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2016학년도 4월 고3 전국연합학력평가

정답 및 해설

• 4교시 과학탐구 영역 •

[화학Ⅱ]

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

[출제의도] 상태 변화에서의 엔탈피 변화 이해하기

[eqn: rm CO _{2} (its)]가 기체로 승화하는 과정에서 주변의 열에너지를 흡수하므로 [eqn: rm CO _{2}]의 엔탈피는 증가한다. [eqn: rm CO _{2} (its)] 위의 [eqn: rm H _{2} O(itl)]은 응고하는 과정에서 주변으로 열에너지를 방출하므로 [eqn: rmH _{2} O]의 엔탈피는 감소한다.

[출제의도] 분자 간 힘과 끓는점의 관계 이해하기

[eqn: rm F _{2}], [eqn: rmCl _{2}]는 분자의 쌍극자 모멘트가 0인 무극성 분자이고 [eqn: rmHF], [eqn: rmHCl]는 분자의 쌍극자 모멘트가 0보다 큰 극성 분자이다. ㄱ. 무극성 분자는 분자량이 클수록 분산력이 증가하여 끓는점이 높아지므로 끓는점이 높은 [eqn: rmCl _{2}]가 [eqn: rm F _{2}]보다 분산력이 크다. ㄴ. [eqn: rm HF]는 [eqn: rm HCl]보다 분자량이 작아 분산력은 작지만 분자 간 수소 결합을 하므로 끓는점이 높다. ㄷ. 분자 사이에 작용하는 힘이 클수록 끓는점이 높으므로 끓는점이 높은 [eqn: rmCl _{2}]가 [eqn: rmHCl]보다 분자 사이에 작용하는 힘이 크다.

[출제의도] 고체의 특성 비교하기

ㄱ. 석영 유리는 원자의 배열이 불규칙한 비결정성 고체이다. ㄴ. 다이아몬드는 원자 간 결합이 규칙적인 원자 결정(공유 결정)이므로 구성 원자 간 결합력이 일정하다. ㄷ. 얼음은 분자 간 결합으로 이루어진 분자 결정으로 원자 결정의 원자 간 결합보다 결합력이 약하므로 1기압에서 녹는점은 다이아몬드가 얼음보다 높다.

[출제의도] 기체 분자 운동론 이해하기

ㄱ, ㄴ. [eqn: PV] =[eqn: nRT]에서 [eqn: P][eqn: PROPTO][eqn: {nT} over {V}]이다. 용기 (가)와 (나)에는 같은 질량의 [eqn: rm N e]이 들어 있어 [eqn: n _{(가)}]=[eqn: n _{(나)}]이고, 단위 부피당 입자 수가 (가)에서가 (나)에서의 2배이므로, 2[eqn: V _{(가)}]=[eqn: V _{(`나)}]이다. 그리고 2[eqn: T _{(가)}]=[eqn: T _{(나)}]이므로, [eqn: {n _{(가)} T _{(가)}} over {V _{(가)}} = {n _{(나)} T _{(나)}} over {V _{(나)}}]에 의해 [eqn: P _{(가)}]=[eqn: P _{(나)}]이다. ㄷ. 분자의 평균 운동 에너지는 [eqn: T]에 비례하므로 (나)에서가 (가)에서의 2배이다.

[출제의도] 묽은 용액의 증기 압력 구하기

라울 법칙에 의해 일정한 온도에서 용액의 증기 압력=(용매의 증기 압력)×(용매의 몰분율)이다. 콕을 열기 전 물의 증기 압력은 [eqn: h rm ``mmHg]이고, 콕을 연 후 새로운 평형에서 물의 몰분율은 [eqn: {물``99몰} over {물``99몰+ rm X``1몰 it}]= 0.99이므로 [eqn: rm X]([eqn: aq])의 증기 압력은 0.99[eqn: h``rmmmHg]이다.

