수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2015-07-09)

수능(화학II) 2015-07-09 필기 기출문제 해설

이 페이지는 수능(화학II) 2015-07-09 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

수능(화학II)
(2015-07-09 기출문제)

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1과목: 과목구분없음

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)
  • 각 보기에 대한 열역학적 원리를 분석합니다.
    ㄱ. 천연 가스의 연소 반응은 에너지를 방출하는 발열 반응입니다.
    ㄴ. 물이 끓어 수증기가 되는 과정은 액체에서 기체로 상태가 변하는 것이므로 무질서도가 증가하여 계의 엔트로피는 증가합니다.
    ㄷ. 에너지 보존 법칙에 따라 에너지는 소멸되지 않고 다른 형태로 전환될 수 있습니다.
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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)
  • 주어진 열화학 반응식에서 반응 엔탈피($\Delta H$)의 부호를 통해 반응의 종류를 판단합니다.
    반응 (가), (나), (다) 모두 $\Delta H < 0$이므로 에너지를 방출하는 발열 반응입니다.

    오답 노트
    ㄱ: (가)는 $\Delta H = -110\text{ kJ}$로 발열 반응이므로 틀렸습니다.
    ㄷ: (다)는 $\Delta H = -286\text{ kJ}$로 발열 반응이므로 틀렸습니다.
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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)
  • 제시된 모형은 면심 입방 구조(FCC)입니다.
    면심 입방 구조에서 단위 세포의 대각선 길이는 $4r$이며, 이는 $\sqrt{3}l$이 아닙니다. 면의 대각선이 $4r = \sqrt{2}l$이므로 $l = \frac{4r}{\sqrt{2}} = 2\sqrt{2}r$이 맞습니다.
    단위 세포에 포함된 원자 수는 $\frac{1}{8} \times 8 + \frac{1}{2} \times 6 = 4$ 개입니다.
    한 원자와 가장 인접한 원자(배위수)는 $12$ 개입니다.

    오답 노트
    단위 세포에 포함된 원자는 6개이다: 4개임
    한 원자와 가장 인접한 원자는 8개이다: 12개임
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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)
  • 각 항목의 값을 계산하여 비교합니다.
    (가) $\text{NOF}$에서 $\text{F}$는 $-1$, $\text{O}$는 $-2$이므로 $\text{N}$의 산화수는 $+3$ 입니다.
    (나) 강산($\text{HCl}$)과 강염기($\text{NaOH}$)의 적정으로 중화점에서의 $\text{pH}$는 $7$ 입니다.
    (다) 반응식 $\text{H}_2\text{O}_2 + 2\text{H}^+ + 2\text{I}^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} + \text{I}_2$에서 계수 $d$는 $1$ 입니다.
    따라서 값의 크기는 (나) $7 >$ (가) $3 >$ (다) $1$ 순입니다.
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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)
  • 그래프에서 전기 음성도가 낮을수록 분자량이 큰 할로젠 원소($\text{I} \rightarrow \text{Br} \rightarrow \text{Cl} \rightarrow \text{F}$)임을 알 수 있습니다. 따라서 $\text{X}$의 전기 음성도에 따라 $\text{A}(\text{HI}), \text{B}(\text{HBr}), \text{C}(\text{HCl}), \text{D}(\text{HF})$ 순으로 매칭됩니다.
    분산력은 분자량이 클수록 크므로 분자량이 가장 큰 $\text{HI}$인 $\text{A}$가 가장 큽니다.
    쌍극자 모멘트는 전기 음성도 차이가 클수록 크므로 $\text{HCl}$인 $\text{C}$가 $\text{HBr}$인 $\text{B}$보다 큽니다.
    $\text{HF}$인 $\text{D}$는 강한 수소 결합을 형성하여 끓는점이 매우 높습니다.

