12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:14 PM 페이지215 Mac_05
정답과해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:14 PM 페이지216 Mac_05
I 다양한모습의물질
1. 기체
01
분자 사이의 힘
개념 확인 문제
pp.024~025
01. ①
06. ③
12. ②
02. ③
07. ③
03. I™>Br™>Cl™>F™ 04. ④
08. ②
09. ①, ③ 10. ④
05. ⑤
11. ⑤
13. ⑴ × ⑵ ○ ⑶ × ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ ×
CF¢, CCl¢, CBr¢는 모두 무극성 분자이므로 분자 사이에 분
산력만 작용한다. 분자의 크기가 커질수록 다른 분자와의 접촉 면적
이 커지므로 분산력도 커지며, 분자의 크기가 클수록 분자량이 커지
므로 분자량이 커질수록 분산력이 커진다. 따라서 분산력의 크기는
공유 결합은 원자 사이에 이루어지는 결합으로 분자 사이에 작
용하는 힘이 아니다.
수소 결합은 F, O, N과 수소가 직접 결합한 화합물에서 나타
나는 분자 사이의 힘이다. 따라서 CH£F, CH£OCH£는 분자 사이
에 수소 결합을 형성하지 않는다.
수소 결합을 하는 물질들은 분자 사이의 힘이 크므로 어는점과
끓는점이 높고, 증발열이 크며, 증기 압력이 낮다. 밀도는 수소 결합
과는 직접적인 관련이 없다.
ㄱ. 극성 분자라 할지라도 분자 사이에 분산력이 존재한다. 즉
분산력은 모든 분자 사이에 작용하는 힘이다.
ㄴ. NH£의 끓는점이 PH£보다 높은 것은 수소 결합과 관계있다.
NH£는 수소 결합을 형성하지만 PH£는 수소 결합을 형성하지 않
는다.
ㄷ. C¡ºH™™의 경우 분자의 크기가 크고 표면적이 넓기 때문에 분산
력이 더 크다. 따라서 C¡ºH™™(분자량 : 142)가 SF§(분자량 : 146)
보다 끓는점이 훨씬 더 높다.
CF¢<CCl¢<CBr¢이다.
ㄱ. 에탄올은 하이드록시기를 가지고 있으므로 수소 결합을 형
HCl, ICl은 극성 분자이므로 분자 사이에 분산력과 쌍극자 -
쌍극자 힘이 작용한다. HF, H™O는 극성 분자이며 분자 사이에 수
소결합을형성하므로수소결합과쌍극자- 쌍극자힘, 분산력이작
용한다. CO™는무극성분자이므로분자사이에분산력만작용한다.
F™, Cl™, Br™, I™는 무극성 분자이므로 분자 사이에 분산력만
작용한다. 따라서 분자량 순서와 끓는점 순서가 일치한다.
수소 결합은 F, O, N과 수소가 직접 결합한 화합물에서 나타
나는 분자 사이의 힘이다. 따라서 분자들 사이에 수소 결합을 형성
성하여 분자 사이의 힘이 다이메틸에테르보다 더 크다.
ㄴ. 에탄올과 다이메틸에테르의 분자식은 모두 C™H§O로 같다. 따
라서 두 물질의 분자량은 같다.
ㄷ. 친수기인 하이드록시기가 있는 에탄올의 경우는 물에 잘 녹지
만, 친수기가 없는 다이메틸에테르의 경우는 물에 잘 녹지 않는다.
H™O, HF, NH£는 수소 결합을 형성하기 때문에 같은 족 수소
화합물보다 끓는점이 높다. SnH¢와 CH¢는 모두 무극성 분자이다.
무극성 분자의 끓는점은 분산력이 클수록 높아진다. SnH¢의 분산
력이 CH¢의 분산력보다 크기 때문에 SnH¢의 끓는점이 CH¢보다
하는 물질은 CH£OH이다.
높다.
수소 결합을 형성하는 분자들은 다른 분자들에 비해 녹는점, 끓
는점이 높다. 또한 비열, 기화열, 융해열, 표면 장력이 크다. 그러나
전기 전도성은 수소 결합과 관련이 없는 성질이다.
⑴ 에탄올은 하이드록시기(-OH)를 가지고 있어서 극성을 나
타내며, 분자 사이에 수소 결합이라는 강한 인력이 작용한다.
⑵ 폼산은 카복시기(-COOH)를 가지고 있어서 분자 사이에 수소
2주기 수소 화합물 중 CH¢는 수소 결합을 형성하지 않기 때문
결합이 나타난다.
에 분자 사이의 힘이 가장 작다. 수소 결합을 형성하는 화합물 중
⑶ 프로페인은 무극성 분자이므로 분자 사이에 쌍극자 간의 인력이
H™O는 분자당 수소 결합 수가 많기 때문에 끓는점이 가장 높다.
작용할 수 없고, 분산력만 작용한다.
HF의 경우는 NH£보다 끓는점이 높은데, 이것은 F의 전기 음성도
⑷ 분자 사이의 인력이 클수록 끓는점이 높아지므로 폼산이 에탄올
가 N의 전기 음성도보다 크기 때문이다.
보다 분자 사이의 인력이 크다.
216 _
정답과 해설
16고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2015.10.28 9:45 AM 페이지217 Mac_03
⑸ 물 분자도 하이드록시기(-OH)를 가지고 있어서 분자 사이에
실제 기체에 작용하는 분자 사이의 인력은 기체 분자가 용기 벽
수소 결합이 나타난다. 물에 에탄올을 섞으면 두 물질은 매우 잘 섞
에 충돌하는 힘을 약화시켜 RT 값을 이상 기체보다 작게 한다.
이는데, 이것은 물 분자와 에탄올 분자 사이에도 수소 결합이 작용
하기 때문이다.
⑹ 에탄올은 분자량이 비슷한 프로페인에 비해 끓는점이 매우 높다.
이것은 프로페인은 분자 사이에 분산력만이 작용하지만 에탄올은
분자 사이에 분산력과 함께 수소 결합이라는 강한 인력이 작용하기
이상 기체 상태 방정식 PV=nRT에서
n=
PV
RT
=
(820÷760)_0.5
0.082_300
?0.022(mol)
기체의 분자량을M, 질량을 w라고 하면, 이상 기체 상태 방정
때문이다.
02 기체의 성질
개념 확인 문제
식을 다음과 같이 쓸 수 있다.
PV=nRT= RT, M=
w
M
wRT
PV
M=
4_0.082_300
1_49.2
=2
01. ④
06. 2
02. ④
03. ③
04. ③, ⑤ 05. 0.022몰
07. ⑴ 28 ⑵ 온도는 높을수록, 압력은 낮을수록 이상 기
체에 가까워진다.
08. 74
09. A>B>C
10. ①
11. ③
12. ④
13. 1기압 14. 질소：0.4기압, 산소：0.2기
pp.044~045
⑴ 이상 기체라면
값이 일정하게 유지되며,
는 몰수
PV
RT
를 의미하므로 이 기체 5.6 g의 몰수는 0.2이다. n= 이므로
PV
RT
w
M
0.2= 이다. 따라서M=28이다.
5.6
M
압, 수소：0.1기압, 이산화탄소：0.3기압
15. ①, ②, ③, ⑥
⑵ 주어진 그래프에서 직선에 가까운 T™일 때가 이상 기체에 가깝
P¡V¡=P™V™를 이용하면,
1기압_4.0L=
기압_VL이다.
380
760
∴ V=8.0L
V¡
T¡
V™
T™
= 를 이용하면,
11.2L
(273+25)K
=
11.2L_2
T
이고, T=596(K)이다.
절대 온도와 섭씨온도 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.
따라서 섭씨온도(æ)=절대 온도(K)-273이므로 596-273=
323(æ)로 가열해야 한다.
실험 1과 실험 2의 비교에서 기체의 부피는 절대 온도에 비례
한다는 것을 알 수 있고, 실험 2와 실험 3의 비교에서 기체의 부피
는 압력에 반비례한다는 것을 알 수 있다. 따라서 일정량의 기체의
부피는 압력에 반비례하고 절대 온도에 비례한다.
즉 2기압 819K에서 산소의 부피는 실험 1과의 비교에서
P¡V¡
T¡
=
P™V™
T™
이므로,
0.5_4.48
273
=
2_V™
819
이다.
∴ V™=3.36(L)
다. 따라서 실제 기체는 온도가 높아질수록 이상 기체에 가까워진다
는 것을 알 수 있다. 압력이 커지면 그래프가 직선에서 점점 멀어지
므로 이상 기체에서 멀어진다. 그래프에서 압력이 커질수록
PV
RT
값이 이상 기체에서 많이 멀어지고 있다. 따라서 압력이 작을수록
이상 기체에 가까워진다는 것을 알 수 있다. 즉 온도는 높을수록, 압
력은 낮을수록 이상 기체에 가까워진다는 것을 알 수 있다.
이상 기체 상태 방정식을 통해 기체의 분자량을 구하는 식은 다
음과 같다.
M=
w_R_T
P_V
용기의 부피(V)는 4.1L, 에테르 증기의 온도(T)는 97+273=
370K, 에테르 증기의 압력은 1.5기압, 에테르의 질량은 15g이다.
따라서 분자량은M=
15_0.082_370
1.5_4.1
=74이다.
주어진 자료에서 기체 A, B, C의 밀도를 구하면
A=2.0(g/L)이고, B=1.4(g/L)이며, C?1.27(g/L)이다.
d= 이므로 PV= RT
w
M
w
d= =
V
MP
RT
jK
이다.
w
V
따라서 일정한 온도와 압력에서 분자량은 밀도에 비례하므로 분자
량의 순서는 A>B>C이다.
I. 다양한 모습의 물질_ 217
13고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2013.3.8 11:22 AM 페이지218 Mac_04
이상 기체 상태 방정식에서
=n이므로 이상 기체라면
PV
RT
① A가 생성된 지점이 왼쪽으로 치우친 것으로 보아, Y의 확
PV
RT
=1이다. (그래프의 A)
또 분자량이나 크기가 작은 H™는 이상 기체에 가까운 기체이므로
그래프 B에 해당하고, 상대적으로 CO™는 이상 기체에서 많이 벗어
나는 기체이므로 그래프 C에 해당한다.
두 기체의 분출 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.
⑤ 확산 속도와 분자의 크기는 관련이 없다.
산 속도가 X보다 빠르다.
생성되는 시간이 짧아진다.
② 온도를 높이면 분자의 확산 속도가 증가하여 새로운 물질 A가
③ 확산 속도는 물속보다는 공기 속에서 빠르고 공기 속보다는 진공
에서 빠르다.
④ 확산 속도와 분자 사이의 힘 사이에는 관련이 없다.
⑥ 기체의 확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 분자량이
작은 기체일수록 확산 속도가 빠르다. 즉 Y의 확산 속도가 더 빠른
것으로 보아 Y의 분자량이 더 작다는 것을 알 수 있다.
⑦ 확산 속도와 분자를 구성하는 원자 수는 관련이 없다.
⑧ Y가 X보다 가벼운 기체라는 것은 알 수 있지만 공기보다 가벼
운지는 알 수 없다.
⑨ 확산 속도와 끓는점은 관련이 없다.
v˛=
=6mL/s, vH™=
=24mL/s
480.0
20
에 대입하면,
, 양변을 제곱하면 =
1
16
2
M˛
60.0
10
v˛
vH™
6
24
=æ≠
MH™
M˛
=Æ…
2
M˛
M˛=16_2이다.
∴M˛=32
vHe=
150(mL)
5(s)
vXO™=
75(mL)
10(s)
그레이엄 법칙에 의해
7.5
30
=æ≠
4
MXO™
MXO™=64이다.
∴ X의 원자량=32
=30(mL/s)이고,
=7.5(mL/s)이다.
, 양변을 제곱하면 =
1
16
4
MXO™
O™와 H™의 몰수를 구하면 nO™= =0.5(mol),
16
32
nH™= =2(mol)
4
2
PO™=
0.5
0.5+2
_5=1(기압)
P¡=
n¡
전체 기체의 몰수
_전체 압력
•질소의 부분 압력：PN™= _1=0.4(기압)
2
5
1
5
0.5
5
218 _
정답과 해설
실력 확인 문제
01. ②
02. ④
pp.046~049
03. ⑴ PHe : 0.5기압, PH™ : 0.25기압 ⑵ 0.75기압
04. ④
05. ③
06. ②
07. ④
08. ③
09. ④
단답형·서술형 문제
10. 해설 참조
11. A=1.4몰, B=42g
12. ㈎ - ㄷ, ㈏ - ㄴ, ㈐ - ㄱ
13. 3aL
14. 1.8기압
15. ⑴ 분자 사이의 인력 : A<B<C ⑵ 기체의 온도：T¡>T™>T£
16. ㈏ 2n, ㈐ 4n
17. ⑴ 4 : 1 ⑵ 16 : 1 ⑶ 12 : 1
쌍극자 모멘트를 가지는 경우는 비슷한 분자량을 가지는 무극
성 분자보다 분자 사이의 힘이 커지게 된다. 보기에서 쌍극자 모멘
트를 가지는 분자는 HCl, ICl, CO이다. 따라서 ㄴ만 옳은 비교
•산소의 부분 압력：PO™= _1=0.2(기압)
이다.
•수소의 부분 압력：PH™= _1=0.1(기압)
•이산화탄소의 부분 압력：PCO™= _1=0.3(기압)
1.5
5
수소 결합은 전기 음성도가 큰 F, O, N와 H와의 화합물에 존
재하므로 H™O, NH£, HF, CH£COOH은 수소 결합을 형성하지
만, CH¢의 경우는 수소 결합을 형성하지 않는다.
