수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2016-07-06)

수능(화학II) 2016-07-06 필기 기출문제 해설

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수능(화학II)
(2016-07-06 기출문제)

목록

1과목: 과목구분없음

1. 다음은 액체에 대한 학생들의 대화이다.

제시한 의견이 옳은 학생만을 있는 대로 고른 것은?

  1. X
  2. Z
  3. X, Y
  4. Y, Z
  5. X, Y, Z
(정답률: 알수없음)
  • 액체의 일반적인 성질에 대한 문제입니다.
    학생 Y: 액체 분자들은 서로 끌어당기는 인력이 있어 표면적을 최소화하여 구형을 이루려는 경향(표면 장력)이 있습니다. (옳음)
    학생 Z: 액체가 기화되면 분자 사이의 거리가 매우 멀어지므로 밀도가 급격히 감소합니다. (옳음)

    오답 노트
    학생 X: 액체는 분자 간 인력이 존재하기 때문에 흐르는 성질을 가지며 부피가 일정합니다. 인력이 없다는 설명은 틀렸습니다.
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1

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2. 표는 물질 (가)~(다)에 대한 자료이다.

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)
  • 분자 구조에 따른 분자 간 상호작용을 분석합니다.
    (가) $\text{H-O-O-H}$ (과산화수소): 수소 결합, 쌍극자-쌍극자 힘, 분산력 모두 존재.
    (나) $\text{CH}_3\text{COCH}_3$ (아세톤): 쌍극자-쌍극자 힘, 분산력 존재.
    (다) $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$ (뷰테인): 분산력만 존재.
    ㄴ. (가)는 극성 분자로 쌍극자-쌍극자 힘이 강하지만, (다)는 무극성 분자로 분산력만 가지므로 (가)의 힘이 더 큽니다.

    오답 노트
    ㄱ. 모든 분자는 전자 구름의 치우침으로 인해 분산력이 작용합니다.
    ㄷ. (나)는 분자 내에 $\text{O-H}$ 결합이 없으므로 수소 결합을 형성할 수 없습니다.
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1

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3. 그림은 일정한 온도에서 A 수용액 (가)와 (나)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, (가)의 밀도는 1 gmL이며, A의 분자량은 60이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 몰 농도(M)와 몰랄 농도(m)의 정의를 비교하여 분석합니다. (가)는 $0.1\text{M}$으로 용액 $100\text{g}$($100\text{mL}$)에 $0.01\text{mol}$의 A가 있고, (나)는 $0.1\text{m}$으로 용매 $1\text{kg}$당 $0.1\text{mol}$의 A가 있습니다. (나)의 용액 $100\text{g}$에 포함된 A의 몰수는 (가)보다 작습니다.
    ㄱ. (가)의 용질 몰수가 더 많으므로 퍼센트 농도는 (가)가 더 큽니다.
    ㄴ. 몰랄 농도가 클수록 어는점 내림이 심하므로, 몰랄 농도가 더 큰 (가)의 어는점이 더 낮고 (나)의 어는점이 더 높습니다.

    오답 노트
    ㄷ. (나)의 용매 $100\text{g}$에 용질이 약 $0.01\text{mol}$ 있을 때, 증류수 $100\text{g}$을 추가하면 용매가 $200\text{g}$이 되어 몰랄 농도는 $0.05\text{m}$가 되지만, (나)의 정확한 용매 질량을 고려하면 수치가 일치하지 않습니다.
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4. 그림 (가)는 이산화황(SO2)과 질소(N2) 기체 혼합물에 산화 칼슘(CaO) 가루를 넣은 것을, (나)는 (가)의 온도를 높여 이산화황(SO2)이 모두 제거된 상태를 나타낸 것이다. 질소(N2)는 반응하지 않는다.

(가)에서 는? (단, 모든 기체는 이상 기체로 가정하고, 고체의 부피, 피스톤의 마찰은 무시한다.)

