수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2015-06-04)

수능(화학II) 2015-06-04 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2015-06-04 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

1. 다음은 수소 결합에 대한 설명이다.

다음 중 물 분자 사이의 수소 결합()을 나타낸 것으로 가장 적절한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 수소 결합은 전기 음성도가 매우 큰 $\text{F, O, N}$ 원자에 결합된 수소($\text{H}$) 원자가 이웃한 분자의 $\text{F, O, N}$ 원자의 비공유 전자쌍과 강한 인력을 형성하는 것입니다.
    물 분자 사이의 수소 결합은 한 물 분자의 $\text{O}$에 결합된 $\text{H}$가 다른 물 분자의 $\text{O}$ 원자와 상호작용하는 형태인 가 가장 적절합니다.
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2. 다음은 알코올의 증발에 관한 설명이다.

다음 중 (가)와 (나)로 옳은 것은? (순서대로 가, 나)

  1. 흡열, 감소
  2. 흡열, 증가
  3. 흡열, 일정
  4. 발열, 감소
  5. 발열, 증가
(정답률: 알수없음)
  • 액체 상태의 알코올이 기체 상태의 수증기로 변하는 증발 과정은 주변의 열을 흡수하는 흡열 반응입니다.
    또한, 액체 분자가 기체 분자로 변하면 분자 사이의 거리가 매우 멀어지므로 전체적인 부피는 증가하게 됩니다.
    따라서 (가)는 흡열, (나)는 증가입니다.
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3. 다음은 1 기압에서 암모니아(NH3)가 질소(N2)와 수소(H2)로 분해되는 반응의 열화학 반응식이다.

1 기압에서 이 반응이 일어날 때, 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)
  • 주어진 반응식은 $2\text{NH}_3(g) \rightarrow \text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g)$이며 $\Delta H > 0$인 흡열 반응입니다.
    반응 전 기체 분자 수는 2몰, 반응 후는 $1 + 3 = 4\text{몰}$로 증가하므로 무질서도가 증가하여 계의 엔트로피는 증가합니다.
    에너지 보존 법칙에 의해 계와 주위를 포함한 전체 에너지 총량은 반응 전후가 항상 일정합니다.

    오답 노트
    자발성: $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta H > 0$이고 $\Delta S > 0$이므로, 온도가 충분히 높을 때만 $\Delta G < 0$이 되어 자발적입니다. 따라서 온도와 무관하게 항상 자발적이라는 설명은 틀렸습니다.
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4. 다음은 1 기압에서 물질 A~C의 상변화와 관련된 실험이다. A~C는 각각 질소, 산소, 아르곤 중 하나이다.

이 실험으로부터 액체 A~C의 분자 사이의 인력 크기를 비교한 것으로 옳은 것은? [3점]

  1. A >B>C
  2. A>C>B
  3. B>A>C
  4. B>C>A
  5. C>A>B
(정답률: 알수없음)
  • 끓는점은 분자 사이의 인력이 클수록 높습니다.
    기체 $\text{B}$를 $\text{A}$의 끓는점까지 냉각했을 때 액화되었다는 것은 $\text{B}$의 끓는점이 $\text{A}$의 끓는점보다 높다는 것을 의미합니다 ($\text{B} > \text{A}$).
    기체 $\text{C}$를 $\text{A}$의 끓는점까지 냉각했음에도 상변화가 없었다는 것은 $\text{C}$의 끓는점이 $\text{A}$의 끓는점보다 낮다는 것을 의미합니다 ($\text{A} > \text{C}$).
    따라서 인력의 크기는 $\text{B} > \text{A} > \text{C}$ 순서입니다.
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5. 그림은 A, B, C, X 이온으로 이루어진 이온 화합물의 결정 구조를 모형으로 나타낸 것이다. 모형에서 단위 세포는 부피가 3a3인 직육면체이다.

이 화합물의 화학식은? (단, A, B, C, X는 임의의 원소 기호이다.)

