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1 2013학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ( 화학Ⅱ ) 정답및해설 < 정답> < 해설> 1. < 정답맞히기 > ➂ 실험결과에서물질 X 는고체상태에서전류가흐르지않고, 용융된액체 상태에서전류가흐르므로이온결정이라할수있다. 염화칼슘은 Ca 2+ 과 Cl - 의이온결합에의해 생성된이온결정이다. 이온결정은고체상태에서는양이온과음이온이거의붙어있어이온간 의인력때문에이온이이동할수없어전류가흐르지않으나, 액체상태나수용액상태에서는이 온들이자유롭게이동할수있기때문에전류가흐른다. 따라서염화칼슘은물질 X 에해당된다. < 오답피하기 > ➀ 흑연은탄소원자들사이의공유결합으로이루어진공유결정이다. 흑연은 판상구조로되어있으며, 자유전자를가지고있어고체상태에서도전류가흐른다. ➁ 구리는금속결정으로자유전자를가지고있으므로고체와액체상태에서전류가흐른다. ➃ 다이아몬드는탄소원자들사이의공유결합으로이루어진공유결정이다. 다이아몬드는 그물구조로되어있어자유전자가없으므로고체와액체상태에서전류가흐르지않는다. ➄ 드라이아이스는분자간인력으로이루어진분자결정으로이온으로구성되어있지않고, 전자가원자사이에공유되어있거나원자핵에강하게결합되어있어전자들이이동할수없 으므로고체와액체상태에서전류가흐르지않는다. 2. < 정답맞히기> ㄱ. 이상기체상태방정식 PV = nrt 에서기체의몰수와부피가일정할때, 기체의압력은기체의온도에비례한다. 따라서 10L 강철용기에들어있는 1몰의 He 기체의 온도를 300K에서 400K 로높이면, 기체분자의평균운동에너지와평균속력이증가하게되어 단위면적당충돌수와충돌할때가해지는힘이증가하므로기체의압력이증가한다. ㄷ. 기체분자의평균운동에너지는절대온도에비례하므로온도를높이면기체분자의평 균운동에너지는증가한다. 또한기체분자의평균속력은기체분자의평균운동에너지에 비례하므로기체의온도를높이면기체분자의평균속력도증가하게된다. < 오답피하기 > ㄴ. 기체의온도를높여도기체분자수와부피는변하지않았으므로분자간 평균거리는온도를높이기전과같다. 3. < 정답맞히기 > 강철용기에서실험을하였으므로기체의부피는일정하게유지된다. 기체 의온도와부피가일정할때, 기체의압력은기체의몰수에비례하므로기체의몰수가많을수 록기체의압력이크다. 따라서강철용기에서온도를일정하게유지하면서반응을시키면기

2 체의압력을기체의몰수로생각하여문제를풀수있다. 주어진반응에서반응할때의각기체의몰수비는 A : B : C = 1 : 1 : 1 이므로, 0 ~ 1분동안 A가 4 기압이감소하였을때, B는 4기압이증가하였으므로 C도 4 기압이증가해야한다. 1 ~ 2분동 안 C는다시 2 기압(4기압 6 기압) 이증가하였으므로 A는 2 기압이감소해야하고, B는 2기압이 증가해야한다. 따라서반응시간이 2분일때 A, B, C의압력은각각 2 기압, 6 기압, 6기압이 므로혼합기체의전체압력은 14 기압이다. 4. < 정답맞히기 > ㄴ. ( 가) 와 ( 나) 에있는 A( g) 의온도와압력을이용하여그래프에서각각 찾아보면 ( 가) 와 ( 나) 에용해되어있는 A 의질량(g) 이모두 a 임을알수있다. < 오답피하기 > ㄱ. 기체의용해도는같은압력에서온도가높을수록작다. 2 기압일때, T 1 과 T 2 에서의용해도 (g/l) 를비교해보면 T 1 에서 a, T 2 에서 2a로 T 1 에서의용해도가작으므로온 도는 T 1 이 T 2 보다높다. ㄷ. 2 기압, T 2 일때, A 의용해도 (g/l) 는 2a이므로 T 2 에서압력을 4 기압으로높이면, 헨리의 법칙에의해기체의용해도도 2 배가된다. 