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과학탐구 영역

화학 Ⅱ 정답

1	④	2	②	3	③	4	⑤	5	②
6	④	7	①	8	①	9	⑤	10	③
11	②	12	④	13	⑤	14	③	15	⑤
16	①	17	③	18	④	19	②	20	⑤

화학 Ⅱ 해설

1. [출제의도] 액체의 성질 이해하기

액체는 분자 사이 인력과 표면 장력이 존재하며, 기화되면 부피가 증가하여 밀도는 감소한다.

2. [출제의도] 분자 사이 작용하는 힘 분석하기

모든 분자 사이에는 분산력이 있다. (가)는 극성 분자이고 (다)는 무극성 분자이며, (나)의 끓는점이 (다)보다 높은 이유는 쌍극자 힘이 존재하기 때문이다.

3. [출제의도] 수용액의 농도 이해하기

A 수용액의 밀도가 1[eqn: rm g/mL]이므로 같은 질량의 용액에 녹아 있는 용질의 몰수는 0.1 [eqn: rm M] 용액 (가)가 0.1 [eqn: m] 용액 (나)보다 크다. 용질 0.01 몰이 녹아 있는 용액의 질량은 (나) > (가)이므로 퍼센트 농도는 (가) > (나)이고 몰랄 농도 또한 (가) > (나)이다. 따라서 어는점 내림은 (가) > (나)이므로 어는점은 (나) > (가) 이다. (나)에 증류수 100 [eqn: rm g]을 첨가하면 [eqn: 0.0094 over 0.194]≈0.048 [eqn: m]이다.

4. [출제의도] 기체의 온도와 부피 관계 분석하기

압력이 일정한 상태에서 온도가 변하는 과정이므로 [eqn: V∝nT]이다. [eqn: rm N_2]의 몰수를 [eqn: x], [eqn: rm SO_2]의 몰수를 [eqn: y]라 하면 [eqn: 1.5:(x+y) TIMES 300=1.6:x TIMES 400]이므로

[eqn: {x} over {y} =4] 이다.

5. [출제의도] 고체 결정의 격자 구조 이해하기

[eqn: rm A] 양이온은 면심 입방 구조로 꼭짓점과 면에 위치하고 있어 단위세포 안에 [eqn: 1 over 8 times 8 + 1 over 2 times 6 = 4] 개이고, [eqn: rm B] 음이온은 단위세포 안에 8 개가 존재하여 화학식은 [eqn: rm AB _{2}]이다.

6. [출제의도] 용액의 증기 압력 분석하기

액체 [eqn: rm B]의 증기 압력이 액체 A보다 크므로 X는 액체 B의 증기 압력 곡선이다. 기준 끓는점은 1기압에서의 끓는점이므로 액체 A가 B보다 높다. 액체 [eqn: rm A]와 [eqn: rm B]의 온도를 [eqn: t_2]℃로 올리면 증기 압력의 차이가 커지므로 [eqn: h]도 증가한다.

7. [출제의도] 물질의 상평형 이해하기

삼중점은 세 가지 상이 존재하는 점이며, [eqn: P]기압에서 녹는점은 융해 곡선에, 끓는점은 증기 압력 곡선에 위치하는 온도이다. 융해 곡선에서 물질에 압력을 높여 고체가 되면 융해 곡선은 양의 기울기를 가진다.

8. [출제의도] 이온 결정의 용해 과정 이해하기

[eqn: DELTA H_1]은 이온 결합을 끊는 과정의 반응열이므로 [eqn: DELTA H_1]>0이다. 용해 과정이 흡열 반응이므로 [eqn: DELTA S_주위]<0이고, 자발적 반응이므로 [eqn: DELTA S _{전체} =][eqn: DELTA S _{계} + DELTA S _{주위}]>0에 의해 |[eqn: DELTA S_계]| > |[eqn: DELTA S_주위]|이다. [eqn: T] 에서 온도를 높이면 [eqn: T DELTA S] 가 증가하여 |[eqn: DELTA G]|는 커진다.