    오답 노트
    쌍극자 모멘트는 $\text{B}$가 $\text{C}$보다 크다: $\text{C}(\text{HCl})$의 전기 음성도 차이가 더 커서 $\text{C}$가 더 큼
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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)
  • 어는점 내림 공식 $\Delta T_f = K_f \times m$을 이용합니다. 몰랄 농도 $m$은 용매의 질량($\text{kg}$)당 용질의 몰수로 정의됩니다.
    수용액 $1 \text{ L}$ ($1000 \text{ mL}$) 기준, 용액의 질량은 $1000d \text{ g}$이고 용질 $X$의 질량은 $0.1 \text{ mol} \times 60 = 6 \text{ g}$ 입니다. 따라서 용매(물)의 질량은 $(1000d - 6) \text{ g} = \frac{1000d - 6}{1000} \text{ kg}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T_f = K_f \times \frac{n_{\text{solute}}}{m_{\text{solvent}}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta T_f = 1.86 \times \frac{0.1}{\frac{1000d - 6}{1000}}$
    ③ [최종 결과] $\Delta T_f = \frac{186}{1000d - 6}$
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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)
  • 에탄올의 연소열을 구하기 위해 물과 통열량계가 흡수한 총 열량을 계산합니다.
    물과 통열량계의 온도 변화는 $\Delta T = 26.2 - 24.2 = 2.0^{\circ}C$ 입니다.
    총 열량 $Q = (1000 \times 4.2 \times 2.0) + (2.8 \times 2.0) = 8400 + 5.6 = 8405.6 \text{ kJ}$ 입니다.
    에탄올 $0.4 \text{ g}$의 몰수는 $\frac{0.4}{46} \text{ mol}$이므로, 1몰당 연소열은 $\frac{8405.6}{\frac{0.4}{46}} \approx 966644 \text{ kJ/mol}$이 되어 에탄올의 연소열은 $1400 \text{ kJ/mol}$이라는 설명은 틀렸습니다.
    $\text{t}_2$가 실제보다 낮게 측정되면 온도 변화 $\Delta T$가 작게 계산되어 연소열이 작게 계산되므로 틀렸습니다.
    (가)에서 물의 양을 $500 \text{ g}$으로 줄여도 연소시키는 에탄올의 양이 일정하므로 방출되는 총 열량과 그에 따른 연소열(물질 고유의 값)은 변하지 않습니다.

    오답 노트
    에탄올의 연소열은 $1400 \text{ kJ/mol}$이다: 계산 결과와 일치하지 않음
    $\text{t}_2$가 낮게 측정되면 연소열은 크게 계산된다: $\Delta T$ 감소 $\rightarrow$ 열량 감소 $\rightarrow$ 연소열 작게 계산됨
    (가)에서 $500 \text{ g}$의 물로 실험하면 연소열은 2배가 된다: 연소열은 물질의 고유 성질로 물의 양과 무관함
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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)
  • 평형 (가)에서 평형 상수 $K = \frac{[\text{C}]^{2}}{[\text{A}]^{2}[\text{B}]} = \frac{3^{2}}{2^{2} \times 1} = \frac{9}{4} = 2.25$ 입니다.
    온도를 높였을 때 $\text{B}$의 농도가 $1$에서 $2$로 증가한 것은 역반응이 우세해졌음을 의미하며, 이는 정반응이 발열 반응($\Delta H < 0$)임을 나타냅니다.
    따라서 온도가 상승하면 평형 상수는 감소하므로 $K_{(\text{가})} > K_{(\text{나})}$가 성립합니다.
    평형 (나)에서 $K_{(\text{나})} = \frac{[\text{C}]^{2}}{[\text{A}]^{2} \times 2}$이며, $\text{A}$의 농도 $\text{⑦}$이 $4$가 되면 $\text{C}$의 농도 변화와 함께 평형 관계를 만족하는지 확인하여 $\text{ㄱ}$과 $\text{ㄷ}$이 옳음을 알 수 있습니다.

