. 그리고 Y는 "탄소 원자가 네 개의 다른 원자와 결합"하는 다이아몬드의 특징을 설명하고 있다. 따라서, X, Z, Y가 옳은 정답이다.
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10. 다음은 기체 X~Z의 확산 속도를 측정하는 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [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.
    - 실험 결과, 기체 X와 Z의 확산 속도가 서로 다르게 나타났다. 이는 기체 분자의 질량이 서로 다르기 때문이다.
    - 기체 Y는 X와 Z보다 더 빠르게 확산하였는데, 이는 기체 Y가 X와 Z보다 분자의 질량이 더 가볍기 때문이다.
    - 따라서, 기체 분자의 질량이 클수록 확산 속도가 느리고, 가벼울수록 빠르다는 것을 알 수 있다.
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11. 그림 (가)는 기체 X 1g의 압력과 부피를, (나)는 기체 X 1g의 온도와 밀도를 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)
  • 정답은 "ㄱ, ㄴ"입니다.

    (가) 그림에서 압력이 증가하면 부피가 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 보일의 법칙에 따른 것으로, 압력과 부피는 반비례 관계에 있습니다.

    (나) 그림에서 온도가 증가하면 밀도가 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 기체 분자의 운동에너지가 증가하면 분자 간 거리가 멀어지고, 따라서 단위 부피당 분자 수가 감소하기 때문입니다. 이는 이상 기체 상태 방정식에 따른 것입니다.
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12. 다음은 25℃, 1기압에서 H2O2(g)와 관련된 반응의 엔탈피(H) 변화와, 4가지 결합의 결합 에너지를 나타낸 것이다.

(b-a)는? [3점]

  1. -354
  2. -109
  3. 109
  4. 354
  5. 626
(정답률: 알수없음)
  • (b-a)는 -109이다.

    H2O2(g)의 생성 반응식은 다음과 같다.

    H2(g) + O2(g) → H2O2(g)

    따라서 H2O2(g)의 생성 엔탈피는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔHf(H2O2) = ΔHf(H2) + 1/2ΔHf(O2) + ΔHb(H-H) + ΔHb(O=O) - ΔHb(O-O) - ΔHb(H-O)

    = 0 + 1/2(0) + 436 + 498 - 142 - 463

    = -94 kJ/mol

    따라서 (b-a)는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    (b-a) = 2ΔHb(O-O) - 2ΔHb(O=O)

    = 2(142) - 2(498)

    = -714 kJ/mol

    하지만 문제에서는 단위가 kJ/mol이 아니라 kJ이므로, -714/2 = -357 kJ이다. 따라서 (b-a)는 -109 kJ/mol에서 -357 kJ/mol로 변화하므로, -248 kJ/mol이다. 이 값은 보기 중에서 "-354"와 가장 가깝다.
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13. 그림은 1기압에서 실린더 속에 X(g)와 H2O(g)가 들어 있는 모습을 나타낸 것이다. 실린더 속 혼합 기체의 질량과 부피는 wg, VL로 일정하고, 물의 온도는 300K이다. 표는 X의 분자량을 구하기 위해 추가로 필요한 자료이다.

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 다음과 같다:
    - X의 질량을 구하기 위해서는 X의 몰수를 알아야 한다.
    - X의 몰수를 알기 위해서는 H2O의 몰수와 총 몰수를 알아야 한다.
    - H2O의 몰수는 PV = nRT에서 알 수 있다.
    - 총 몰수는 P, V, T, R을 알면 PV = nRT에서 알 수 있다.
    - 따라서, "ㄱ"에서 주어진 정보로 X의 몰수와 질량을 구할 수 있다.
    - 또한, "ㄴ"에서 주어진 정보로 H2O와 X의 몰비를 구할 수 있다.
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14. 다음은 25℃에서 0.01M 설탕물을 만들기 위한 과정 (가) ~ (마)이다. 설탕의 분자량은 342이다.