9. [출제의도] 표준 전지 전위와 자유 에너지 변화 이해하기

[eqn: rm A^+]의 [eqn: E`°]는 +0.80 [eqn: rmV]이므로 [eqn: rm HCl(itaq)]에 [eqn: rm `A(its)]를 넣어도 반응하지 않는다. [eqn: rm `A]가 산화되고 [eqn: rm B ^{2+}]가 환원되는 반응의 [eqn: DELTA G`°] > 0으로 비자발적이다. 금속의 반응성은 [eqn: rm B>A]이며 [eqn: x]는 +0.80[eqn: rm V]보다 작다.

[eqn: E _{전지} ^{◦}]= [eqn: rm+0.80`V``-(-0.76`V)``=``+1.56`V]이다.

10. [출제의도] 약산의 이온화 반응식 이해하기

[eqn: K_a]가 작은 [eqn: rm HB]가 [eqn: rm HA]에 비해 약산이므로 염기의 세기는 [eqn: rm B^-]>[eqn: rm A ^{-}]이고, [eqn: K_a]=[eqn: C alpha^2]이므로 1 [eqn: rm M] [eqn: rm HB(it aq)]의 [eqn: alpha]는[eqn: 1 times10^-5] 이다. [eqn: rm HA(itaq)+rmB^- (itaq)] [eqn: ⇄][eqn: rm HB(itaq)+rmA^- (itaq)]의  [eqn: K= {2 TIMES 10 ^{-5}} over {1 TIMES 10 ^{-10}} =2 TIMES 10 ^{5}] 이다.

11. [출제의도] 헤스 법칙 이해하기

[eqn: rmHI](g)의 생성 엔탈피는 [eqn: rm {53} over {2} kJ/몰], 결합 에너지는 [eqn: {1} over {2}]×(436+151+62-53)=298 [eqn: rmkJ/몰]이다.   [eqn: rm H _{2}](g)+[eqn: rm I _{2} (its)]→ 2[eqn: rmHI](g) 의 반응은 [eqn: DELTA H] > 0이고, [eqn: DELTA S] > 0이므로 자발성 여부는 온도에 따라 다르다.

12. [출제의도] 고체의 용해도 곡선 이해하기

60℃에서 포화 상태의 [eqn: rm X] 수용액 180 g과 [eqn: rm Y] 수용액 140 g을 20℃로 낮추면 석출되는 고체 질량은 [eqn: rm X]는 60 g, [eqn: rm Y]는 20 g이다. 60℃에서 20℃가 될 때 석출된 고체 질량이 3:2 이므로 용해도 곡선에서 석출되는 질량비를 고려하면 60℃에서 포화 상태의 [eqn: rm X] 수용액은 90[eqn: w] g, [eqn: rm Y] 수용액은 140[eqn: w] g이므로 [eqn: {x} over {y} = {9} over {14}]이다.

13. [출제의도] 온도 변화와 평형 이동 이해하기

[eqn: T_1]에서 [eqn: rm A]가 0.4 [eqn: rm M] 감소할 때 [eqn: rm B]는 0.8 [eqn: rm M] 증가하므로 [eqn: a:b]=1:2이다. [eqn: T_2]에서 [eqn: rm B]의 농도는 0.4이므로 [eqn: K= {rm [B] ^{2} it} over {rm [A] it}]=[eqn: {(0.4)^2} over {0.8}]=0.2 이다. 평형 상수는 [eqn: T _{1}]에서 크므로 온도는 [eqn: T _{1}]>[eqn: T _{2}]이다. [eqn: T _{2}]의 평형 상태에서 [eqn: rm A]와 [eqn: rm B]를 1 몰씩 첨가하면 [eqn: Q= {(1.4) ^{2}} over {1.8} >K]이므로 평형은 역반응 쪽으로 이동한다.

14. [출제의도] 자유 에너지 변화 이해하기

[eqn: T_1]에서 [eqn: T_1 DELTA S = DELTA H -DELTA G]이고 그래프에서 [eqn: DELTA G]가 [eqn: DELTA H]보다 작아 [eqn: T _{1} DELTA S]는 0보다 크다. [eqn: T _{2}]는 평형 상태이므로 [eqn: DELTA G]=0이고 [eqn: DELTA S= {DELTA H} over {T _{2}}]이다. [eqn: DELTA H]>0으로 흡열 반응이고, 온도가 높아지면 평형은 정반응 쪽으로 이동하므로 생성물의 양이 증가하여 평형 상수는 [eqn: T _{3}]에서가 [eqn: T _{2}]에서보다 크다.

