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>>>  2010 수능 해설 | 과학탐구 영역 화학Ⅱ

화학Ⅱ

정	답

1. ①	2. ④	3. ⑤	4. ②	5. ③

6. ③	7. ①	8. ④	9. ⑤	10. ③

11. ③	12. ②	13. ②	14. ④	15. ①

16. ⑤	17. ⑤	18. ②	19. ③	20. ④

해	설

1. 원자 번호와 질량수	①

정답

이온 모형에서 양성자는 3개이고, 중성자는 4개이며, 전자는 2개이다.

ㄱ. 양성자가 전자보다 1개 많은 상태의 이온이므로 +1가의 양이온이다.

ㄴ. 원자 번호는 양성자수와 같으므로 3이다.

ㄷ. 질량수는 양성자수와 중성자수의 합이므로 7이다.

2. 기체의 분압과 평균 분자 운동 속력	④

정답

ㄱ. 칸막이를 제거한 후에 기체의 전체 압력을 구하기 위해 He 기체의 몰수와 Ar 기체의 몰수의 합이 일정하다는 것을 이용하면 (1기압 × 5L) + (2기압 × 5L) = P × 10L에서 전체 압력 P = 1.5(기압)이다.

ㄴ. 기체의 부분 압력은 (전체 압력) × (몰분율)이며, 기체의 몰수는 He : Ar = 1 : 2이므로 He의 부분 압력은 Ar보다 작다.

ㄷ. 온도가 일정하므로 He 기체의 평균 분자 운동 속력은 일정하다.

3. 분자의 구조	⑤

정답

중심 원자가 C, N, O일때 수소화합물은 각각 CH4, NH3, H2O이다.

ㄱ. CH4은 정사면체 구조, NH3는 삼각뿔 구조, H2O은 굽은 구조로서 CH4의 결합각이 109.5°로 가장 크다.

ㄴ. CH4은 비공유 전자쌍이 없고, NH3는 1쌍, H2O은 2쌍의 비공유 전자쌍이 존재한다.

ㄷ. NH3와 H2O은 전기 음성도가 큰 N와 O에 결합된 H를 갖고 있으므로 분자 사이에 수소 결합을 할 수 있다.

4. 동위원소	②

정답

ㄱ. 동위원소는 양성자수는 같고 중성자수가 달라서 질량수가 서로 다른 원소이다.

ㄴ. 평균 원자량은 동위 원소의 존재 비율을 고려하여 나타내며, C의 원자량이 12C의 상대 원자 질량에 가까운 값인 12.01인 것으로 보아서 자연에 존재하는 비율은 12C > 13C이다.

ㄷ. 동위 원소의 상대 원자 질량이 12C < 13C < 14C이므로 1g에 들어있는 원자수는 14C < 13C < 12C의 순서로 많다.

5. 루이스 전자점식	③

정답

두 화합물의 전자 배치로 보아서 A의 원자가전자수는 6개, B의 원자가전자 수는 4개, C의 원자가전자수는 7개이므로 각각 16족, 14족, 17족이며 원자 번호는 B < A < C이다.

6. 금속 결정과 이온 결정	③

정답

화합물 AB의 모형으로 보아서 A+, B-의 결합으로 이루어진 이온 화합물이므로 3주기 1족 원소인 A는 Na이고, 3주기 17족 원소인 B는 Cl이다.

ㄱ. A는 알칼리 금속이고, B는 할로겐 원소이므로 2A + B2 → 2AB의 반응에 의해 이온 화합물인 AB가 생성된다.

ㄴ. 알칼리 금속은 녹는점이 낮은 편이며, 이온 간의 강한 정전기적 인력에 의해 결정을 이루고 있는 이온 결정인 AB의 녹는점이 A보다 높다.

ㄷ. 금속 결정과 이온 결정은 용융 상태에서 전기 전도성을 갖는다.

7. 할로겐과 할로겐화수소의 끓는점 비교	①

정답

A, B, C는 이원자 분자로 존재하는 할로겐 원소이며, 원자 번호가 클수록 끓는점이 높으므로, A는 Br2, B는 Cl2이다. 할로겐의 전기 음성도는 Br < Cl < F의 순서로 크므로 수소와의 전기 음성도 차이가 가장 작은 C는 HBr이고, D는 HCl, E는 HF이다.

