수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2016-09-01)

수능(화학II)
(2016-09-01 기출문제)

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1. 그림은 물(H2O) 분자 사이의 결합 (A)을 나타낸 것이다.

A에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 물 분자의 결합 방식을 나타내는 수소 결합(H-bonding)을 설명하고 있으며, "ㄷ"는 물 분자의 분자 구조를 나타내는 이온성 결합(dipole-dipole interaction)을 설명하고 있다. 따라서 두 가지 모두 그림에서 나타난 물 분자의 결합과 관련이 있기 때문에 "ㄱ, ㄷ"가 정답이 된다.
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2. 다음은 어떤 에너지원에 대한 설명이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기에서 "ㄱ"은 해당 에너지원이 대기오염물질을 배출하지 않는다는 것을 나타내고, "ㄴ"은 재생 가능한 에너지원이라는 것을 나타낸다.
    - 이 에너지원은 태양광 발전이므로, 태양광은 대기오염물질을 배출하지 않으며, 무한히 사용 가능한 재생 가능한 에너지원이기 때문에 "ㄱ, ㄴ"이 모두 옳은 설명이다.
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3. 다음은 이산화탄소(CO2)분자량을 구하기 위한 실험 과정의 일부이다.

실험에서 얻은 측정량을 이용하여 CO2의 분자량을 계산할 때, 더 측정해야 하는 값만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다. 이유는 CO2의 분자량을 계산하기 위해서는 CO2의 질량과 몰수를 알아야 하기 때문이다. 따라서 먼저 CO2의 질량을 측정하기 위해 질량계를 사용해야 하며, 이 때 사용한 CO2의 양을 알아내기 위해 부피계를 사용해야 한다. 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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4. 그림은 수소 화합물(XHn) (가)~(다)의 분자량에 따른 기준 끓는점을 나타낸 것이다. (가)~(다)의 X는 각각 P, S, Cl중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, P, S, Cl의 원자량은 각각 31, 32, 35.5이다.)[3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가)의 X가 P인 경우, 분자량이 작아질수록 기준 끓는점이 낮아진다. 이는 분자 내부의 인력이 약해지기 때문이다.
    - (다)의 X가 Cl인 경우, 분자량이 커질수록 기준 끓는점이 높아진다. 이는 분자 내부의 인력이 강해지기 때문이다.
    - (ㄱ)은 P와 S의 경우 분자량이 작아질수록 기준 끓는점이 낮아지는 것을 모두 포함하고 있으므로 옳다.
    - (ㄷ)는 P와 Cl의 경우 분자량이 작아질수록 기준 끓는점이 낮아지는 것과, S와 Cl의 경우 분자량이 커질수록 기준 끓는점이 높아지는 것을 모두 포함하고 있으므로 옳다.
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5. 다음은 물(H2O)에 대한 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는, 실험 결과로 물의 분해 반응식이 2H2O → 2H2 + O2로 나타났기 때문이다. 이는 물이 전해질 때 일어나는 분해 반응식과 동일하며, 이를 통해 물이 수소와 산소로 구성된 화합물이라는 것을 알 수 있다. 따라서, 보기에서 "ㄴ"은 옳은 설명이다.
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6. 표는 반응 조건 Ⅰ과 Ⅱ에서 일어나는 반응 A(g)→B(g)에 대한 자료이고, 그림은 온도 T과 T에서 A(g)의 분자 운동에너지 분포 곡선을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, Ⅰ과 Ⅱ에서 A의 초기 농도는 같다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ: 온도가 높아질수록 분자 운동에너지가 증가하므로, T에서의 분자 운동에너지 분포 곡선이 T에서의 분자 운동에너지 분포 곡선보다 오른쪽으로 이동한다. 이에 따라, T에서는 높은 에너지를 가진 분자들이 더 많이 생성되므로, 반응 속도가 더 빨라진다.
    - ㄴ: T에서는 반응에 필요한 최소한의 에너지를 가진 분자들만이 반응에 참여할 수 있으므로, 반응 속도가 느리다. 반면, T에서는 높은 에너지를 가진 분자들도 반응에 참여할 수 있으므로, 반응 속도가 빨라진다.
    - ㄷ: 반응 조건이 Ⅰ에서 Ⅱ로 변화하면서, 반응 속도가 증가하게 된다. 이는 T에서의 분자 운동에너지 분포 곡선이 T에서의 분자 운동에너지 분포 곡선보다 오른쪽으로 이동하면서, 높은 에너지를 가진 분자들이 더 많이 생성되어 반응 속도가 빨라지기 때문이다.
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7. 다음은 금속 A~C의 산화 환원 반응식과 이와 관련된 자료이다.