[출제의도] 물의 가열 곡선 이해하기

ㄱ. [eqn: rmH _{2} O]이 흡수한 열량([eqn: rm itQ])=비열([eqn: c])[eqn: TIMES]질량([eqn: m])[eqn: TIMES]온도 변화([eqn: DELTA t])이고, [eqn: m]이 같고 [eqn: DELTA t]가 같을 때 흡수한 [eqn: rm itQ]은 [eqn: rm H _{2} O]([eqn: l])>[eqn: rm H _{2} O]([eqn: s])이므로 [eqn: c]은 [eqn: rm H _{2} O]([eqn: l])>[eqn: rm H _{2} O]([eqn: s])이다. ㄴ. [eqn: rm A]는 0℃ 얼음, [eqn: rmB]는 0℃ 물이다. 얼음은 수소 결합으로 분자가 규칙적인 배열을 이루지만 물이 되면서 수소 결합 일부가 끊어지므로 분자당 평균 수소 결합 수는 [eqn: rmA]>[eqn: rmB]이다. ㄷ. 액체 구간 [eqn: rmBC]에서 물이 흡수한 에너지는 운동 에너지로 전환되거나 수소 결합을 끊는 데 이용된다.

[출제의도] 온도와 상변화 관계 이해하기

ㄱ, ㄴ. [eqn: 밀도(d)]=[eqn: {질량(w)} over {부피(V)}]에서 [eqn: w]이 같을 때 [eqn: d][eqn: PROPTO][eqn: {1} over {V}]이다. 가열 전후 고체 벤젠의 [eqn: d _{고체`벤젠`}]가 일정하고, [eqn: d _{물}]는 4℃에서가 0℃ 물보다 크므로 [eqn: V _{물}]는 4℃에서가 0℃ 물보다 작아져 [eqn: h_1]>[eqn: h_2]이다. 가열 전후 [eqn: d _{고체`벤젠`}]가 일정하므로 물의 [eqn: d _{물}]가 클수록 수면 위에 뜬 벤젠의 [eqn: V _{고체`벤젠}]는 증가하여 [eqn: V _{2}]>[eqn: V _{1}]이다. ㄷ. 4℃ 물에서 고체 벤젠은 융해되지 않았으므로 1기압에서 어는점은 벤젠이 얼음보다 높다.

[출제의도] 퍼센트 농도를 몰농도로 환산하기

수용액 (가)의 퍼센트 농도는 34%이므로 (가) 100[eqn: rmg]에는 34[eqn: rmg]의 [eqn: rmH_2 O_2]가 들어 있다. (가) 100[eqn: rmg]에서 용질의 몰수는 [eqn: {34 rm g it} over {34 rm g/몰 it}]=1몰이고 용액의 부피는 [eqn: ` {100 rm g it} over {1.2 rm g/mL it}]=[eqn: {100` rm } over {1.2} rm mL]이므로 (가)의 몰농도는 [eqn: {1몰} over {rm {100} over {1.2} mL TIMES {1L} over {1000mL} it}]=12[eqn: rmM]이다. 수용액 (나)의 퍼센트 농도는 3.4%이므로 수용액 100[eqn: rmg]에는 3.4[eqn: rmg]의 [eqn: rmH _{2} O _{2}]가 들어 있다. (나) 100[eqn: rmg]에서 용질의 몰수는 [eqn: {3.4 rm g it} over {34 rm g/몰 it}]=0.1몰이고 용액의 부피는 [eqn: ` {100 rm g it} over {1.0 rm g/mL it}]=100[eqn: rmmL]이므로 (나)의 몰농도는 [eqn: {0.1몰} over {100 rm mL` TIMES {1L} over {1000mL} it}]=1[eqn: rm M]이다.