ㄱ. A(Br2)의 끓는점이 B(Cl2)보다 높은 것은 분산력이 크기 때문이다.

ㄴ. C(HBr)는 D(HCl)보다 극성 차이가 작지만 끓는점이 높은 것은 C의 분산력이 D보다 크기 때문이다.

ㄷ. 분자량이 작은 E(HF)의 끓는점이 D(HCl)보다 높은 것은 E에서 분자 사이에 수소 결합력이 작용하기 때문이다. 분자 내 결합 에너지는 끓는점에 영향을 주지 않는다.

고난도

8. 약한 산과 강한 염기의 중화 적정	④

정답

HA는 농도가 0.1M인 약한 산으로서 적정 전 pH = 2이므로 [H+] = 0.01M이며 이온화도(α) = 0.1이다. 따라서 HA ⇄ H+ + A-의 이온화 반응에서 10%의 HA 분자가 이온화하므로 (가)에서 HA : A-의 입자수비는 9 : 1이다.

(나)에서 HA + NaOH → NaA + H2O의 중화 반응이 [eqn: {1} over {2}]만큼 진행된 상태이므로 HA와 A-의 입자수비는 1 : 1이며, 전체 10개의 입자 중 HA와 A-은 5개씩이다.

(다)는 중화점으로서 염인 NaA의 음이온인 A-이 A- + H2O ⇄ HA + OH-과 같이 가수 분해한다. 그러나 A-의 Kb = 10-11정도로서 매우 소량의 A-이 HA로 변화되므로 A-의 개수에 비해 HA의 개수는 매우 적은 양이다.

9. 산화수와 산화 ․ 환원 반응	⑤

정답

ㄱ. (가)에서 NOF에서 F의 산화수가 -1, O의 산화수가 -2이므로 N의 산화수는 +3이다.

ㄴ. (가)에서 NO는 에서 N의 산화수는 +2이고, NOF에서 N의 산화수는 +3이므로 산화되었고, (나)에서 N은 산화수가 +2에서 0으로 감소했으므로 환원되었다.

ㄷ. (다)에서 H의 산화수는 0에서 -1로 감소했으므로 환원되었으며, H2는 산화제이다.

10. 순차적 이온화 에너지	③

정답

원소 A는 순차적 이온화 에너지가 E5 ≪ E6로 큰 차이를 보이므로 2주기 15족 원소인  N이며, 원소 B는 E6 ≪ E7이므로 2주기 16족 원소인 O이다.

ㄱ. A는 [eqn: 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{3}]의 전자 배치를 가지며 원자가전자수는 5개이다.

ㄴ. A는 홀전자수가 3개이며, B는 [eqn: 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{4}]의 전자 배치를 가지며 홀전자수가 2개이다.

ㄷ. 기체 상태의 원자 B에서 전자 2개를 떼어내는 데 필요한 에너지는 (1.3 + 3.4) × 103 kJ/몰이다.

11. 이상 기체와 실제 기체	③

정답

ㄱ. A에서 [eqn: {PV} over {RT}] < 1인 것은 분자 사이에 인력이 작용했기 때문이다.

ㄴ. B에서 [eqn: {PV} over {RT}] = 1이므로 이상 기체처럼 행동하며, 400기압, 300K에서 기체 1몰의 부피는 22.4L가 아니고,

[eqn: V`=` {RT} over {P} `=` {(0.082)(300)} over {(400)}] = 0.0615(L)이다.

ㄷ. A에서 [eqn: {PV} over {RT}] = [eqn: {1} over {2}]이므로

[eqn: V`=` {1} over {2} TIMES {RT} over {P} `=` {1} over {2} TIMES {R TIMES 300} over {100} `= {3} over {2} R]이고, B에서 [eqn: {PV} over {RT}] = 1이므로 [eqn: V`=` {RT} over {P} `= {R TIMES 300} over {400} `= {3} over {4} R]이다. 따라서 기체의 부피비는 A : B = 2 : 1이다.