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.21 8:3 PM 페이지219 Mac_02
⑴ 헬륨(He) 기체의 부피가 20L에서 40L로 되었으므로
㈎`의 n=
, ㈏`의 n=
, ㈐`의 n=
이고 전체 몰수는
10
RT
2
RT
12
RT
→ HBr → HI로 갈수록 분자량이 커지므로 분산력이 증가하여 녹
그런데 일정한 시간 동안 기체가 이동한 거리가 HCl의 경우는 a
수소(H™) 기체의 부피가 5L에서 40L로 되었으므로
1기압_20L=PHe_40L
PHe=0.5기압이다.
2기압_5L=PH™_40L
PH™=0.25기압이다.
⑵ 전체 압력은 부분 압력의 합과 같으므로,
P=PHe+PH™=0.5+0.25=0.75기압
극성 분자는 극성 분자와 잘 섞이고 무극성 분자는 무극성 분자
와 잘 섞인다. 분자 내에 존재하는 원자 사이의 결합력의 세기는 분
자의 끓는점이나 녹는점, 분자의 용해성과는 직접적인 관련이 없
다. 사이클로헥세인은 무극성 분자이고, 물은 극성 분자이기 때문
에 서로 극성이 달라 잘 섞이지 않는 것이다.
F은 전기 음성도가 4.0으로 굉장히 커서 이웃하는 분자의 수소
와 수소 결합을 한다. 그 결과 HF의 끓는점은 대단히 높다. HCl
는점과 끓는점이 증가한다. 따라서 정답은 ③이다.
HCl, HBr, HI는 모두 극성 분자이다. 그러나 같은 극성 분자라
할지라도 분산력이 존재하며 분산력은 분자량이 커질수록 커진다.
또한 수소 결합은 분산력보다 큰 분자 사이의 힘이므로 HF의 끓는
점이 HCl, HBr, HI보다 높은 것이다.
① CH¢은 무극성 분자이므로 분산력만 작용하고 NH£는 수소
결합이 작용하므로 NH£의 끓는점이 CH¢의 끓는점보다 높다.
② 수소 결합은 전기 음성도가 큰 F, O, N 원자에 수소가 직접 결
합한 화합물에서 존재하므로, 액체 상태의 HF에도 수소 결합이 작
용한다.
③ H™O이 HF보다 끓는점이 높은 이유는 H™O에 존재하는 수소
결합 수가 HF에 존재하는 수소 결합 수보다 많기 때문이다.
④ 수소 결합력의 세기를 결정하는 가장 중요한 요인은 수소에 결합
한 원소의 전기 음성도이다. O의 전기 음성도가 N의 전기 음성도
보다 크기 때문에 물과 암모니아의 수소 결합력이 암모니아와 암모
니아의 수소 결합력보다 크다.
⑤ 끓는점은 분자 사이의 힘에 의해서 결정되므로 원자 사이의 결합
력인 공유 결합 에너지와는 관련이 없다.
㈎, ㈏, ㈐`에 존재하는 각 기체의 몰수를 구해 보면,
PV=nRT에서 n=
이므로,
PV
RT
24
RT
이다.
그런데 기체의 부피는 6L가 되었으므로
P=
nRT
V
=
¥RT
24
11
RT
6
=4(atm)이다.
온도, 압력, 부피가 같을 때 기체 분자 수가 같으므로 기체의 질
량은 분자량에 비례한다. 기체 C의 압력이 1기압일 때, 기체 C의
질량은 1.8g이므로 기체의 분자량은 B>A>C이다.
진한 염산에서는 염화수소 기체가 발생하고, 암모니아수에서
는 암모니아 기체가 발생한다. 그런데 그레이엄 법칙에서 기체의 확
산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 다음과 같은 식이 성립
한다.
vHCl
vNH£
=æ≠
MNH£
MHCl
이고, NH£의 경우는 b이므로 =æ≠
a
b
MNH£
MHCl
이다.
양변을 제곱하면 =
이므로
a¤
b¤
MNH£
MHCl
MHCl : MNH£=b¤ : a¤ 이다.
확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례하므로 분자량은 기체가 확
산되어 일정한 시간 동안 이동된 거리의 제곱에 반비례하는 것이다.
정답
이 높아진다.
⑴ HCl, HBr, HI로 갈수록 분자량이 커지므로 분산력이 커져서 끓는점
⑵ NH£, HF, H™O은 분자 사이에 수소 결합을 형성하므로 같은 족의 수
소 화합물보다 끓는점이 매우 높다.
해설
⑴ HCl, HBr, HI는 모두 극성 분자이지만 같은 극성 분자라 할지
라도 분산력이 존재하며 분산력은 분자량이 커질수록 커진다.
정답
A=1.4몰, B=42g
해설
일정한 온도와 압력에서 기체의 부피는 몰수에 비례한다. ㈎`에서
질소와 헬륨의 부피비는 3 : 7이고, 질소의 몰수는
=0.6몰
16.8
28
이므로 헬륨의 몰수는 1.4몰이다.
I. 다양한 모습의 물질_ 219
13고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2013.3.8 11:23 AM 페이지220 Mac_04
㈏`에서 질소와 헬륨의 부피비는 3 : 2이고, 헬륨의 몰수는 1.4몰이
해설
므로 질소의 몰수는 2.1몰이다. 따라서 ㈏`에서 더 넣어 준 질소의
⑴ 분자 사이의 인력이 큰 기체일수록 이상 기체에서 벗어나는 행동
몰수는2.1-0.6=1.5(몰)이므로그질량은28_1.5=42(g)이다.
을 한다. 그래프에서 C가 이상 기체에서 가장 벗어난다는 것을 알
㈎ - ㄷ, ㈏ - ㄴ, ㈐ - ㄱ
정답
해설
분자인 CO의 끓는점이 N™의 끓는점보다 높다.
ㄷ. 분산력이 큰 Br™의 끓는점이 높다.
ㄱ. NH£의 끓는점이 높은 것은 수소 결합 때문이다.
기체에서 벗어났다는 것을 알 수 있다. 따라서 ㈏`에서 기체의 온도
ㄴ. CO는 극성, N™는 무극성 분자이며, 분자량이 비슷하지만 극성
는 T¡>T™>T£이다.
수 있고, 기체 A가 이상 기체에 가장 가깝다는 것을 알 수 있다. 따
라서 분자 사이의 인력은 A<B<C이다.
⑵ 온도가 높을수록 이상 기체와 비슷하게 행동한다. ㈏`에서 T¡의
경우 가장 이상 기체에 가까운 행동을 하고, T£의 경우 가장 이상
정답
㈏ 2n, ㈐ 4n
해설
아보가드로 법칙에 따르면 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 용기
속에 들어 있는 기체 분자 수는 기체의 종류와 관계없이 모두 같다.
따라서 수소 기체와 같은 온도와 압력에서 ㈏`의 실린더에 들어 있
는 질소 분자 수는 n개, ㈐`의 실린더에 들어 있는 아르곤 분자 수는
4n개이다. 질소 분자(N™) 1개는 질소 원자 2개가 결합하여 이루어
지고 아르곤 분자(Ar) 1개는 아르곤 원자 1개로 이루어진다. 따라
서 ㈏`에 들어 있는 질소 원자 수는 2n개이고 ㈐`에 들어 있는 아르
곤 원자 수는 4n개이다.
⑴ 기체의 분자 수는 각 기체의 몰수를 구해 보면 비교할 수 있다.
PV=nRT에서 온도가 같으면 기체의 몰수는 PV값에 비례한
다. Y™와 ZX™의 PV값을 각각 구해 보면 2.0, 0.5이다. 따라서 Y™
분자 수가 ZX™ 분자 수의 4배이다.
⑵ PV= RT이므로 같은 온도에서 M은
에 비례한다
w
PV
w
M
X™의
값은
이고, Y™의
값은
이다.
w
PV
0.64
0.5
w
PV
0.16
2.0
따라서 X™의 분자량은 Y™의 분자량의 16배이다.
⑶ ZX™의
값은
이고, Y™의
값은
이므로
w
PV
0.88
0.5
w
PV
0.16
2.0
Z : Y=
0.24
0.5
:
0.08
2.0
=
0.96
2.0
:
0.08
2.0
=12 : 1이다.
따라서 Z의 원자량은 Y의 원자량의 12배이다.
정답
3aL
해설
정답
1.8기압
해설
실험 1과 실험 2의 비교에서 기체의 부피는 기체의 양(몰)에 비례한
다는 것을 알 수 있고, 실험 2와 실험 3의 비교에서 기체의 부피는
절대 온도에 비례한다는 것을 알 수 있다. 또한 실험 3과 실험 4의
비교에서 기체의 부피는 압력에 반비례한다는 것을 알 수 있다. 이
상을 종합하면 기체의 부피는 기체의 양(몰)과 절대 온도에 비례하
고 압력에 반비례한다.
주어진 조건을 실험 4와 비교해 보면 기체의 몰수가 2배, 압력이 2
정답
배 그리고 절대 온도가 1.5배가 되었으므로 기체의 부피는 몰수와
⑴ 4 : 1 ⑵ 16 : 1 ⑶ 12 : 1
의 비교에서 2배, 압력과의 비교에서 배 그리고 온도와의 비교에
해설
1
2
서 1.5배가 된다. 따라서 부피는 3a(L)가 된다.
He과 Ne의 부분 압력인 PHe과 PNe은 다음과 같다.
는 것을 알 수 있다.
1.5_2.0=PHe_5.0 → PHe=0.6기압,
2.0_3.0=PNe_5.0 → PNe=1.2기압
그러므로 ㈏`의 전체 압력 P=0.6+1.2=1.8기압이다.
정답
⑴ 분자 사이의 인력：A<B<C
⑵ 기체의 온도：T¡>T™>T£
220 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:14 PM 페이지221 Mac_05
개념 활용 문제
pp.050~055
ㄴ. 분산력은 대체적으로 분자량이 증가할수록 커진다. CF¢보다
CI¢의 분자량이 더 크므로 분산력은 CI¢가 더 크다. 무극성 분자에
01. ④
07. ④
02. ⑤
08. ④
03. ①
09. ①
04. ⑤
10. ①
05. ①
11. ③
06. ④
12. ②
ㄱ. A의 끓는점이 B의 끓는점보다 낮은 것으로 보아, 분자 A
사이의 인력이 분자 B 사이의 인력보다 작다.
ㄴ. 분자 B의 경우 분자 A와 분자량이 비슷하고 분자의 극성은 오
히려 작은데도 끓는점이 매우 높은 것으로 보아, 수소 결합이 존재
서 끓는점은 분산력에 의해서만 결정된다.
ㄷ. HF보다 HI의 분자량이 더 크므로 분산력이 크다. 그러나 그래
프에서 HF의 끓는점이 HI의 끓는점보다 높다. 이것은 HF가 수소
결합을 형성하기 때문이다.
ㄱ. GeH¢와 SiH¢는 모두 무극성 분자이고 GeH¢의 끓는점이
SiH¢보다 높은 것으로 보아, 분산력은 GeH¢가 SiH¢보다 크다는
한다는 것을 알 수 있다.
는 것을 알 수 있다.
것을 알 수 있다.
한다.
ㄷ. C는 무극성 분자인 것으로 보아, 분자 사이에 분산력만 존재하
ㄴ. F의 전기 음성도가 매우 크기 때문에 HF는 수소 결합을 형성
ㄱ. NH£의 결합각 a는 NH£가 삼각뿔 형태의 구조이므로
성하기 때문이다.
ㄷ. 물의 끓는점이 높은 것은 물 분자가 분자 사이의 수소 결합을 형
107˘이며, BF£의 결합각 b는 BF£가 평면 삼각형 구조이므로 120˘
이다. BF£NH£은 중심 원자 주위에 공유 전자쌍이 4개이므로 정사
면체 구조이고 결합각 c은 109.5˘일 것이다. 따라서 결합각은
b>c>a이다.
ㄴ. 암모니아는 비공유 전자쌍을 가지고 있으므로 비대칭 구조가 되
어 극성 분자이고, 삼플루오린화붕소는 비공유 전자쌍이 없으므로
대칭 구조가 되어 무극성 분자이다. 따라서 물에 대한 용해도는
BF£가 NH£보다 작다.
ㄷ. 수소 결합은 H가 직접 F, O, N과 결합한 분자에서 나타난다.
따라서 암모니아와 삼플루오린화붕소암모늄은 분자 사이에 수소
결합을 형성한다.
ㄱ. DE™는 공유 전자쌍이 2개이고 비공유 전자쌍이 2개이므로
굽은형 구조이며, 극성 분자이다. CE£는 공유 전자쌍 3쌍, 비공유
전자쌍 1쌍으로 삼각뿔 구조이며 극성 분자이다.
ㄴ. D는 산소 원자로 D™는 이중 결합을 가지고 있다.
ㄷ. A, B, C, D, E는 각각 B, C, N, O, F이다. A, B, C, D, E의
수소 화합물 중 수소 결합을 하는 물질은 C, D, E 3가지이다.
그림 A에서 대기압=측정관 속의 기체 압력+물기둥의 압력
이다. 그런데 기체의 압력은 수소 기체의 압력+수증기 압력이므
로 수소 기체의 압력을 측정할 수 없다.
그림 B에서는 수면이 일치하므로 대기압과 측정관 속의 기체 압력
이 같다. 그런데 측정관 속의 기체 압력=수소 기체의 압력+수증
ㄱ. HA의 끓는점이 특별히 높은 것으로 보아, 수소 결합이 존
기 압력이므로 수소 기체의 압력은‘대기압-수증기 압력’이 된다.