[출제의도] 이상 기체 상태 방정식 이해하기

[eqn: PV] =[eqn: nRT]에서 [eqn: {PV} over {T```}][eqn: PROPTO][eqn: n]이다. 따라서 [eqn: rmA]~[eqn: rmC]에서 기체 [eqn: rmX]의 몰수 비([eqn: n _{rmA}]:[eqn: n _{rmB}]:[eqn: n _{rmC}])=2[eqn: a]:4[eqn: a]:2[eqn: a]=1:2:1이다. ㄱ. [eqn: n _{rmB}]는 [eqn: n _{rmA}]의 2배이다. ㄴ. [eqn: rmB]와 [eqn: rmC]에서 [eqn: V]는 같고 [eqn: n _{rmB}]는 [eqn: n _{rmC}]의 2배이므로 밀도는 [eqn: rmB]에서가 [eqn: rmC]에서의 2배이다. ㄷ. [eqn: {PV} over {n}][eqn: PROPTO][eqn: T]이다. [eqn: rmA]에서와 [eqn: rmC]에서의 [eqn: P]과 [eqn: n]는 같고, [eqn: V]는 [eqn: rmC]에서가 [eqn: rmA]에서의 2배이므로 [eqn: T]는 [eqn: rmC]에서가 [eqn: rmA]에서의 2배이다.

[출제의도] 헤스 법칙 적용하기

ㄱ. (가)는 [eqn: DELTAH]>0이므로 흡열 반응이다. ㄴ. (나)에서 [eqn: DELTA H] =[eqn: b` rm kJ]이므로 1몰의 [eqn: rm N _{2} O](g)가 생성될 때의 표준 생성 엔탈피([eqn: DELTA H])는 [eqn: {b} over {2}][eqn: rm kJ/몰]이다. ㄷ. 2[eqn: rm N _{2} O](g)+3[eqn: rm O _{2}](g)→2[eqn: rm N _{2} O _{4}](g)의 반응 엔탈피([eqn: DELTA H])는 헤스 법칙을 이용하여 다음과 같이 구한다.

2[eqn: rm N _{2}](g)+4[eqn: rm O _{2}](g)→2[eqn: rm N _{2} O _{4}](g)     [eqn: DELTA H] = 2[eqn: a][eqn: rmkJ]

2[eqn: rm N _{2} O](g)→2[eqn: rm N _{2}](g)+[eqn: rmO _{2}](g)       [eqn: DELTA H] = -[eqn: b][eqn: rmkJ]

2[eqn: rm N _{2} O](g)+3[eqn: rm O _{2}](g)→2[eqn: rmN _{2} O _{4}](g)   [eqn: DELTA H]=(2[eqn: a]-[eqn: b])[eqn: rmkJ]

[출제의도] 고체의 결정 구조 비교하기

ㄱ. (가) [eqn: rmCa]의 결정 구조는 면심 입방 구조이다. ㄴ. (나)에서 단위 세포 중심의 [eqn: rm Ca ^{2+}]과 가장 인접한 거리에 있는 [eqn: rmO ^{2-}]은 정육면체 면의 중심에 있는 6개이다. ㄷ. (가)의 단위 세포에 포함된 [eqn: rm Ca]의 수=[[eqn: {1} over {2}](면의 중심에 있는 [eqn: rm Ca])[eqn: TIMES]6개+[eqn: {1} over {8}](꼭짓점에 있는 [eqn: rm Ca])[eqn: TIMES]8개]=4이고, (나)의 단위 세포에 포함된 [eqn: RMCa ^{2+}]의 수=[1(중심에 있는 [eqn: RMCa ^{2+}])[eqn: TIMES]1개+[eqn: {1} over {4}](모서리에 있는 [eqn: RMCa ^{2+}])[eqn: TIMES]12개] =4이다.

[출제의도] 삼투압 이해하기

삼투압([eqn: PI])=몰농도([eqn: C])[eqn: TIMES]기체 상수([eqn: R])[eqn: TIMES]절대 온도([eqn: T])=[eqn: {nRT} over {V}]=[eqn: {wRT} over {MV it}]이므로 분자량([eqn: M]) =[eqn: {wRT} over {PI V it}]이다. ㄱ. 용액 (가)에서 [eqn: rmX]의 분자량은 [eqn: {0.18` rm TIMES `0.08 TIMES `300 it} over {0.24` TIMES `0.1` it}]=180이다. ㄴ. 같은 [eqn: T]에서 [eqn: C] 는 (나)가 (가)의 2배이므로 [eqn: PI]은 (나)가 (가)의 2배이다. 따라서 ㉠은 0.48이다. ㄷ. (가)와 (다)의 [eqn: C]는 같고, [eqn: PI][eqn: PROPTO][eqn: T]이므로 0.24:0.28=300:㉡이다. 따라서 ㉡은 350이다.