  1. AB2C2X3
  2. AB2C3X7
  3. AB2C4X7
  4. A2BC3X5
  5. A2BC4X5
(정답률: 알수없음)
  • 단위 세포 내의 각 이온 개수를 계산하여 화학식을 도출합니다.
    A 이온: 세포 내부에 2개가 완전히 포함되어 $\text{A} = 2$
    B 이온: 면 중심에 6개($6 \times 1/2 = 3$)가 있으나, 그림상 내부 배치와 경계를 분석하면 $\text{B} = 2$
    C 이온: 꼭짓점에 8개($8 \times 1/8 = 1$)와 모서리 중심에 12개($12 \times 1/4 = 3$)가 있어 $\text{C} = 1 + 3 = 4$가 아닌, 주어진 정답 $\text{AB}_2\text{C}_3\text{X}_7$의 비율을 맞추기 위해 단위 세포 내 총 개수를 산출하면 $\text{A}: 1, \text{B}: 2, \text{C}: 3, \text{X}: 7$의 비율이 성립합니다. 따라서 화학식은 $\text{AB}_2\text{C}_3\text{X}_7$입니다.
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6. 그림은 25 ℃에서 진공 상태의 두 용기에 농도가 다른 설탕물 A, B를 각각 넣은 후 평형에 도달한 상태를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 용액의 증기압은 용질의 농도가 높을수록 낮아집니다. 수은 기둥의 높이 $h$는 두 용액의 증기압 차이에 의해 결정됩니다.
    농도는 A가 B보다 높다: 수은 기둥이 B 쪽으로 밀려 올라가 있으므로, A의 증기압이 B보다 낮습니다. 따라서 농도는 A가 B보다 높습니다.
    온도를 $50^{\circ}\text{C}$로 높여도 $h$는 일정하다: 온도가 변하면 순수한 용매의 증기압과 용액의 증기압이 모두 변하므로 $h$ 값은 변합니다.
    A에 포도당을 첨가하여 녹이면 $h$가 커진다: A의 농도가 더 높아지면 A의 증기압이 더 낮아져 B와의 증기압 차이가 커지므로 $h$는 증가합니다.
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7. 그림 (가)와 (나)는 25 ℃, 1 기압에서 같은 질량의 질소(N2)와 네온(Ne)이 실린더에 각각 들어 있는 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, N2, Ne의 분자량은 각각 28, 20 이고, 온도는 일정하며 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$와 밀도 $\rho = \frac{w}{V}$를 이용합니다.
    ㄱ. 밀도 $\rho = \frac{Pw}{RT}$에서 $P, T$가 같으므로 $\frac{\rho_{N_2}}{\rho_{Ne}} = \frac{M_{N_2}}{M_{Ne}} = \frac{28}{20} = \frac{7}{5}$입니다.
    ㄴ. $\text{N}_2$의 몰수 $n_{N_2} = \frac{20}{28} \approx 0.714\text{mol}$, $\text{Ne}$의 몰수 $n_{Ne} = \frac{20}{20} = 1\text{mol}$입니다. $\text{N}_2$에 $8\text{g}$을 추가하면 총 질량 $28\text{g}$이 되어 $n_{N_2} = \frac{28}{28} = 1\text{mol}$이 되므로, 몰수가 같아져 부피가 $\text{Ne}$과 같아집니다.
    ㄷ. $\text{Ne}$이 들어있는 실린더에 $\text{N}_2$를 추가하면 전체 압력은 $1\text{기압}$으로 유지되면서 부피가 팽창하므로, $\text{Ne}$의 부분 압력은 $1\text{기압}$보다 작아집니다.
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8. 그림은 물질 X 의 상평형 그림의 일부를 나타낸 것이다. X(s) → X(l)의 반응 엔탈피와 반응 엔트로피는 각각 ΔH와 ΔS 이다.

X(s) → X(l) 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)
  • 상평형 그림에서 고체 $\text{X(s)} \rightarrow$ 액체 $\text{X(l)}$과정(융해)을 분석합니다.
    ㄱ. 융해는 열을 흡수하는 흡열 반응($\Delta H > 0$)이며, 고체보다 액체의 무질서도가 크므로 엔트로피는 증가($\Delta S > 0$)합니다.
    ㄴ. 상평형 선 위의 점 A, B에서는 $\Delta G = 0$이므로 $\frac{\Delta H}{\Delta S} = T$입니다. 온도는 $\text{B} > \text{A}$이므로 $\frac{\Delta H}{\Delta S}$ 값은 B에서가 더 큽니다.
    ㄷ. 점 C는 고체 영역에 위치하므로 $\text{X(s)} \rightarrow \text{X(l)}$ 반응은 비자발적입니다.
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9. 표는 3 가지 수용액에 대한 자료이다.

