수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2015-07-09)

수능(화학II)
(2015-07-09 기출문제)

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1. 다음은 연소 반응과 물의 끓음에 관련된 설명이다.

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)
  • - 연소 반응은 산소와 연료가 반응하여 열과 빛을 발생시키는 화학 반응이다.
    - 물의 끓음은 물 분자들이 열에 의해 움직이면서 분자 간의 결합이 약해지고 수증기로 상태 변화하는 현상이다.
    - 이에 따라 연소 반응이 일어나면 열이 발생하여 물이 끓을 수 있다.
    - 따라서 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 모두 연소 반응과 물의 끓음에 관련된 것이므로 모두 옳은 것이다.
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2. 다음은 3가지 반응의 열화학 반응식이다.

(가)~(다)에 대한 공통점으로 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 "ㄴ"인 이유는 모든 반응에서 산화제와 환원제가 존재하며, 산화제가 환원되면서 산화되는 과정이 일어나기 때문이다. 즉, 모든 반응에서 산화-환원 반응이 일어나고 있기 때문에 "ㄴ"이 정답이 된다.
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3. 그림은 어떤 금속 결정의 단위 세포 모형을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, l은 모서리 길이, r은 원자 반지름이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"이 정답인 이유는, 금속 결정의 단위 세포 모형이 정육면체 모양이며, 각 모서리에는 원자가 위치하고, 각 모서리에서 만나는 면의 대각선 길이가 2r일 때, 이 모형이 최적의 에너지 상태를 가지기 때문이다. 즉, 이 모형은 최적의 패킹을 가지고 있으며, 이는 금속 결정의 안정성과 밀도를 높이는 역할을 한다.
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4. (가)~(다)의 크기를 비교한 것으로 옳은 것은?

  1. (가)>(나)>(다)
  2. (가)>(다)>(나)
  3. (나)>(가)>(다)
  4. (나)>(다)>(가)
  5. (다)>(가)>(나)
(정답률: 알수없음)
  • (가)는 (나)와 (다)보다 작은 면적을 가지고 있으므로, (가) < (나), (가) < (다) 이다. 또한, (나)와 (다)의 면적은 같지만 (나)은 더 긴 변을 가지고 있으므로 (나) > (다) 이다. 따라서, 정답은 "(나)>(가)>(다)" 이다.
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5. 그림은 2~5주기 할로젠 원소(X)의 전기 음성도에 따라 할로젠 (X2)과 할로젠화 수소(HX)의 끓는점을 각각 나타낸 것이다.

A~D에 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)
  • - A: X의 전기 음성도가 증가하면 할로젠(X2)의 끓는점은 감소한다. (O)
    - B: 할로젠(X2)의 끓는점은 할로젠 원소(X)의 분자량과도 관련이 있다. (X)
    - C: HX의 끓는점은 X의 전기 음성도가 증가하면 감소한다. (O)
    - D: HX의 끓는점은 X의 분자량과도 관련이 있다. (X)

    따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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6. 비휘발성, 비전해질 고체 X를 물에 녹여 만든 0.1 M 수용액의 밀도는 d(g/mL)이다. 이 수용액의 어는점 내림(⊿Tt) 값(℃)은? (단, 물의 몰랄 내림 상수(Kt)는 1.86℃/m이고, X의 화학식량은 60이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 물에 녹은 X는 이온화되지 않으므로 비전해질 고체이다. 따라서 이 용액의 어는점 내림 값은 몰랄 내림 상수와 용액의 몰수농도에 비례한다.

    ΔTt = Kt x molality

    molality = 몰수농도 = 몰 / 질량(kg)

    질량(kg) = 부피(mL) x 밀도(g/mL) / 1000

    질량(kg) = 100 x d(g/mL) / 1000 = d/10 kg

    molality = 몰 / (d/10)

    molality = 0.1 mol / (d/10) kg

    따라서,

    ΔTt = 1.86 x 0.1 / (d/10)

    ΔTt = 0.1860 x 10 / d

    ΔTt = 0.0186 / d

    X의 화학식량이 60이므로 몰량은 1/60 mol이다. 따라서 용액의 몰수농도는 0.1 / (1/60) = 6 mol/kg이다.