15. [출제의도] 수용액의 끓는점 오름 분석하기

[eqn: DELTA T _{b} =K _{b} TIMES m]이고 (가)에서 [eqn: rm A]를 12 g 넣었을 때 1.04=0.52[eqn: times][eqn: m], [eqn: m]=[eqn: { n _{ rm A} } over {0.1 }]=2이고 [eqn: n_{rm A }]=[eqn: rm {12} over {M _{A}}]=0.2이므로 [eqn: rm M _{A}]=60이다. (나)에서 [eqn: rm B]를 12 g 넣었을 때 [eqn: m]=[eqn: { n _{ rm A}+n _{ rm B} } over {0.05 }]=2이므로 [eqn: { n _{ rm A}+n _{ rm B}]=[eqn: rm3 over M_A + 12 over M_B]=0.1, [eqn: rmM _{B}] = 240이다. [eqn: T _{1}]은 물 50 g에 [eqn: rm A]를 3 g 넣었으므로 [eqn: T _{1}]=100.52℃이다. [eqn: x]=18 [eqn: rm g]일 때 끓는점의 차이는 [eqn: K _{rm b}]×[eqn: {n _{rm A it}} over {0.1}]-[eqn: K _{rm b}]×[eqn: {n _{rm A it} +n _{rmB}} over {0.05}]=0.26℃이다.

16. [출제의도] 전기 분해와 양적 관계 분석하기

[eqn: t]～3[eqn: t]에서 [eqn: rm X ^{2+}]+2[eqn: rm e ^{-}]→[eqn: rm X]의 반응이 일어난다. 0.2 몰의 [eqn: rm X ^{2+}]이 환원되기 위해서는 0.4 몰의 전자가 필요하므로 [eqn: t]초는 0.2 몰의 전자가 이동한다. 전자 1 몰에 해당하는 전하량은 96500 C이고, [eqn: Q]=I[eqn: t]에 의해 96500×0.2=2×[eqn: t], [eqn: t]=9650 초이다. 0～[eqn: t]에서 [eqn: rm Y ^{+}]가 환원된다. [eqn: t]초 동안 0.2 몰의 전자가 이동하므로 [eqn: rm Y ^{+}]+[eqn: rme ^{-}]→[eqn: rmY]의 반응을 통해서 [eqn: rm Y ^{+}]는 0.2 몰 녹아 있음을 알 수 있다. [eqn: rmY^+]가 환원된 후에 [eqn: rmX ^2+]가 환원되므로 표준 환원 전위([eqn: E`°])는 [eqn: rm Y ^{+}]이 [eqn: rmX ^{2+}]보다 크다.

17. [출제의도] 온도와 농도의 변화에 따른 평형 이동 이해하기

평형 Ⅱ 이후 [eqn: rm X]를 제거하였을 때 (가)의 부분 압력이 반응물의 감소량이 생성물의 감소량에 비해 상대적으로 작으므로 (가)는 Y이다.  [eqn: t _{1}]에서 Y의 부분 압력이 감소하였을 때 전체 압력은 증가하였으므로 [eqn: a>b]이다. [eqn: DELTA H<]0보다 작고 [eqn: t_1]에서 역반응이 진행되었으므로 온도는 높아지고 [eqn: DELTAG] > 0이며, [eqn: K] 는 평형 Ⅰ이 평형 Ⅱ에서보다 크다.

18. [출제의도] 중화 적정과 염의 가수 분해 분석하기

(가)에서 [eqn: rm[OH ^{-} ]=][eqn: rm {[H _{3} O ^{+} ]} over {1 TIMES 10 ^{8}}]이므로 [eqn: K _{w} =][eqn: rm [H _{3} O ^{+} ][OH ^{-} ]][eqn: rm = {[H _{3} O ^{+} ] ^{2}} over {1 TIMES 10 ^{8}} =10 ^{-14}], [eqn: rm[H _{3} O ^{+} ]=10 ^{-3}]이다. [eqn: rm HA]의 [eqn: K _{a}] [eqn: =C alpha ^{2}][eqn: =0.1 TIMES ( {10 ^{-3}} over {0.1} ) ^{2} =1 TIMES 10 ^{-5}]이다.