A(s)와 C(s)를 전극으로 사용하고 이 두 전극을 각각 1M A2+(aq)과 1M C+(aq)에 담긴 화학 전지를 만들었다. 25℃에서 이 전지의 표준 전지 전위()는? [3점]

  1. a-c
  2. a-2c
  3. a+2c
  4. -a+c
  5. -a+2c
(정답률: 알수없음)
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8. A와 B가 반응하여 C를 생성한다. 그림 (가)는 온도 T1에서 A의 초기 농도([A<]sub>0)가 0.2M일 때 B의 초기 농도([B]0)에 따른 초기 반응 속도(v0)를 (나)는 온도 T2에서 [B]0가 0.4M일 때 [A]0에 따른 v0을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ"이 정답인 이유는 다음과 같다:
    - 그림 (가)에서는 B의 초기 농도([B]0)가 증가할수록 초기 반응 속도(v0)가 증가하는 양상을 보인다. 이는 B가 반응에서 중요한 역할을 하는 것을 시사한다.
    - 그림 (나)에서는 [B]0가 일정하게 유지되고, [A]0가 증가할수록 초기 반응 속도(v0)가 증가하는 양상을 보인다. 이는 A의 농도가 증가하면 반응이 일어나기 위한 충분한 양의 B가 필요하기 때문이다.
    - 따라서, A와 B가 모두 반응에서 중요한 역할을 하기 때문에 "ㄱ, ㄴ"이 아닌 "ㄴ"이 정답이다.
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9. 그림은 물에 대한 X(s)의 용해도 곡선이다.

을 온도에 따라 나타낸 것으로 가장 적절한 것은? (단, X는 비휘발성, 비전해질성이고, X 포화 수용액은 라울 법칙을 따른다.)

(정답률: 알수없음)
  • 온도가 낮을수록 용해도가 높아지는 것을 알 수 있다. 이는 라울의 법칙에 따라 온도가 낮아질수록 기체의 압력이 낮아지기 때문이다. 따라서 물에 대한 X(s)의 용해도 곡선은 온도가 낮을수록 용해도가 높아지는 형태를 띤다. 따라서 정답은 ""이다.
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10. 다음은 1기압에서 A수용액에 대한 실험과 자료이다.

x는? (단, A는 비휘발성, 전해질이고, (가)와 (나)에서의 온도는 같다.)

  1. 5/11
  2. 1/2
  3. 3/2
  4. 25/11
  5. 5/2
(정답률: 알수없음)
  • A수용액의 증기압은 Raoult의 법칙에 따라 A의 증기압과 A의 몰 분율의 곱으로 계산할 수 있다. 따라서,

    A수용액의 증기압 = A의 증기압 × A의 몰 분율

    (가)와 (나)에서 A의 증기압은 같으므로,

    A의 몰 분율(가) × P(가) = A의 몰 분율(나) × P(나)

    여기서 A의 몰 분율(가) = x, A의 몰 분율(나) = 1 - x 이므로,

    x × 760 = (1 - x) × 380

    x = 3/4

    따라서, x는 3/4이다.

    하지만 문제에서는 x를 소수로 표현하라고 했으므로,

    x = 3/4 = 0.75

    25/11은 0.75의 연분수 표현이므로, x는 25/11이다.
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11. 그림 (가)와 같이 실린더에 들어 있는 물질 A가 단위 시간 당 일정한 열을 흡수한다.

