2010학년도 대학수학능력시험 과학탐구영역 ( 화학Ⅰ )

정답 및 해설

<정답>

1. ⑤    2. ③   3. ②   4. ①     5. ③   6. ④   7. ④    8. ①   9. ①  10. ②

11. ⑤  12. ⑤  13. ④  14. ④    15. ②  16. ③  17. ①  18. ③  19. ①  20. ②

<해설>

1. 에탄올과 비눗물의 표면장력 크기를 비교하는 실험이므로 다른 실험 조건은 모두 같아야 한다. 즉, 액체의 온도, 스티로폼의 질량, 액체와 스티로폼의 접촉 면적이 동일해야 한다.

2. ㈎ 과정의 실험 내용을 살펴보면 삼각플라스크(②)가 사용되었고 p-아미노페놀 5g을 측정하려면 저울(⑤)이 필요하며, 아세트산 무수물 20mL를 재려면 부피실린더(④)이 필요하다. 물중탕은 ①과 같은 장치를 사용한다. 따라서 사용되지 않은 기구는 거름장치인 ③이다.

3. ① A는 NaN3가 열분해되어 생성되는 N2이다. 반응성이 작은 N2이지만 공기 성분 중 반응성이 가장 작은 것은 아니다. 비활성 기체인 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 반응성이 더 작다.

② NaHCO3에 HCl을 가하면 CO2 기체가 발생하며 CO2 는 물에 녹아 산성을 나타낸다.

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2

③ C는 금속인 Mg과 HCl이 반응하여 생성되는 수소(H2) 기체이다. 따라서 전구 충전제로 적합하지 못하다.

④ 과산화수소수에 이산화망간을 넣으면 산소(O2) 기체가 발생한다.

⑤ 연료 전지에 사용되는 것은 수소인 C와 산소인 D이다.

4. ㄱ. 센물에 합성세제(LAS)를 넣으면 앙금이 생성되지 않고 거품이 잘 생긴다.

ㄴ. 가열할 때 앙금이 생성되는 센물은 일시적 센물이며, 앙금은 CaCO3와 MgCO3이다. 실험 Ⅱ의 시험관에 아세트산을 넣으면 앙금이 녹으면서 CO2 가 생성된다.

ㄷ. 양이온 교환 수지에 센물을 통과시키면 Ca2+와 Mg2+ 가 제거되고 Na+ 가 1 : 2 의 이온수비로 나오므로 물의 양이온수는 증가한다.

5. 주어진 설명에 따라 원소들을 배치하면 다음과 같다.

따라서 상온에서 액체로 존재하는 물질은 Br2 이고 맞은편에 존재하는 원소는 K이다.

6. 미세한 점토입자를 응집시키는 단계인 ㈎는 약품투입실 다음 과정인 B이고, 미생물을 살균하는 단계인 ㈏는 여과지를 통과한 다음 과정인 C이다.

7. ㄱ. 화합물 A는 O3 가 2O2 로 될 때 O를 공급하여 Cl이 생성되어야 하므로 ClO이다.                 O3 + ClO → Cl + 2O2

ㄴ. ㈎에서는 프레온이 분해되어 Cl 원자가 생성되어야 하므로 햇빛이 필요하다.

ㄷ. ㈏에서 일어나는 반응은 산화・환원 반응에 속한다. 이는 O3 + ClO → Cl + 2O2 의 반응식에서 볼 수 있는 것처럼 산소 원자가 분리되고 결합하는 반응이기 때문이다.

8. ㄱ. 분자 당 연소열을 분자 당 탄소 원자수와 수소 원자수가 많을수록 크며, 분자량이 클수록 분자간 인력이 강하여 끓는점이 높다. 따라서 분자당 연소열을 끓는점이 높은 C가 A 보다 크다.

ㄴ. B를 크래킹하면 B보다 작은 분자가 되어야 하므로 D가 얻어질 수 없다.

ㄷ. D는 원유에서 끓는점이 가장 높은 탄화수소류로서 중유에 해당한다. D 이후에 찌꺼기로 남은 것이 아스팔트로서 도로 포장재로 사용된다.