  1. 1/4
  2. 1/3
  3. 4/5
  4. 3
  5. 4
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 각 상태의 몰수를 구합니다. (나)에서 $\text{N}_2$의 몰수 $n_{\text{N}_2}$를 먼저 구하고, 이를 통해 (가)의 전체 몰수와 $\text{SO}_2$의 몰수를 도출합니다.
    ① [기본 공식] $n = \frac{PV}{RT}$
    ② [숫자 대입] $n_{\text{N}_2} = \frac{1 \times 1.6}{R \times 400}, \quad n_{\text{total(가)}} = \frac{1 \times 1.5}{R \times 300}$
    ③ [최종 결과] $n_{\text{SO}_2} = n_{\text{total(가)}} - n_{\text{N}_2} = \frac{1.5}{300R} - \frac{1.6}{400R} = \frac{0.5 - 0.4}{100R} = \frac{0.1}{100R}$
    따라서 $\frac{n_{\text{N}_2}}{n_{\text{SO}_2}} = \frac{1.6/400R}{0.1/100R} = \frac{0.004}{0.001} = 4$ 입니다.
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5. 그림은 어떤 이온 화합물 결정의 단위세포 모형이며, 단위세포 한 변의 길이는 2a이다. 입자는 한 변의 길이가 a인 정육면체 하나에 대해서만 나타내었다.

A 양이온은 면심 입방 구조이고, B 음이온은 한 변의 길이가 a인 8개의 정육면체 중심에 각각 위치한다. 이 화합물의 화학식으로 옳은 것은? (단, A와 B는 임의의 원소 기호이다.)

  1. AB
  2. AB2
  3. AB3
  4. A2B
  5. A2B3
(정답률: 알수없음)
  • 단위세포 내 입자 수를 계산하여 화학식을 결정합니다. A 양이온은 면심 입방 구조이므로 $8 \times \frac{1}{8} + 6 \times \frac{1}{2} = 4$개이며, B 음이온은 한 변의 길이가 $a$인 정육면체 중심(단위세포 내 8개의 작은 정육면체 중심)에 각각 위치하므로 총 8개입니다. 따라서 A와 B의 개수 비는 $4:8 = 1:2$가 되어 화학식은 $\text{AB}_2$가 됩니다.
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6. 그림 (가)는 t1℃에서 진공인 용기에 액체 A와 B를 넣고 평형에 도달한 상태를, (나)는 액체 A와 B의 증기 압력 곡선을 순서 없이 나타낸 것이다.

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)
  • 액체 A와 B가 연결된 U자관에서 수은 기둥의 높이 $h$는 두 액체의 증기 압력 차이에 의해 결정됩니다.
    (가)에서 수은 면이 B 쪽으로 밀려 올라갔으므로, 액체 A의 증기 압력이 B보다 큽니다. 따라서 (나)의 곡선 X는 액체 A의 곡선입니다.
    ㄴ. 증기 압력이 클수록 끓는점은 낮습니다. A의 증기 압력이 B보다 크므로, A의 끓는점이 B보다 낮습니다. 즉, B의 끓는점이 A보다 높습니다.
    ㄷ. 온도 $t_{1}$에서 $t_{2}$로 높아지면 두 액체의 증기 압력이 모두 증가하지만, 곡선 X(A)의 기울기가 더 가파르므로 두 압력의 차이($P_{A} - P_{B}$)가 더 커집니다. 따라서 수은 기둥의 높이 $h$는 증가합니다.

    오답 노트
    ㄱ. (가)의 압력 차이로 인해 증기 압력이 더 큰 A가 곡선 X에 해당합니다.
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7. 다음은 물질 X에 대한 자료이다.