재한다는 것을 알 수 있다.
따라서 수소 기체의 압력은 760mmHg-28mmHg=732mm
ㄴ. D™의 끓는점이 가장 높은 것으로 보아, D™의 분산력이 가장 크
Hg이다.
다는 것을 알 수 있다.
ㄷ. 상온에서 액체 상태로 존재하기 위해서는 녹는점은 상온보다 낮
고 끓는점은 상온보다 높아야 된다. 따라서 상온에서 액체 상태로
존재하는 할로젠 분자는 C™ 한 개임을 알 수 있다.
ㄱ. 0æ, 1기압에서 기체 22.4L의 질량이 1몰이므로 그래프에
서 이 기체 17g은 1몰임을 알 수 있다. 따라서 분자량은 17이다.
ㄴ. 5atm에서 PV값이 갑자기 줄어든 것으로 보아 액화가 일어났
음을 알 수 있다.
ㄷ. 압력이낮을때는거의이상기체에가까우므로PV=22.4에서
ㄱ. 그래프에서 HF, HCl, HBr, HI로 갈수록 분자량은 커지
나 끓는점의 순서는 HCl<HBr<HI<HF이므로 서로 일치하
V=
=44.8(L)이다.
22.4
0.5
지 않음을 알 수 있다.
ㄹ. 압력이 높아질수록 이상 기체에서 점점 멀어지고 있다.
I. 다양한 모습의 물질_ 221
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:14 PM 페이지222 Mac_05
He 분자의 평균 속도가 N™ 분자의 평균 속도보다 빠르지만,
물을 전기 분해할 때 수소 기체와 산소 기체가 2 : 1의 부피비
He 분자의 속도 분포를 보면 N™ 분자보다 느린 분자가 있음을 알
로 발생한다. 이때 (-)전극에서 발생하는 기체는 수소 기체이고'
산소 분자 1몰의 속도는 모두 같지 않고 속도가 빠른 분자와 속도
(+)전극에서 발생하는 기체의 부피비는 (-) : (+)=2 : 1이다.
가 느린 분자가 모두 존재하며, 분자량이 작을수록 평균 속도가 빠
물은 전기를 잘 통하지 않으므로 전기 분해할 때 물속에 전해질 물
(+)전극에서 발생하는 기체는 산소 기체이다. 따라서 (-)전극과
수 있다.
르다.
질을 약간 넣어 준다. 물을 전기 분해할 때 황산구리를 넣어 주면
(-)극에서 금속 구리가 석출되므로 물의 전기 분해 생성물을 얻을
수 없다. 따라서 수산화나트륨 수용액을 넣어 주어야 한다.
ㄱ. 분출 속도가 C>B>A인데, 분출 속도는 기체의 분자량의
제곱근에 반비례하므로 분자량의 크기는 A>B>C이다.
ㄴ. 같은 온도와 압력에서 기체의 밀도는 분자량에 비례하므로 밀도
의 크기는 A>B>C이다.
ㄷ. 분출 속도는 C>B>A이다.
ㄱ. A는 원자 사이의 결합인 공유 결합이고, B는 물 분자 사이
ㄹ. 온도가 일정하므로 세 기체의 평균 분자 운동 에너지는 같다.
의 수소 결합으로, 물이 기화될 때는 B 결합이 끊어진다.
ㄱ. 압력이 1기압, 온도가 0æ로 일정할 때 기체의 부피는 몰수
ㄴ. 전해질을 넣은 물에 전류를 흘려 주면 물의 전기 분해가 일어나
에 비례하므로 기체 A의 몰수는 기체 B보다 2배 크다.
서 A 결합이 끊어진다.
ㄴ. 기체 A의 끓는점은 기체 B의 끓는점보다 낮으므로 기체 A는
ㄷ. 이온성 물질이 물에 잘 녹는 것은 이온성 물질과 물의 인력이 크
기 때문으로 수소 결합인 B 결합과는 관계가 없다.
기체 B보다 분자 사이의 인력이 작다.
ㄷ. 이 자료에서 기체의 분자량은 판단할 수 없다.
ㄱ. 온도와 압력이 일정할 때 압력과 몰수는 서로 비례하므로,
B의 몰수를 구하면 2 : 1=B : 0.4 ∴ B=0.8(mol)이다.
① 물은 극성 분자이다.
따라서 몰수는 A는 2.0mol, B는 0.8mol, C는 0.4mol이므로 분
② 물은 비열이 크기 때문에 다른 물질에 비해 온도가 쉽게 올라가
자량을 비교하면 A=4, B=2, C=4이다.
지 않는다.
ㄴ. 몰 분율은 혼합된 전체 기체의 몰수에서 성분 기체의 몰수가 얼
③ 물은 극성 용매이므로 무극성 분자인 H™, N™, O™를 잘 녹이지
마인지를 나타내는 척도로 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
못한다.
기체 B의 몰 분율=
기체 B의 몰수
전체 기체의 몰수
=
0.8
2.0+0.8+0.4
=0.25
다 분자 사이의 힘이 강하다.
④ 물은 수소 결합이 존재하기 때문에 분자량이 비슷한 다른 분자보
ㄷ. 압력과몰수는서로비례하므로기체C의부분압력은0.2(atm)
⑤ 물이 액체에서 고체로 상태가 변하면 수소 결합 때문에 빈 공간
이다.
이 많은 구조로 변하므로, 부피는 커지고, 밀도는 감소한다.
상태 변화는 분자 사이의 결합이 존재한다는 증거이며 분자 사
이의 결합력의 세기는 기체<액체<고체이다. 액체에서 기체로
될 때 결합력이 더 작은 분자 사이의 결합력이 더 작은 분자 결합이
끊어지며, 결합 길이가 짧은 분자 내 공유 결합이 결합 길이가 긴 분
pp.068~069
자 사이의 수소 결합보다 강하다.
01. ⑤
07. ②
02. ④
08. ⑤
03. ④
09. ④
04. ④
10. ①
05. ①
06. ④
11. ⑴ ○ ⑵ ×
⑶ ○ ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ × ⑺ ○
ㄱ의 굽은형 구조와 결합각은 산소 원자와 수소 원자의 공유 전자쌍
과 비공유 전자쌍의 수에 의해 결정되는 내용으로 결합력과는 관련
이 없다.
2. 액체와 고체
01 액체
개념 확인 문제
222 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:14 PM 페이지223 Mac_05
① 얼음이 물로 상태 변화하면 밀도가 변한다.
① 물은 비열이 크기 때문에 쉽게 데워지거나 식지 않는다. 반
② 얼음이 물로 상태 변화하는 과정에서는 물의 온도가 일정하게 유
면에 육지는 쉽게 온도가 올라가므로 해안 지방은 내륙 지방보다 일
지된다.
교차가 작다.
③ 물이 상태 변화한다고 해서 분자 구조가 변하는 것은 아니다.
② 물은 극성 분자로 용해성이 커서 여러 가지 다양한 물질들을 녹
④, ⑤ 물리 변화가 일어난다고 해서 분자 수가 변하는 것은 아니다.
일 수 있으므로 영양분을 효과적으로 흡수할 수 있다.
분자 수가 변하기 위해서는 화학 반응이 일어나야 한다.
③ 물이 얼면 부피가 팽창하므로 겨울철에 수도관이 얼어서 터지는
ㄱ. 물이 얼 때 분자 사이의 평균 거리가 멀어지므로 부피가 증
가한다.
에서 가장 크다.
이 더 크다.
ㄴ. 물은 4æ에서 밀도가 가장 크므로 같은 부피의 물의 질량은 4æ
ㄷ. 얼음이 물보다 수소 결합을 많이 형성하므로 분자 사이의 인력
현상이 발생한다.
④ 체온이 올라갈 때 땀을 흘리는 것은 물의 기화열을 이용하는 현
상이다. 물은 기화열이 크기 때문에 수증기로 상태 변화하면서 피부
로부터 많은 양의 에너지를 빼앗아가므로 효과적으로 체온을 낮출
수 있는 것이다.
바늘이 물 위에 뜬다.
⑤ 물은 표면 장력이 크기 때문에 바늘을 물 위에 수평으로 놓으면
ㄱ. 얼음의 구조와 물의 구조를 비교해 보면 얼음의 구조에서는
설명하는 현상은 표면 장력을 나타낸 것이므로 표면 장력과 관
분자 사이에 일정한 간격을 유지하고 있으나, 물의 구조에서는 빈
련된 현상을 찾으면 된다. 물 위에 클립을 띄울 수 있는 것은 물의
공간으로 분자들이 채워지는 것을 알 수 있다. 따라서 얼음이 녹아
표면 장력이 크기 때문이다.
물이 되면 분자 사이의 평균 거리가 가까워지므로 물의 밀도가 얼음
②, ④`는 물의 밀도와 관련된 현상이고, ③`은 물의 비열과 관련된 현
의 밀도보다 더 크다.
상이며, ⑤`는 물의 극성과 관련된 현상이다.
ㄴ. 물 분자의 경우는 부분적으로 수소 결합이 끊어지고 있으나 얼
음의 구조에서는 수소 결합이 끊어지지 않아 얼음이 물보다 분자당
수소 결합 수가 많다는 것을 알 수 있다.
ㄷ. 분자 내 원자 사이의 결합력은 물과 얼음에서 모두 같다. 상태가
변한다고 해서 원자 사이의 결합력이 변하는 것은 아니다.
⑴ -10æ 얼음의 밀도가 10æ 물의 밀도보다 작으므로 부피
는 -10æ의 얼음이 10æ의 물보다 크다.
⑵ A는 수소와 산소의 공유 결합을 의미한다. 상태 변화가 일어난
다고 해서 공유 결합에 변형이 일어나는 것은 아니다.
ㄱ. 비열이 크다는 것은 쉽게 온도가 변하지 않는다는 것을 의
⑶ B는 물 분자의 수소 결합을 의미하며, 얼음이 녹아 물이 되면 분
미한다. 생물체는 비열이 큰 물이 주성분이기 때문에 쉽게 온도가
자 내에 있는 수소 결합이 끊어지게 되므로 수소 결합 수는 감소하
변하지 않는 것이다.
게 된다.
ㄴ. 물이 얼면 부피가 커지는 것은 생물체가 수분과 체온을 일정하
⑷ 얼음이 녹아 물이 되면 부피가 감소하게 되므로 분자 사이의 평
게 유지하는 것과는 관련이 없다.
균 거리는 짧아지게 된다.
ㄷ. 물은 수소 결합을 하고 있으므로 끓는점이 매우 높고 기화열이
⑸ 얼음이 녹아 물이 되며 분자 사이의 수소 결합 수가 감소하게 되
크다. 만일 물의 끓는점이 낮다면 생물체 내에 있는 물이 액체 상태
므로 분자 사이의 힘은 약해지게 된다.
로 존재하지 못하고 쉽게 기화되어 생물체 밖으로 모두 빠져 나갈
⑹ 상태 변화가 일어난다고 해서 분자가 변형되는 것은 아니므로 결
것이다. 또한 기화열이 크기 때문에 쉽게 증발하지 않고 외부 온도
합각이 변하는 것은 아니다.
가 높더라도 증발하면서 많은 열을 흡수하기 때문에 체온이 일정하
⑺ 얼음이 에너지를 흡수하면 물이 되므로 물의 에너지가 얼음의 에
게 유지된다.
너지보다 크다.
I. 다양한 모습의 물질_ 223
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:15 PM 페이지224 Mac_05
02 고체
개념 확인 문제
금속 결합은 금속 양이온과 자유 전자로 이루어지며 전류를 흘
려 주면 자유 전자가 (+)극으로 이동한다. 또한 이온 결합 물질의
pp.082~083
수용액이나 용융액에 전류를 흘려 주면 양이온은 (-)극으로, 음이
01. ④
02. ④
03. ④
04. ⑤
05. ⑤
온은 (+)극으로 이동한다. 왼쪽 모형은 금속 나트륨에 전류를 흘려
06. ㈎ 전자, ㈏ 염화 이온(Cl—), ㈐ 마그네슘 이온(Mg¤ ±)
07. ①
주었을 때 입자의 이동을 나타낸 것이므로 (+)극 쪽으로 이동하는
08. ③
09. ⑤
10. ⑴ ㈎ 단순 입방 구조, ㈏ 체심 입방 구조, ㈐ 면심 입방 구조,
㈑ 육방 밀집 구조 ⑵ ㈎ , ㈏ , ㈐ , ㈑
1
8
1
8
p
6
1
8
'3p
8
1
6
, ㈐ '2p
6
입자 ㈎`는 전자이다. 주어진 그림에서 오른쪽 모형은 염화마그네슘
용융액에 전류를 흘려 주었을 때 입자의 이동을 나타낸 것이므로
(+)극 쪽으로 이동하는 큰 입자인 ㈏`는 염화 이온(Cl—)이고, (-)
⑶ ㈎ 1, ㈏ 2, ㈐ 4, ㈑ 6 ⑷ ㈎ , ㈏
극 쪽으로 이동하는 작은 입자인 ㈐`는 마그네슘 이온(Mg¤ ±)이다.
결정성 고체는 입자 사이의 결합을 끊는 데 필요한 에너지가 모
ㄷ. 이온 결정은 녹는점과 끓는점이 높으며, 실온에서 이온들이
든 부분에서 같으므로 녹는점이 일정하다. 비결정성 고체는 고체를
규칙적으로 배열된 결정 상태로 존재한다.
