수능(화학II) 필기 기출문제복원 (2011-10-12)

수능(화학II)
(2011-10-12 기출문제)

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1. 다음은 2주기 원소 A~D의 수소 화합물의 구조식이다.

화합물 (가)~(라)에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A~D는 임의의 원소 기호이다.)

  1. (가)는 평면 구조이다.
  2. (나)는 무극성 분자이다.
  3. (라)는 분자 사이에 수소 결합을 한다.
  4. 결합각의 크기는 α < β < γ이다.
  5. 쌍극자 모멘트의 합은 (가)가 (다)보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "(라)는 분자 사이에 수소 결합을 한다." 이다.

    이유는 (라)의 구조에서 분자 사이에 수소 결합이 형성되기 때문이다. 수소 결합은 수소 원자가 전자를 공유하는 것이 아니라 다른 원자의 전자를 인지하여 결합하는 것으로, 분자 간의 인력을 강화시키는 역할을 한다. 따라서 (라)는 분자 간의 인력이 강해지므로 높은 녹는점과 끓는점을 가지게 된다.
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2. 그림은 보어의 수소 원자 모형에서 전자 전이 a ~ e를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - ㄱ: 전자가 a에서 e로 이동하면서 에너지가 방출되어 스펙트럼이 발생한다.
    - ㄴ: 전자가 e에서 a로 이동하면서 에너지가 흡수되어 스펙트럼이 발생한다.
    - ㄷ: 전자가 b에서 c로 이동하면서 에너지가 방출되어 스펙트럼이 발생한다.
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3. 그림은 물 100 g에 요소 x g을 녹인 수용액을 냉각시킬 때 시간에 따른 온도를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 요소의 분자량은 60이고, 물의 어는점 내림 상수 Kf=1.86℃/m이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 온도가 0℃에서 얼음이 녹을 때까지 일정하게 유지되는 것을 의미한다. 이는 얼음이 녹는 과정에서는 온도가 변하지 않기 때문이다. "ㄷ"는 요소 x가 물과 혼합됨으로써 물의 어는점이 내려갔기 때문에, 물이 얼기 시작하는 온도가 낮아졌다는 것을 의미한다. 이는 물의 어는점 내림 상수 Kf에 따라 계산할 수 있다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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4. 그림 (가)는 압력 P에서 온도에 따른 기체 X의 용해도를, (나)는 40℃에서 압력에 따른 기체 X의 용해도를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, 그림 (가)에서 압력이 일정하게 유지되는 상황에서 온도가 증가함에 따라 기체 X의 용해도가 감소하는 것을 보여주고 있기 때문이다. 이는 기체 X가 온도가 증가함에 따라 더 적극적으로 기체 상태로 돌아가려는 경향이 있기 때문이다. 그러므로, 온도가 증가함에 따라 기체 X의 용해도가 감소하는 것은 일반적인 기체의 특성이며, 이는 그림 (가)에서도 잘 나타나 있기 때문이다.
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5. 다음은 염화칼슘(CaCl2)과 질산암모늄(NH4NO3)의 용해열을 알아보기 위한 실험이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 화학식량은 CaCl2=111, NH4NO3=80이고, 열량계가 얻은 열량은 무시하고 두 수용액의 비열은 같다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    - 염화칼슘과 질산암모늄을 각각 물에 녹인 후, 두 용액을 섞으면 온도가 낮아진다. 이는 엔탈피 변화가 음수이기 때문이다. 따라서, 용해열을 구하는 실험이다.
    - 실험에서는 두 용액의 양이 같으므로, 용액의 질량은 같다. 또한, 두 용액의 비열도 같다고 했으므로, 두 용액의 온도 변화량도 같다.
    - 따라서, 두 용액의 온도 변화량을 측정하여 용해열을 구할 수 있다.
    - 실험 결과, 두 용액을 섞으면 온도가 10℃에서 2℃로 8℃만큼 낮아졌다. 이는 염화칼슘과 질산암모늄이 반응하여 열을 흡수했기 때문이다.
    - 따라서, 염화칼슘과 질산암모늄의 용해열은 양수이다.
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6. 그림은 다전자 원자에서 오비탈의 에너지 준위를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 오비탈의 에너지 준위가 낮은 순서대로 채워진 것을 나타내고 있습니다. 즉, 전자가 가장 낮은 에너지 준위부터 차례대로 채워지는 것을 의미합니다. 이는 폴리의 원칙에 따른 것으로, 전자는 가능한 한 낮은 에너지 준위에 먼저 채워지기 때문입니다.
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7. 표는 원자 번호가 연속인 2 ~ 3주기 원소 A ~ F의 제2 이온화 에너지(E2) 및 제3 이온화 에너지(E3)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A ~ F는 임의의 원소 기호이며, 원자 번호 순이다.) [3점]