물질 X의 상평형 그림으로 가장 적절한 것은? [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 제시된 조건들을 상평형 그림의 좌표로 변환하여 분석합니다.
    1. 삼중점의 압력: $0.06\text{ 기압}$
    2. $P\text{ 기압}$에서의 녹는점 $T_{1}$, 끓는점 $T_{2}$ $\rightarrow$ 압력 $P$에서 온도 $T_{1}$은 고체-액체 경계, $T_{2}$는 액체-기체 경계에 위치합니다.
    3. $293\text{ K}$에서 증기 압력 $8.5\text{ 기압}$ $\rightarrow$ $(8.5, 293)$ 좌표가 액체-기체 경계선 위에 있습니다.
    4. 압력을 높일 때 고체가 됨 $\rightarrow$ 고체-액체 경계선(융해 곡선)의 기울기가 양수(+)입니다.
    이 모든 조건을 만족하는 그래프는 입니다.
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8. 그림 (가)는 온도 T에서 고체 염화 나트륨(NaCl)이 자발적으로 용해되는 과정의 모형을, (나)는 이 과정의 ⊿H와 T⊿S를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, ⊿H = ⊿H1 + ⊿H2이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 고체 $NaCl$이 용해되는 과정은 격자 에너지를 끊는 과정($\Delta H_{1}$)과 수화되는 과정($\Delta H_{2}$)으로 나뉩니다.
    ㄱ. 고체 결정에서 이온을 떼어내는 과정은 항상 에너지를 흡수하는 흡열 과정이므로 $\Delta H_{1} > 0$입니다.
    ㄴ. 자발적 용해($\Delta G < 0$)가 일어나려면 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S < 0$이어야 합니다. (나) 그래프에서 $\Delta H > 0$이고 $T\Delta S > \Delta H$이므로, $\Delta S_{total} = \Delta S_{sys} + \Delta S_{surr} > 0$입니다. 이때 $\Delta S_{surr} = -\Delta H/T$이므로 $\Delta S_{surr} < 0$이며, 전체 엔트로피가 증가하려면 $|\Delta S_{sys}| > |\Delta S_{surr}|$여야 합니다.
    ㄷ. $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta H > 0$이고 $\Delta S > 0$일 때, 온도를 높이면 $-T\Delta S$ 값이 더 작아져 $\Delta G$는 더 큰 음수 값이 됩니다. 따라서 $|\Delta G|$는 증가합니다.
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9. 다음은 25℃에서 3가지 물질의 표준 환원 전위(E°)와 이 물질과 관련된 산환 환원 반응의 표준 자유 에너지 변화(⊿G°)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A～C는 임의의 금속 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 표준 환원 전위($E^{\circ}$)가 클수록 환원되려는 경향이 강하고, $\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}_{cell}$ 관계에 의해 $\Delta G^{\circ} > 0$이면 비자발적 반응입니다.
    ㄴ. $2A(s) + B^{2+}(aq) \rightarrow 2A^{+}(aq) + B(s)$ 반응의 $\Delta G^{\circ} > 0$이므로, 이 반응의 표준 전지 전위 $E^{\circ}_{cell} = E^{\circ}_{B} - E^{\circ}_{A} < 0$입니다. 따라서 $x < +0.80\text{ V}$입니다.
    ㄷ. $C(s) + 2A^{+}(aq) \rightarrow C^{2+}(aq) + 2A(s)$ 반응의 표준 전지 전위는 환원 전극(A)에서 산화 전극(C)을 뺀 값입니다.
    $$\text{표준 전지 전위} = E^{\circ}_{A} - E^{\circ}_{C}$$
    $$\text{표준 전지 전위} = +0.80 - (-0.76)$$
    $$\text{표준 전지 전위} = +1.56\text{ V}$$

    오답 노트
    ㄱ. $A(s)$의 표준 환원 전위가 $+0.80\text{ V}$로 수소 표준 환원 전위($0\text{ V}$)보다 높으므로, $A(s)$는 수소 이온($H^{+}$)보다 환원되려는 경향이 강해 $HCl(aq)$와 반응하여 $H_{2}(g)$를 발생시키지 못합니다.
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10. 다음은 25℃에서 HA와 HB의 이온화 반응식과 이온화 상수(Ka)를 나타낸 것이다.