12. 전기 분해	②

정답

ㄱ. 구리를 정제할 때 순수한 구리는 환원 반응이 일어나는 (-)극에 연결한다.

ㄴ. Fe은 Cu보다 표준 환원 전위가 작으므로 산화가 잘 되고 Fe2+은 Cu2+보다 환원되기 어렵다. 따라서 수용액에 Fe2+ 상태로 존재한다.

ㄷ. 10A의 전류가 9650초 동안 흐르면 전하량은 96500C으로서 1F이다. [eqn: Cu ^{2+} ``+``2e ^{-} `` -> ``Cu]에서 Cu 1몰이 환원되는데 전자 2몰이 필요하므로 1F에 의해 환원될 수 있는 구리의 질량은 0.5몰(32g)이다.

13. 반응열의 계산	②

정답

ㄱ. [eqn: N _{2} (g)``+``3H _{2} (g)`` -> ```N _{2} H _{4} (g)``+``H _{2} (g)]에서 반응물의 결합에너지 총합에서 생성물의 결합에너지 총합을 뺀 값이 반응열(E1)과 같다.

ㄴ. 생성열은 화합물 1몰이 안정한 상태의 원소로부터 생성될 때의 반응열이므로 [eqn: N _{2} (g)``+``3H _{2} (g)`` -> ``2NH _{3} (g)]에서 반응열(△H) = -E2이므로 NH3의 생성열은 [eqn: - {E _{2}} over {2}]이다.

ㄷ. [eqn: N _{2} (g)``+``3H _{2} (g)`` -> ```N _{2} H _{4} (g)``+``H _{2} (g)``△H _{1} `=`+E _{1}] …①

[eqn: N _{2} (g)``+``3H _{2} (g)`` -> ``2NH _{3} (g)```△H _{2} `=`-E _{2}]         …②

(-3) × ① ＋ (2) × ②에서 [eqn: 3N _{2} H _{4} (g)`` -> ``4NH _{3} (g)`+``N _{2} (g)]의 반응열 △H = (-3) × △H1 + (2) × △H2 = -3E1 -2E2 = -(E1 +2E2)이다.

14. 중화열과 용해열	④

정답

NaOH(s) 8g이 용해될 때 발생하는 열량은 (45kJ/몰) × (0.2몰) = 9kJ이다.HCl 0.1몰과 NaOH 0.2몰이 반응할 때 발생하는 중화열은 (56kJ/몰) × (0.1몰) = 5.6kJ이다. 따라서 (9 + 5.6) = 14.6kJ의 열이 발생한다.

고난도

15. 용해도 곡선	①

정답

ㄱ. P에서 A의 용해도가 170이므로 몰분율은 [eqn: {{170} over {85}} over {{100} over {18} `+` {170} over {85}} `=` {2} over {{100} over {18} `+`2}]이며 [eqn: {100} over {18}] > 2이므로 A의 몰분율은 0.5보다 작다.

ㄴ. T2에서 A와 B의 용해도가 같으므로 포화 수용액에 물 100g에 녹아있는 A와 B의 질량이 같다. 그러나 A와 B의 화학식량이 같지 않으므로 몰랄 농도는 서로 다르다.

ㄷ. 50% 수용액에서 100g의 물에 용질 100g이 용해되어 있다. T1에서 A와 B의 용해도가 모두 100보다 작으므로 온도를 T1으로 낮추면 두 고체가 모두 석출된다.

16. 반응 속도	⑤

정답

ㄱ. T1과 T2에서 모두 A의 농도가 [eqn: {1} over {2}]로 감소하는 데 걸리는 시간(반감기)가 일정하므로 모두 1차 반응이다.

ㄴ. 1분일 때 T1은 0.4M → 0.2M로 변화되는 데 1분이 걸리고, T2는 0.1M → 0.05M로 변화되는데 0.5분이 걸리므로 반응 속도는 [eqn: {0.2} over {1} `:` {0.05} over {0.5} `=`0.2`:`0.1] = 2 : 1이다. 따라서 1분에서의 순간 반응 속도도 T1보다 T2에서 작다.