  1. B와 F는 비금속 원소이다.
  2. C와 D는 같은 주기 원소이다.
  3. 원자 반지름이 가장 큰 것은 F이다.
  4. 제1 이온화 에너지(E1)가 가장 작은 것은 D이다.
  5. A와 E로 이루어진 화합물은 고체 상태에서 전기 전도성이 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 표에서 제1 이온화 에너지(E1)는 나와 있지 않으므로, 이를 가장 잘 대변하는 값은 원자 번호이다. 원자 번호가 증가할수록 전자 껍질에 있는 전자의 수가 증가하므로, 이를 빼앗기 위해서는 더 많은 에너지가 필요하다. 따라서, 원자 번호가 증가할수록 제1 이온화 에너지(E1)는 증가한다. 따라서, D의 원자 번호가 가장 작으므로 제1 이온화 에너지(E1)가 가장 작다.
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8. 다음은 과망간산 이온()과 철 이온(Fe2+)의 산화ㆍ환원 반응식이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, a ~ d 는 반응식의 계수이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ"이다.

    과망간산 이온(MnO4-)은 산화제이고, 철 이온(Fe2+)은 환원제이다. 산화제는 다른 물질을 산화시키고, 환원제는 다른 물질을 환원시킨다.

    반응식에서 과망간산 이온은 MnO4- → Mn2+로 산화되고, 철 이온은 Fe2+ → Fe3+로 환원된다. 이때, 산화된 과망간산 이온의 전자는 환원된 철 이온에게 전달된다.

    따라서, 올바른 설명은 "ㄱ"이다.
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9. 다음은 네 가지 고체 물질 다이아몬드(C), I2, KCl, Mg의 성질을 정리한 것이다.

물질 (가)~(라)에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, (가)~(라)는 각각 제시된 네 가지 물질 중 하나이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - (가) 다이아몬드(C): 고열과 고압에서 만들어지며, 가장 단단한 물질 중 하나이다. (ㄱ)
    - (나) I2: 분자간에 분산력이 작아 상온에서는 고체 상태가 아닌 기체 상태이다. (ㄷ)
    - (다) KCl: 이온 결합을 이루는 화합물로, 고체 상태에서 전기전도성을 가진다. (ㄱ, ㄴ)
    - (라) Mg: 알칼리토금속으로, 고체 상태에서 전기전도성을 가진다. (ㄴ, ㄷ)

    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 이다.
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10. 그림은 H2(g)와 I2(s)로부터 HI(g)가 생성되는 반응의 에너지 관계를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기에서 "ㄱ"은 반응 엔탈피가 음수이므로 반응이 발열반응임을 나타낸다.
    - "ㄴ"은 반응 생성물인 HI의 엔탈피가 생성물인 H2와 I2의 엔탈피 합보다 작으므로 반응은 엔탈피적으로 유리하다는 것을 나타낸다.
    - "ㄷ"는 반응 생성물인 HI의 엔탈피가 생성물인 H2와 I2의 엔탈피 합보다 작으므로 반응은 엔탈피적으로 유리하다는 것을 나타내고, 반응 활성화 에너지가 크므로 반응속도가 느리다는 것을 나타낸다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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11. 그림 (가)는 일정량의 물질 X를 압력 P1에서 가열할 때 온도에 따른 밀도를, (나)는 X의 상평형 그림을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ"은 물질 X가 압력이 증가할수록 밀도가 증가하고, "ㄷ"는 물질 X가 압력 P2에서는 고체 상태이고, 압력 P3에서는 기체 상태이며, 이 두 압력 사이에서는 액체 상태임을 나타내기 때문이다.
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12. 그림은 300K에서 기체 X 1몰의 압력에 따른 값을 나타낸 것이다.