따라서 4 기압, T 2 에서 A 의용해도 (g/l) 는 4a 이다. 5. < 정답맞히기> ㄴ. 수소원자모형에서들뜬상태의전자들이 L(n=2) 전자껍질로전이될 때방출되는빛이가시광선영역에속한다. 따라서 C는 M(n=3) 전자껍질에서 L(n=2) 전자껍 질로전이될때방출되는가시광선영역의빛에해당된다. ㄷ. 이온화에너지는 1몰의원자로부터 1몰의전자를떼어낼때필요한에너지로수소원자에 서바닥상태의 K(n=1) 전자껍질에있는전자를떼어낼때필요한에너지와같다. 따라서수 소원자에서전자가 D 와같이전이될때흡수하는에너지는수소의이온화에너지와같다. < 오답피하기 > ㄱ. 방출되는빛의파장은전자껍질사이의에너지차이( ΔE) 에반비례하므로 전자껍질사이의에너지차이가큰 B의파장이 A 보다짧다. 6. < 정답맞히기 > 강산과약염기의중화반응또는약산과강염기의중화반응에의해생성된 염이물에녹으면약염기의짝산( 또는약산의짝염기 ) 이가수분해한다. ㄴ. NaCl이물에녹아생성된 Na + 과 Cl - 의세기는매우약하여산또는염기로작용할수없으 므로가수분해하지않는다. 따라서 NaCl 수용액의액성은중성이다. ㄷ. Na 2 CO 3 이물에녹으면 Na + 과 CO 2-3 이생성되며, 이때약산의짝염기인 CO 2-3 이가수분해하 여 OH - 을생성하므로수용액의액성은염기성이다. CO 3 2- (aq) + H 2 O(l) HCO - 3 (aq) + OH - (aq) < 오답피하기> ㄱ. NH 4 Cl이물에녹아생성된이온중약염기의짝산인 NH + 4 이가수분해하여 H + 을생성하므로 NH 4 Cl 수용액의액성은산성이다. NH + 4 (aq) + H 2 O(l) NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) CH 3 COONa이물에녹아생성된이온중약산의짝염기인 CH 3 COO - 이가수분해하여 OH - 을생성하 므로 CH 3 COONa 수용액의액성은염기성이다. CH 3 COO - (aq) + H 2 O(l) CH 3 COOH(aq) + OH - (aq) 따라서 ( 가) 는산성, ( 나) 는염기성이다. 7. < 정답맞히기 > 등전자이온에서원자번호가클수록원자핵과최외각전자사이의인력이

3 크므로이온반지름이작다. 따라서이온반지름의크기는 Mg 2+ < Na + < F - < O 2- 이므로 A의이 온은 Na +, B의이온은 Mg 2+, C의이온은 O 2-, D의이온은 F - 이다. ㄴ. A(Na) 는 3주기 1 족, B(Mg) 는 3주기 2 족원소이다. 같은주기에서원자번호가클수록원 자핵과최외각전자사이의인력이증가하므로원자반지름은작아진다. 따라서원자반지름 은 A가 B 보다크다. ㄷ. 녹는점은이온결합력이클수록높은데이온결합력은두이온의전하의곱에비례하고 이온사이의거리의제곱에반비례한다. BC와 AD 의이온사이의거리가비슷하다고볼때, BC 의전하의곱은절댓값 4, AD의전하의곱은절댓값 2이므로전하의곱이큰 BC의이온결합력 이 AD 보다크다. 따라서녹는점은화합물 BC가 AD 보다높다. < 오답피하기 > ㄱ. Mg은 B 이다. 8. < 정답맞히기 > ㄱ. 1% 포도당수용액 100g에는포도당 1g이포함되어있으므로포도당의 질량 몰수는 몰이다. 따라서 A는분자량 이다. ㄴ. 용질의몰수몰농도 용액의부피L 이므로 % 농도를몰농도로환산하려면용액의부피를구하여야한 질량g 다. 밀도gmL 부피 ml 질량g, 부피mL 밀도 gml 몰수 L 이다. 