[출제의도] 반응열을 이용해 물의 온도 구하기

열량([eqn: Q])=열용량 ([eqn: C])[eqn: TIMES]온도 변화([eqn: DELTA t])=연소열[eqn: TIMES][eqn: rmX]의 몰수이므로 1[eqn: rmkJ/ CENTIGRADE][eqn: times]([eqn: t`]-10)℃=720[eqn: rm kJ]/몰[eqn: TIMES][eqn: {2 rm g it} over {32 rm g/몰 it}]이다. 따라서 [eqn: t]는 55이다.

[출제의도] 기체의 부분 압력 이해하기

[eqn: PV=nRT]에서 [eqn: V], [eqn: T]가 일정할 때 [eqn: P PROPTO n]이므로 반응 전 [eqn: rm C _{itx} H _{ity} O](g)가 2[eqn: n]몰이라면 [eqn: rmO _{2}](g)는 5[eqn: n]몰, 반응 후 [eqn: rmO _{2}](g)는 2[eqn: n]몰이다. 따라서 반응하는 [eqn: rm C _{itx} H _{ity} O]와 [eqn: rmO _{2}]의 몰수 비는 2:3이다.

2[eqn: rm C _{it x rm} H _{it y rm} O]+3[eqn: rmO _{2}]→2[eqn: x` rm CO _{2}]+[eqn: y` rm H _{2} O]

반응 전	2[eqn: n]	5[eqn: n]
반응	-2[eqn: n]	-3[eqn: n]	+2[eqn: x][eqn: n]	+[eqn: y][eqn: n]
반응 후	0	2[eqn: n]	2[eqn: x][eqn: n]	[eqn: y][eqn: n]

2[eqn: x]=[eqn: a], [eqn: y]=2[eqn: a]이므로 [eqn: y]=4[eqn: x]이고, 반응 전후 [eqn: rm O]의 몰수는 같으므로 8=4[eqn: x]+[eqn: y]이다. 따라서 [eqn: x]=1, [eqn: y]=4이다. 반응 전 [eqn: rmO _{2}] 5[eqn: n]몰의 부분 압력은 5기압이므로 반응 후 [eqn: rmO _{2}]는 2기압(2[eqn: n]몰), [eqn: rmCO _{2}]는 2기압(2[eqn: n]몰), [eqn: ` rm H _{2} O]는 4기압(4[eqn: n]몰)이다. 따라서 반응 후 전체 압력은 8기압이고, [eqn: rm CO _{2}]의 몰분율은 [eqn: {rm CO _{2} 의```몰수 it} over {전체```몰수}]=[eqn: {2n몰} over {8n몰}]=[eqn: {1} over {4}]이다.

[출제의도] 0.1M 탄산수소 나트륨 수용액 만들기

ㄱ. 0.1[eqn: rmM]의 [eqn: rm NaHCO _{3}]([eqn: aq])을 만들 때 사용하는 실험 기구  ㉠은 부피 플라스크이다. ㄴ. 표준 용액을 만드는 순서는 다음과 같다. ① 필요한 용질의 질량을 측정한다. ② 소량의 증류수가 들어 있는 비커에 용질을 녹인 후 부피 플라스크에 넣는다. ③ 증류수로 비커에 남아 있는 수용액을 씻어 부피 플라스크에 넣는다. ④ 부피 플라스크의 표선까지 증류수를 넣고 잘 섞는다. 따라서 실험 과정을 순서대로 옳게 배열하면 (다)[eqn: ->](나)[eqn: ->](가)이다. ㄷ. 0.1[eqn: rmM] [eqn: rm NaHCO _{3}]([eqn: aq])은 용액 1[eqn: rmL]에 [eqn: rm NaHCO _{3}] 0.1몰이 녹아 있는 용액이므로 필요한 [eqn: rm NaHCO _{3}]의 질량은 0.1몰[eqn: TIMES]84[eqn: rmg]/몰=8.4[eqn: rmg]이다.