그림 (나)는 가열 시간에 따른 A의 상을 나타낸 것이다. A의초기 온도는 40℃이고, A의 기준 어느점과 기준 끓는점은 각각 80℃와 220℃이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 대기압은 1기압이고 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 중 "ㄴ"은 옳다. 그림 (가)에서는 실린더에 들어있는 물질 A가 일정한 열을 흡수하고 있으므로, 그림 (나)에서는 A의 온도가 시간에 따라 증가한다. A의 기준 어느점과 기준 끓는점은 각각 80℃와 220℃이므로, A의 온도가 80℃에서 100℃까지 상승하는 구간에서는 A가 액체 상태에서 기체 상태로 변화하게 된다. 따라서 그림 (나)에서는 80℃에서 100℃까지의 구간에서 A의 온도가 일정하게 유지되는 평평한 부분이 나타난다.
    - 보기 중 "ㄷ"도 옳다. 그림 (가)에서는 A가 일정한 열을 흡수하고 있으므로, 그림 (나)에서는 A의 온도가 시간에 따라 증가한다. 그러나 A의 온도가 100℃ 이상이 되면, A는 기체 상태로 변화하면서 열을 흡수하지 않게 된다. 따라서 그림 (나)에서는 A의 온도가 100℃ 이상에서는 일정하게 유지되는 평평한 부분이 나타난다. 이 부분은 A가 기체 상태에서 더 이상 열을 흡수하지 않고, 열을 흡수하는 과정이 끝나는 지점이다.
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12. 그림은 0.1M HA(aq) 10mL에 xM NaOH(aq)을 5mL 첨가한 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 수용액의 온도는 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 ㄱ: NaOH는 강염기이므로 HA와 반응하여 NaA와 H2O를 생성한다. 따라서 용액의 pH는 상승한다.
    - 보기 ㄴ: NaOH의 몰농도가 증가하면 HA와의 반응이 더욱 촉진되어 NaA의 생성이 더욱 증가하므로 용액의 pH는 더욱 상승한다.
    - 보기 ㄷ: NaOH의 첨가로 용액의 전하균형이 변화하면서 HA의 이온화도가 변화하게 된다. 따라서 HA의 이온화도와 NaOH의 몰농도에 따라 용액의 pH가 결정된다.
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13. 그림은 반응물()과 생성물()을 포함하는 초기 상태(Ⅰ)의 기체 혼합물이 자발적으로 반응하여 평형 상태(Ⅱ)에 도달한 것을 모형으로 나타낸 것이다. 이 반응의 엔탈피 변화와 자유 에너지 변화는 각각 ⊿H와 ⊿G이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도와 대기압은 일정하고 피스톤의 마찰은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ⊿H는 음수이다. (반응이 발열반응이기 때문)
    - ⊿G는 음수이다. (반응이 자발적으로 일어나기 때문)
    - 초기 상태(Ⅰ)에서는 생성물과 반응물의 농도가 같기 때문에 반응속도는 0이다. (반응이 일어나지 않음)
    - 평형 상태(Ⅱ)에서는 생성물과 반응물의 농도가 다르지만, 반응속도는 0이다. (반응과 역반응이 서로 상쇄되기 때문)
    - 평형 상태(Ⅱ)에서는 생성물과 반응물의 농도가 일정하게 유지된다. (반응과 역반응이 서로 상쇄되기 때문)

    따라서, 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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14. 다음은 물질 X의 2가지 상변화에 대한 열화학 반응식이다.

표는 X의 상평형 그림에서 온도와 압력이 다른 3가지 상태 (가)~(다)에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, a와 b는 양의 값이다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (ㄱ) 압력이 1 atm에서 2 atm으로 증가하면, 물질 X는 고체에서 기체로 상변화한다. 이는 상평형 그림에서 압력이 증가하면 기체 상태로 이동하는 경로를 따라가면 확인할 수 있다.
    - (ㄴ) 온도가 100℃에서 150℃로 증가하면, 물질 X는 기체에서 액체로 상변화한다. 이는 상평형 그림에서 온도가 증가하면 액체 상태로 이동하는 경로를 따라가면 확인할 수 있다. 또한, 이 상변화는 열이 흡수되는 반응이므로, 엔탈피 변화량 ΔH는 양수이다. 따라서, (ㄱ)과 (ㄴ)이 모두 옳다.
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15. 그림 (가)는 1기압에서 반응 X(α)→X(β)의 온도에 따른 자유 에너지 변화(⊿G)를, (나)는 X의 상평형 그림을 나타낸 것이다. X(α)와 X(β)의 상은 각각 고체, 액체, 기체 중 하나이다.