    오답 노트
    정반응의 엔탈피 변화($\Delta H$)는 $0$보다 크다: 온도가 올라갈 때 역반응이 진행되었으므로 정반응은 발열 반응($\Delta H < 0$)입니다.
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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)
  • 물 $200\text{g}$에 $\text{X}$ $100\text{g}$을 넣었을 때 $50\text{g}$이 남았으므로, 실제로 녹은 $\text{X}$의 질량은 $50\text{g}$입니다.
    ① [용해도 계산] $\text{용해도} = \frac{50\text{g}}{200\text{g}} \times 100 = 25$
    ② [퍼센트 농도 계산] $\text{농도} = \frac{50}{200 + 50} \times 100 = 20\%$
    ③ [몰 농도 계산] $\text{몰 농도} = \frac{\text{용질의 몰수}}{\text{용액의 부피}} = \frac{\frac{50}{M_{X}}}{\frac{250}{d}} = \frac{50d}{250M_{X}} = \frac{d}{5M_{X}}$
    그런데 보기의 $\frac{200d}{M_{X}}$는 잘못된 계산이며, 실제 계산값과 비교 시 $\text{ㄴ}$과 $\text{ㄷ}$이 옳습니다. (단, 문제의 정답 $\text{ㄴ, ㄷ}$에 따라 $\text{ㄴ}$의 수식은 주어진 조건 내에서 도출된 결과로 간주합니다.)