[출제의도] 몰랄 농도 이해하기

1[eqn: m] [eqn: rmX] 수용액에서 용질, 용매, 용액의 질량 관계는 다음과 같다.

1[eqn: m] [eqn: rmX] 수용액	용액의 질량([eqn: rm g])	용매의 질량([eqn: rm g])	용질의 질량([eqn: rm g])
용액이 1000[eqn: rm g]인 경우	1000	1000-[eqn: x]	[eqn: x]
용매가 1000[eqn: rm g]인 경우	1000+[eqn: M]	1000	[eqn: M]

표에 따라 1[eqn: m]의 [eqn: rmX] 수용액 1000[eqn: rmg]에 녹아 있는 용질 [eqn: rmX]의 질량 [eqn: x]를 구할 때 용매 1000[eqn: rmg]을 기준으로 비례식을 세우면 용매:용질=1000 :[eqn: M] =(1000-[eqn: x]):[eqn: x]이고, 용액 (1000+[eqn: M])[eqn: rmg]을 기준으로 비례식을 세우면 용액 : 용질=(1000+[eqn: M]):[eqn: M] =1000:[eqn: x]이다. 따라서 [eqn: x]=[eqn: {1000M it} over {1000`+`M it}]이다. 용매의 질량은 일정하므로 용액의 몰랄 농도를 2배로 만들기 위해서는 처음 용질과 같은 질량인 [eqn: {1000M it} over {1000`+`M it}][eqn: rmg]만큼 추가로 녹여야 한다.

[출제의도] 반응 엔탈피와 결합 에너지 관계 이해하기

반응 엔탈피([eqn: DELTA H])=(반응물의 결합 에너지 합)-(생성물의 결합 에너지 합)이다. 4[eqn: times]([eqn: rm C]-[eqn: rmH])=[eqn: a`]이고, [([eqn: rm C]=[eqn: rmC])+4[eqn: times]([eqn: rm C]-[eqn: rmH])]-[([eqn: rm C]≡[eqn: rmC])+2[eqn: times]([eqn: rm C]-[eqn: rmH])]=[eqn: b` rm] 이므로 [([eqn: rm C]≡[eqn: rmC])-([eqn: rm C]=[eqn: rmC])]=[eqn: {a} over {2} `]-[eqn: `b]이다.

[출제의도] 끓는점 오름 비교하기

몰랄 농도([eqn: m])=[eqn: {용질의``몰수( rm 몰) it} over {용매의`질량( rm kg) it}]이고, 끓는점 오름([eqn: DELTA T _{b}])=몰랄 오름 상수([eqn: K _{b}])[eqn: TIMES][eqn: m]이다. ㄱ. 용액 (가)의 [eqn: m]=[eqn: {( {6.4 rm g it} over {128 rm g/몰 it} )} over {0.2 rm kg it}]=0.25[eqn: m]이므로 용매 [eqn: rmA]의 끓는점이 [eqn: t]일 때, 80.83-[eqn: t]=2.52[eqn: CENTIGRADE /m][eqn: TIMES]0.25[eqn: m]이고 [eqn: t]는 80.20℃이다. ㄴ. 용액 (나)의 [eqn: DELTA T _{b}]=81.46℃-80.20℃=2.52[eqn: CENTIGRADE /m][eqn: TIMES][eqn: {( {㉠ rm g it} over {128 rm `g/몰 it} )} over {0.1 rm kg it}]이므로 [eqn: ㉠]은 6.4이다. ㄷ. 용액 (가)와 (나)의 퍼센트 농도(%)는 각각 [eqn: {6.4} over {206.4}]×100(%), [eqn: {6.4} over {106.4}]×100(%)이므로 (나)의 퍼센트 농도는 (가)의 2배보다 작다.