따라서 1% 포도당수용액의몰농도 = 부피 L 이므로포도당수용액 100g 의부피(L) 는 = 이다. ㄷ. 용질의몰수몰랄농도 용매의질량kg 이므로 % 농도를몰랄농도로환산하려면용매의질량을구하 여야한다. 용액의질량 = 용매의질량 + 용질의질량이므로 1% 포도당수용액 100g 중용매의 몰수 질량은 99g 이다. 따라서 1% 포도당수용액의몰랄농도= 질량 kg = 이다. 9. < 정답맞히기 > ㄱ. A 수용액의어는점이 이므로어는점내림( ΔT f ) 은 0.93 이다. 따 라서 A 수용액의몰랄농도를구하면다음과같다. ΔT f = K f 몰랄농도 (m), 0.93 = 1.86 / m 몰랄농도(m), 몰랄농도(m)=0.5m 끓는점오름 ( Δ b T ) 도용액의몰랄농도에비례하므로 ΔT b = K b 몰랄농도 (m)=0.52 / m 0.5m = 0.26 이다. 따라서 1기압에서물의끓는점은 100 이므로, A 수용액의끓는점은 이다. < 오답피하기 > ㄴ. A 수용액의몰랄농도를이용하여 A 의분자량을구하면다음과같다. 용질의몰수 용매의질량kg, n = 0.05 몰, 질량 용질의몰수 몰분자량, A 의분자량(M) = 180 B 수용액의끓는점이 이므로끓는점오름( ΔT b ) 은 0.52 이고, B 수용액의몰랄농도는 1m 이다. B 수용액의몰랄농도를이용하여 B 의분자량을구하면다음과같다. 용질의몰수 용매의질량kg, n = 0.1몰 질량 용질의몰수 몰, B 분자량 의분자량(M) = 60, 따라서분자량은 A가 B의 3 배이다.

4 ㄷ. 비휘발성비전해질용질이녹아있는수용액에서수용액의농도가클수록수용액의증기 압력내림 ( ΔP) 이크므로, 수용액의농도가클수록수용액의증기압력은작다. 따라서수용액 의증기압력은몰랄농도가큰 B 수용액이 A 수용액보다작다. 10. < 정답맞히기 > ➄ A의원자가전자수는 3 개이고, C의원자가전자수는 7개이므로 AC 다음과같이루이스전자점식으로나타낼수있다. : C: A: C: : C: 루이스전자점식을보면알수있듯이 A 는비공유전자쌍은가지고있지않으며, 공유전자쌍 만 3개있으므로총 6 개의전자를가지고있어옥텟을만족하지않는다. < 오답피하기 > ➀ 2p에있는 3 개의오비탈(2p x, 2p y, 2p z ) 의에너지준위는모두같으므로 B가 가지는 4개의전자가 2p 오비탈에다음과같은전자배치로채워진경우는모두바닥상태라 할수있다. 2p 또는 2p 또는 2p ➁ 원자가전자수는바닥상태의전자배치에서가장바깥쪽전자껍질에채워져있는전자 수이다. 따라서 B 의가장바깥쪽전자껍질(L 전자껍질) 에있는 2s, 2p 오비탈의전자수가 원자가전자수이므로, B의원자가전자수는 6 개이다. ➂ C의원자가전자수는 7개이므로전자 1 개만채우면옥텟을만족한다. 따라서다음과같이 루이스전자점식으로나타낼수있으며, C 2 는단일결합을가진다. : C: C: ➃ A와 C 는같은주기의원소이며, A는 13 족원소, C는 17 족원소이다. 같은주기에서는원자 번호가클수록대체로이온화에너지가증가하는데, 이는같은주기에서원자번호가증가할 수록원자반지름이감소하므로원자핵과전자사이의인력이증가하여전자를떼어내기가어 렵기때문이다. 따라서이온화에너지는 C가 A 보다크다. 3 는 11. < 정답맞히기> ㄱ. 헤스의법칙에의해화학반응에서반응물의종류와상태및생성물의 종류와상태가같으면반응경로에관계없이출입하는열량의총합은항상일정하다. 반응이 1 와 4 의경로로일어날때와 2 와 3 의경로로일어날때, 반응물의종류 와상태및생성물의종류와상태가같으므로각경로에서의반응엔탈피의합은같다. 따라 서 = 이다. H 2 O(l) H 2 (g) + O2 (g) 1 + H 2 (g) + O2 (g) 2H( g) + O(g) 4 H 2 O(l) H 2 O(g) 2 + H 2 O(g) 2H( g) + O(g) 3 H 2 O(l) 2H( g) + O(g) H 2 O(l) 2H( g) + O(g) =