9. 가정용 전선과 함석의 재료로 사용되므로 금속 A, B, C는 각각  구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn) 중의 하나에 해당한다. 금속의 반응성은 Zn > Fe > Cu이고 금속 A, B, C의 반응성은 C > A > B이므로 C는 Zn, A는 Fe, B는 Cu이다.

ㄱ. B인 Cu는 수증기와 반응하지 않는다.

ㄴ. C는 Zn으로 A인 Fe을 음극화 보호할 때 사용된다.

ㄷ. B, C의 합금의 녹는점은 B보다 항상 낮은 온도에서 녹는다.

10.  A는 조력 에너지이고, B는 바이오 에너지, C는 태양 에너지이며, D는 수소 에너지이다. A~D에 해당되지 않는 것은 지열 에너지이다.

11. 주어진 고분자 화합물은 순서대로 폴리아크릴로니트릴, 6-나일론, 녹말, 폴리스틸렌이다.

열경화성 고분자는 녹말 한 가지이고, 축합중합 고분자는 6-나일론과 녹말 두 가지이다.

사슬구조 고분자는 네 가지이고, 단위체가 두 종류인 것은 폴리아크릴로니트릴 한 가지이다. 펩티드 결합이 있는 고분자는 6-나일론 한 가지이다.

12. ① 코크스와 산소가 반응하여 생성되는 화합물 A는 CO로서 유독성 기체이다.

② B는 철광석을 환원시키면서 생성되는 기체로 CO2 이다. 이는 대표적인 온실 기체이다.

③ C는 CaCO3이 주성분인 석회석이다. C는 슬래그의 생성에 관여한다.

④ ㈎에서 철광석의 산화철은 환원되어 철이 생성된다.

⑤ ㈏에 Ca는 +2가 이온으로 변화가 일어나지 않는다.

13. ㄱ. A는 CH≡CH에 수소가 첨가되어 생성된 에틸렌으로 CH2=CH2 이다. 따라서 A는 폴리에틸렌의 단위체이다.

ㄴ. B는 CH2=CH2 에 물이 첨가되어 생성된 에탄올(C2H5OH)로서 은거울 반응을 하지 않는다.

ㄷ. 반응 ㈎는 에틸렌에 물이 첨가되는 반응이고, 반응 ㈏는 에탄올이 아세트산으로 산화되는 반응이다.

14. 일정한 질량의 헬륨 기체의 밀도를 나타낸 것이므로 밀도가 클수록 기체의 부피가 작은 것을 나타낸다.

ㄱ. A와 B에서 압력을 1기압으로 했을 때 B의 부피가 2배로 되어 밀도가 A보다 작을 것이다. 같은 압력에서 B의 밀도가 작으므로 온도는 B가 A보다 높다. 따라서, 분자운동속력은 A < B이다.

ㄴ. D의 압력을 1기압으로 하면 부피가 3배로 늘어나 밀도는 [eqn: 1 over 3]이어야 하므로 평균 분자 운동 에너지는 A보다 D가 더 크다. 이는 A보다 D의 온도가 높기 때문이다.

ㄷ. 밀도가 같은 C와 D의 부피는 같으므로 분자간 평균 거리가 같다.

15.  실험 결과로부터 시료로 주어지는 수용액의 용질은 Na2CO3임을 알 수 있다.

ㄱ. 2Na+ + CO32- + Mg2+ + 2Cl- → MgCO3 + 2Na+ + 2Cl- 의 반응이 일어나므로 수용액 전체 이온의 수는 증가한다.

ㄴ. ㈐에서는  2Na+ + CO32- + 2H+ + 2Cl-  → 2Na++ 2Cl- + H2O + CO2 의 반응이 일어나므로 알짜 이온 반응식은 CO32- + 2H+ → H2O + CO2 이다.

ㄷ. ㈏, ㈐에서 발생하는 기체는 모두 CO2로서 동일하다.

㈏ 반응 : MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + H2O + CO2

16. 탄소수가 세 개인 사슬모양 탄화수소에는 C3H8, C3H6, C3H4 의 세 가지가 있다.  주어진 자료에서 A는 C3H8 , B는 C3H6, C는 C3H4 이다.

ㄱ. A는 포화탄화수소인 프로판이므로 염소와 치환반응을 할 수 있다.