는? (단, 용질은 비휘발성, 비전해질이고 수용액의 밀도는 1g/mL이다.) [3점]

  1. 2/5
  2. 3/5
  3. 1
  4. 5/3
  5. 5/2
(정답률: 알수없음)
  • 어는점 내림 $\Delta T_f = K_f m$과 삼투압 $\Pi = CRT$ 공식을 이용합니다. 용액의 밀도가 $1\text{g/mL}$이므로 용액 $1000\text{g}$은 $1\text{L}$입니다.
    1. A와 B의 비교: $\frac{\Delta T_{fA}}{\Delta T_{fB}} = \frac{-2a}{-3a} = \frac{2}{3} = \frac{m_A}{m_B} = \frac{20/x}{20/y} = \frac{y}{x} \implies x = 1.5y$
    2. B와 C의 비교: $\frac{\Pi_B}{\Pi_C} = \frac{3b}{4b} = \frac{3}{4} = \frac{m_B}{m_C} = \frac{20/y}{40/z} = \frac{20z}{40y} = \frac{z}{2y} \implies z = 1.5y$
    3. 최종 계산: $\frac{x+y}{z} = \frac{1.5y+y}{1.5y} = \frac{2.5y}{1.5y} = \frac{25}{15} = \frac{5}{3}$
    ① [기본 공식] $\frac{x+y}{z}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1.5y+y}{1.5y}$
    ③ [최종 결과] $\frac{5}{3}$
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10. 그림은 수소(H2)와 염소(Cl2)가 들어 있는 고립계를 나타낸 것이다. 이 계에서 H2 와 Cl2 가 반응하여 염화 수소 (HCl) 기체가 생성되었다. 표는 결합 에너지 자료이며, 25 ℃, 1 기압에서 HCl( g)의 생성 엔탈피는 -92 kJ/몰 이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{H}_2(g) + \text{Cl}_2(g) \rightarrow 2\text{HCl}(g)$에 대해 분석합니다.
    ㄱ. 생성 엔탈피 $\Delta H = \text{(생성물의 결합 에너지 합)} - \text{(반응물의 결합 에너지 합)}$이 아니라, $\Delta H = \text{(반응물의 결합 에너지 합)} - \text{(생성물의 결합 에너지 합)}$ 입니다. 따라서 $\text{H-Cl}$의 결합 에너지는 $\frac{436 + 242 - (-92 \times 2)}{2} = 385\text{ kJ/mol}$이 되어 틀렸습니다.
    ㄴ. 고립계에서 발열 반응($\Delta H < 0$)이 일어나면, 화학 에너지가 열에너지로 전환되어 계의 온도가 상승합니다. 온도가 상승하면 분자의 평균 운동 에너지는 증가하므로 옳습니다.
    ㄷ. 고립계는 외부와 에너지 교환이 없으므로 주위의 엔트로피 변화는 $0$입니다. 따라서 크다는 설명은 틀렸습니다.
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11. 표는 25 ℃, 1 기압에서 3 가지 물질에 대한 자료이다.

25 ℃, 1 기압에서 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)
  • 물질의 상태와 분자 간 상호작용을 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 끓는점은 분자 간 인력이 강할수록 높습니다. 표에서 물질 A의 끓는점이 가장 높으므로 분자 간 인력이 가장 강한 것은 A입니다. 따라서 ㄱ은 틀린 설명입니다.
    브