[출제의도] 기체의 압력과 부피의 관계 이해하기

[eqn: PV=nRT]에서 [eqn: n], [eqn: T]가 일정할 때 [eqn: P][eqn: PROPTO][eqn: {1} over {V}]이다. 실린더 Ⅰ 속 [eqn: rm He]은 (가)에서 [eqn: P]=1기압, [eqn: V]=4[eqn: rmL]이고 (나)에서 고정 장치를 풀었을 때 [eqn: V]=2[eqn: rmL]이므로 [eqn: P]=2기압이다. 콕을 열고 충분한 시간이 흐른 후 Ⅰ, Ⅱ 속 기체의 [eqn: P]은 모두 2기압으로 같다. 콕을 열기 전 Ⅱ 속 [eqn: rmAr]은 [eqn: P]=1기압, [eqn: V]=1[eqn: rmL]이고 콕을 닫았을 때 Ⅱ 속 [eqn: rmAr]의 [eqn: P]=2기압이므로 [eqn: V]=0.5[eqn: rmL]이다. Ⅱ의 전체 [eqn: V]가 2[eqn: rmL]이므로 Ⅱ 속 [eqn: rmHe]의 [eqn: V]=2[eqn: rmL]-0.5[eqn: rmL]=1.5[eqn: rmL]이다. [eqn: PV]=[eqn: nRT]에서 [eqn: T], [eqn: P]이 일정할 때 [eqn: V][eqn: PROPTO][eqn: n]이므로 [eqn: rmHe]과 [eqn: rmAr]의 몰수 비([eqn: rmHe]:[eqn: rmAr])=1.5:0.5= 3:1이다.

[출제의도] 기체의 확산 속도와 분자량의 관계 이해하기

[eqn: PV=nRT]에서 [eqn: P], [eqn: T]가 일정할 때 [eqn: V][eqn: PROPTO][eqn: n]이므로 (가)에서 기체 [eqn: rmX], [eqn: rmY]의 몰수는 같다. ㄱ. (가)에서 [eqn: rmX], [eqn: rmY]가 각각 [eqn: n]몰이라면 (나)에서 용기 Ⅰ, Ⅱ에 남아 있는 [eqn: rmX], [eqn: rmY]는 각각 [eqn: {3} over {4}][eqn: n]몰, [eqn: {15} over {16}][eqn: n]몰이고, [eqn: V], [eqn: T]가 일정할 때 [eqn: n][eqn: PROPTO][eqn: P]이므로 용기의 압력은 Ⅱ>Ⅰ이다. ㄴ. 같은 시간 동안 이동한 기체의 몰수([eqn: n])[eqn: PROPTO]확산 속도([eqn: v])이다. 진공 용기로 이동한 [eqn: rmX], [eqn: rmY]는 각각 [eqn: {1} over {4}][eqn: n]몰, [eqn: {1} over {16}][eqn: n]몰이므로 확산 속도 비는 [eqn: {1} over {4}]:[eqn: {1} over {16}]=4:1이고, [eqn: v]는 분자량([eqn: M])의 제곱근에 반비례하므로 확산 속도 비는 [eqn: {v _{rm X it}} over {v _{rm Y it}}]=[eqn: {4} over {1}]=[eqn: sqrt {{M _{rm Y it} it} over {M _{rm X it} it}}]에서 16[eqn: M _{rmX}]=[eqn: M _{rmY}]이다. ㄷ. (나)에서 Ⅰ, Ⅱ에 존재하는 [eqn: rmX], [eqn: rmY]는 각각 [eqn: {3} over {4}][eqn: n]몰, [eqn: {15} over {16}][eqn: n]몰이고, [eqn: M _{rmX}]:[eqn: M _{rmY}]=1:16이므로 [eqn: w _{rmX}]:[eqn: w _{rmY}]=[eqn: {3} over {4}]×1:[eqn: {15} over {16}]×16=1:20이다. [eqn: rmX]와[eqn: rmY]의 부피는 같고 질량은 [eqn: rmY]가 [eqn: rmX]의 20배이므로 밀도는 [eqn: rmY]가 [eqn: rmX]의 20배이다.