ㄷ. A의 농도가 0.4M로 같을 때 T1은 0.2M로 감소하는 데 1분이 거리고, T2는 0.2M로 감소하는 데 0.5분이 걸리므로 초기 반응 속도는 T1보다 T2에서 크다.

17. 화학 평형과 평형 상수	⑤

정답

ㄱ. (가)는 △H > 0으로서 정반응이 흡열 반응이므로 온도를 높이면 정반응 쪽으로 평형 이동이 일어나 A의 농도는 감소한다.

ㄴ. (가)에서 C 1몰을 첨가하면 [A] = 2, [B] = 2, [C] = 3이 되며, 온도가 일정할 때 평형 상수는 변함이 없으므로 [eqn: K`=` {2 ^{2}} over {2 TIMES 2`} `=` {(3-x) ^{2}} over {(2+x) ^{2}}]이다. 따라서 x = 0.5이며, 새로운 평형에 도달했을 때 [A] = 2.5, [B] = 2.5, [C] = 2.5이다.

ㄷ. (가)와 (나)에서 A(g) + B(g) ⇄ 2C, K1 = 1 …①

A(g) + 2C(g) ⇄ 2D(g), K2 = 2 …②

① + ②에서 2A(g) + B(g) ⇄ 2D(g)이므로 새로운 평형 상수 K = K1× K2 = 2이다.

18. 화학 평형과 혼합 기체의 압력	②

정답

기체의 압력은 몰수에 비례한다. 2X ⇄ Y의 평형 반응에서 조건을 변화시켜 정반응 쪽으로 평형 이동이 일어난다면 몰수가 감소하지만 모든 X분자가 Y로 변화되었다고 해도 0.5배이므로 혼합 기체의 몰수는 0.5보다는 커야 한다. 또한 역반응 쪽으로 평형 이동이 일어난다면 몰수는 증가하지만 모든 Y 분자가 X로 변화되었다 하더라도 2배이므로 혼합 기체의 몰수는 2보다는 작아야 한다. 따라서 혼합 기체의 몰수(압력)는 상대값이 0.5보다는 크고, 2보다는 작아야 한다.

19. 용액의 증기압과 끓는점 오름	③

정답

ㄱ. 용질C가 용해되지 않은 순수한 용매일 때 B의 끓는점이 A보다 높다. 따라서 T1에서 용매의 증기압은 A > B이다.

ㄴ. P에서 (가)와 (나) 용액의 끓는점 오름이 같다. △Tb = Kb․m이며, B의 끓는점 오름 상수가 A보다 크지만 △Tb는 같으므로 몰랄 농도는 A > B이다. 퍼센트 농도는 몰랄 농도가 클수록 증가하므로 P에서 퍼센트 농도는 용매 A를 사용한 (가)가 용매 B를 사용한 (나)보다 크다.

ㄷ. △Tb = Kb․m에서 용액의 몰랄 농도를 비교할 수 있지만 용매인 A와 B의 분자량은 알 수 없다.

고난도

20. 기체의 압력 변화	④

정답

얼음과 물의 밀도는 0.9g/mL, 1.0g/mL로 각각 일정하므로 -50℃인 얼음과 헬륨 기체가 담긴 용기를 25℃까지 가열할 때 얼음 → 물의 상태 변화가 일어나기 전에는 헬륨 기체의 온도가 높아짐에 따라 용기의 압력이 증가하며, 0℃얼음이 0℃물로 변화되는 동안 헬륨이 차지하는 부피가 증가하게 되므로 압력은 감소한다. 얼음이 모두 녹은 이후에는 헬륨 기체의 온도가 높아지면서 다시 압력이 증가한다.

ㄱ. t1은 얼음이 녹기 시작하는 지점이며, (나)에서 얼음의 양이 (가)보다 작으므로 (나)의 용기에서는 t1이 짧아진다.

ㄴ. A는 0℃ 얼음 상태로서 융해가 시작되는 지점이다. 따라서 (가)와 (나)에서 헬륨 기체의 압력(P1)은 같다.

ㄷ. B는 0℃ 물 상태로서 얼음의 양이 작은 (나)에서 부피 감소가 (가)보다 작으므로 헬륨 기체의 압력(P2)는 (가)보다 (나)에서 높다.