이루는 입자들 사이의 인력이 일정하지 않으므로 가열되면 결합이
ㄹ. 원자성 결정은 녹는점이 매우 높으므로 실온에서 고체 상태로
약한 부분부터 먼저 끊어져 녹는점이 일정하지 않다. 결정성 고체에
존재한다.
는 석영, 다이아몬드, 드라이아이스, 소금 등이 있고, 비결정성 고체
에는 엿, 유리, 고무, 플라스틱 등이 있다.
녹는점이 매우 낮고 전기 전도성이 없는 고체 물질은 분자성 물
질이다. 이온 결정과 원자성 물질은 녹는점이 매우 높고, 금속 결정
은 전기 전도성이 있다.
물질의 상태는 녹는점과 끓는점에 의해서 결정된다. 녹는점과
끓는점이 상온보다 낮으면 물질은 상온에서 기체 상태로 존재하고,
녹는점이 상온보다 낮고, 끓는점이 상온보다 높으면 액체 상태로 존
재하며, 녹는점과 끓는점이 상온보다 높으면 고체 상태로 존재한
다. 따라서 물질 C는 액체 상태로 존재한다.
ㄱ. A는 녹는점이 매우 높은 것으로 보아, 원자 결정임을 알 수
있다. 원자 결정은 일반적으로 고체와 액체 상태에서 모두 전기 전
ㄱ. 흑연과 다이아몬드는 모두 탄소 원자로 이루어져 있다.
ㄴ. 흑연과 다이아몬드는 공유 결합으로 연결된 거대 분자이다.
ㄷ. 흑연과 다이아몬드는 모두 원자 결정이다.
도성이 없다.
이다.
ㄴ. B는 고체 상태에서 전기 전도성이 있는 것으로 보아, 금속 결정
⑴ 단위 격자의 이름은 ㈎`는 단순 입방 구조, ㈏`는 체심 입방 구
ㄷ. C는 고체 상태에서는 전기 전도성이 없으나 액체 상태에서 전
⑵ ㈎, ㈏, ㈐, ㈑ 단위 격자에서 꼭짓점에 있는 입자가 단위 격자에
조, ㈐`는 면심 입방 구조, ㈑`는 육방 밀집 구조이다.
기 전도성이 있는 것으로 보아 이온 결정이다.
포함되는 비율은 각각 ,
,
, 이다.
1
8
1
8
1
8
1
6
⑶ ㈎, ㈏, ㈐, ㈑`에서 단위 격자 속의 입자 수를 구하면 다음과 같
금속의 양이온과 비금속의 음이온이 결합하여 형성된 물질은
이온 결정이다. 이온 결정은 고체 상태에서는 전기 전도성이 없으나
액체 상태에서는 전기 전도성을 가진다.
다.
1
•㈎： _8=1
8
금속은 자유 전자와 금속의 양이온 사이에 금속 결합을 형성하
며, 자유 전자는 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 열전도도와 전기
•㈐： _6(면심)+ _8(꼭짓점)=4
전도도가 매우 크고, 연성과 전성이 좋다. 이러한 금속의 성질을 설
명할 수 있는 모형은 금속 결합 모형이다.
•㈑：1_3(중심)+ _2(면심)+ _12(꼭짓점)=6
1
6
1
2
1
8
1
2
1
•㈏：1(체심)+ _8(꼭짓점)=2
8
224 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:15 PM 페이지225 Mac_05
⑷ ㈎, ㈏, ㈐ 격자에서 입자의 점유 비율을 각각 구하시오.
ㄱ. 물과 나트륨(알칼리 금속)이 반응하면 결합 a가 끊어져서
•㈎：격자의 부피=a‹
수소 기체가 발생한다.
•입자의 부피=
4pr‹
3
=
4p{;2A;}3
3
=
pa‹
6
•입자의 부피=2_
=2_
'3a
4p {:;4:;
}3
3
=
'3pa‹
8
∴ 입자의 점유 비율=
p
6
•㈏：격자의 부피=a‹
4pr‹
3
'3p
8
∴ 입자의 점유 비율=
•㈐：격자의 부피=a‹
•입자의 부피=4_
4pr‹
3
=
'2a
4_4p {:;4:;
}3
3
=
'2pa‹
6
∴ 입자의 점유 비율= '2p
6
ㄴ. 물이 응고될 때에는 결합 b가 형성된다.
ㄷ. 결합 a는 원자 사이의 공유 결합이고, 결합 b는 분자 사이의 인
력으로 수소 결합에 해당한다. 수소 결합은 원자 사이의 공유 결합
보다 약하다.
ㄱ. ㈎`는 액체 상태인 물이고, ㈏`는 고체 상태인 얼음이다. 얼음
은 물보다 분자 사이의 거리가 멀기 때문에 얼음이 물로 융해되면
부피는 작아지고 밀도는 커진다.
ㄴ. 얼음에서 물로 될 때 수소 결합(결합A)이 끊어지므로 물 분자 1
개당 결합 A의 평균 개수는 물보다 얼음에서 더 많다.
ㄷ. 결합 B는 공유 결합으로 상태가 변한다고 해서 결합 B의 결합
력이 변하는 것은 아니다.
실력 확인 문제
pp.084~087
해서 물 분자들끼리 둥글게 뭉치는 현상이라고 할 수 있다. 물은 수
ㄱ, ㄴ. 표면 장력은 공기와 닿는 물 분자의 수를 적게 하기 위
01. ②
07. ②
02. ④
08. ②
03. ②
09. ④
04. ④
10. ②
05. ③
11. ③
06. ②
12. ⑤
장력이 크다.
소 결합에 의해 물 분자 사이에 작용하는 인력이 크기 때문에 표면
단답형·서술형 문제
13. 해설 참조
16. BC 구간
14. 해설 참조
17. ㄴ, ㄷ, ㅂ
18. 다이아몬드(C), 석영(SiO™), 규소(Si)
ㄷ, ㄹ. 수소 결합에 의해 내부의 물 분자 사이에는 강한 인력이 작
15. 해설 참조
용하지만 공기와 닿는 표면에 있는 물 분자의 경우에는 공기와의
사이에 인력이 작용하지 않으므로 안쪽으로 끌리는 힘이 작용하게
된다.
점선에서 나타내고 있는 힘은 물 분자 사이에 작용하는 수소 결
합이다. 보기에서 수소 결합과 관련된 현상을 찾으면 된다.
주어진 자료는 표면 장력에 관한 개념을 설명하고 있다. 표면
ㄱ. 생명체가 물을 체온 조절에 이용하는 것은 물의 기화열이 매우
장력은 액체 표면에 있는 분자들이 분자 사이의 인력으로 액체 내부
큰 것과 관련이 있다. 물은 기화열이 크기 때문에 적은 양의 증발로
로 끌려서 액체 표면의 분자 수를 최소로 하려는 성질 때문에 생긴
도 많은 열을 빼앗아 갈 수 있다. 물의 기화열이 큰 것은 수소 결합
다. 일정량의 액체가 가장 작은 표면적을 가졌을 때의 형태가 구형
과 관련이 있는 현상이다.
이므로 물방울은 구형을 이루는 것이다.
ㄴ. 소금이 에탄올보다 물에 잘 녹는 이유는 물의 극성이 에탄올보
① 빙산이 물 위에 뜨는 것은 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 작기 때
다 크기 때문이다.
문이다.
ㄷ. 아세트산은 분자 사이에 수소 결합을 형성하여 이합체를 형성하
② 소금이 물에 잘 녹는 것은 물이 극성 분자이기 때문이다.
기 때문에 분자량이 2배로 측정된다.
③ 풀잎에 맺힌 이슬 방울이 둥근 것은 표면 장력과 관련된 예이다.
ㄹ. 물을 전기 분해하면 수소 기체와 산소 기체가 2 : 1로 발생한다
④ 해안 지방에서 밤에 육풍이 부는 것은 비열과 관련이 있다.
는 것은 물의 구성 성분이 수소와 산소라는 것을 알려 주는 내용이
⑤ 사람이 체온 조절에 물을 이용하는 것은 물의 비열이 크기 때문
다. 수소 결합과는 관계없다.
이다.
I. 다양한 모습의 물질_ 225
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:15 PM 페이지226 Mac_05
ㄱ. 물에 비눗물을 떨어뜨리면 물 분자와 유리관, 물 분자와 물
정답
분자 사이의 인력이 감소하여 물기둥의 높이가 낮아진다.
ㄴ. 유리관속수면의높이는유리관의반지름이작을수록높아진다.
(-)부분 전하
2 -
비공유
전자쌍
물 분자는 수소 원자와 산소
원자 사이에 1쌍의 전자쌍을
ㄷ. 에탄올은 물보다 표면 장력이 작으므로, 물 대신 에탄올을 사용
O
공유하고 있으며, 이때 산소
하면 수면의 높이가 낮아진다.
금속 결합은 이온 결합과 마찬가지로 정전기적 인력에 의한 결
공유 전자쌍
합이다. 이온 결정에 힘을 가하면 양이온 - 양이온 사이의 반발력이
발생하여 이온 결정이 부스러지게 되지만 금속 결정에서는 자유롭
게 움직이는 자유 전자가 서로 반발하는 양이온을 정전기적 인력으
로 결합시켜 주기 때문에 부서지지 않고 변형만 된다.
ㄱ. ㈎`는 이온 결정으로 용융 상태에서 양이온과 음이온이 이동
할 수 있으므로 전기 전도성을 가진다. 그러나 고체 상태에서는 전
기 전도성을 가지지 않는다.
+
H
(+)부분
전하
+
H
(+)부분
전하
원자는 수소 원자보다 전기
음성도가 크므로 공유 전자
쌍은 산소 원자 쪽에 치우쳐
있다. 따라서 산소 원자는 부분적으로 (-)전하를 띠고, 수소 원자
는 부분적으로 (+)전하를 띠므로 물은 극성 분자이다. 또한 물 분
자는 굽은형 구조이므로 극성을 갖는 분자이다.
해설
산소 원자는 원자가 전자가 6개이고, 수소 원자는 1개이다. 따라서
물 분자가 만들어지기 위해서 산소 원자와 수소 원자 사이에는 2개
의 전자(1개의 전자쌍)를 공유하면서 결합을 형성한다.
ㄴ. ㈏`는 분자 결정으로 분자 사이의 힘이 매우 약하다.
정답
ㄷ. ㈐`는 원자 결정으로 매우 단단하다. 자유 전자의 특성이 나타나
⑴ 물이 얼면 물 분자들은 수소 결합을 형성하여 분자 사이에 빈 공
는 것은 금속 결정이다.
간이 많은 규칙적인 육각 고리 구조의 결정을 이루므로 부피가 커져
이온 결합의 구성 입자는 금속의 양이온과 비금속의 음이온이
고, NaCl 결정에서 금속의 양이온은 Na±이고 비금속의 음이온은
Cl—이다. 그런데 두 이온의 크기를 비교해 보면, 전자 껍질수가 Cl—
의 경우가 Na±보다 많으므로 이온의 크기가 Cl—이 Na±보다 더
크다. 따라서 입자의 크기가 더 큰 A가 Cl—이고, 입자의 크기가 작
은 B가 Na±이다.
서 밀도가 작아진다. 따라서 얼음의 밀도가 물보다 작아 얼음이 물
위에 떠서 강물은 표면부터 얼게 되고, 표면에 생긴 얼음이 냉기를
차단하여 물이 아래쪽까지 어는 것을 막아 준다.
⑵ 물은 모래보다 비열이 크므로 온도 변화가 작다. 그러나 사막 지
역에는 물이 없고 비열이 작은 모래뿐이므로 한낮에는 쉽게 뜨거워
졌다가 밤이 되면 금세 식어버려서 낮과 밤의 기온차가 크다.
공유 결정에는 다이아몬드, 흑연, 석영 등의 물질들이 있다. 공
어떤 물질 1g의 온도를 1æ 올리는 데 필요한 열량을 비열이라고
유 결정은 입자 사이의 정전기적 힘에 의해 결합한 것이 아니므로
한다. 비열이 큰 물질은 온도를 1æ 올리는 데 열이 많이 필요하므
정전기적 반발에 의해 입자가 부서지는 것은 아니다. 결정을 이루는
로 온도가 천천히 변하고, 비열이 작은 물질은 온도를 1æ 올리는
모든 입자가 공유 결합에 의해 생성된 거대 입자인 공유 결정은 매
데 열이 적게 필요하므로 온도가 급격하게 변한다.
해설
정답
우 단단하고 녹는점과 끓는점이 매우 높다.
원자들이 인접한 원자들과 공유 결합을 형성하여 결정을 구성
하는 모든 원자들이 공유 결합에 의해서 그물처럼 연결되어 있는 물
질은 공유 결정으로 녹는점과 끓는점이 매우 높다.
물은굽은형구조로극성용매이기때문에몸안생리작용에필요한
많은 이온이 녹을 수 있는 환경을 제공해 줄 뿐만 아니라 여러 가지
영양분들을 이동시켜 주는 역할도 수행한다. 또한 물은 비열이 커서
온도가 잘 변하지 않기 때문에 체온 유지에 유리하다. 그리고 물은
주어진 자료를 보면, 외력을 가해 변경된 후에도 입자들의 상대
기화열이 커서 물이 약간만 증발해도 체온을 쉽게 조절할 수 있기
적 위치에는 변함이 없다는 것을 알 수 있다. 따라서 이 결정은 금속
때문에 격렬한 운동 후 물이 약간만 증발해도 체온을 낮출 수 있다.
결정이다. 금속 결정은 연성과 전성이 크고, 열전도도와 전기 전도
만일 물의 기화열이 작다면 체온을 낮추기 위해 많은 물을 증발시켜
도가 크다. 부스러지기 쉬운 결정은 이온 결정이다.