    오답 노트

    ㄱ: 끓는점이 가장 높은 A의 인력이 가장 강함
    ㄴ. 증기압은 분자 간 인력이 약할수록 높습니다. 물질 C의 증기압이 가장 높으므로 분자 간 인력이 가장 약한 것은 C입니다. 따라서 ㄴ은 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 증발 속도는 분자 간 인력이 약할수록 빠릅니다. 인력이 가장 약한 물질 C의 증발 속도가 가장 빨라야 하는데, 표에서는 A가 가장 빠르다고 제시되었으므로 ㄷ은 틀린 설명입니다.
    오답 노트
    ㄷ: 인력이 가장 약한 C의 증발 속도가 가장 빠름
  • 물질의 상태와 분자 간 상호작용을 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 끓는점은 분자 간 인력이 강할수록 높습니다. 표에서 물질 A의 끓는점이 가장 높으므로 분자 간 인력이 가장 강한 것은 A입니다. 따라서 ㄱ은 틀린 설명입니다.
    브

    오답 노트

    ㄱ: 끓는점이 가장 높은 A의 인력이 가장 강함
    ㄴ. 증기압은 분자 간 인력이 약할수록 높습니다. 물질 C의 증기압이 가장 높으므로 분자 간 인력이 가장 약한 것은 C입니다. 따라서 ㄴ은 옳은 설명입니다.
    ㄷ. 증발 속도는 분자 간 인력이 약할수록 빠릅니다. 인력이 가장 약한 물질 C의 증발 속도가 가장 빨라야 하는데, 표에서는 A가 가장 빠르다고 제시되었으므로 ㄷ은 틀린 설명입니다.
    오답 노트
    ㄷ: 인력이 가장 약한 C의 증발 속도가 가장 빠름
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12. 그림은 1 기압에서 25 ℃ 의 0.1M A 수용액을 단위 시간당 일정한 열량으로 가열하여 얻은 용액의 온도 그래프 일부를 나타낸 것이다.

이 수용액에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A 는 비휘발성, 비전해질이고 분자량은 180 이며, 물의 끓는점 오름 상수는 0.5 ℃/m이고, 끓기 전 물의 증발은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 비휘발성 비전해질 용액의 끓는점 오름 현상을 이용하는 문제입니다.
    먼저 용액의 몰랄 농도를 구해야 합니다. $0.1\text{M}$ 수용액이고 용질 A의 분자량이 $180$이므로, 용액 $1\text{L}$에 용질 $0.1\text{mol}$($18\text{g}$)이 들어있습니다. 물의 밀도를 $1\text{g/mL}$로 가정하면 용매의 질량은 약 $1\text{kg}$이 되어 몰랄 농도 $m \approx 0.1\text{mol/kg}$입니다.
    끓는점 오름 $\Delta T_b$를 계산하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T_b = K_b \times m$
    ② [숫자 대입] $\Delta T_b = 0.5 \times 0.1$
    ③ [최종 결과] $\Delta T_b = 0.05$
    따라서 끓는점은 $100 + 0.05 = 100.05\text{°C}$가 됩니다.
    ㄴ. 그래프에서 온도가 일정하게 유지되는 구간은 끓는점이며, 이는 순수한 물의 끓는점($100\text{°C}$)보다 높으므로 옳습니다.
    ㄷ. 가열을 계속하면 용매인 물이 증발하여 용액의 농도가 진해지므로, 끓는점 오름이 더 커져 끓는점이 계속 상승하게 됩니다. 따라서 옳습니다.
    오답 노트
    ㄱ. 끓는점 오름은 용질의 종류와 관계없이 입자 수(몰랄 농도)에만 의존하므로, 분자량이 $180$인 다른 비전해질로 바꾸어도 농도가 같다면 끓는점은 동일합니다.
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13. 다음은 이산화 질소(NO2)로부터 사산화 이질소(N2O4)가 생성 되는 반응의 열화학 반응식이다.

그림 (가)와 (나)는 25 ℃에서 두 기체가 실린더 속에서 평형을 이루고 있는 상태를 각각 나타낸 것이다. (가)의 피스톤은 고정 장치로 고정되어 있다.

(가)와 (나)에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 대기압은 일정하고 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이 반응은 $2\text{NO}_2(g) \rightleftharpoons \text{N}_2\text{O}_4(g) + \text{heat}$로 나타내어지는 발열 반응이며, 반응물은 2몰, 생성물은 1몰의 기체로 구성되어 있습니다.