    따라서,

    ΔTt = 0.0186 / 6 = 0.0031 ℃

    따라서 정답은 ""이다.
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7. 다음은 통열량계를 이용하여 에탄올(C2H6OH)의 연소열(Q)을 구하는 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 에탄올의 분자량은 46이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, 실험에서 에탄올을 연소시켜 발생한 열량을 통열량계를 이용하여 측정하였기 때문이다. 따라서 이 방법으로 측정한 연소열은 에탄올의 질량과 측정된 열량을 이용하여 계산할 수 있으며, 이 계산 결과는 1g 에탄올이 연소할 때 발생하는 연소열인 몰 연소열과 같다. 따라서 이 실험에서 측정한 연소열은 몰 연소열과 같으므로, 에탄올의 몰 질량인 46g을 이용하여 몰 연소열을 계산할 수 있다.
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8. 다음은 기체 A와 B가 반응하여 기체 C를 생성하는 화학 반응식이다.

표는 강철 용기에 기체 A와 B를 넣고 반응이 평형 (가)에 도달한 후, 온도를 높여 새로운 평형 (나)에 도달했을 때 농도를 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 "ㄱ"은 "A와 B의 농도가 감소하고 C의 농도가 증가한다"고 설명하고 있다. 이는 기체 A와 B가 반응하여 C가 생성되는 화학 반응식에서 반응물인 A와 B가 소모되어 C가 생성되기 때문에 A와 B의 농도가 감소하고, 생성물인 C의 농도가 증가하는 것이다.
    - 보기에서 "ㄷ"는 "온도가 증가하면 C의 농도가 증가한다"고 설명하고 있다. 이는 화학 반응식에서 엔탈피 변화량이 양수인 엔도테르민 반응이기 때문이다. 엔도테르민 반응에서는 온도가 증가하면 반응속도가 증가하고, 생성물인 C의 농도가 증가하는 것이다.
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9. 그림과 같이 t℃ 물 200 g에 고체 X 100 g을 넣어 포화 용액을 만들었더니 고체 X 50 g이 녹지 않고 남았다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도 변화는 없고, 포화 용액의 밀도는 d g/mL이며 X의 화학식량은 MX 이다.)

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

    - "ㄱ" : 고체 X의 밀도가 물보다 크다는 가정은 옳지 않다. 만약 그렇다면, 고체 X가 물에 녹지 않고 남아 있을 수 없다.
    - "ㄴ" : 고체 X의 용해도는 50 g/200 g = 0.25 이다. 이는 100 g의 고체 X를 녹일 수 있는 최대 양이다. 따라서, 50 g이 녹지 않고 남아 있으므로 포화 용액이다.
    - "ㄷ" : 포화 용액의 밀도는 d g/mL 이므로, 200 g의 물과 100 g의 고체 X를 합친 용액의 부피는 (200 g + 100 g) / d mL 이다. 따라서, 용액의 밀도는 (200 g + 100 g) / [(200 g + 100 g) / d] = d g/mL 이다. 이는 그림에서 주어진 밀도와 일치한다.
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10. 그림 (가)는 반응 A~C의 온도(T)에 따른 자유 에너지 변화 (⊿G)를, (나)는 엔탈피 변화(⊿H)와 엔트로피 변화(⊿S)를 부호에 따라 Ⅰ~Ⅳ 영역으로 구분하여 나타낸 것이다.

A~C를 Ⅰ~Ⅳ 영역과 옳게 연결한 것은? (순서대로 A, B, C)

  1. Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ
  2. Ⅱ, Ⅰ, Ⅳ
  3. Ⅱ, Ⅳ, Ⅰ
  4. Ⅲ, Ⅳ, Ⅰ
  5. Ⅲ, Ⅳ, Ⅱ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "Ⅲ, Ⅳ, Ⅱ"이다.

    Ⅲ 영역은 엔탈피와 엔트로피 모두 감소하는 상태이므로 반응이 진행하기 위해서는 온도가 높아져야 한다. 따라서 A와 연결된 것이다.

    Ⅳ 영역은 엔탈피는 증가하지만 엔트로피는 감소하는 상태이므로 반응이 진행하기 위해서는 온도가 낮아져야 한다. 따라서 C와 연결된 것이다.