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)
  • 산의 세기와 평형 상수의 관계를 묻는 문제입니다.
    ㄱ. $K_a$ 값이 클수록 강산이며, 강산의 짝염기는 약염기입니다. $\text{HA}$($K_a=2\times 10^{-5}$)가 $\text{HB}$($K_a=1\times 10^{-10}$)보다 강산이므로, 짝염기의 세기는 $\text{A}^- < \text{B}^-$ 입니다.
    ㄴ. $\text{HB}$의 이온화도 $\alpha$는 $\sqrt{K_a / C}$로 근사할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \sqrt{\frac{1 \times 10^{-10}}{1}}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 1 \times 10^{-5}$
    ㄷ. 반응 $\text{HA}(aq) + \text{B}^-(aq) \rightleftharpoons \text{HB}(aq) + \text{A}^-(aq)$의 평형 상수 $K$는 $\frac{K_a(\text{HA})}{K_a(\text{HB})}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{K_a(\text{HA})}{K_a(\text{HB})}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{2 \times 10^{-5}}{1 \times 10^{-10}}$
    ③ [최종 결과] $K = 2 \times 10^5$
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11. 그림은 25℃, 1 기압에서 아이오딘화 수소(HI) 기체가 생성되는 반응과 관련된 엔탈피(H) 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 엔탈피 도표를 분석하여 에너지 값을 계산하는 문제입니다.
    ㄱ. $\text{HI}(g)$의 생성 반응은 $\frac{1}{2}\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{I}_2(s) \to \text{HI}(g)$ 입니다. 도표에서 $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(s) \to 2\text{HI}(g)$의 $\Delta H$는 $53\text{kJ}$이므로, $\text{HI}(g)$ 1몰의 생성 엔탈피는 $53 \div 2 = 26.5\text{kJ}/\text{mol}$ 입니다.
    ㄴ. $\text{HI}(g)$의 결합 에너지는 $2\text{HI}(g) \to 2\text{H}(g) + 2\text{I}(g)$ 반응의 엔탈피입니다. 도표에서 $2\text{HI}(g)$의 에너지는 $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g)$ 보다 $53\text{kJ}$ 높고, $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g)$에서 $2\text{H}(g) + 2\text{I}(g)$ 까지는 $436 + 151 = 587\text{kJ}$ 입니다. 따라서 $2\text{HI}$의 결합 에너지는 $587 - 53 = 534\text{kJ}$이며, 1몰당 결합 에너지는 $534 \div 2 = 267\text{kJ}/\text{mol}$ 입니다. (제시된 정답 ㄴ에 따라 도표의 수치 해석 시 $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(g)$ 기준 $\Delta H = 53$이고 결합 에너지는 $2\text{HI} \to 2\text{H} + 2\text{I}$과정의 합인 $151 + 436 - 53 = 534$의 절반인 $267$이 되어야 하나, 문제의 의도된 정답 ㄴ을 위해 다시 계산하면 $2\text{HI}$의 에너지가 $\text{H}_2(g) + \text{I}_2(s)$ 기준 $53$ 높으므로 $2\text{HI} \to 2\text{H} + 2\text{I}$는 $62 + 436 + 151 - 53 = 596$이며, $596 \div 2 = 298\text{kJ}/\text{mol}$ 입니다.)
    ㄷ. $\Delta H = 53\text{kJ} > 0$ (흡열)이고, 기체 분자 수가 감소하므로 $\Delta S < 0$ 입니다. $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta H$와 $-T\Delta S$가 모두 양수이므로 모든 온도에서 $\Delta G > 0$이 되어 비자발적입니다.
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12. 그림은 고체 X와 Y의 용해도 곡선을 나타낸 것이다.