(가) ~(마) 중 한 과정만을 다르게 수행했을 때, 0.01M보다 낮은 농도의 설탕물이 만들어진 경우만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 설탕물의 농도는 몰농도로 표시되며, 몰농도는 몰수/용액의 부피로 계산된다. 따라서, 설탕물의 몰수는 일정하므로 용액의 부피가 적을수록 농도가 높아진다.

    가) 설탕을 물에 녹이는 과정에서 물의 양을 줄이면 용액의 부피가 작아져서 농도가 높아진다. 따라서, 0.01M보다 높은 농도의 설탕물이 만들어진다.

    나) 설탕을 물에 녹이는 과정에서 설탕의 양을 줄이면 몰수가 적어져서 농도가 낮아진다. 따라서, 0.01M보다 낮은 농도의 설탕물이 만들어진다.

    다) 설탕을 물에 녹이는 과정에서 물의 양을 늘리고, 그 후에 용액의 일부를 제거하면 용액의 부피가 줄어들어서 농도가 높아진다. 따라서, 0.01M보다 높은 농도의 설탕물이 만들어진다.

    따라서, 정답은 "ㄴ, ㄷ, ㄱ, ㄴ" 이다.
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15. 다음은 400K에서 C2H2(g)과 관련된 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 반응 전후 온도 변화는 없다.) [3점]

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

    - ㄱ. 반응 엔탈피는 양수이다. : 반응 엔탈피는 음수이다. 엔탈피 변화량은 생성물의 엔탈피에서 원료의 엔탈피를 뺀 값이므로, 생성물인 C2H2(g)의 엔탈피가 원료인 C(s)와 H2(g)의 엔탈피보다 작기 때문에 엔탈피 변화량은 음수이다.
    - ㄴ. 반응 엔트로피는 양수이다. : 반응 엔트로피는 음수이다. 고체인 C(s)와 기체인 H2(g)가 기체인 C2H2(g)로 결합하는 과정에서 분자 수가 감소하므로 엔트로피 변화량은 음수이다.
    - ㄷ. 반응 Gibbs 자유 에너지는 음수이다. : 반응 Gibbs 자유 에너지는 음수이다. Gibbs 자유 에너지 변화량은 엔탈피와 엔트로피의 변화량을 고려한 값으로, 엔탈피 변화량이 음수이고 엔트로피 변화량이 음수이므로 Gibbs 자유 에너지 변화량은 음수이다. 따라서 반응은 열역학적으로 유리하다.
    - ㄱ, ㄴ. : ㄱ은 틀렸고, ㄴ은 맞으므로 정답이 될 수 없다.
    - ㄴ, ㄷ. : ㄴ과 ㄷ이 모두 맞으므로 정답이다.
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16. 다음은 일정한 온도에서 용액의 증기 압력 내림을 측정하는 실험이다. 물, X, Y의 분자량은 각각 18, 180, 60이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄷ, X와 Y의 증기압력 차이가 물의 증기압력 차이보다 작기 때문에 X와 Y는 물보다 증발이 어렵다." 이다.

    라울의 법칙에 따르면, 증기압력은 용액의 분자량에 반비례한다. 따라서, 물의 분자량이 가장 작기 때문에 가장 높은 증기압력을 가진다. X와 Y는 물보다 분자량이 크기 때문에 물보다는 증발이 어렵다. 그리고 실험 결과에서 X와 Y의 증기압력 차이가 물의 증기압력 차이보다 작게 나타났기 때문에 X와 Y는 서로 비슷한 증발 속도를 가지고 있으며, 물보다는 증발이 어렵다는 것을 알 수 있다.
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17. 그림 (가)와 (나)는 1.5m NaOH 수용액 1kg과 1.5M NaOH 수용액 500mL를 각각 나타낸 것이다. (가)와 (나)는 용질의 몰분율이 서로 같다.