(나)에서 [eqn: rm [OH ^{-} ]][eqn: = rm {[H _{3} O ^{+} ]} over {1 TIMES 10 ^{4}}]이므로, [eqn: K _{w}][eqn: = rm {[H _{3} O ^{+} ] ^{2}} over {1 TIMES 10 ^{4}}][eqn: =10 ^{-14}], [eqn: rm [H _{3} O ^{+} ]=][eqn: rm 10 ^{-5}], pH=5이다. (다)는 중화점이므로 중화반응으로 인해 생성된 [eqn: rmA ^{-}]의 가수 분해가 일어난다. [eqn: rmA ^{-} +H _{2} O` -> HA+OH ^{-}]의 이온화 상수 [eqn: K _{b} = {K _{w}} over {K _{a}} =][eqn: rm {[HA][OH ^{-} ]} over {[A ^{-} ]} =10 ^{-9}]이다.

[eqn: rm[HA]=[OH ^{-} ]]이고 [eqn: rm [A ^{-} ]=][eqn: rm {0.1M TIMES 100mL} over {200mL}][eqn: rm =0.05M]이므로 [eqn: K _{b}][eqn: = rm {[OH ^{-} ] ^{2}} over {0.05}][eqn: =10 ^{-9}], [eqn: rm[OH ^{-} ] ^{2}][eqn: rm=0.05 TIMES 10 ^{-9}]이다. [eqn: rm [H _{3} O ^{+} ]=][eqn: rm {itK _{w}} over {[OH ^{-} ]}]를  [eqn: x=][eqn: rm {[H _{3} O ^{+} ]} over {[OH ^{-} ]}]에 대입하면 [eqn: rm {10 ^{-14}} over {[OH ^{-} ] ^{2}}][eqn: = {10 ^{-14}} over {0.05 TIMES 10 ^{-9}} =2 TIMES 10 ^{-4}]이다.

19. [출제의도] 헤스 법칙을 이용한 생성열 이해하기

[eqn: rm C _{2} H _{5} OH(itl)]의 연소 반응식은 [eqn: rm C _{2} H _{5} OH(itl)]+[eqn: rm3O_2](g)→ [eqn: rm2CO_2](g) + [eqn: rm 3H _{2} O(itl)], [eqn: DELTA H]=-1368 kJ/몰 이다. [eqn: TRIANGLE H]=[eqn: SMALLSUM TRIANGLE H _{생성}](생성물) - [eqn: SMALLSUM TRIANGLE H _{생성}](반응물)이므로 2×(-394)+3×(-286)-[eqn: x]=-1368 이고, 따라서 [eqn: x]=-278 이다.

20. [출제의도] 기체 반응에 따른 압력 변화 분석하기

(나)에서

반응식	[eqn: rm 2A]	+	[eqn: rm B]	→	[eqn: rm 2C]
초기	[eqn: 2x rm N]		[eqn: 2P_1 rm N]		[eqn: 0]
반응	-[eqn: 2x rm N]		-[eqn: x rm N]		+[eqn: 2x rm N]
반응 후	[eqn: 0]		[eqn: 2P_1 rm N]-[eqn: x rmN]		[eqn: 2x rm N]

[eqn: 4P _{2} rm N =it2P _{1} rm N -it x rmN], [eqn: P _{2} = {1} over {6} P _{1}]이므로 [eqn: x= {4} over {3} P _{1}]이다.

(다)에서

반응식	[eqn: rm 2A]	+	[eqn: rm B]	→	[eqn: rm 2C]
초기	[eqn: 2y rm N]		[eqn: {2} over {3} P _{1} rm N]		[eqn: {8} over {3} P _{1} rm N]
반응	-[eqn: {4} over {3} P _{1} rm N]		-[eqn: {2} over {3} P _{1} rm N]		+[eqn: {4} over {3} P _{1} rm N]
반응 후	[eqn: 2y rmN]-[eqn: {4} over {3} P _{1} rm N]		[eqn: 0]		[eqn: 4P _{1} rm N]

[eqn: 6P _{3} rm N =it 2y rm N- it{4} over {3} P _{1} rm N], [eqn: P _{3} = {1} over {9} P _{1}]이므로 [eqn: y=P _{1}]이다. [eqn: x>y] 이고, (가)에서 [eqn: rm A]와 [eqn: rm B]의 몰수 비는 7:3이다. (나)에서 [eqn: rm C]의 부분 압력은 [eqn: {2} over {3} P _{1}]으로 (다)에서의 값과 같다.