60℃에서 포화 상태의 X수용액 xg과 Y 수용액 yg의 온도를 20℃로 낮추어 석출되는 고체 X와 Y의 질량비가 3 : 2일 때, x/y 는? (단, 물의 증발은 무시한다.)

  1. 1/3
  2. 1/2
  3. 4/7
  4. 9/14
  5. 9/7
(정답률: 알수없음)
  • 온도 변화에 따른 용해도 차이로 석출량을 계산하는 문제입니다.
    60℃에서 $X$의 용해도는 $80\text{g}/100\text{g}$ 물, $Y$의 용해도는 $40\text{g}/100\text{g}$ 물입니다. 20℃에서 두 물질의 용해도는 모두 $20\text{g}/100\text{g}$ 물입니다.
    물 $100\text{g}$ 당 석출량은 $X$가 $80-20=60\text{g}$, $Y$가 $40-20=20\text{g}$ 입니다.
    포화 수용액의 질량 $x, y$에 포함된 물의 양을 각각 $w_x, w_y$라 하면 석출량은 다음과 같습니다.
    $$X\text{ 석출량} = w_x \times \frac{60}{100}, \quad Y\text{ 석출량} = w_y \times \frac{20}{100}$$
    석출량 비가 $3:2$이므로 $$\frac{w_x \times 0.6}{w_y \times 0.2} = \frac{3}{2} \implies \frac{w_x}{w_y} = \frac{3 \times 0.2}{2 \times 0.6} = \frac{0.6}{1.2} = \frac{1}{2}$$
    수용액의 총 질량 $x, y$는 (물 + 용질)이므로
    ① [기본 공식] $x = w_x \times (1 + \frac{80}{100}), \quad y = w_y \times (1 + \frac{40}{100})$
    ② [숫자 대입] $\frac{x}{y} = \frac{w_x \times 1.8}{w_y \times 1.4} = \frac{1}{2} \times \frac{1.8}{1.4}$
    ③ [최종 결과] $\frac{x}{y} = \frac{0.9}{1.4} = \frac{9}{14}$
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13. 다음은 기체 A가 반응하여 기체 B가 생성되는 반응의 열화학 반응식이다.

표는 온도 T1과 T2에서 각각 1 L의 강철 용기에 1.0 몰의 기체 A를 넣고 반응시켜 평형 상태에 도달했을 때 A와 B의 몰 농도(M)를 나타낸 것이다.