    Ⅱ 영역은 엔탈피는 감소하지만 엔트로피는 증가하는 상태이므로 반응이 진행하기 위해서는 온도에 따라 달라질 수 있다. 따라서 B와 연결된 것이다.
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11. 다음은 25℃에서 산과 염기의 이온화 반응식과 이온화 상수를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25℃에서 물의 이온곱 상수(Kw)는 1.0×10-14이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"이 정답인 이유는 산과 염기의 이온화 상수를 보면, 산의 이온화 상수가 염기의 이온화 상수보다 작기 때문이다. 이는 산이 물에 녹을 때 더 적은 양의 H+ 이온을 생성하고, 염기가 물에 녹을 때 더 많은 양의 OH- 이온을 생성하기 때문이다. 따라서, 산성 용액에서는 H+ 이온의 농도가 높아지고 염기성 용액에서는 OH- 이온의 농도가 높아지게 된다.
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12. 다음은 대기압 76 cmHg에서 기체를 반응시키는 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 반응 전과 후의 온도는 같고, 연결관과 생성된 물의 부피 및 수증기압은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 중 "ㄱ"은 옳다. 이 실험에서는 기체의 부피가 감소하고, 이는 기체 분자들이 서로 충돌하여 압축되기 때문이다. 따라서 기체 분자들의 운동 에너지는 감소하고, 온도는 일정하게 유지된다.
    - 보기 중 "ㄷ"는 옳다. 반응 후 생성된 물 분자들은 기체 분자들과 충돌하여 운동 에너지를 전달받아 기체 분자들의 운동 에너지가 증가하게 된다. 이는 온도가 증가하는 것과 같은 효과를 나타내며, 이는 기체 분자들의 운동 에너지 증가로 인한 것이다.
    - 보기 중 "ㄴ"은 옳지 않다. 실험에서는 생성된 물 분자들이 기체 분자들과 충돌하여 운동 에너지를 전달받아 기체 분자들의 운동 에너지가 증가하게 된다. 이는 온도가 증가하는 것과 같은 효과를 나타내지만, 이는 생성된 물의 부피나 수증기압 등과는 무관하다. 따라서 이러한 조건들은 실험에서 무시된다.
    따라서 정답은 "ㄱ, ㄷ" 이다.
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13. 그림은 MSO4 수용액과 AgNO3 수용액을 각각 전기 분해할 때, 가해준 전하량에 따라 석출된 금속의 질량을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, M은 임의의 금속 원소이며, Ag의 원자량은 108이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ. 전기 분해 시 전하량이 증가할수록 석출된 금속의 질량도 증가한다. 이는 전하량이 증가하면 금속 이온들이 더 많이 환원되어 금속이 되기 때문이다.
    - ㄴ. AgNO3 수용액을 전기 분해할 때는 Ag+ 이온이 환원되어 Ag 금속이 석출된다. 따라서 전하량이 증가할수록 Ag 금속의 질량도 증가한다. 하지만 MSO4 수용액을 전기 분해할 때는 M2+ 이온이 환원되어 금속이 되는데, 이는 전하량이 증가해도 일정한 양의 M2+ 이온만 환원되기 때문에 석출된 금속의 질량이 일정하다.
    - ㄷ. MSO4 수용액을 전기 분해할 때는 M2+ 이온이 환원되어 금속이 되는데, 이는 전하량이 증가해도 일정한 양의 M2+ 이온만 환원되기 때문에 석출된 금속의 질량이 일정하다. 하지만 AgNO3 수용액을 전기 분해할 때는 Ag+ 이온이 환원되어 Ag 금속이 석출되는데, 이는 전하량이 증가할수록 석출된 금속의 질량도 증가한다. 따라서 전하량이 증가하면 MSO4 수용액에서는 석출된 금속의 질량이 일정하고, AgNO3 수용액에서는 석출된 금속의 질량이 증가하므로 "ㄱ, ㄴ"이 옳다.
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14. 그림 (가)는 물질 X의 상평형 그림을, (나)는 강철 용기에서 물질 X가 평형을 이루고 있는 것을 나타낸 것이다.

(나)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)
  • 정답은 "ㄱ, ㄴ"입니다.

    가) 그림에서는 물질 X의 증기압이 강철 용기 내부의 압력과 같아져서 물질 X가 고체, 액체, 기체 상태를 모두 가지고 있는 것을 보여줍니다.

    나) 강철 용기에서 물질 X가 평형을 이루고 있는 것은 강철 용기 내부의 압력과 물질 X의 증기압이 같아져서 더 이상 물질 X가 증발하지 않고 액체 상태를 유지하는 것을 나타냅니다. 이는 물질 X의 끓는 점이 강철 용기 내부의 온도와 같아져서 물질 X가 끓지 않고 액체 상태를 유지하는 것입니다.
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15. 표는 일정한 온도와 압력에서 아세틸렌(C2H2)과 벤젠(C6H6)의 생성 엔탈피(⊿Ht)와 연소 엔탈피(⊿Hc)를 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)
  • 보기에서 "ㄷ"은 벤젠의 생성 엔탈피와 연소 엔탈피가 모두 음수이기 때문에 옳다. 이는 벤젠이 안정적인 화합물이며, 생성과 연소 모두 엔탈피가 방출되기 때문이다. 반면에 아세틸렌은 생성 엔탈피는 음수이지만 연소 엔탈피는 양수이므로 "ㄱ, ㄴ"과 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"는 옳지 않다. "ㄱ"은 아세틸렌의 생성 엔탈피가 음수이기 때문에 옳다.
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16. 다음은 25℃에서 0.1M HA, NaOH, HCl 수용액을 혼합하는 순서를 달리하여 용액 (가)~(라)를 만드는 과정이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25℃에서 HA의 이온화 상수(Ka)는 2.0×10-4 이다.)