기체 X에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답이 "ㄴ"인 이유는, 기체 X의 압력이 증가함에 따라 그래프 상에서 값이 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 보일-샤를의 법칙에 따라, 기체의 압력이 증가하면 그 기체의 부피는 감소하기 때문이다. 따라서, 압력이 증가할수록 분자들이 서로 가까워지면서 부피가 작아지므로 값이 감소하는 것이다.
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13. 다음은 AB(g)와 B2(g)로부터 AB2(g)가 생성되는 반응의 반응 메커니즘과 반응 경로에 따른 엔탈피를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 보기 에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄴ"입니다.

    AB(g)와 B2(g)로부터 AB2(g)가 생성되는 반응 메커니즘은 단계별로 진행되며, 각 단계에서의 반응 엔탈피 변화는 다음과 같습니다.

    1. AB(g) + B2(g) → ABB2(g) (반응 엔탈피: -ΔH1)
    2. ABB2(g) → AB2(g) + B(g) (반응 엔탈피: -ΔH2)

    따라서 전체 반응의 엔탈피 변화는 ΔH반응 = -ΔH1 -ΔH2입니다.

    보기에서 "ㄴ"이 정답인 이유는, 반응 엔탈피가 음수이므로 이 반응은 엔탈피 방출 반응이며, 열역학적으로 유리한 반응임을 나타냅니다.
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14. 다음은 강철 용기에서 NO2(g)가 반응하여 N2O4(g)를 생성할 때의 열화학 반응식과 반응 시간에 따른 용기 내 전체 압력을 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄴ, ㄷ"가 옳은 이유는 다음과 같다.

    - 반응 시간이 증가함에 따라 용기 내 NO2의 양이 감소하고, N2O4의 양이 증가한다. 이는 열화학 반응식에서 NO2가 N2O4로 전환되는 반응이 일어나기 때문이다.
    - 반응이 일어나면서 생성된 N2O4의 양이 증가하면서 용기 내 전체 압력이 증가한다. 이는 가스의 상태방정식(PV=nRT)에서 압력과 몰수가 비례하기 때문이다.
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15. 다음은 일정한 온도에서 기체의 성질을 알아보기 위한 실험이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 유리관의 부피와 피스톤의 무게 및 마찰은 무시한다.) [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기 중 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 다음과 같다.

    - 유리관 내부의 기체가 압축될 때, 기체 분자들이 서로 부딪히면서 운동 에너지가 증가하고, 이에 따라 온도가 상승한다. 따라서, 피스톤을 누르면서 압축이 일어날 때 온도가 증가한다.
    - 압축이 일어나면서 기체의 부피가 감소하고, 이에 따라 기체 분자들이 서로 가까워져 상호작용이 증가한다. 이는 기체의 압력이 증가하는 것을 의미한다. 따라서, 피스톤을 누르면서 압축이 일어날 때 압력이 증가한다.

    따라서, "ㄱ, ㄴ"이 옳은 것이다.
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16. 다음은 일정한 온도에서 수용액의 증기압을 측정하는 실험이다.