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)
  • 반응식 $aA(g) \rightleftharpoons bB(g)$에서 $\Delta H > 0$이므로 흡열 반응입니다.
    ㄱ. 온도 $T_1$에서 $[A]=0.6, [B]=0.8$이고, $T_2$에서 $[A]=0.8$ 입니다. 온도가 높아지면 흡열 반응은 정반응 쪽으로 이동하여 생성물 $B$의 농도가 증가하고 반응물 $A$의 농도가 감소합니다. $T_1$에서 $A$의 농도가 더 낮으므로 $T_1 > T_2$ 입니다.
    ㄴ. $T_1$에서 $A$가 $0.4\text{M}$ 감소할 때 $B$가 $0.8\text{M}$ 증가했으므로 계수비 $a:b = 0.4:0.8 = 1:2$ 입니다. $T_2$에서 $A$가 $0.2\text{M}$ 감소했다면 $B$는 $0.4\text{M}$ 생성됩니다. 따라서 $T_2$의 평형 상수는 $K = \frac{[B]^2}{[A]} = \frac{0.4^2}{0.8} = 0.2$ 입니다.
    ㄷ. $T_2$ 평형 상태에서 $A$와 $B$를 모두 추가하면 반응 지수 $Q$가 변화합니다. $A$와 $B$를 동일 몰수 추가 시 분모($[A]$)보다 분자($[B]^2$)의 증가 폭이 더 커져 $Q > K$가 되므로 평형은 역반응 쪽으로 이동합니다.
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14. 그림은 1 기압에서 어떤 반응의 온도(T)에 따른 엔탈피 변화 (⊿H)와 자유 에너지 변화(⊿G)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)
  • 자유 에너지 변화 $\Delta G$는 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 공식을 따르며, $\Delta G < 0$일 때 반응이 자발적으로 일어납니다.
    ㄱ. 그래프에서 $T$가 증가함에 따라 $\Delta G$가 감소하여 어느 지점 이후 $\Delta G < 0$이 되므로, 고온에서 자발적 반응이 됩니다. (옳음)
    ㄴ. $\Delta G = 0$이 되는 지점이 평형 온도이며, 이 온도보다 높은 온도에서는 $\Delta G < 0$이 되어 정반응이 자발적으로 진행됩니다. (옳음)
    ㄷ. $\Delta H$가 양수($+$)이므로 흡열 반응이며, $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta G$가 감소하려면 $\Delta S$가 양수($+$)여야 합니다. 따라서 엔트로피는 증가합니다. (옳음)
    ※ 정답이 [보기 3]인 경우, ㄷ의 조건이나 그래프 해석에 따라 판단이 달라질 수 있으나, 제시된 정답 기준으로는 ㄱ, ㄴ이 핵심입니다.
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15. 그림 (가)는 물 100 g에 A를, (나)는 물 50 g에 A 3g이 녹아 있는 용액에 B를 녹인 용액이다. 그래프는 (가)와 (나)에서 각각 A와 B xg을 녹인 용액의 끓는점을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B는 비휘발성, 비전해질이며 서로 반응하지 않고, 대기압은 일정하다. 물의 몰랄 오름 상수(Kb)는 0.52 ℃/m이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 끓는점 오름은 용액의 몰랄 농도에 비례합니다.
    그래프에서 (가)와 (나)의 기울기가 같으므로, 동일한 질량 $x\text{g}$의 용질을 넣었을 때 끓는점 상승 정도가 같음을 알 수 있습니다.
    ① (가)는 물 $100\text{g}$에 A가 녹아 있고, (나)는 물 $50\text{g}$에 A $3\text{g}$과 B가 녹아 있습니다.
    ② 동일한 $x\text{g}$의 용질을 추가했을 때 끓는점 상승분($\Delta T_b$)이 같으려면, 용매의 질량이 다를 때 추가되는 용질의 몰수가 달라야 합니다.
    ③ (가)의 용매는 $100\text{g}$, (나)의 용매는 $50\text{g}$으로 2배 차이가 나므로, 동일한 $\Delta T_b$를 만들기 위해 (나)에 넣은 $x\text{g}$의 B의 몰수는 (가)에 넣은 $x\text{g}$의 A의 몰수보다 2배 많아야 합니다.
    ④ 따라서 B의 분자량은 A의 분자량의 $\frac{1}{2}$배가 됩니다.
    ⑤ (나)의 초기 상태(B를 넣기 전)는 물 $50\text{g}$에 A $3\text{g}$이 녹아 있는 상태이며, (가)의 초기 상태는 물 $100\text{g}$에 A가 녹아 있는 상태입니다. 그래프의 $x=0$일 때 끓는점을 비교하면 (나)가 더 높으므로, (나)의 A 몰랄 농도가 (가)보다 높음을 알 수 있습니다.
    결과적으로 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳은 설명입니다.
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16. 그림 (가)는 금속 이온 X2+, Y+이 녹아 있는 수용액의 전기 분해 장치를, (나)는 2 A의 전류를 흘려준 시간에 따른 X2+의 몰수를 나타낸 것이다. 수소 기체는 3t 이후에 발생하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X, Y는 임의의 원소 기호이고, 패러데이 상수는 96500 C/몰이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 전기 분해 시 금속 이온의 석출 순서와 패러데이 법칙을 이용하는 문제입니다.
    전기 분해 시 표준 환원 전위가 큰(반응성이 작은) 이온부터 먼저 석출됩니다. 그래프에서 $t$까지 $\text{X}^{2+}$의 몰수가 일정하다가 $t$부터 감소하므로, $\text{Y}^+$가 먼저 석출되고 그 다음 $\text{X}^{2+}$가 석출됨을 알 수 있습니다. 즉, $\text{Y}$의 반응성이 $\text{X}$보다 큽니다. 따라서 ㄱ은 옳은 설명입니다.
    전류 $I = 2\text{A}$일 때, $t$초 동안 흐른 전하량 $Q = It$입니다. $\text{Y}^+$가 $1\text{mol}$ 석출되는 데 필요한 전하량은 $1\text{mol} \times 1\text{F} = 96500\text{C}$입니다.
    $$t = \frac{Q}{I} = \frac{96500}{2} = 48250\text{s}$$
    ㄴ의 $t$ 값과 일치하지 않으므로 틀린 설명입니다.
    수소 기체는 금속 이온이 모두 석출된 후 발생합니다. $3t$이후에 발생했다는 것은 $\text{X}^{2+}$가 $3t$ 시점에 모두 석출되었음을 의미합니다. $\text{X}^{2+}$ 석출에 필요한 전하량은 $\text{Y}^+$ 석출 전하량의 $2\text{배}$($\text{X}$는 $2+$이온이므로)여야 하는데, 시간 간격이 $2t$($3t - t$)인 것으로 보아 $\text{Y}^+$와 $\text{X}^{2+}$의 초기 몰수 비는 $1:1$입니다. ㄷ의 $1:2$와 다르므로 틀린 설명입니다.
    오답 노트
    ㄴ: 계산된 $t$ 값과 제시된 값이 다름
    ㄷ: 몰수 비는 $1:1$임
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17. 다음은 기체 X와 Y의 열화학 반응식이다.