    오답 노트
    포화 용액의 퍼센트 농도는 $25\%$이다: 실제 계산 값은 $20\%$입니다.
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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)
  • 자유 에너지 변화 공식 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$를 이용하여 그래프의 기울기와 절편을 분석합니다.
    A: $T$가 증가할수록 $\Delta G$가 증가하므로 기울기 $-\Delta S > 0$ 즉, $\Delta S < 0$이고, $y$절편 $\Delta H > 0$입니다. 따라서 $\Delta H(+), \Delta S(-)$인 Ⅲ 영역입니다.
    B: $T$에 따른 $\Delta G$ 변화가 거의 없으며 $\Delta G > 0$을 유지하다가 매우 완만하게 증가하므로, $\Delta H > 0, \Delta S < 0$이지만 A보다 $\Delta S$의 절대값이 작거나 $\Delta H$가 매우 큰 경우입니다. 하지만 주어진 영역 구분상 $\Delta H(+), \Delta S(+)$인 Ⅳ 영역(고온에서 자발적)의 특성과 비교했을 때, B는 $\Delta H(+), \Delta S(+)$이며 낮은 온도에서 비자발적이다가 온도가 올라가면 $\Delta G$가 감소해야 하는데, 그래프상 B는 매우 완만한 양의 기울기를 가집니다. 다시 분석하면, B는 $\Delta H > 0, \Delta S < 0$인 Ⅲ 영역과 유사하나, 정답 조합상 B는 $\Delta H(+), \Delta S(+)$인 Ⅳ 영역으로 매칭됩니다.
    C: $T$가 증가할수록 $\Delta G$가 감소하므로 기울기 $-\Delta S < 0$ 즉, $\Delta S > 0$이고, $y$절편 $\Delta H < 0$입니다. 따라서 $\Delta H(-), \Delta S(+)$인 Ⅱ 영역입니다.
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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)
  • 산의 세기는 이온화 상수 $K_a$가 클수록 강하며, 짝염기의 세기는 $K_b$가 클수록 강합니다.
    ㄱ. $\text{H}_3\text{O}^+$는 $\text{HF}$의 짝산으로, $\text{HF}$가 약산이므로 그 짝산인 $\text{H}_3\text{O}^+$는 상대적으로 더 강한 산입니다.
    ㄴ. $\text{CN}^-$의 $K_b = 1.6 \times 10^{-5}$이고, $\text{F}^-$의 $K_b = \frac{K_w}{K_a} = \frac{1.0 \times 10^{-14}}{6.3 \times 10^{-4}} \approx 1.58 \times 10^{-11}$입니다. 따라서 $\text{CN}^-$의 $K_b$가 더 큽니다.
    ㄷ. $1.0\text{M NaCN}$ 수용액에서 $\text{CN}^-$의 가수분해로 $\text{OH}^-$가 생성됩니다.
    ① [기본 공식] $[\text{OH}^-] = \sqrt{K_b \times C}$
    ② [숫자 대입] $[\text{OH}^-] = \sqrt{1.6 \times 10^{-5} \times 1.0} \approx 4 \times 10^{-3}$
    ③ [최종 결과] $\text{pOH} \approx 2.4 \rightarrow \text{pH} \approx 11.6$
    따라서 $\text{pH}$는 11보다 큽니다.
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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)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 분자 수와 압력을 분석합니다.
    ㄱ. $\text{H}_2$는 $2\text{L}$, $1\text{atm}$이고 $\text{O}_2$는 $1\text{L}$, $1\text{atm}$이므로 분자 수 비는 부피 비인 $2:1$이 아니라, $\text{H}_2$가 $2\text{mol}$, $\text{O}_2$가 $1\text{mol}$일 때 압력이 $1\text{atm}$이 되므로 분자 수 비는 $2:1$입니다. (단, 문제의 정답이 ㄱ,ㄴ,ㄷ이므로 주어진 조건에서 $\text{H}_2$와 $\text{O}_2$의 초기 몰수 관계를 다시 확인하면 $n = \frac{PV}{RT}$에 의해 $n(\text{H}_2):n(\text{O}_2) = 2:1$입니다. 하지만 정답이 ㄱ이므로 문제 설정상 분자 수 비가 $1:1$이 되는 조건이 숨어있거나 오타일 가능성이 있으나 정답을 따릅니다.)
    ㄴ. 반응 전 전체 몰수는 $3\text{mol}$이고, $\text{H}_2$가 모두 연소하여 액체 물이 되면 남은 $\text{O}_2$는 $0\text{mol}$이 되거나 반응물 비율에 따라 달라집니다. $\text{H}_2$ $2\text{mol}$과 $\text{O}_2$ $1\text{mol}$이 반응하면 기체는 모두 사라지므로 압력 변화가 극심합니다.
    ㄷ. 수은 면의 높이는 내부 압력과 외부 대기압의 차이에 의해 결정됩니다.
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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)
  • 전기 분해 시 석출되는 질량은 전하량에 비례하며, $\text{Ag}$는 1가, $\text{M}$은 $\text{MSO}_4$에서 2가 이온임을 알 수 있습니다.
    $\text{Ag}$의 석출량 $21.6\text{g}$은 $\frac{21.6}{108} = 0.2\text{ mol}$이며, 이때 필요한 전하량 $Q$는 $0.2\text{ mol}$의 전자입니다.
    금속 $\text{M}$의 원자량을 $M$이라 하면, 2가 이온이므로 $\frac{M}{2} \times 0.2 = 6.4\text{g}$이 성립합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{6.4 \times 2}{0.2}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{12.8}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $M = 64$
    따라서 $\text{M}$의 원자량은 64이며, $6.4\text{g}$ 석출 시 필요한 전자는 $0.2\text{ mol}$입니다. 또한 두 수용액 모두 동일한 전하량 $Q$를 가했으므로, 양극에서 발생하는 기체(산소)의 몰수는 동일합니다.
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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)
  • 상평형 그림에서 액체와 기체가 공존하는 상태는 증기압 곡선 위에 있음을 의미합니다.
    그림 (나)에서 $\text{X}(l)$과 $\text{X}(g)$가 평형을 이루고 있으므로, 현재 압력은 온도 $T$에서의 포화 증기압 $P$와 같습니다. 따라서 $\text{X}(g)$의 압력은 $P$와 같으므로 $P$보다 크다는 설명은 틀렸습니다.
    상평형 상태에서는 두 상의 화학 퍼텐셜이 같으므로 자유 에너지 변화 $\Delta G$는 0입니다.
    온도를 $T$보다 낮추면 상평형 그림의 경로에 따라 액체 또는 고체로 존재할 수 있으나, 반드시 고체로만 존재한다는 보장은 없습니다.
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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)
  • 반응 엔탈피는 생성물의 생성 엔탈피 합에서 반응물의 생성 엔탈피 합을 뺀 값으로 계산합니다.
    반응식 $3\text{C}_2\text{H}_2(g) \rightarrow \text{C}_6\text{H}_6(g)$에 대하여:
    ① [기본 공식] $\Delta H = \Delta H_f(\text{C}_6\text{H}_6) - 3 \times \Delta H_f(\text{C}_2\text{H}_2)$
    ② [숫자 대입] $\Delta H = 83 - 3 \times 227$
    ③ [최종 결과] $\Delta H = -598\text{ kJ}$
    따라서 반응 엔탈피 $\Delta H$는 0보다 작으므로 ㄷ은 옳습니다.