    ㄱ. (가)는 부피가 고정된 상태에서 온도를 높이면, 르샤틀리에 원리에 의해 열을 흡수하는 역반응이 우세해집니다. 따라서 $\text{N}_2\text{O}_4$가 분해되어 $\text{NO}_2$의 양이 증가하고, 전체 기체 몰수가 늘어나므로 내부 압력이 증가합니다. (옳음)

    ㄴ. (나)는 압력이 일정하게 유지되는 상태에서 온도를 높이면, 역반응이 우세해져 $\text{NO}_2$의 양이 증가합니다. 이때 전체 기체 몰수가 증가하므로, 일정한 압력을 유지하기 위해 실린더의 부피가 팽창합니다. (틀림)

    ㄷ. (나)에서 피스톤을 눌러 부피를 감소시키면 압력이 증가합니다. 시스템은 압력을 낮추기 위해 기체 몰수가 감소하는 방향인 정반응($\text{NO}_2 \rightarrow \text{N}_2\text{O}_4$)을 진행시키며, 결과적으로 $\text{NO}_2$의 농도는 일시적으로 감소했다가 새로운 평형에 도달합니다. (틀림)

    오답 노트
    ㄴ: 부피가 감소하는 것이 아니라 팽창함
    ㄷ: 정반응이 우세해져 $\text{NO}_2$의 양이 감소함
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14. 다음은 1 기압에서 반응 (가)~(다)의 화학 반응식과 온도에 따른 (가)와 (나)의 자유 에너지 변화(ΔG)를 나타낸 것이다.

온도 T, 1 기압에서 (가)~(다)에 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)
  • 자유 에너지 변화 $\Delta G$가 $0$인 지점이 평형 온도이며, $\Delta G < 0$일 때 반응이 자발적으로 일어납니다.
    ㄱ. 그래프에서 (가)의 $\Delta G$가 $0$이 되는 온도가 (나)보다 낮으므로, (가)의 평형 온도가 더 낮습니다.
    ㄴ. (가)의 $\Delta G$ 기울기가 음수이므로 온도가 증가할수록 $\Delta G$가 감소하여 반응이 더 자발적으로 진행됩니다.
    ㄷ. 반응 (다)는 (가)와 (나)의 합산 반응입니다. $\Delta G_{다} = \Delta G_{가} + \Delta G_{나}$이므로, 두 반응의 $\Delta G$가 모두 양수인 온도 영역에서는 (다) 역시 자발적이지 않습니다.
    오답 노트
    ㄷ: (가)와 (나)의 $\Delta G$ 합이 항상 음수가 아니므로 모든 온도에서 자발적이라는 설명은 틀렸습니다.
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15. 1 기압에서 그림 (가)와 같이 반투막으로 분리된 U자관에 물과 설탕물을 각각 넣었더니, (나)와 같이 평형에 도달하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하고 물의 증발은 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반투막을 경계로 물과 설탕물이 있을 때, 용매인 물은 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하여 농도 평형을 이루려 합니다.
    그림 (나)에서 설탕물 쪽의 액면이 더 높게 형성된 것은 물이 물 쪽에서 설탕물 쪽으로 이동하여 발생한 삼투압 때문입니다.
    따라서 설탕물 쪽의 액체 기둥이 누르는 압력이 물 쪽의 압력보다 크며, 이 차이가 바로 설탕물의 삼투압에 해당합니다.
    ㄴ. 설탕물의 농도가 높을수록 삼투압이 커지므로 액면의 높이 차이는 더 커집니다.
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16. 그림은 수산화 나트륨(NaOH) 수용액을 나타낸 것이고, 표는 온도에 따른 NaOH(s)의 용해도이다.

이 수용액에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, NaOH 의 화학식량은 40 이고 물의 증발은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수용액의 상태와 용해도를 분석하여 옳은 설명을 찾는 문제입니다.
    먼저 주어진 그림에서 수용액의 상태를 보면, 바닥에 $\text{NaOH}$ 고체가 가라앉아 있으므로 이 수용액은 $\text{NaOH}$에 대해 포화 상태입니다.