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

    - (가) NaOH 용액을 먼저 HA 용액에 천천히 더해주면서 혼합한다. 이때 NaOH는 강염기이므로 HA를 완전히 중화시키고 NaA 염을 만들어준다. 따라서 용액 (가)는 NaA 염을 포함한 중성 용액이 된다.
    - (나) HCl 용액을 먼저 NaOH 용액에 천천히 더해주면서 혼합한다. 이때 NaOH와 HCl가 중화되어 NaCl 염을 만들어준다. 그러나 NaCl은 중성 염이므로 이 과정에서는 pH가 변하지 않는다. 따라서 용액 (나)는 여전히 중성 용액이 된다.
    - (다) HA 용액을 먼저 NaOH 용액에 더해주면서 혼합한다. 이때 HA와 NaOH가 중화되어 NaA 염을 만들어준다. 그러나 이 과정에서는 NaA 염의 수용액이 만들어지므로 pH가 변한다. HA의 이온화 상수(Ka)는 2.0×10-4이므로 pH는 약 4.3이 된다. 따라서 용액 (다)는 약산성 용액이 된다.
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17. 표는 온도에 따른 물(H2O)의 증기 압력을, 그림은 H2O(l)과 H2O(g)가 평형 상태에 있는 (가)에서 조건을 변화시켜 새로운 평형 상태 (나)와 (다)가 되었을 때 기체 부피(V)와 온도(T)를 나타낸 것이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ"이다. 이유는 그림에서 (가)에서 (나)로 가면서 온도가 상승하였기 때문에, 기체 부피(V)는 증가하고 온도(T)는 증가하였다. 이에 따라 표에서 해당 온도에 대한 증기 압력도 증가하였다. 따라서, 보기에서 "ㄴ"만이 모든 조건에 대해 옳은 설명이다.
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18. 다음은 기체 A와 B가 반응하여 기체 C를 생성하는 화학 반응식이다.

그림은 부피가 1L인 강철 용기에서 반응의 초기 상태와 평형 상태를 나타낸 것이다. 온도는 일정하며, 기체 A의 몰분율은 두 상태 모두 0.5이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 평형 상수는 이다.) [3점]

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

    이유는 평형 상태에서 기체 A와 B의 몰분율이 각각 0.25로 감소하고, 기체 C의 몰분율이 0.5로 증가하기 때문이다. 이는 화학 반응식에서 기체 A와 B가 반응하여 기체 C를 생성하는 반응이 일어나기 때문이다.

    또한, 평형 상수 Kc가 4인 것을 고려하면, 평형 상태에서 기체 C의 몰분율이 높아지는 것이 더욱 두드러지게 나타난다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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19. 다음은 25℃에서 화학 전지와 표준 환원 전위(E°)를 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)
  • 보기에서 "ㄴ, ㄷ"가 정답인 이유는 다음과 같다.

    - 화학 전지의 전위차는 E°(cathode) - E°(anode)로 계산된다.
    - E°(cathode)는 환원 반응에서 전자를 받아들이는 전극의 표준 환원 전위이다.
    - E°(anode)는 산화 반응에서 전자를 잃어버리는 전극의 표준 환원 전위이다.
    - 따라서, E°(cathode)가 크고 E°(anode)가 작을수록 전위차가 커지므로 화학 전지의 전위차가 크다.
    - 보기에서 "ㄴ, ㄷ"는 E°(cathode)가 크고 E°(anode)가 작은 쌍으로 이루어져 있으므로 전위차가 큰 화학 전지를 만들 수 있다.
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20. 표는 20℃, 1 기압에서 서로 반응하지 않는 기체 A와 B의 물에 대한 용해도이다.

그림 (가)는 1기압에서 20℃의 물 1L에 기체 A가 포화된 것을, (나)는 (가)에 기체 B를 넣어 두 기체 모두 포화된 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하고 기체 A, B는 헨리 법칙을 따르며, A, B의 용해에 따른 수용액의 부피 변화는 없다. 물의 증기압, 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는 기체 A와 B가 서로 반응하지 않기 때문에, 두 기체의 용액에 대한 부피 변화가 없기 때문이다. 따라서 기체 A와 B가 함께 용해될 때, 두 기체의 용액에 대한 부피 변화가 없으므로 그림 (가)와 (나)의 부피는 동일하다.
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