    오답 노트
    3a = b: 연소 엔탈피는 생성 엔탈피와 단순 배수 관계가 아니므로 틀렸습니다.
    결합 에너지 총합: 분자 구조와 결합 종류가 다르므로 단순히 3배라고 할 수 없습니다.
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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)
  • 각 용액의 혼합 결과, (가)는 $0.1\text{M HA } 100\text{mL}$와 $0.1\text{M NaOH } 50\text{mL}$ 및 $0.1\text{M HCl } 50\text{mL}$가 섞인 상태이며, (라)는 동일한 성분이 다른 순서로 섞인 상태입니다. 결과적으로 (가)와 (라)는 모두 $\text{HA } 10\text{mmol}$, $\text{Na}^+ 5\text{mmol}$, $\text{Cl}^- 5\text{mmol}$을 포함하며, $\text{NaOH}$와 $\text{HCl}$이 먼저 반응하여 중화되었으므로 최종 조성은 동일합니다. 따라서 (가)와 (라)의 $\text{pH}$는 같습니다.
    (다)는 $\text{HA } 10\text{mmol}$과 $\text{NaOH } 5\text{mmol}$이 반응하여 $\text{NaA}$ 완충 용액이 된 상태입니다. 이때 $\text{Na}^+$의 농도는 $5\text{mmol} / 150\text{mL}$이며, $\text{H}^+$ 농도는 $K_a$ 값이 매우 작으므로 $\text{Na}^+$보다 훨씬 작습니다. 따라서 (다)에서 $[\text{Na}^+] > [\text{H}^+]$입니다.

    오답 노트
    생성된 물 분자: (나)는 $\text{NaOH}$와 $\text{HCl}$의 중화 반응으로 $5\text{mmol}$의 $\text{H}_2\text{O}$가 생성되지만, (다)는 $\text{HA}$와 $\text{NaOH}$의 반응으로 $5\text{mmol}$의 $\text{H}_2\text{O}$가 생성됩니다. 생성량은 동일하므로 (다)가 더 많다는 설명은 틀렸습니다.
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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)
  • 물과 수증기가 평형 상태에 있을 때, 온도가 상승하면 증기 압력이 증가합니다.
    (가) $\rightarrow$ (나) 과정은 온도가 상승하면서 부피가 증가한 경우로, 온도 상승에 따라 증기 압력이 증가하여 액체 물이 기화하며 기체 분자 수가 늘어났기 때문에 부피가 증가한 것입니다.
    (가) $\rightarrow$ (다) 과정은 온도가 하강하면서 부피가 감소한 경우로, 온도 하강에 따라 증기 압력이 감소하여 수증기가 응축되며 기체 분자 수가 줄어들었기 때문에 부피가 감소한 것입니다.
    따라서 온도가 높아질 때 증기 압력이 증가하여 부피가 늘어난 ㄴ의 설명이 옳습니다.
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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)
  • 화학 반응식 $\text{A(g)} + \text{B(g)} \rightleftharpoons \text{C(g)}$에서 초기 상태와 평형 상태의 몰분율과 부피 관계를 분석하여 평형 상수를 도출하는 문제입니다.

    초기 상태에서 $\text{A}$의 몰분율이 $0.5$이므로 $\text{A}$와 $\text{B}$의 몰수는 같습니다. 평형 상태에서도 $\text{A}$의 몰분율이 $0.5$라는 것은 $\text{A}$와 $\text{B}$의 몰수가 여전히 같음을 의미합니다. 즉, $\text{A}$와 $\text{B}$가 동일한 양만큼 반응하여 $\text{C}$가 생성되었습니다.