야 할 것이다.
226 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:15 PM 페이지227 Mac_05
정답
BC 구간
해설
정답
ㄴ, ㄷ, ㅂ
해설
이다.
정답
해설
④ 물에 대한 용해도는 분자의 극성 유무로 판단할 수 있다. 자료에
서 NH£와 H™S는 극성 분자이므로 물에 대한 용해도가 크고, CH¢
와 SiH¢, CCl¢는 무극성 분자이므로 물에 대한 용해도가 매우 작
추운 겨울날 장독대가 깨지는 현상은 얼음의 밀도가 물의 밀도보다
다. 그런데 분자 사이의 인력은 CCl¢가 가장 크므로 분자 사이의 인
작아지기 때문에 나타나는 현상으로 BC 구간과 관련이 있다. 0æ
력이 커질수록 용해도가 증가하는 것은 아니라는 것을 알 수 있다.
에서 물이 얼음이 되면, 물 분자의 분자 운동이 약해지므로 물 분자
⑤ 모든 물질은 녹는점과 끓는점이 상온보다 낮으면 기체 상태로 존
사이의 간격이 가까워지게 된다. 이 때문에 모든 물 분자들이 수소
재한다. 위 물질들 중 CCl¢를 제외하면 모두 녹는점과 끓는점이
결합에 의해 결합하게 되어 육각 고리 모양의 결정을 이루므로 빈
25æ보다 낮으므로 상온에서 기체 상태로 존재한다. CCl¢는 액체
공간이 생겨 얼음의 부피가 증가하고 밀도가 감소한다.
상태로 존재한다.
벤젠, 사이클로헥세인, 염화수소는 수소 결합을 형성하지 않는 물
말한다. CD 구간에서는 기화가 일어난다.
질이고, 메탄올, 암모니아, 아세트산은 수소 결합을 형성하는 물질
④ t¡은 물의 녹는점이므로 0æ이고, t™는 물의 끓는점이므로
다이아몬드(C), 석영(SiO™), 규소(Si)
원자 결정은 결정을 이루는 모든 원자들이 강한 공유 결합에 의해
각 구간에서 얻는 열량이 많을수록 가열 시간이 길어지고, 각
그물처럼 연결되어 있으므로 녹는점과 끓는점이 매우 높다.
구간에서 얻은 열량은 다음과 같다.
① 무질서도는 에너지가 커질수록 커진다.
②, ③ AB와 CD 사이에 가한 에너지는 상태 변화에 쓰였다.
③ 승화는 고체에서 액체를 거치지 않고 직접 기체로 변하는 것을
⑤ 비열은 물질 1g을 1æ 높이는 데 필요한 에너지를 의미하므로
100æ이다.
C-B
180(t™-t¡)
(kJ/g¥æ)이다.
•㈎：2.05_10_30=615(J/g)=0.615(kJ/g)
•㈏：0.334_10=3.34(kJ/g)
•㈐：4.18_10_100=4.18(kJ/g)
•㈑：2.26_10=22.6(kJ/g)
따라서 가열 시간은 ㈎<㈏<㈐<㈑ 순이다.
ㄱ. 모세관을 액체에 넣었을 때 액체 표면을 메니스커스라고 하
며, 액체 입자끼리의 응집력이 클 때에는 메니스커스가 위로 볼록해
개념 활용 문제
pp.088~093
01. ④
07. ②
02. ①
08. ④
03. ④
09. ①
04. ①
10. ④
05. ④
11. ⑤
06. ④
12. ⑤
ㄱ. 물은 4æ에서 밀도가 가장 크므로 부피가 가장 작다.
지고 유리관과의 부착력이 더 클 때에는 아래로 볼록해진다. 수은의
ㄴ. 얼음이 녹아 물이 되면 분자 내에 있는 수소 결합이 끊어지게 되
경우에는 액체 입자끼리의 응집력이 매우 크기 때문에 위로 볼록해
므로 수소 결합 수는 감소하게 된다.
진다.
ㄷ. 얼음이 녹아 물이 되면 부피가 감소하게 되므로 분자 사이의 평
ㄴ. 수은은 액체 입자끼리의 응집력이 매우 크기 때문에 유리관의
균 거리는 짧아지게 된다.
액면이 수조의 액면보다 낮아지게 된다.
① CCl¢의 끓는점이 가장 높으므로 분자 사이의 인력이 가장
크다는 것을 알 수 있다.
ㄷ. 낮아지거나 높아지는 높이는 유리관의 두께가 얇을수록 커진
다. 따라서 액면의 높이 차는 A<B<C이다.
② 주어진 물질 중 수소 결합을 형성하는 물질은 NH£ 한 가지이다.
ㄱ. ㈎`는 금속의 연성과 전성을, ㈏`는 금속의 전기 전도성을 나
③ NH£와 SiH¢를 비교해 보면 분자량이 커질수록 분자 사이의 힘
타내는 모형이다. 구리로 전선을 만드는 데는 구리의 연성이 크고,
이 커지는 것은 아니라는 것을 알 수 있다.
전기 전도성이 큰 성질을 이용한 것이다.
I. 다양한 모습의 물질_ 227
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:15 PM 페이지228 Mac_05
ㄴ. 알루미늄으로 포일을 만드는 것은 알루미늄의 전성이 큰 성질을
이용한 것이다.
ㄷ. 귀금속이나 장식용으로 이용하기 위해서는 단면의 빛깔이 아름
답고, 쉽게 부식되지 않아야 한다.
이온 결합 물질임을 알 수 있다.
ㄱ. 금속 결정은 금속 양이온과 자유 전자 사이의 정전기적 인력으
로 이루어진 결정으로, 외력이 가해져도 금속 이온과 자유 전자 사
이에 변화가 없으므로 복원력이 크고 연성과 전성이 크다. 따라서
물질 A의 연성과 전성이 물질 B보다 크다.
ㄴ. 금속 결정은 자유 전자에 의해 전기 전도성을 가지나 이온 결정
은 이온이 고정되어 있으므로 전기 전도성을 가지지 않는다. 따라서
주어진 자료로부터 물질 A는 금속 결합 물질이고, 물질 B는
ㄷ. 체심 입방 구조의 단위 격자에서 체심에 있는 입자는 온전히 단
CsCl(염화세슘)의 구조
위 격자에 포함되나(1체심), 꼭짓점에 존재하는 입자는 만이 격
;8!;
자에 포함된다. 따라서 단위 격자 속에 존재하는 입자의 총 수는 2
개이다. 1(체심)+ _8(꼭짓점)=2
;8!;
ㄱ. A, B, C 상태는 고체, 액체, 기체 상태에 해당된다. 입자 사
물질 A의 전기 전도성이 물질 B보다 크다.
이의 인력의 크기는 고체>액체>기체이다.
ㄷ. 소금은 금속의 양이온과 비금속의 음이온이 결합한 물질로 물질
ㄴ. B 상태는 액체 상태이고, C 상태는 기체 상태이다. 액체에서 기
B의 예이고, 구리는 금속 결합 물질로 물질 A의 예이다.
체로 될 때는 많은 열을 흡수한다.
ㄷ. 일반적으로 고체 상태일 때의 밀도가 액체 상태일 때의 밀도보
ㄱ. A는 서로 다른 원소로 구성되어 있고 액체의 전기 전도성
다 크다. 하지만 물의 경우는 액체 상태일 때의 밀도가 고체 상태일
이 없으며 물에 잘 녹으므로 극성 분자로 이루어진 물질이다.
때의 밀도보다 크다.
ㄴ. B는 녹는점이 매우 높고 액체의 전기 전도성이 없는 원자 결정
으로, 공유 결합으로 연결된 거대 분자이다.
ㄷ. C는 액체에서 전기 전도성이 있고 서로 다른 원소로 이루어진
이온 결정으로 자유 전자가 없다.
ㄹ. D는 한 종류의 원소로 이루어져 있으며 액체에서 전기 전도성
이 있는 금속이다. 금속은 자유 전자가 있어서 고체 상태에서도 전
기 전도성이 있다.
ㄱ. ㈎`는 결정성 고체(석영)로 녹는점과 융해열 등이 일정하다.
ㄴ. ㈏`는 비결정성 고체(유리)로 녹는점과 융해열이 일정하지 않다.
ㄷ. 결정성 고체로는 다이아몬드, 석영, 염화나트륨 등이 있고 비결
정성 고체로는 유리, 고무 등이 있다.
ㄹ. 결정성 고체는 비결정성 고체보다 단단하다.
ㄱ. Cs±을 둘러싸고 있는 Cl—이 꼭짓점에 8개가 존재하므로
배위수는 8이다.
CsCl이다.
228 _
정답과 해설
수증기
물
얼음
ㄱ. 수증기가 응결하여 물이 되거나 수증기가 승화하여 얼음이 되는
경우 밀도가 증가한다. 또한 물의 경우는 다른 물질들과 달리 고체
상태의 얼음이 녹아서 액체 상태의 물이 될 때 밀도가 증가한다. 따
라서 밀도가 커지는 과정은 ㈏, ㈐, ㈓`이다.
ㄴ. 에너지를 흡수하는 과정은 고체 → 액체 → 기체이므로 ㈎, ㈑,
㈓`이다.
ㄴ. 꼭짓점에 있는 Cl—의 수는 8_ =1이므로 Cs±과 Cl—은
;8!;
ㄷ. 무질서도는 입자들의 배열이 가장 규칙적인 고체 상태에서 가장
1 : 1의 개수비로 결합하고 있다. 따라서 염화세슘의 화학식은
작고, 입자들의 운동이 완전히 자유로운 기체 상태에서 가장 크다.
따라서 무질서도가 커지는 과정은 ㈎, ㈑, ㈓`이다.
16고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2016.2.2 10:11 AM 페이지229 Mac_03
3. 용액
01 용해와 용액의 농도
개념 확인 문제
49% 황산 1000g 중에 490g의 H™SO¢가 들어 있다.
황산의 부피(L)=
1000
1000_1.4
1
= (L)
1.4
황산의 몰수=
490g
98g/mol
=
490
98
mol
pp.106~107
∴ 몰 농도=
용질의 몰수(mol)
용액의 부피(L)
=
490_1.4
98
(M)=7(M)
01. ⑤
04. ①
02. ㄱ - C, ㄴ - A, ㄷ - B
03. ③
05. ②
06. ㄴ, ㄹ
07. 2.08m
08. ④
09. ⑴ ② ⑵6.25m
10. 에탄올의 몰 분율 : 0.2, 물의 몰 분율 :
0.8
11. ③
12. ⑴ 1274g ⑵ 382.2g ⑶ 3.9mol ⑷ 3.9M ⑸ 4.37m
% 농도=
_100, 몰농도=
용질의 질량
용액의 질량
용질의 몰수
용액의 부피
이므로
몰 농도를 구하기 위해서는 용질의 몰수와 용액의 부피가 필요하다.
용질의 몰수=
이므로 황산의 분자량이 필요하고,
용질의 질량
분자량
용액의 질량
밀도
물질의 밀도로 보아 물질 A와 B는 모두 물 위에 뜬다. 그런데
A는 무극성 물질이므로 극성 용매인 물에 녹지 못하여 물에 뜬 채
용액의 부피=
이므로 진한 황산의 밀도가 필요하다.
로 있게 되고, B는 극성 물질이므로 물에 용해될 것이다.
% 농도는 용액 100g 속에 녹아 있는 용질의 질량이고, 몰 농도는
고체를 물 층 위에 가만히떨어뜨린 것은 물보다 밀도가 작은 고체
용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰수이다.
를 물 위에 뜨게 하려는 것이다. 이 경우 물의 밀도인 1.0g/mL보
다 작은 A, B가 물 층 위에 뜨게 된다. 그런데 극성이 있는 물질은
극성이 있는 용매에 잘 용해되고, 극성이 없는 물질은 극성이 없는
용매에 잘 용해된다. 고체 A의 경우 무극성 물질이므로 사염화탄소
에 녹을 수 있으나, 밀도가 물보다 작으므로 물 층에 떠있게 되어 사
염화탄소와의 접촉이 차단되므로 사염화탄소에 용해되지 않는다.
질량 %
MgSO¢：용매=20：80
Δ
20
120
：80=x：1000, x=
?2.08(m)
1000_20
80_120
분자량`=
45_1000
100_2.5
=
45000
250
=180
⑴ 몰랄 농도=
용질의 몰수(mol)
용매의 질량(kg)
⑵ 용액 1000mL의 질량=1000mL_1.2g/mL=1200g,
ㄱ. NaCl은 수용액에서 다음과 같이 이온화된다.
NaCl
Na± + Cl—
1⁄
생성된 이온과 물 사이에 이온 - 쌍극자 힘이 작용한다.
용질의 질량=40_6=240(g),
ㄴ. 아이오딘과 사염화탄소는 모두 무극성 물질이다.
용매의 질량=1200-240=960(g)이므로
ㄷ. 물과 염화수소는 모두 극성 물질이다.
960g : 6mol=1000g : x, x=6.25(m)이다.