5 ㄴ. 생성열( ) 은어떤화합물 1몰이성분원소의가장안정한물질로부터생성될때방출하 거나흡수하는열량이다. 따라서 H 2 O(g) 의생성열 ( ) 은 H 2 O(g) 의성분원소인 H 2 (g) 와 O 2 (g) 로부터 H 2 O(g) 1 몰이생성될때의열량과같으므로다음과같이구할수있다. H 2 (g) + O2 (g) H 2 O(l) H 2 O(l) H 2 O(g) H 2 (g) + O2 (g) H 2 O(g) Δ H = 2-1 < 오답피하기 > ㄷ. 결합에너지는기체상태의두원자사이의공유결합 1몰을끊어각각의 원자상태로만드는데필요한에너지이다. 의원자상태로만드는데필요한에너지이므로 3 는 H 2 O(g) 가가지는 O-H 결합 2몰을끊어각각 O-H의결합에너지는 3 이다. 12. < 정답맞히기> ㄱ. T 1 에서물질액체 X를진공실린더에넣은후액체와기체가평형을이 루고있을때기체 X의압력이 P 1 이므로 T 1 에서이물질의증기압력은 P 1 이라할수있다. < 오답피하기 > ㄴ. 그래프 ( 나) 에서액체와기체가평형을이루고있는증기압력곡선과 T 1 의 수직선이만나는점의압력이 P 1 이라할수있다. 따라서 T 1 일때 P 1 은대기압인 므로 1기압보다작으 ( 가) 에서고정장치를풀면대기압이피스톤을누르게되어실린더내부부피는감소한다. ㄷ. ( 가) 에서온도를 T 3 로낮추면물질 X 가고체로상태가변화하며, T 3 에서는고체와기체가 평형을이루게되므로, 이때실린더의내부압력은 ( 나) 에서고체와기체가평형을이루고 있는승화곡선과 T 3 의수직선이만나는점의압력이라할수있다. 따라서실린더내부기체 X의압력은 P 2 보다작다. 13. < 정답맞히기> ㄴ. 액체 X, Y가기체 X, Y와각각평형상태를이루고있으므로용기 A, B에있는기체의압력은각각 X와 Y 의증기압력이라할수있다. 따라서 X의증기압력은 760mmHg - 320mmHg = 440mmHg 이고, Y의증기압력은 500mmHg 이다. 콕을열면 X의증기압력이 Y에가해지게되므로 h 2 는 60mm 로줄어들게된다. 이때, 기체 X가유리관으로이동하게되어 부피가증가하므로순간적으로용기 A 의기체압력이감소하게되지만, 동시에액체 X의증발 이일어나게되므로충분한시간이지나면다시액체 X와기체 X 사이에평형을이루게되고 액체 X의증기압력은 440mmHg 으로유지된다. 따라서 h 1 은변하지않는다. < 오답피하기 > ㄱ. 분자간인력이작을수록증기압력이크므로분자간인력은증기압력이 큰 Y가 X 보다작다. ㄷ. 콕을열어충분한시간이지나면 X 의증기압력(440mmHg) 이 Y에가해지므로 h 2 는 60mmHg으 로줄어들게된다. 14. < 정답맞히기 > ㄱ. ( 다) 에서중화점까지들어간 0.1M NaOH(aq) 의부피가 22mL이므로 MV=M'V' 에서 로묽힌식초속의 CH3 COOH의몰농도는 0.11M 이다. 따라서묽히기전식초속