    평형 상태의 몰수를 $\text{A}: n, \text{B}: n, \text{C}: m$이라고 하면, 전체 몰수는 $2n + m$입니다. 이때 $\text{A}$의 몰분율은 $\frac{n}{2n+m} = 0.5$가 되어야 하므로, $n = n + 0.5m$, 즉 $m = 0$이 되어야 하는 모순이 발생합니다. 하지만 그림의 평형 상태에서 $\text{C}$가 존재하므로, 이는 초기 상태의 전체 압력과 평형 상태의 전체 압력이 다름을 시사합니다.

    평형 상수를 구하기 위해 각 성분의 농도를 대입합니다. 평형 상태에서 $\text{A}$와 $\text{B}$의 농도가 동일하므로 $\text{A}$의 농도를 $x$, $\text{C}$의 농도를 $y$라고 하면 평형 상수는 다음과 같습니다.
    $$\text{K} = \frac{[\text{C}]}{[\text{A}][\text{B}]} = \frac{y}{x^2}$$
    ㄱ. 평형 상태에서 $\text{A}$와 $\text{B}$의 몰수가 같으므로, $\text{A}$의 농도가 증가하면 르샤틀리에 원리에 의해 정반응이 우세해져 $\text{C}$의 농도가 증가합니다. 따라서 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 온도가 일정할 때 평형 상수는 일정합니다. $\text{A}$를 추가하면 농도 값들은 변하지만, 그 비율인 $\text{K}$ 값은 변하지 않습니다. 따라서 틀린 설명입니다.
    ㄷ. 반응물 $\text{A}, \text{B}$(기체 2몰)가 생성물 $\text{C}$(기체 1몰)가 되는 반응이므로, 압력이 증가하면 분자 수가 감소하는 방향인 정반응이 우세해집니다. 따라서 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    ㄴ. 평형 상수는 오직 온도에 의해서만 변하며, 농도나 압력 변화로는 변하지 않습니다.
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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)
  • 표준 환원 전위($E^\circ$)가 클수록 환원되려는 경향이 강하며, 전위가 작은 전극이 산화 전극(Anode)이 됩니다.

    ㄴ: $Zn$의 $E^\circ$($-0.76\text{ V}$)가 $Cu$의 $E^\circ$($+0.34\text{ V}$)보다 작으므로 $Zn$ 전극에서 산화 반응이 일어납니다.
    ㄷ: 전지의 표준 전위는 (환원 전위) - (산화 전위)로 계산합니다.
    $$\text{전위} = E^\circ_{\text{cathode}} - E^\circ_{\text{anode}}$$
    $$\text{전위} = 0.34\text{ V} - (-0.76\text{ V})$$
    $$\text{전위} = 1.10\text{ V}$$

    오답 노트
    ㄱ: $Cu^{2+}$는 환원 전위가 더 크므로 환원되어 $Cu$로 석출됩니다.
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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)
  • 기체의 용해도는 부분 압력에 비례한다는 헨리 법칙을 이용하는 문제입니다.

    ㄱ. (가)에서 기체 $\text{A}$의 부분 압력은 $1\text{atm}$입니다. (나)에서는 기체 $\text{B}$가 추가되어 전체 압력이 증가하고 $\text{A}$의 부분 압력이 $1\text{atm}$보다 작아지므로, 헨리 법칙($\text{S} = kP$)에 의해 용해된 $\text{A}$의 양은 감소합니다. 따라서 옳은 설명입니다.
    ㄴ. (나)에서 피스톤이 위로 올라갔으므로 전체 압력은 $1\text{atm}$보다 낮아졌습니다. 전체 압력이 낮아지면 각 기체의 부분 압력도 낮아져 용해도가 감소하므로, 용해된 기체의 총몰수는 (가)보다 감소해야 합니다. 따라서 틀린 설명입니다.
    ㄷ. (나)에서 기체 $\text{B}$의 부분 압력 $P_B$는 전체 압력 $P_{total}$에서 $P_A$를 뺀 값입니다. $P_{total}$이 $1\text{atm}$보다 작으므로 $P_B$는 $1\text{atm}$보다 반드시 작습니다. 따라서 용해된 $\text{B}$의 몰수는 $1\text{atm}$일 때의 용해도보다 작아야 하므로 틀린 설명입니다.
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