이에 대한 옳은 설명만을 보기 에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 수용액의 증기압은 온도가 높아질수록 증가한다는 것을 알 수 있다. 따라서 그래프 상에서는 온도가 높아질수록 증기압이 증가하는 경향을 보인다. 이에 따라서, 온도가 80℃일 때의 증기압이 온도가 60℃일 때의 증기압보다 높다는 것을 알 수 있다. 따라서 정답은 "ㄷ"이다.
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17. 그림은 25℃에서 두 가지 수용액을, 표는 아세트산과 암모니아의 이온화 평형과 이온화 상수를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25℃에서 물의 이온곱 상수 Kw=1.0 × 10-14이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • - 보기 ㄱ: 아세트산은 약산이므로 pH가 7보다 작을 때 더 많은 이온화를 일으킨다. 따라서 pH가 4.5일 때 아세트산의 이온화 상수가 더 크다. 암모니아는 약염기이므로 pH가 7보다 클 때 더 많은 이온화를 일으킨다. 따라서 pH가 11.5일 때 암모니아의 이온화 상수가 더 크다. 따라서 두 용액의 pH가 각각 4.5와 11.5일 때, 아세트산과 암모니아의 이온화 상수가 각각 크다.
    - 보기 ㄴ: 두 용액의 pH가 모두 7보다 작으므로 물보다 더 많은 양의 수소 이온(H+)이 존재한다. 따라서 두 용액 모두 산성이다. 그러나 아세트산의 이온화 상수가 더 크므로 아세트산의 수소 이온 농도가 더 높다. 따라서 아세트산 용액의 pH가 더 낮다.
    - 보기 ㄷ: 두 용액 모두 pH가 7보다 크므로 물보다 더 많은 양의 수산화 이온(OH-)이 존재한다. 따라서 두 용액 모두 염기성이다. 그러나 암모니아의 이온화 상수가 더 크므로 암모니아의 수산화 이온 농도가 더 높다. 따라서 암모니아 용액의 pH가 더 높다.
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18. 다음은 Na(g)과 F(g)가 Na+(g)과 F-(g)으로 되는 열화학 반응식과 Na+(g)과 F-(g)이 결합을 형성할 때 이온 간 거리에 따른 에너지를 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 보기 에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 이온 간 거리가 짧아질수록 결합 에너지는 증가한다. 따라서 Na+(g)과 F-(g)가 결합할 때 이온 간 거리가 가장 짧은 경우가 가장 안정적인 상태이다. 이는 그림에서 이온 간 거리가 0.2 nm일 때 결합 에너지가 최소값을 가지는 것으로 확인할 수 있다. 따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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19. 그림은 25℃에서 염기 BOH 수용액 20mL를 0.1M 염산(HCl)으로 적정한 중화 적정 곡선이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25℃에서 물의 이온곱 상수 Kw=1.0 × 10-14이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    - ㄱ. 염기 BOH의 몰농도는 0.01M이다. (X)
    - ㄴ. 염기 BOH의 pKb는 4.74이다. (O)
    - ㄷ. 염기 BOH의 적정용액 20mL에 대해 필요한 염산(HCl) 용액의 몰농도는 0.02M이다. (O)

    설명:
    - 보기에서 제시된 염기 BOH의 몰농도는 0.1M이 아니라 0.01M이다. 따라서 ㄱ은 오답이다.
    - 그림에서 중심부에 있는 점은 pH=8일 때이다. 이때 염기 BOH와 그 염기의 염인 BO-의 농도비는 1:1이므로, pKb=8.26에서 pOH=8일 때 BOH와 BO-의 농도는 모두 0.1M이다. 따라서 BOH의 pKb는 4.74이다. 따라서 ㄴ은 정답이다.
    - 중심부에서 pH=7일 때, 즉 중화점에서 BOH와 H+의 농도는 모두 0.01M이다. 따라서 필요한 염산(HCl) 용액의 몰농도는 (0.01M) × (20mL) / (1000mL) = 0.0002mol 이다. 이를 1L로 확장하면 0.02M이 된다. 따라서 ㄷ도 정답이다.
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20. 그림과 같은 장치를 이용하여 1.0M 질산은(AgNO3) 수용액과 1.0M 황산구리(Ⅱ)(CuSO4) 수용액을 전기 분해하였더니 전극 (나)의 질량이 1.08 g 증가하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 전극은 백금을 사용하였고, 원자량은 Ag=108, Cu=64이다.) [3점]

  1. 흘려준 전하량은 0.1 F이다.
  2. 두 수용액의 pH는 모두 감소한다.
  3. 전극 (나)에서 산화 반응이 일어난다.
  4. 전극 (라)의 질량은 0.64 g 증가한다.
  5. 전극 (가)와 (다)에서 발생하는 기체의 몰수 비는 1 : 2이다.
(정답률: 알수없음)
  • 전극 (나)에서 일어난 반응은 Ag+ + e- → Ag이다. 따라서 0.1 F의 전하량이 흘러들어가면 Ag의 질량이 108 g/mol에 따라 1.08 g 증가한다. 이는 Ag+ 이온이 전극 (나)에서 환원되어 Ag 금속이 생기기 때문이다. 반면에 Cu2+ 이온은 전극 (라)에서 환원되어 Cu 금속이 생기지만, 이는 전극 (나)에서 일어난 반응과는 무관하다.

    두 수용액에서는 질산 이온과 황산 구리 이온이 전해질 때 각각 H+ 이온과 Cu2+ 이온이 생성되므로 수용액의 pH는 모두 감소한다.
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