Na™SO¢¥10H™O의 화학식량은 322이므로 녹여야 할 질량을
C™H∞OH의 몰수= =0.5(mol),
23
46
x라 하면, 용액의 질량=100+x, 용질의 질량=
142
322
x
36
물의 몰수= =2(mol)
18
∴ %농도=
_100=
_100=10
용질의 질량
용액의 질량
;3!2$2@;x
100+x
∴ x=29.3
C™H∞OH의 몰 분율=
0.5
0.5+2
=0.2
물의 몰 분율=1-0.2=0.8
몰 농도=
÷0.500L=0.10M
4.90g
98.0g/mol
MgCl™의 화학식량=24+71=95,
•몰 농도：
19g
95g/mol
_
1
0.2L
=1.00M,
I. 다양한 모습의 물질_ 229
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.21 8:3 PM 페이지230 Mac_02
•용액의 질량：1.0g/cm‹ _200cm‹ =200g,
A의 경우는 수조 속에 증류수만 들어 있기 때문에 삼투 현상에
몰랄 농도：
19g
95g/mol
_
1000g/kg
200g-19g
?1.1m
⑴ 황산 수용액 1L의 질량=용액의 부피(=1000mL)_용
액의 밀도(=1.274g/mL)=1274g
⑵ 황산 수용액 1L중의 H™SO¢의 질량
=용액의 질량(=1274g)_
=382.2(g)
30
100
⑶ 황산수용액1L의중의H™SO¢의몰수=
=3.9(mol)
382.2g
98
⑷ 황산 수용액의 몰 농도=
=3.9(M)
1274_0.3
98_1
⑸ 황산 수용액의 몰랄 농도=
용질의 몰수(mol)
용매의 질량(kg)
=
3.9(mol)
1274-382.2
111121
1000
kg
?4.37m
02 묽은 용액의 성질
개념 확인 문제
p.119
01. ⑤
02. ⑤
03. ③
04. A>B>C
있다.
05. ⑴ 10000 ⑵ 10—› M
06. ②
07. 설탕 수용액>포도당 수용액
증류수는 순수한 용매이고, 1m 포도당 수용액은 비전해질 수
용액이며, 1m 염화나트륨 수용액은 전해질 수용액이다. 비전해질
수용액의 끓는점은 순수한 용매보다 높으며, 같은 농도의 전해질 수
용액의 끓는점은 비전해질 수용액의 끓는점보다 높다.
의해서 고구마 쪽으로 증류수가 이동하여 고구마의 질량이 더 커질
것이다.
B와 C의 경우 포도당은 비전해질이고, 염화나트륨은 전해질이므
로 같은 2몰이지만 염화나트륨은 4몰의 효과가 나타나 삼투압이 더
커지게 된다. 따라서 염화나트륨이 녹아 있는 수용액에서는 포도당
수용액보다 고구마에서 더 많은 물이 빠져나가게 될 것이다.
⑴ 반트 호프의 삼투압 법칙 pV=nRT에서 n= 이므로
w
M
M=
wRT
pV
=
0.5_0.082_300
2.46_10—‹ _0.5
=10000이다.
⑵ 용액의 몰 농도=
w
M¥V
=
0.5
10000_0.5
=10—› (M)이다.
삼투압, 끓는점 오름, 어는점 내림, 증기 압력 내림과 같은 묽은
용액의 성질들은 특정한 용질의 성질에 영향을 받는 것이 아니고 용
질 입자의 농도에만 영향을 받는데, 이러한 특성들을 용액의 총괄성
이라고 부른다. 용해도는 용매 100g에 녹을 수 있는 용질의 양으
로, 묽은 용액의 총괄성과는 관련이 없다.
반투막을 사이에 두고 두 용액이 접하게 되면 농도가 엷은 쪽에
서 진한 쪽으로 용매인 물이 이동하게 된다. 그런데 자료에서 반투
막을 통해 포도당 수용액으로부터 설탕물로 물이 이동하는 것으로
보아, 몰 농도는 설탕물이 포도당 수용액보다 진하다는 것을 알 수
실력 확인 문제
pp.120~123
01. ④
07. ③
02. ②
08. ①
03. ②
09. ②
04. ③
10. ④
05. ②
11. ④
06. ⑤
12. ③
단답형·서술형 문제
C : 0.1M CaCl™ 수용액
20. ㄱ：101.04æ, ㄴ：100.52æ, ㄷ：101.56æ, ㄹ：100.52æ,
ㅁ：100.52æ, ㅂ：101.04æ
21. 농도 : B>A, 어는점 : A>B
22. 2000
용액의 증기 압력 내림은 용액 속에 존재하는 입자의 농도에 의
13. ⑴ B>C>A ⑵ A=B=C
14. ㈏>㈎ 15. 3.00M
하여 결정된다. 같은 농도일 때 전해질의 경우는 비전해질보다 수용
16. 3.60mol
17. ⑴ 0.174m ⑵ 128
액 속에 존재하는 입자의 농도가 더 크므로 증기 압력이 더 내려가
18. ⑴ 17.17m ⑵ 0.24 ⑶ -31.94æ
게 된다. 따라서 전해질 용액의 증기 압력이 비전해질보다 더 낮다.
19. A : 0.1M C§H¡™O§ 수용액, B : 0.2M C§H¡™O§ 수용액,
삼투 현상은 반투막을 사이에 두고 용액을 분리했을 때 묽은 용
액 쪽의 용매가 진한 용액 쪽으로 이동하는 현상을 말한다. 용질은
반투막을 통과하지 못한다.
230 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:15 PM 페이지231 Mac_05
30æ에서 20æ로 될 때 용액의 부피가 감소했음을 알 수 있다.
용액의 증기 압력은 순수한 용매의 증기 압력보다 낮기 때문에
그런데 몰 농도는 용질의 몰수를 용액의 부피로 나누어서 구한다.
끓는점이 올라간다. 몰랄 오름 상수(K∫)는 용매 1000g에 용질 1
용액이 밀폐되어 있으므로 용질의 변화는 없지만 용액의 부피가 감
몰을 녹였을 때의 끓는점 오름값이다. 따라서 어떤 용질 0.1몰을 녹
소했으므로 용액의 몰 농도는 증가하게 된다. % 농도의 경우는 용
였을 때 아세트산은 3.07æ_0.1 올라가고, 벤젠은 2.61æ_0.1
질의 질량을 용액의 질량으로 나누어서 구한다. 용액의 부피가 변한
올라가며, 물은 0.52æ_0.1 올라간다.
다고 해서 질량이 변하는 것은 아니므로 % 농도는 변함없다.
0.1M NaCl 수용액은 용액 1L 속에 NaCl 0.1몰이 녹아 있
그래프에서 수용액의 끓는점은 100.156æ임을 알 수 있다. 그
다. 그런데 몰랄 농도=
용질의 몰수(mol)
용매 질량(kg)
용매의 질량=용액의 질량-용질의 질량
래프에서 끓은 이후에도 온도가 점점 높아지는 것은 물이 증발하여
용액의 조성이 점점 변하기 때문이다.(용액의 농도가 점점 증가하기
때문이다.) 물의 끓는점은 100æ이므로 이 수용액의 끓는점 오름값
=용액의 부피_용액의 밀도-용질의 몰수_용질의
은 0.156æ임을 알 수 있다.
화학식량
이다. 따라서 용액의 밀도와 용질의 화학식량이 필요하다.
몰 농도는 기준이 부피이고 몰랄 농도는 기준이 질량이다. 따라서
부피를 질량으로 환산하기 위해서 밀도가 필요하다. 그런데 몰 농도
에서 부피는 용액의 부피이므로 용액의 밀도가 필요하다. 용질인
끓는점 오름과 몰랄 농도와의 관계식 DT∫=m¥K∫에서
0.156=m_0.52 ∴ m=0.3(m)이다.
따라서 이 수용액은 비전해질 0.3mol/kg의 용액과 등장액임을
알 수 있다. 포도당은 비전해질이고 염화나트륨은 전해질이므로 비
전해질(포도당) 0.3mol/kg의 용액과 등장액인 염화나트륨 용액의
NaCl의밀도와용매인H™O의밀도는필요하지않다.
몰랄 농도는 0.15mol/kg이다.
두 용액을 혼합하면 전체 수용액의 부피는 0.4L가 되고, Cl—의
몰수는 1_0.2+2_0.2=0.6(mol)이므로,
10g을 녹였을 때 2.0æ가 낮아졌으므로 25g을 녹이면 5.0æ
몰 농도=
=1.5M이다.
0.6mol
0.4L
가 낮아지게 된다.
표준 용액을 만들 때에는 시약의 질량을 정확히 측정하여 증류
수에 녹여 원하는 농도로 만든 후 반드시 라벨을 붙여서 관리한다.
DT=K_
_2, MNaCl=
w
MNaCl
2K¥w
DT
B에서 8g의 NaOH을 녹였으며, NaOH의 화학식량은 40이
므로 몰수를 계산하면 =0.2(mol)이다. 그런데 용액의 부피
8
40
가1L이므로몰농도=
용질의 양(mol)
용액의 부피(L)
=
0.2mol
1L
A는 끓기 전이므로 증기 압력이 가장 작고, B와 C는 끓고 있
는 상태이므로 증기 압력은 대기압과 같다. 따라서 증기 압력은
C=B>A`이다.
이다.
정답
⑴ B>C>A ⑵ A=B=C
끓는점 오름 상수값은 용질 1몰을 녹였을 때의 끓는점 오름값
이다. 따라서 용액의 끓는점은 이황화탄소는 46+2.3=48.3(æ),
=0.2M이다.
벤젠은 80+2.5=82.5(æ), 사염화탄소는 78+5.0=83.0(æ)
ㄱ. 용액의 부피를 알 수 없으므로 몰 농도를 구할 수 없다.
해설
ㄴ. 용질 X는 비전해질이고, 용질 Y는 전해질이므로 두 용액의 끓
⑴ 몰랄 농도는 용매 1000g 중에 녹아 있는 용질의 몰수로 나타내
는점은 서로 다르다.
므로 B가 가장 크고 그 다음이 C이며, A가 가장 작다.
ㄷ. 용질 X 60g을 물 1000g에 녹인 용액과 용질 Y 111g을 물
⑵ % 농도는 용액 100g 속에 녹아 있는 용질의 질량이다. 따라서
1000g에 녹인 용액의 몰랄 농도는 모두 1m이다.
세 용액의 % 농도는 모두 같다.
I. 다양한 모습의 물질_ 231
13고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2013.3.8 11:23 AM 페이지232 Mac_04
2% NaOH 수용액의 몰랄 농도를 구하면 2% 수용액은 용액
⑴ 물 100mL와 에탄올 100mL를 혼합했다고 가정하면
100g 속에 용질이 2g 녹아 있는 수용액이고,
물 100mL=100g,
몰랄 농도=
용질의 몰수
용매의 질량(kg)
이므로
몰랄 농도= ÷
2
40
100-2
1000
=
100
196
따라서 몰랄 농도는
m>0.2m이므로 어는점은 0.2m 수용
100
196
25.0%인 황산 수용액은 100g 속에 황산 25.0g과 물 75.0g을 포
∴ 어는점：-31.94æ
밀도를 이용하여 수용액 100.0g의 부피를 계산하면 다음과 같다.
C : 0.1M CaCl™ 수용액
A : 0.1M C§H¡™O§ 수용액, B : 0.2M C§H¡™O§ 수용액,
함하고 있다. 황산 25.0g을 몰수로 환산해 보면
황산의 몰수=
?0.255mol이다.
25.0g
98g/mol
부피=
100.0g
1.1783g/mL
?84.87mL=0.08487L
∴ 몰 농도=
황산의 몰수
용액의 부피
=
0.255mol
0.08487L
?3.00M
⑴ 17.17m ⑵ 0.24 ⑶ -31.94æ
정답
해설
에탄올 100mL=100mL_0.79g/mL=79g이다.
그런데 에탄올의 분자량이 46이므로 m=
?17.17(m)
;4&6(; mol
0.1kg
⑵ 물의 몰수 =
?5.56(mol),
100
18
79
에탄올의 몰수`= ?1.72(mol)
46
∴ 에탄올의 몰 분율=
1.72
5.56+1.72
?0.24
⑶ DTƒ=m_Kƒ=17.17_1.86?31.94(æ)
정답
해설
정답
해설
라울 법칙에 의해서 용액의 증기 압력 내림은 용질의 몰랄 농도에
비례하므로 농도가 커질수록 용액의 증기 압력은 낮아진다. 따라서
같은 온도에서 증기 압력의 크기는 0.2M C§H¡™O§<0.1M
C§H¡™O§이다.
CaCl™과 같은 전해질의 경우는 수용액에서 입자가 Ca¤ ±과 2Cl—
로 이온화되기 때문에 0.1M CaCl™ 수용액은 비전해질인 포도당
수용액 0.3M과 같은 효과가 나타난다.
ㄱ：101.04æ, ㄴ：100.52æ, ㄷ：101.56æ, ㄹ：100.52æ,
ㅁ：100.52æ, ㅂ：101.04æ
ㄱ. NaCl 1몰이 물 1000g에 녹아 있는 수용액의 몰랄 농도는 1m
이고, NaCl은 전해질로 2배의 효과가 나타나므로 끓는점은
101.04æ이다.
용질의 몰수는 용액의 몰 농도에 용액의 부피를 곱함으로써 계산할
HCl의 몰수=(용액의 몰 농도)_(용액의 부피)
=
12.0mol
1L
_0.300L=3.60(mol)
12.0M의 염산 300mL 속에는 HCl 3.60mol이 존재한다.
정답
㈏>㈎
해설
액이 더 높다.
정답
3.00M
해설
정답
3.60mol
해설
수 있다.
정답
⑴ 0.174m ⑵ 128
해설
232 _
정답과 해설
⑴ DTƒ=m_Kƒ이므로 m=
?0.174(m)
ㄴ. NaCl 1몰이 물 2000g에 녹아 있는 수용액의 몰랄 농도는
DTƒ
Kƒ
=
5.53-4.64
5.12
0.5m이고 NaCl은 전해질로 2배의 효과가 나타나므로 끓는점은
⑵ M=
1000wKƒ
WDTƒ
=
1000_0.8615_5.12
38.7_0.89
?128
100.52æ이다.