C3H8 + Cl2 → C3H7Cl + HCl

ㄴ. 분자의 상대적인 질량은 수소가 가장 많은 A가 가장 크다.

ㄷ. 완전연소시킬 때 한 분자 당 필요한 산소량이 가장 큰 것은 A이다. 이는 탄소 원자수는 같고 수소 원자수가 가장 많기 때문이다.

17. 금속 C 이온의 수용액에서 음이온을 D라고 하면 수용액의 용질은 CD이다. 이는 [eqn: 양이온수 over 음이온수]=1이기 때문이다.

ㄱ. A와 B 모두 C 이온과 반응을 하므로 A와 B의 반응성을 비교할 수 없다.

ㄴ. A와 CD 수용액의 반응에서 A와 C 이온이 반응하는데 이온수가 [eqn: 1 over 2]로 감소하므로 A 이온의 전하량이 C 이온의 2배임으로 알 수 있다. 마찬 가지 B와 CD의 반응에서는 이온수의 비가 0.5 미만으로 감소하므로 B 이온의 전하량을 그래프에서 판단해보면 +3이다. 즉, 금속 이온의 전하는 A < B이다.

ㄷ. A는 ㈎에서 모두 반응하고, B는 ㈏에서 모두 반응하는데, 이때 금속 A나 B는 같은 수의 C 이온과의 반응이다. 이온으로 된 금속의 질량이 ㈎ > ㈏ 이므로 용액의 밀도는 ㈎ > ㈏ 이다.

18.  ㈎에서 X의 분자수는 Y의 3배이다. ㈏에서는 X와 Y가 같아졌으므로 진공 속으로 X가 많이 빠져나갔으므로 확산 속도는 X > Y이다. 액화되었을 때 Y 만 남았으므로 끓는점은 X > Y이다.

ㄱ. ㈎에서 용기 A에 들어 있는 기체의 부피는 X와 Y가 같다.

ㄴ. X의 확산 속도가 빠르므로 분자의 질량이 X가 작다. 따라서 A에 들어 있는 기체의 밀도는 질량이 작은 X가 더 작다.

ㄷ. X의 액체 상태인 조건에서 Y는 기체로 존재하므로 액체 분자간 인력은 액화가 쉬운 X가 Y보다 크다.

19. 수산화바륨과 황산이 반응하면 중화 반응과 앙금 생성 반응이 동시에 일어난다.  Ba(OH)2 + H2SO4 →  BaSO4 + 2H2O

ㄱ. 양이온수의 0이 되는 점이 중화점이므로 중화점에서의 온도는 A가 B보다 높다. 같은 양이 수산화바륨이 모두 중화될 때의 온도가 A > B이므로 혼합 용액의 부피는 B > A이다. 따라서 수용액의 농도는 A > B이고 같은 온도에서의 pH는 양이온이 많은 남은 ㈎의 염기성이 크므로 ㈎ > ㈏이다.

ㄴ. 생성된 물의 양은 ㈏ = ㈐ 이다. 양이온의 수가 같기 때문에 동일한 양이 중화 반응을 하였다는 것을 알 수 있다.

ㄷ. 전기전도도는 이온의 농도가 가장 큰 ㈎에서 가장 크다.

20.  각 화합물을 기호를 붙여 차례로 (I), (Ⅱ), (Ⅲ), (Ⅳ), (Ⅴ)리고 하면

(Ⅰ)                  (Ⅱ)

(Ⅲ)          (Ⅳ)        (Ⅴ)

㈎ 브롬과 첨가반응 하는 화합물은 (Ⅱ), (Ⅲ), (V)이다.

㈏ 염기와 중화반응 하는 화합물은 (Ⅰ), (Ⅲ), (Ⅳ)이다.

㈐ 에스테르화반응을 할 수 있는 작용기가 있는 화합물은 (Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ), (Ⅳ)이다.

따라서 A에 해당하는 물질은 0가지이고, B에 해당하는 물질은 (Ⅱ) 1가지, C에 해당하는 물질은 (Ⅰ),(Ⅳ) 두 가지이다. (Ⅲ)은 공통이므로 빠져야 한다.