6 의 CH 3 COOH의몰농도는 1.1M 이다. ㄴ. 중화적정이진행되면서중화반응에의해 H + 의수가감소하므로화학평형이동의법칙에 의해 CH 3 COOH 의이온화반응(CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) CH 3 COO - (aq) + H 3 O + (aq)) 의정반응이일어 나 CH 3 COOH 의이온화가일어나게된다. 따라서중화적정이진행되는동안 CH 3 COOH의이온화도 는증가한다. ㄷ. 중화점에서 CH3COOH의짝염기인 CH 3 COO - 이가수분해 (CH 3 COO - (aq) + H 2 O(l) CH 3 COOH(aq) + OH - (aq)) 하므로 CH 3 COO - 의수는약간줄어들게된다. 그러나강염기인 NaOH의짝산인 Na + 의세 기는약하여가수분해하지않으므로 Na + 의수는일정하게유지된다. 따라서 Na + 의수가 CH 3 COO - 의수보다많다. 15. < 정답맞히기> ㄴ. 온도를높이면화학평형이동의원리에의해흡열반응이일어나므로 주어진반응의역반응이일어난다. 역반응이일어나면반응물의농도는증가하고생성물의농 도는감소하므로평형상수는작아진다. 따라서평형상수는 ( 가) 에서가 ( 나) 에서보다크다. < 오답피하기> ㄱ. 촉매는반응의활성화에너지나경로를변화시켜반응속도를변화시키는 물질로화학평형에는영향을주지않는다. 따라서 ( 가) 에정촉매를넣어주어도평형이동이 일어나지않으므로 C 의몰분율은변하지않는다. ㄷ. 주어진반응의반응물의계수의합과생성물의계수가같으므로 ( 나) 에서 ( 다) 로압력을 변화시켜도평형이동이일어나지않는다. 또한 ( 가) 에서 ( 나) 로온도를변화시킬때역반응 으로평형이동이일어나도반응물의계수의합과생성물의계수가같으므로전체몰수는항 상같다. 따라서전체몰수는 ( 가), ( 나), ( 다) 에서모두같다. 16. < 정답맞히기> 다음은분자의구조식과분자의구조및극성을나타낸것이다. 분자 CO 2 HCN CCl 4 BF 3 구조식 O=C=O H- C N Cl Cl 분자의구조 직선형 직선형 정사면체형 평면삼각형 분자의극성 무극성 극성 무극성 무극성 위표로부터극성물질은 HCN 만해당되고, CO 2 와 HCN 은다중결합이있으며, CO 2, HCN, BF 3 는 분자를이루는모든원자가같은평면에존재함을알수있다. ㄴ. ( 나) 에의해 CO2, CCl 4, BF 3 중두가지를 예 로분류해야하므로 ( 나) 는 모든원자는 같은평면에있는가? 이며, C는 CCl 4 이다. < 오답피하기 > ㄱ. ( 가) 에의해 HCN 만 예 로분류되었으므로 ( 가) 는 극성물질인가? 이 다. ㄷ. ( 다) 는 다중결합이있는가? 이므로이중결합을가지고있는 CO2가 A, 단일결합만가 지고있는 BF 3 가 B 이다. Cl C Cl F F B F

7 17. < 정답맞히기> ㄱ. 짝산과짝염기의관계일때, 짝산의산이온화상수( K a ) 와짝염기의 염기이온화상수 (K b ) 의곱은물의이온곱상수(K w ) 와같으므로 BH + 의산이온화상수는다음 과같이구할수있다. BH + + H 2 O B + H3O + 에서 w a b 이다. 산이온화상수 (K a ) 가클수록이온화가잘되어수용액속 H + 의농도가크므로강한산이다. 따라서 K a 가큰 HA가 BH + 보다강한산이다. ㄴ. B를물에용해시켰을때생성된 OH - 의농도는다음과같이구할수있다. B(aq) + H 2 O(l) BH + (aq) + OH - (aq) 초기농도 1M 0 0 반응농도 -x +x +x 평형농도 1-x x x BH OH b B, B는약산이므로 1-x 1이라할수있으므로 x = [OH - ]= 약 M 이고, poh=-log[oh - ]= 약 1.7 이다. 따라서 ph + poh = 14이므로 1.0M B(aq) 의 ph는 12.3 이다. < 오답피하기 > ㄷ. 1.0M HA(aq) 100mL에는 0.1몰의 HA가포함되어있으므로이수용액에 0.1 몰의 NaOH(s) 를넣으면 HA 는모두중화되어중화점에도달한다. 