13고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2013.3.8 11:23 AM 페이지233 Mac_04
ㄷ. CaCl™ 1몰이 물 1000g에 녹아 있는 수용액의 몰랄 농도는 1m
수용액의 질량은 수용액의 밀도와 수용액의 부피를 곱해서 구
이고 CaCl™은 전해질로 3배의 효과가 나타나므로 끓는점은
한다. 따라서 0.1M NaCl 수용액 1L의 질량을 구하기 위해서는
101.56æ이다.
0.1M NaCl 수용액의 밀도를 알아야 한다. NaCl 0.1몰의 질량을
ㄹ. 설탕 1몰이 물 1000g에 녹아 있는 수용액의 몰랄 농도는 1m이
구하기 위해서는 NaCl의 화학식량을 알아야 한다.
므로 끓는점은 100.52æ이다.
용질의 질량=용질의 몰수_용질의 화학식량
ㅁ. 포도당 1몰이 물 1000g에 녹아 있는 수용액의 몰랄 농도는 1m
따라서 A는 0.1M NaCl 수용액의 밀도이고, B는 NaCl의 화학
이므로 끓는점은 100.52æ이다.
식량이다.
ㅂ. 포도당 2몰이 물 1000g에 녹아 있는 수용액의 몰랄 농도는 2m
주어진 그림 ㈏에서 설탕물 B 쪽의 수은주가 더 높은 것으로 보아,
100g(NaOH 수용액)：10g(NaOH)=xg : 4g
이므로 끓는점은 101.04æ이다.
농도 : B>A, 어는점 : A>B
정답
해설
증기 압력은 A>B라는 것을 알 수 있다. 증기 압력은 농도가 진할
수록 낮아진다. 따라서 설탕물의 농도는 B>A이다. 용액의 농도
가 진할수록 증기 압력은 낮아지며, 어는점은 내려가게 된다. 따라
서 어는점은 A>B이다.
정답
2000
해설
농도가 0.05M이므로, 0.05M=
10
분자량
_
1
0.1
,
분자량=10_
_10=2000이다.
1
0.05
ㄱ. 0.1M NaOH 1L 속에는 NaOH가 0.1몰 존재하므로
NaOH 4g이 녹아 있다.
ㄴ. NaOH 4g이 들어 있는 10% NaOH 수용액의 질량을 계산하
면 다음과 같다.
∴ x=
400
10
g
아야 한다.
크)이다.
이것을 부피로 환산하려면 10% NaOH 수용액(A)의 밀도를 알
ㄷ. 용액의 부피를 정확히 재는 기구는 부피 플라스크(메스 플라스
ㄴ. 필요한 황산의 질량이 9.8g이므로 필요한 96% 황산의 질량은
a
0.96
이다. 그런데 황산 수용액의 밀도가 1.84g/mL이므로, 필요
한 96% 황산의 부피는
a
1.84
_
1
0.96
mL이다.
ㄷ. 액체의 양을 정확히 취할 때 쓰는 실험 기구는 피펫이다.
삼투압은 용액의 몰 농도에 비례하므로 0.1M B 용액보다 유리관
ㄱ. 0.1M은 용액 1L에 용질이 0.1몰 녹아 있는 용액이다. 그
내 액면 높이가 절반인 A 용액의 몰 농도는 0.05M이다. A의 몰
런데 황산의 분자량이 98이므로 필요한 황산의 질량은 9.8g이다.
개념 활용 문제
pp.124~129
ㄹ. 진한 황산을 묽힐 때에는 충분한 양의 물에 진한 황산을 조금씩
가해야 된다. 진한 황산에 물을 가하면 황산 용액이 튀어올라 위험
01. ②
07. ④
02. ②
08. ②
03. ⑤
09. ③
04. ③
10. ①
05. ①
11. ④
06. ②
12. ①
하다.
ㄱ. 몰랄 농도는 용매 1000g 중에 녹아 있는 용질의 몰수로 나
용액은 순수한 용매보다 증기 압력이 내려간다. 그런데 용액의
타내므로 세 용액의 몰랄 농도는 모두 다르다.
증기 압력 내림은 농도가 클수록 커지고, 용액의 농도가 같을 때는
ㄴ. % 농도는 용액 100g 속에 녹아 있는 용질의 질량이다. 따라서
전해질 용액의 증기 압력이 비전해질 용액의 증기 압력보다 더 내려
세 용액의 % 농도는 모두 같다.
가게 된다. 따라서 전해질이면서 농도가 가장 큰 용액 ㈐`의 경우 증
ㄷ. 몰 농도는 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 몰수를 나타내므로
기 압력이 가장 작고, 비전해질인 용액 ㈎`의 경우 증기 압력이 가장
세 용액의 몰 농도는 모두 다르다.
크다.
I. 다양한 모습의 물질_ 233
12고하이탑화학Ⅱ-1(215~234) 2012.6.19 7:15 PM 페이지234 Mac_05
ㄱ. ㈎에 NaCl을 녹여 주면 ㈎ 수용액 전체 농도가 증가하므
ㄱ. 그래프의 온도 변화 유형을 근거로 판단할 때 포도당 수용
로 증기 압력이 작아져서 h가 작아진다.
액은 B 지점에서 끓기 시작한다. 따라서 C 상태의 수용액은 A 상
ㄴ. ㈎에 동일한 A 수용액을 넣어 주어도 농도는 변하지 않으므로
태의 수용액에 비해 용매인 물이 더 많이 증발된 상태이다. 그러므
h는 변하지 않는다.
로 C 상태에 있는 수용액이 A 상태에 있는 수용액보다 몰랄 농도
ㄷ. ㈏에 물을 넣어 주면 농도가 감소하게 되므로 h가 감소한다.
가 더 크다.
ㄹ. ㈏ 용기를 냉각시켜 주면 증기 압력이 더 감소하게 되므로 h 차
ㄴ. B 상태에 있는 포도당 수용액이 끓기 시작하였으므로 이 수용
이가 증가한다.
액의 증기 압력은 대기압인 1기압과 같다.
ㄷ. 물의 몰랄 오름 상수가 0.52(æ/m)이므로 이 수용액의 몰랄
ㄱ. 설탕물 쪽의 수은주가 물 쪽의 수은주보다 높이가 높은 것
농도가 0.5m이라면 100.26æ에서 끓어야 한다. 그런데 그래프에
은 설탕물의 증기 압력은 순수한 물의 증기 압력보다 낮기 때문이
서 수용액이 100.13æ에서 끓기 시작하였으므로 이 수용액의 몰랄
다.
농도는 0.25(m)이다.
ㄴ. 설탕물의 증기 압력이 순수한 물의 증기 압력보다 낮은 것은 설
탕물 표면의 설탕 분자가 물의 증발을 방해하기 때문이므로 설탕물
•실험 ㈎`에서 끓는점 오름은 몰랄 농도에 비례한다. 끓는점 오
의 농도가 묽어지면 증발을 방해하는 설탕 분자가 줄어들기 때문에
름값이 더 크다는 것은 용액의 몰랄 농도가 더 크다는 것을 의미
수은주의 높이 차 h는 감소하게 된다.
하므로 분자량이 작다는 것을 의미한다. 따라서 분자량은 B가 더
ㄷ. 물의 양은 증기 압력에 영향을 미치지 않는다.
크다.
•실험 ㈏`는 삼투압 실험으로 농도가 작은 B 용액에서 농도가 큰
어는점 내림 현상은 비전해질의 경우에는 용질의 몰수에 비례
A 용액으로 물이 이동하므로 h¡이 h™보다 더 높아진다.
하며, 전해질의 경우에는 이온의 몰수에 비례한다. 따라서 100원으
∴ h¡>h™
로 구입할 수 있는 각 물질의 질량에서 몰수를 구해 보면 각각
;3@;
몰, 몰, 몰, 몰, 1몰이다.
;2!;
;5!;
;6!;
ㄱ, ㄴ. B점이 용액이 얼기 시작하는 점으로, 물 100g에 X 0.1
몰을 녹였으므로 X 수용액의 농도는 1m인데, 어는점이 -2t이므
그런데 NaCl, CaCl™, Al(NO£)£는 전해질이므로, 이것을 고려하
로 X는 물에서 이온화되는 전해질이다. 따라서 X의 수용액은 전기
여 몰수를 구하면 몰, 몰, 몰, 몰, 1몰이다. 가장 경제적
;5!;
;3@;
;3$;
;2#;
전도성을 가진다.
인 것은 적은 비용으로 최대의 효과를 얻을 수 있는 물질이다. 자료
에서 100원으로 구입할 수 있는 질량은 (NH™)™CO가 가장 크지만
효과가 적으므로 가격과 효과를 모두 고려하면 가장 경제적인 것은
도는 같다.
CaCl™임을 알 수 있다.
ㄷ. A점과 B점은 용액이 얼기 전이므로 두 점에서 용액의 몰랄 농
ㄹ. B점에서 C점으로 갈수록 물이 얼음으로 변하므로 용액의 농도
가 커지고 온도가 낮아지므로 용액의 증기 압력은 감소한다.
ㄱ. 그림 ㈏`에서 두 용액의 액면이 더 이상 변하지 않는 것으로
보아 평형 상태가 이루어졌다는 것을 의미하며 평형 상태에서는 증
기 압력이 같아야 한다.
ㄴ. 설탕물은 비전해질이고 소금물은(NaCl
Na± + Cl—)
1⁄
전해질이므로 증기 압력이 같기 위해서는 설탕물의 농도가 소금물
의 농도보다 2배 커야 한다.
ㄷ. 설탕, 물, 소금이 소멸되거나 다른 물질이 생성되지 않으므로 질
량 변화는 없다.
234 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지235 Mac_02
II 물질변화와에너지
1. 화학 반응과 에너지
③ 물이 얼음으로 상태 변화하면서 열을 방출한다.
④ 수산화나트륨은 물에 용해되면서 열을 방출한다.
⑤ 수산화바륨과 질산암모늄의 반응은 흡열 반응이다.
①, ④ 발열 반응은 열을 방출하는 반응으로, 반응이 일어나면
주위의 온도는 올라간다.
③, ⑤ 반응 물질의 에너지가 생성 물질의 에너지보다 크므로 생성
물질이 반응 물질보다 안정하다.
ㄱ. 발열 반응이므로 반응이 진행되면 에너지가 방출되어 주위
01
화학 반응과 열
개념 확인 문제
01. ②
02. ⑤
03. ⑤
04. ②
05. ②
06. H™O(g)>H™O(l)>H™O(s)
07. 222.5 kJ
08. ④
09. ②
10. C£H•(g)+5O™(g)
3CO™(g)
1⁄
+4H™O(l)+2220kJ 11. ①
12. ②
13. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ × ⑷ × ⑸× ⑹ ○ ⑺ ○
pp.146~147
ㄴ. 질소와 수소로 되는 역반응은 흡열 반응으로, 외부에서 에너지
의 온도가 높아진다.
를 가해 주면 일어날 수 있다.
ㄷ. 발열 반응으로, 에너지가 감소하여 안정한 물질이 생성되는
반응이다. 발열 반응은 연소 반응 등 주위에서 쉽게 예를 찾을 수
있다.
는 것을 알 수 있다.
ㄹ. 그래프에서 반응 물질의 에너지가 생성 물질의 에너지보다 크다
① 양초의 연소 반응은 주위로 열을 방출하는 발열 반응이다.
② 식물의 광합성이 일어나기 위해서는 햇빛이 필요하다. 즉, 광합
성 반응은 에너지를 흡수하는 흡열 반응이다.
③ 산과 염기의 중화 반응에서는 중화열이 방출된다.
④ 아이오딘 기체의 승화는 기체에서 고체로 되는 상태 변화로, 발
같은 물질의 경우 에너지가 가장 큰 것은 기체 상태이고, 그 다
음은 액체 상태이며, 에너지가 가장 작은 것은 고체 상태이다.
열화학 반응식에서 계수 비는 몰수 비를 나타내고, 메테인 1몰
은 16g이다. 반응식에서 메테인 1몰(16g)이 연소하면 890kJ의
열이 발생하므로 메테인 4g이 연소할 때 발생하는 열을 x라 하면
열 반응이다.
다음과 같다.
⑤ 물에 진한 황산을 넣으면 황산이 용해되면서 열이 발생한다.
16g：890kJ=4 g：x kJ에서 x=222.5kJ
① 연료의 연소 반응은 발열 반응이고, 식물의 광합성은 빛에너
지를 이용하여 탄수화물을 합성하는 흡열 반응이다.
② 연소 반응에서 산소가 소모되고, 광합성 과정에서는 산소가 발생
한다.
③ 연소 반응이 지속되기 위해서는 높은 온도 조건이 필요하고, 광
합성이 일어나기 위해서는 빛에너지가 필요하다.
④ 연소 반응은 빠르게 일어나는 격렬한 반응이고, 광합성은 상대적
으로 느리게 일어나는 반응이다.
⑤ 연소 반응이 일어나면 화학 에너지가 열에너지로 전환되고, 광합
성 반응이 일어나면 빛에너지가 화학 에너지로 전환된다.
DH가 (+) 값인 반응은 흡열 반응을 의미한다. 따라서 흡열
반응을 고르면 된다.
① 천연가스는 빛과 열을 내면서 연소한다.
② 진한 황산은 용해되면서 열을 방출한다.