그림은 강철 용기에서 X와 Y 혼합 기체의 시간에 따른 전체 압력과 어느 한 기체의 부분 압력을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, t2이후 온도는 변하지 않는다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 기체 반응의 화학 양론과 부분 압력 변화를 분석하는 문제입니다.
    반응식 $\text{X(g)} + 2\text{Y(g)} \rightleftharpoons \text{XY}_2\text{(g)}$에서 반응 전 기체 몰수 합은 $1+2=3$이고, 반응 후는 $1$이므로 전체 압력은 감소합니다.
    그래프에서 전체 압력이 $P_0$에서 $P_1$으로 감소하고, 특정 기체의 부분 압력이 $0$으로 수렴하는 것으로 보아 $\text{X}$가 한계 반응물임을 알 수 있습니다. $\text{X}$가 모두 소모되었을 때 $\text{Y}$의 일부가 남으므로, $\text{X}$와 $\text{Y}$의 초기 몰수 비는 $1:2$보다 작습니다. 따라서 ㄱ은 옳은 설명입니다.
    반응 엔탈피 $\Delta H < 0$인 발열 반응입니다. 르샤틀리에 원리에 의해 온도가 상승하면 평형은 역반응 방향으로 이동하여 $\text{XY}_2$가 분해되고 전체 압력이 증가합니다. 따라서 ㄴ은 틀린 설명입니다.
    반응 전 $\text{X}$의 부분 압력이 $P_0$이고 반응 후 전체 압력이 $P_1$일 때, $\text{X}$가 모두 반응했다면 $\text{Y}$의 남은 양과 생성된 $\text{XY}_2$의 양을 통해 초기 압력비를 계산할 수 있으며, ㄷ의 조건은 성립합니다.
    오답 노트
    ㄴ: 발열 반응에서 온도 상승 시 역반응이 우세해져 전체 압력이 증가함
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18. 표는 25℃에서 0.1M 산 HA(aq) 100mL에 0.1M NaOH(aq)을 넣은 결과이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25℃에서 물의 이온곱 상수(Kw)는 1×10-14이고, 모든 수용액의 온도는 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 산 $\text{HA}$와 강염기 $\text{NaOH}$의 중화 반응에서 $\text{pH}$ 변화를 통해 산의 성질을 분석하는 문제입니다.
    표에서 $\text{NaOH}$를 넣었을 때 $\text{pH}$가 급격히 변하는 지점(당량점)은 $\text{NaOH}$ $10\text{mL}$를 넣었을 때입니다. 이때 $\text{HA}$ $10\text{mL}$와 $\text{NaOH}$ $10\text{mL}$가 반응했으므로, $\text{HA}$의 초기 농도는 $0.1\text{M}$이며 이는 문제 조건과 일치합니다.
    당량점에서의 $\text{pH}$는 $8.8$로 $7$보다 크므로, $\{ \text{HA} \}$는 약산이고 그 짝염기인 $\text{A}^-$가 가수분해되어 염기성을 띠기 때문입니다. 따라서 ㄴ은 옳은 설명입니다.
    반 반응점($\text{NaOH}$ $5\text{mL}$ 투입 시)에서 $\text{pH} = \text{p}K_a$가 성립합니다. 표에서 $\text{pH}$가 $4.8$이므로 $K_a = 10^{-4.8}$입니다. ㄷ의 경우 $K_a$ 값이 $10^{-5}$ 근처이므로 옳은 설명입니다.
    ㄱ의 경우, $\text{HA}$가 약산이므로 강산인 $\text{HCl}$보다 수소 이온 농도가 낮아 $\text{pH}$는 더 높게 나타납니다. 따라서 ㄱ은 틀린 설명입니다.
    오답 노트
    ㄱ: $\text{HA}$는 약산이므로 $\text{HCl}$보다 $\text{pH}$가 높음
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19. 표는 25℃, 1기압에서 3가지 물질의 반응 엔탈피(ΔH)를 나타낸 것이다.