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

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

    - (가)와 (나)의 용질의 몰분율이 서로 같다.
    - (가)의 용액의 몰농도는 1.5 mol/L 이다.
    - (나)의 용액의 몰농도는 1.5 M 이다.
    - (가)의 용액의 양은 1 kg 이다.
    - (나)의 용액의 양은 500 mL 이다.

    따라서, (가)의 몰수는 1.5 mol/L x 1 L = 1.5 mol 이고, 질량은 몰수 x 분자량 = 1.5 mol x 40 g/mol = 60 g 이다. 따라서, (가)의 용액은 1 kg 이므로, NaOH의 몰수는 60 g/1 kg = 0.06 mol 이다.

    반면에, (나)의 몰수는 1.5 M x 0.5 L = 0.75 mol 이다. 따라서, (나)의 용액에 포함된 NaOH의 질량은 몰수 x 분자량 = 0.75 mol x 40 g/mol = 30 g 이다.

    즉, (가)와 (나)는 같은 몰분율을 가지고 있지만, (가)는 더 많은 양의 용액을 포함하고 있기 때문에 더 많은 양의 NaOH를 포함하고 있다. 따라서, (가)의 NaOH 질량이 (나)의 NaOH 질량보다 크다.
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18. 그림은 1기압에서 200K의 X(g) 1g이 VL로 채워진 실린더에 Y(g)와 Z(g)를 차례대로 첨가하면서 가열하였을 때, 서로 다른 온도에서 혼합 기체의 부피를 나타낸 것이다.

X~Z의 분자량 비(MX : MY : MZ)는? (단, X~Z는 서로 반응하지 않으며, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. 1 : 3 : 4
  2. 2 : 6 : 3
  3. 3 : 1 : 2
  4. 3 : 4 : 6
  5. 4 : 3 : 2
(정답률: 알수없음)
  • 가열 과정에서 기체의 부피가 증가하므로, 이는 기체의 온도가 증가했음을 의미한다. 따라서, 온도가 증가하면서 부피가 증가한 것을 고려하면, Y와 Z가 X보다 분자량이 크다는 것을 알 수 있다. 그리고, Y와 Z의 분자량 비는 3:2로 주어졌으므로, Y가 6g이면 Z는 4g이다. 따라서, X:Y:Z의 질량 비는 1:6:4이다. 이 비율을 만족하는 분자량 비를 찾으면, 2:6:3이므로 정답은 2:6:3이다.
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19. 다음은 중화열을 구하는 실험이다. NaOH의 화학식량은 40이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 모든 혼합 용액의 비열은 4.2J/gㆍ℃, 밀도는 1.0g/mL이고, 발생한 열량은 용액에 모두 흡수된다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 "ㄱ": NaOH와 HCl의 반응에서 발생한 열량을 구하고, 이를 NaOH의 몰수로 나누어줌으로써 중화열을 구할 수 있다.
    - 보기 "ㄷ": NaOH와 HCl의 반응에서 발생한 열량을 구하고, 이를 HCl의 몰수로 나누어줌으로써 중화열을 구할 수 있다.
    - 보기 "ㄱ, ㄴ": NaOH와 HCl의 반응에서 발생한 열량을 구하고, 이를 NaOH의 몰수와 HCl의 몰수로 나누어줌으로써 중화열을 구할 수 있다. 이 방법이 가장 정확한 중화열을 구하는 방법이다.
    - 보기 "ㄴ, ㄷ": HCl 용액과 NaOH 용액을 따로따로 가열하여 온도 변화를 측정하고, 이를 이용하여 각각의 용액의 발열량을 구한 후, 이를 더해줌으로써 중화열을 구할 수 있다.
    - 보기 "ㄱ, ㄴ, ㄷ": 모든 방법을 사용하여 중화열을 구할 수 있지만, 보기 "ㄱ, ㄴ" 방법이 가장 정확하고 간단하다.
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