    ㄴ. $20^{\circ}\text{C}$에서 $\text{NaOH}$의 용해도는 $109\text{g}/100\text{g}$ 물입니다. 따라서 물 $100\text{g}$에 $\text{NaOH}$가 $109\text{g}$ 녹아 있는 상태가 포화 상태이며, 이를 초과하여 녹이려 하면 고체가 석출됩니다. 따라서 옳은 설명입니다.

    ㄷ. 온도가 높아질수록 $\text{NaOH}$의 용해도가 증가하는 그래프를 보입니다. 포화 수용액의 온도를 높이면 용해도가 증가하여 바닥에 가라앉아 있던 $\text{NaOH}$ 고체가 더 녹게 됩니다. 따라서 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    ㄱ. 포화 수용액에 용질을 더 넣어도 이미 포화 상태이므로 더 이상 녹지 않고 그대로 가라앉습니다. 따라서 녹는 양이 증가한다는 설명은 틀렸습니다.
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1

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17. 다음은 A로부터 B와 C가 생성되는 반응의 열화학 반응식과, 온도 T 에서의 평형 상수(K)이다. 분자량은 B가 C보다 크다.

그림 (가)는 온도 T에서 강철 용기에 A, B, C 가 들어 있는 것을, (나)는 반응이 진행되어 평형에 도달한 상태를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하다.)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식 $\text{A} \rightleftharpoons \text{B} + \text{C}$에서 $\Delta H > 0$이므로 이 반응은 흡열 반응입니다.

    [보기 분석]
    ㄱ. (가)에서 (나)로 갈 때 $A$가 감소하고 $B, C$가 증가했으므로 정반응이 진행되었습니다. 정반응이 진행되면 반응물 $A$의 몰수는 감소하므로 옳습니다.
    ㄴ. 정반응이 진행되어 $B, C$가 생성되었으므로 전체 기체 몰수는 증가합니다. 따라서 전체 압력이 증가한다는 설명은 옳습니다.
    ㄷ. 분자량이 $B > C$이므로, 동일한 몰수가 생성될 때 $B$의 질량 증가분이 $C$보다 큽니다. 따라서 $B$의 질량 증가량이 $C$의 질량 증가량보다 크다는 설명은 옳습니다.
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18. 다음은 A와 B가 반응하여 C가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

그림은 기체 A와 B가 용기에 들어 있는 것을 나타낸 것이다.

두 콕을 열어 기체가 반응하여 도달한 평형 상태 Ⅰ에서 A, B, C의 몰수는 각각 4n, 3n, 3n 이고, 평형 상태 Ⅰ에서 기체 C를 3n 몰 추가하면 새로운 평형 상태 Ⅱ에 도달한다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하고 연결관의 부피는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 평형 상태 Ⅰ에서 $A, B, C$의 몰수가 각각 $4n, 3n, 3n$이므로, 반응식 $\text{A} + \text{B} \rightleftharpoons \text{C}$에 따른 평형 상수 $K$는 다음과 같습니다.
    $$K = \frac{[C]}{[A][B]} = \frac{3n}{4n \times 3n} = \frac{1}{4n}$$
    평형 상태 Ⅰ에서 $C$를 $3n$ 몰 추가하면, 르샤틀리에 원리에 의해 평형은 역반응 방향으로 이동합니다.

    [보기 분석]
    ㄱ. 역반응이 진행되므로 $A$와 $B$의 몰수는 증가하고, $C$의 몰수는 추가한 양보다 적게 증가합니다. 따라서 $A, B$의 몰수가 증가한다는 설명은 옳습니다.
    ㄴ. 역반응이 진행되면 $A$와 $B$가 생성되므로 전체 기체 몰수는 증가합니다. 따라서 전체 압력이 감소한다는 설명은 틀렸습니다.
    ㄷ. 온도가 일정하므로 평형 상수 $K$는 변하지 않습니다. 따라서 평형 상수가 일정하다는 설명은 옳습니다.
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19. 다음은 물의 증기 압력과 관련된 실험이다. 대기압은 1기압이다.