따라서혼합용액의산 HA의 농도가거의 0 에가까우므로완충용액으로작용할수없다. 18. < 정답맞히기> ㄴ. 다음과같은방법에의해계수를맞추면된다.( 산화수법 ) 첫번째, 각원자의산화수와변화된산화수를조사한다 : 산화수감소, 환원 H 2 O 2 + Cr 2 O H + Cr 3+ + O 2 + 7H 2 O +1 2 : 산화수증가, 산화 두번째, 증가한산화수와감소한산화수가같도록계수를맞춘다 : 산화수감소, 환원 H 2 O 2 + Cr 2 O H + 2Cr O 2 + 7H 2 O : 산화수증가, 산화 세번째, 산화수가변하지않은원자들의원자수가같도록계수를맞춘다. 3H 2 O 2 + Cr 2 O H + 2Cr O 2 + 7H 2 O 따라서 a=3, b=1, c=8이므로 a + b + c = 12 이다. < 오답피하기 > ㄱ. H 2 O 2 의 O의산화수가 -1에서 0 으로증가하여산화되었고, Cr 의산화수는 +6 에서 +3으로감소하여환원되었으므로 H 2 O 2 는환원제로사용되었다. ㄷ. 화학반응식에서계수비는반응하는물질의몰수비와같으므로 1몰의 Cr2O 2-7 이반응하면 3몰의 O 2 가생성된다.

8 19. < 정답맞히기 > ㄱ. 전극 C에서 Cl - 이산화되어염소기체가발생하였으므로전극 C 는 (+) 극임을알수있다. 따라서전극 A와 C 는 (+) 극, B와 D 는 (-) 극이며, 전극 A와 C에서는산화 반응이, B와 D 에서는환원반응이일어난다. 각전극에서일어나는반응의화학반응식은다 음과같다. 전극 A(+ 극 ) : H 2 O(l) 2H + (aq) + O2 (g) + 2e- 전극 B(- 극 ) : X 2+ (aq) + 2e- X( s) 전극 C(+ 극 ) : 2Cl - (aq) 전극 D(- 극 ) : 2H 2 O(l) + 2e- 전극 A에서는물이 Cl 2 (g) + 2e- 2OH - (aq) + H 2 (g) SO 4 2- 보다산화되기쉬우므로물이먼저산화되어산소기체가발생한것이 며, 전극 B에서는금속 X 2+ 이물보다환원되기쉬우므로 X 2+ 이먼저환원되어 X 가석출된것이다. 또한전극 C에서는 Cl - 이물보다산화되기쉬우므로 Cl - 이먼저산화되어염소기체가발생한 것이고, 전극 D에서는물이 Y + 보다환원되기쉬우므로물이먼저환원되어수소기체가발생 한것이다. < 오답피하기> ㄴ. ( 가) 의전극 A에서 2몰의 H + 이생성될때, 전극 B에서 1몰의 X 2+ 이환원되므 로수용액의전체양이온의수는증가한다. ㄷ. ( 나) 의전극 D에서물이산화되어 OH - 을생성하므로수용액의 ph 는증가한다. 20. < 정답맞히기 > 초기에넣어준 A와 B의몰수를각각 n 이라할때, ( 다) 의평형에서 C의몰 분율이 0.5라했으므로 C의몰수가 0.5n 이라면, A와 B의몰수는각각 0.25n 이라할수있다. ( 화학반응식에서 A와 B 의계수가같으므로반응이일어날때, A와 B 는같은몰수만큼감소한다.) C ( 다) 의평형상수는 AB 의평형상수는 1 이다. 이고, 평형상수는 ( 다) 가 ( 나) 의 4 배이므로 ( 나) ( 가) 에서 ( 나) 로될때, 반응한 A와 B의몰수를각각 x 라한다면 ( 나) 의평형상태에서남아 있는 A, B, C의몰수는각각 n-x, n-x, 2x 이다. A(g) + B(g) 2C(g) 초기농도 n n 0 반응농도 -x -x +2x 평형농도 n-x n-x 2x 이값을이용하여 ( 나) 에서 A의몰수는 이다. C ( 나) 의평형상수를구하면, AB 이고, x = 이므로 나에서 A의몰수 따라서 가에서 A의몰수 이다.