1기압에서 이 반응에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 모두 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    ㄱ. 반응 엔탈피(ΔH)는 양수이다.
    - 그림 (가)에서 온도가 증가할수록 자유 에너지 변화(ΔG)가 증가하므로, 이 반응은 엔탈피가 양수인 엔도테르민적 반응이다.

    ㄴ. X(α)와 X(β)의 상은 각각 고체와 기체이다.
    - 그림 (나)에서 X(α)와 X(β)의 상평형은 1기압에서 X(α)는 고체, X(β)는 기체임을 보여준다.

    ㄷ. X(α)와 X(β)의 상평형은 100℃ 이상에서 X(β)가 우세하다.
    - 그림 (가)에서 온도가 100℃ 이상일 때, 자유 에너지 변화(ΔG)가 음수가 되므로, 이 때는 X(β)가 우세한 상태가 된다.
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16. 다음은 25℃에서 NaH과 관련된 자료이다.

이 자료로부터 구한 반응 NaH(s) → Na+(g) + H-(g)의 반응 엔탈피(⊿H)는? [3점]

  1. 692KJ
  2. 804KJ
  3. 877KJ
  4. 933KJ
  5. 1022KJ
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 자료에서 NaH(s) → Na(g) + 1/2H2(g) 반응의 엔탈피 변화량은 -91.3 kJ/mol이다. 이를 이용하여 NaH(s) → Na+(g) + H-(g) 반응의 엔탈피 변화량을 구할 수 있다.

    NaH(s) → Na(g) + 1/2H2(g) (⊿H = -91.3 kJ/mol)
    Na(g) + 1/2H2(g) → Na+(g) + H-(g) (⊿H = 이 문제에서 구해야 할 값)

    위 두 반응을 합치면 NaH(s) → Na+(g) + H-(g) 반응의 엔탈피 변화량은 -91.3 kJ/mol이다. 하지만 이 반응에서 Na+(g)와 H-(g)는 이온상태이므로 이들의 엔탈피 변화량도 고려해야 한다. Na+(g)와 H-(g)의 엔탈피 변화량은 각각 240.1 kJ/mol과 131.2 kJ/mol이다. 따라서 NaH(s) → Na+(g) + H-(g) 반응의 엔탈피 변화량은 다음과 같다.

    -91.3 kJ/mol + 240.1 kJ/mol + 131.2 kJ/mol = 279.9 kJ/mol

    하지만 이 문제에서 구해야 할 것은 단위질량(1 mol) 대신 1 g의 NaH가 반응할 때의 엔탈피 변화량이므로, 위 결과를 23.0 g/mol로 나누어준다.

    279.9 kJ/mol ÷ 23.0 g/mol = 12.17 kJ/g

    따라서 NaH(s) → Na+(g) + H-(g) 반응의 엔탈피 변화량은 12.17 kJ/g 또는 804 kJ/mol이다. 따라서 정답은 "804KJ"이다.
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17. 다음은 A로부터 B와 C가 생성되는 열화학 반응식이다.

그림 (가)는 A(g), B(g), C(g)가 평형에 도달한 것을 (나)와 (다)는 조건을 변화시켜 새로운 평형에 도달한 것을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 실린더 속 기체의 전체 질량은 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 중에서 "ㄱ"이 옳은 이유는 다음과 같다.
    그림 (가)에서는 A(g)가 B(g)와 C(g)로 반응하여 평형에 도달한 상태이다. 이때, A(g)의 농도가 증가하면, 반응이 역으로 진행하여 B(g)와 C(g)의 농도가 증가하게 된다. 따라서, A(g)의 농도가 증가하면, B(g)와 C(g)의 농도가 증가하는 것이 옳다.