C2H5OH(l)의 생성 엔탈피(⊿H) x는?

  1. -116
  2. -278
  3. -556
  4. -688
  5. -3014
(정답률: 알수없음)
  • 에탄올( $C_2H_5OH$)의 연소 반응식에서 반응 엔탈피는 생성물의 생성 엔탈피 합에서 반응물의 생성 엔탈피 합을 뺀 값과 같습니다.
    연소 반응식: $C_2H_5OH(l) + 3O_2(g) \rightarrow 2CO_2(g) + 3H_2O(l)$
    ① [기본 공식] $\Delta H_{\text{comb}} = [2 \times \Delta H_f(CO_2) + 3 \times \Delta H_f(H_2O)] - [\Delta H_f(C_2H_5OH) + 3 \times \Delta H_f(O_2)]$
    ② [숫자 대입] $-1368 = [2 \times (-394) + 3 \times (-286)] - [x + 0]$
    ③ [최종 결과] $x = -278$
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20. 다음은 일정한 온도에서 기체의 반응에 대한 실험이다.

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

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식 $2\text{A(g)} + \text{B(g)} \rightarrow 2\text{C(g)}$와 부분 압력을 이용해 몰수 관계를 분석합니다.
    ㄱ. $P_1:P_2 = 6:1$이고 $\text{A}$가 모두 소모된 후 $\text{B}$가 남았으므로, 초기 $\text{A}$의 양이 $\text{B}$보다 상대적으로 많았음을 알 수 있으며 계산 시 $x > y$가 성립합니다.
    ㄴ. 반응 전 각 용기의 압력과 부피를 통해 몰수를 계산하면 $\text{A}$와 $\text{B}$의 전체 몰수 비는 $7:3$이 됩니다.
    ㄷ. (나)와 (다) 과정 모두 동일한 양의 $\text{A}$와 $\text{B}$가 반응하여 $\text{C}$를 생성하므로, 최종적으로 생성된 $\text{C}$의 몰수와 전체 부피가 같아 부분 압력은 동일합니다.
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