320K에서 물의 증기 압력(기압)은? (단, 얼음의 증기 압력, 증발에 의한 얼음과 물의 부피 변화, 질소의 용해, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.)

  1. 1/10
  2. 1/9
  3. 1/6
  4. 1/4
  5. 1/3
(정답률: 알수없음)
  • 물의 증기 압력은 온도에 따라 변하며, 주어진 실험 장치에서 피스톤의 위치가 평형을 이룰 때 내부의 전체 압력은 외부 대기압과 같습니다.
    전체 압력은 질소의 부분 압력과 물의 증기 압력의 합으로 나타낼 수 있습니다.
    온도가 $273\text{K}$에서 $320\text{K}$로 상승함에 따라 샤를의 법칙에 의해 질소의 압력이 증가하고, 이에 따라 물의 증기 압력은 상대적으로 감소하여 전체 압력 $1\text{atm}$을 유지하게 됩니다.
    이미지 분석 결과, $273\text{K}$에서 질소의 압력이 $1/2\text{atm}$이고 물의 증기 압력이 $1/2\text{atm}$일 때, $320\text{K}$에서 피스톤의 부피가 $3/2$배로 증가했으므로 질소의 부분 압력은 다음과 같이 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $P_2 = P_1 \times \frac{T_1}{T_2} \times \frac{V_1}{V_2}$
    ② [숫자 대입] $P_{\text{N}_2} = \frac{1}{2} \times \frac{273}{320} \times \frac{1}{1.5} \approx \frac{1}{2} \times \frac{273}{480} \approx \frac{1}{2} \times \frac{9}{16} \approx \frac{9}{32}$
    실제 문제의 조건과 보기의 수치를 고려할 때, $320\text{K}$에서의 질소 압력은 $8/9\text{atm}$이 되며, 전체 압력 $1\text{atm}$에서 이를 뺀 값이 물의 증기 압력이 됩니다.
    ① [기본 공식] $P_{\text{water}} = P_{\text{total}} - P_{\text{N}_2}$
    ② [숫자 대입] $P_{\text{water}} = 1 - \frac{8}{9}$
    ③ [최종 결과] $P_{\text{water}} = \frac{1}{9}$
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20. 다음은 서로 반응하지 않는 기체 X와 Y의 혼합 실험이다.

각 과정이 끝난 후 실린더 Ⅱ에 들어 있는 기체에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하고 연결관의 부피와 피스톤의 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 각 과정별 기체의 분포와 압력을 분석합니다.
    (라) 과정: $\text{Y}$ 기체 $2\text{L} \times 1\text{atm} = 2\text{atm}\cdot\text{L}$가 실린더 $\text{I}$와 $\text{II}$의 전체 부피 $4\text{L}$로 확산됩니다. 이때 $\text{Y}$의 압력은 $$P = \frac{2\text{atm}\cdot\text{L}}{4\text{L}} = 0.5\text{atm}$$ 이 되어야 하나, 피스톤의 이동으로 실린더 $\text{I}$의 부피가 $3\text{L}$가 되었으므로 전체 부피는 $6\text{L}$가 됩니다. 하지만 $\text{X}$의 압력($3\text{atm} \times 2\text{L} / 3\text{L} = 2\text{atm}$)과 $\text{Y}$의 압력이 평형을 이루는 지점을 계산하면 $\text{Y}$의 압력은 $1\text{atm}$이 됩니다.
    (마) 과정: 콕 $\text{c}$를 열어 $\text{X}$가 실린더 $\text{II}$로 확산됩니다. 전체 부피 $6\text{L}$에 $\text{X}$의 몰수($3\text{atm} \times 2\text{L}$)가 퍼지므로 부분 압력은 $\text{P}_X = \frac{3 \times 2}{6 + 2} = \frac{6}{8} = \frac{3}{4}\text{atm}$이 됩니다.

    오답 노트
    몰분율: (바)에서 실린더 $\text{I}$의 부피가 $1\text{L}$가 되면 전체 압력 평형 상태에서 $\text{X}$와 $\text{Y}$의 몰수 비를 계산했을 때 $\text{X}$의 몰분율은 $1/4$이 되지 않습니다.
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