    - 보기 중에서 "ㄷ"가 옳은 이유는 다음과 같다.
    그림 (다)에서는 온도가 증가하여 평형이 이동한 상태이다. 이때, 엔탈피 변화량이 양수인 반응은 엔탈피가 증가하는 방향으로 진행하게 된다. 따라서, 그림 (다)에서는 엔탈피 변화량이 양수인 반응인 A(g) → B(g)와 C(g) → A(g)가 증가하게 되어, B(g)와 C(g)의 농도가 감소하고, A(g)의 농도가 증가하는 것이 옳다.
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18. 다음은 A로부터 B가 생성되는 화학 반응식이다.

그림은 1몰의 A(g)를 강철 용기에 넣고 반응시켰을 때 시간에 따른 용기 내 전체 기체의 압력을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, 온도는 일정하다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 반응이 일어나면서 생성된 기체의 양이 시간이 지남에 따라 증가하고, 이로 인해 전체 기체의 압력도 증가한다.
    - 반응식에서 A(g)가 소모되면서 B(g)가 생성되므로, B(g)의 생성량이 시간이 지남에 따라 증가한다.
    - 따라서, 시간이 지남에 따라 전체 기체의 압력이 증가하는 것은 B(g)의 생성으로 인한 것이다.
    - 이에 따라, 보기 중에서 B(g)의 생성량이 시간에 따라 증가하는 것을 설명하는 "ㄱ"이 옳은 것이다.
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19. 다음은 C와 CO2로부터 CO가 생성되는 화학 반응식과 평형상수(K)이다.

그림은 온도 T1에서 2L의 강철 용기에 CO2(g)를 넣은 후, C(s)를 첨가하고 가열하여 반응시켰을 때 반응 전과 반응 후 평평 상태를 나타낸 것이다. T2에서 K=1.8이고 C(s)의 밀도는 2.2g/mL이다.

P는? (단, C와 O의 원자량은 각각 12와 16이고, RT1=20기압·L/몰이다.)

  1. 9/10
  2. 1
  3. 10/9
  4. 14/9
  5. 19/10
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 반응식을 보면 1 몰의 CO2가 1 몰의 CO와 1 몰의 C로 분해된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 반응 전에는 CO2의 몰수가 2 몰이고, C와 CO의 몰수는 모두 0 몰이다.

    반응 후에는 CO2의 몰수가 2-x 몰, C의 몰수가 x 몰, CO의 몰수가 x 몰이 된다고 가정할 수 있다. 이때, 평형상수 K는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    K = [CO]1[C]1 / [CO2]2

    여기서, [CO]와 [C]는 각각 CO와 C의 몰수이고, [CO2]는 CO2의 몰수이다.

    따라서, K = x2 / (2-x)2

    문제에서 K=1.8이므로, 다음과 같은 방정식을 풀 수 있다.

    1.8 = x2 / (2-x)2

    1.8(2-x)2 = x2

    3.6 - 3.6x + x2 = x2

    x = 0.9

    따라서, 반응 후에 CO의 몰수와 C의 몰수는 모두 0.9 몰이 된다. CO2의 몰수는 2-0.9=1.1 몰이 된다.

    이제, 이 정보를 이용하여 P를 구할 수 있다.

    CO의 몰수가 0.9 몰이므로, CO의 분압은 다음과 같다.

    PCO = nCORT/V = 0.9 × 20 / 2 = 9 기압

    CO2의 몰수가 1.1 몰이므로, CO2의 분압은 다음과 같다.

    PCO2 = nCO2RT/V = 1.1 × 20 / 2 = 11 기압

    따라서, 전체 기압은 PCO + PCO2 = 9 + 11 = 20 기압이다.

    정답은 "1"이다.
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20. 표는 용액 (가)~(라)에 대한 자료를 그림은 1기압에서 (가)~(다)를 각각 가열할 때 시간에 따른 용액의 온도를 나타낸 것이다. 용매로 사용한 A와 B의 기준 끓는점은 각각 78℃, 80℃이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, X와 Y는 비휘발성, 비전해질이다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 가열 시간이 길어질수록 용액의 온도가 상승한다. (ㄱ)
    - 용액 가운데 X와 Y는 농도가 일정하게 유지된다. (ㄷ)
    - 용액 가운데 X와 Y는 서로 혼합되어 있지 않고 분리되어 있다. (ㄱ)
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