열화학 반응식으로부터 반응열의 크기, 반응 물질과 생성 물질
의 종류, 반응 물질과 생성 물질의 상태 등을 알 수 있다. 반응 물질
과 생성 물질의 엔탈피 차이는 알 수 있으나 반응 물질과 생성 물질
의 엔탈피를 알 수는 없다.
② DH가 (+) 값일 때에는 엔탈피가 증가하는 것으로, 열을
흡수하는 흡열 반응임을 의미한다.
③, ④ 반응 엔탈피(DH)는 생성 물질의 총 엔탈피에서 반응 물질의
총엔탈피를뺀값으로, 화학반응이일어날때출입하는열과같다.
⑤ DH가 (-) 값일 때에는 발열 반응이므로 반응 물질의 에너지가
생성 물질의 에너지보다 크다.
프로페인의 연소 반응식은 다음과 같다.
C£H•(g)+5O™(g)
3CO™(g)+4H™O(l)
1⁄
프로페인 0.5몰이 연소되면 1110kJ의 에너지가 방출되므로 프로
페인 1몰이 연소되면 2220kJ의 에너지가 방출된다. 따라서 열화
학 반응식은 다음과 같다.
II. 물질 변화와 에너지_ 235
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지236 Mac_02
C£H•(g)+5O™(g)
3CO™(g)+4H™O(l)+2220kJ
표준상태는물질의성질을측정하는경우에기준으로정하는환
1⁄
두 번째 식은 첫 번째 식의 역반응이면서 반응식의 계수가 2배
경조건이다. 반응열을표시할때의표준상태는25æ, 1기압이다.
가 되었으므로 DH™값은 DH¡값의 부호를 바꾸고 반응열을 2배
생성열은 물질 1 몰이 성분 홑원소 물질로부터 생성될 때의 반
로 해 주면 된다.
응열을 의미하므로 주어진 화학 반응식에서 DH=-110 kJ은
DH™=-DH¡_2=-283_2=-566kJ
① DH>0이므로 흡열 반응이다.
CO(g)의 생성열에 해당한다.
② 분해열은 생성열과 부호가 반대이다.
②, ④ 흡열 반응은 생성 물질(2H(g))의 에너지가 반응 물질
③ 중화열은 산과 염기의 중화 반응에서 물 1몰이 생성될 때의 반
(H™(g))의에너지보다크므로반응물질이생성물질보다안정하다.
응열을 의미한다.
③ 흡열 반응이 일어나면 주위의 열을 흡수하므로 주위의 온도는 내
④ 연소열은 물질 1몰이 완전 연소되었을 때의 반응열을 의미한다.
려간다.
⑤ 용해열은 물질 1몰이 다량의 용매에 용해될 때의 반응열이다.
⑤ DH와 Q의 부호는 반대이므로 반응식은 다음과 같다.
표준 엔탈피 변화는 생성 물질의 표준 생성 엔탈피 합에서 반응
H™(g)
1⁄
2H(g)-435.8kJ
물질의 표준 생성 엔탈피 합을 뺀 값이다.
⑴ DH가 (+) 값이므로 흡열 반응이다. 따라서 일산화질소가
DH=RDH˘ƒ(생성 물질) -RDH˘ƒ(반응 물질)
생성되는 반응이 진행되면 열에너지를 흡수한다.
=[6_(-242)+(4_90)]-[4_(-46)]
⑵ 질량 보존 법칙에 의해 반응 전 물질의 질량과 반응 후 물질의 질
=-908kJ
량은 서로 같다.
표준 생성 엔탈피란 25æ, 1 기압 하에서 어떤 물질 1몰이 가장
⑶ 흡열 반응으로, 반응 물질보다 생성 물질의 엔탈피가 크므로 질
안정한 성분 홑원소 물질로부터 생성될 때 출입하는 에너지이다.
소(N™)의 엔탈피보다 일산화질소(NO)의 엔탈피가 더 크다.
C£H¢(g)의 표준 생성 엔탈피를 구하는 반응식은 다음과 같다.
⑷ 질소 1몰과 산소 1몰의 엔탈피 합이 일산화질소 2몰의 엔탈피
보다 180.6kJ 작다.
3C(s)+2H™(g)
C£H¢(g), DH˘ƒ =?
1⁄
•CO™(g)의 표준 생성 엔탈피에서
⑸ 일산화질소의 분해 반응은 주어진 반응의 역반응이므로 일산화
C(s)+O™(g)
CO™(g), DH˘ƒ=-394kJ yy ①
1⁄
질소 1 mol이 질소와 산소로 분해될 때 90.3 kJ의 에너지를 방출
•H™O(l)의 표준 생성 엔탈피에서
한다.
⑹ 반응식의 계수가 배로 되었으므로 반응열도 배로 된다.
1
2
1
2
⑺ 주어진 반응의 역반응이므로 반응 엔탈피는 주어진 반응 엔탈피
에 (-)를 붙인 값이 된다.
H™(g)+ O™(g)
H™O(l), DH˘ƒ=-286kJ yy ②
1
2
1⁄
•C£H¢(g)의 연소열에서
C£H¢(g)+4O™(g)
3CO™(g)+2H™O(l),
1⁄
DH=-1938kJ yy ③
[①`식_3+②`식_2]-③`식을 하면 다음과 같다.
3C(s)+2H™(g)
C£H¢(g)
1⁄
C£H¢(g)의 표준 생성 엔탈피(DH˘ƒ)
=3(-394)+2(-286)-(-1938)=+184kJ/mol
pp.156~157
•에텐(C™H¢) 기체의 생성 엔탈피
2C(s)+2H™(g)
C™H¢(g), DH=52kJ yy ①
01. ③
02. ①
03. ④
04. ②
05. ①
06. ①
•에테인(C™H§) 기체의 생성 엔탈피
07. ⑴ 2N™H¢(l)+N™O¢(g)
3N™(g)+4H™O(l)
1⁄
⑵ DH=-1255kJ ⑶ 62.75 kJ
08. ⑴ 90kJ ⑵ DH=-180kJ
09. ⑴ C£H•(g)+5O™(g)
1⁄
3CO™(g)+4H™O(l), DH=-2222kJ
⑵ 222.2kJ
10. 1361.6kJ/mol 11. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ ○ ⑷×⑸×
2C(s)+3H™(g)
C™H§(g), DH=-85kJ yy ②
②식-①식을 하면 다음과 같다.
C™H¢(g)+H™(g)
C™H§(g)
1⁄
DH=-52+(-85)=-137kJ/mol
1⁄
1⁄
02 반응열
개념 확인 문제
236 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지237 Mac_02
생성열이란 어떤 화합물 1몰이 그 성분 원소의 가장 안정한 홑
통 열량계에서 화학 반응이 일어날 때 발생하는 열은 모두 통
원소 물질로부터 생성될 때의 반응열이다.
열량계와 물이 흡수하므로 발생한 열량(Q)은 다음과 같이 구할 수
① CO(g)의 생성열은 1 몰의 CO 기체가 생성되는 반응이고,
있다.
DH<0이므로 발열 반응이다.
Q=물이 흡수한 열량+통 열량계가 흡수한 열량
② O(g)가 안정한 성분 홑원소 물질이 아니다.
=(c물_m물_Dt)+(C통_Dt)
③ C(g)가 안정한 성분 홑원소 물질이 아니다.
여기서 c물은 물의 비열, m물은 물의 질량, Dt는 온도 변화, C통은 통
④, ⑤ CO™(g)가 성분 홑원소 물질이 아니다.
열량계의 열용량이므로 각각의 값을 대입한다.
Q=(4.2J/g¥æ_300 g_10æ)+(1700J/æ_10æ)
⑴ 반응 물질은 N™H¢(l)과 N™O¢(g)이고, 생성 물질은
=29600J=29.6kJ
N™(g)와 H™O(l)이므로 반응 전후의 원자 수를 맞추어 주면 다음
과 같다.
2N™H¢(l)+N™O¢(g)
3N™(g)+4H™O(l), DH=xkJ
1⁄
⑵ DH=DH˘ƒ(생성 물질)-DH˘ƒ(반응 물질)
=3_DH˘ƒ(N™)+4_DH˘ƒ(H™O)-[2_DH˘ƒ (N™H¢)+DH˘ƒ (N™O¢)]
=3_0+4_(-286 )-(2_51+9)
=-1255(kJ)
에탄올의 분자량이 46이므로 에탄올 1g은 몰이다.
1
46
따라서 몰 당 반응열을 구하면
=1361.6kJ/mol이다.
29.6kJ
;4¡6; mol
⑴ 분해열은 물질 1몰이 성분 원소로 분해될 때의 반응열이다.
⑵ CaO(s)와CO™(g)가홑원소물질이아니므로생성열이아니다.
⑶ 중화열은 산과 염기가 중화하여 H™O(l) 1 몰이 생성될 때의 반
⑶ N™H¢(l) 2몰이 반응할 때 발생하는 열이 1255kJ이므로 0.1
응열이다.
몰이 반응할 때 발생하는 열은 다음과 같다.
2몰：1255kJ=0.1몰：x에서 x=62.75kJ
⑷ 용해열은 물질 1몰이 다량의 용매에 용해될 때의 반응열이다.
⑸ Q는 C™H™(g) 2 몰이 연소할 때 발생하는 열량이므로 연소열
은 Q가 된다.
;2!;
⑴ Q반응=C열량계_D t=9kJ/æ_(30-20)æ=90kJ
⑵ H™ 1 몰은 2g이므로 다음의 식이 성립한다.
1g：90 kJ=2 g：x에서 x=180kJ
발열 반응이므로 DH<0이다.
H™(g)+Cl™(g)
2HCl(g), DH=-180kJ
1⁄
⑴ 프로페인 기체의 연소 반응식은 다음과 같다.
C£H•(g)+5O™(g) 1⁄
DH=RDH˘ƒ (생성 물질)-RDH˘ƒ (반응 물질)
3CO™(g)+4H™O(l)
=[3DH˘ƒ (CO™)+4DH˘ƒ (H™O)]-[DH˘ƒ (C£H•)+5DH˘ƒ (O™)]
=3(-394)+4(-286)-(-104+5_0)
=-2222(kJ)
03 헤스 법칙과 에너지 보존
개념 확인 문제
01. ①
07. ②
02. ④
03. 2
08. 590kJ/mol
04. ②
09. ①
10. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ × ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ ○
pp.168~169
05. ③
06. ④
따라서 프로페인 연소 반응의 열화학 반응식은 다음과 같다.
C£H•(g)+5O™(g)
3CO™(g)+4H™O(l), DH=-2222kJ
1⁄
⑵ 프로페인의 연소열은 프로페인 1몰(44g)이 완전 연소되었을 때
발생하는 열량이므로 프로페인 4.4g이 완전 연소될 때 발생하는 열
우선 [㈏ 식+㈐ 식] 을 하면 다음과 같다.
㈏ H™(g)+;2!; O™(g)
1⁄
H™O(g)+243 kJ
㈐ S(s)+O™(g)
SO™(g)+298kJ
1⁄
량은 다음과 같다.
44：2222=4.4：x에서 x=222.2kJ
H™(g)+S(s)+;2#;O™(g)
1⁄
H™O(g)+SO™(g)+541kJ
㈎ H™(g)+S(s)+2O™(g)
H™SO¢(aq)+814kJ
1⁄
II. 물질 변화와 에너지_ 237
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지238 Mac_02
[㈏ 식+㈐ 식-㈎ 식]을 하면 다음과 같다.
기화열은 물 1몰이 수증기로 상태 변화할 때 필요한 에너지이다.
H™SO¢(aq)
H™O(g)+SO™(g)+ O™(g)-273kJ
;2!;
1⁄
따라서 Q=-273kJ이다.
물 1몰의 질량은 18g이므로 18：43.5=1：x에서
x=2.42(kJ/g)이다.
구하고자 하는 반응식은 이 반응식보다 몰수가 배이므로 2로 나
2250=415_4+x에서 x=590(kJ/mol)
;2!;
[㈏식_3-㈎식]을 하면 다음과 같다.
3C(s)+;2#; O™(g)
1⁄
3CO(g), DH=-330kJ
2Fe(s)+;2#;O™(g)
1⁄
Fe™O£(s), DH=-822 kJ
Fe™O£(s)+3C(s)`
`2Fe(s)+3CO(g), DH=492kJ
1⁄
-}
-
}
-}
주어진 세 식의 관계는 [㈏_n－㈎＝㈐ ]이다.
㈏_n (cid:8857) nNa+
_Cl™
nNaCl+n_392kJ
;2N;
1⁄
-
}
nM+
_Cl™
;2N;
1⁄
nMCl+196kJ
nMCl+nNa
nM+nNaCl+588kJ
1⁄
따라서 n_392-196=588이므로 n=2이다.
㈎ 식과 ㈏ 식을 더하면 다음과 같다.
->
+
>
->
2C(s)+O™(g)
2CO(g), DH=-221kJ
2CO(g)+ O™(g)
2CO™(g), DH=-566 kJ
2C(s)+2O™(g)
2CO™(g), DH=-787kJ
1⁄
1⁄
1⁄
C(s)+O™(g)
CO™(g), DH=-393.5kJ
1⁄
프로페인의 생성 반응식은 [㈎식_4+㈏식_3-㈐식]으로
누어 준다.
구할 수 있다.
4H™(g)+2O™(g)
4H™O(l)
1⁄
3C(s)+3O™(g)
>
3C(s)+4H™(g)+5O™(g)
1⁄
3CO™(g)
1⁄
yy ㈎식_4
yy ㈏식_3
3CO™(g)+4H™O(l)
5O™(g)+C£H•(g)
3CO™(g)+4H™O(l) yy ㈐식
1⁄
->
+
->
-
>
3C(s)+4H™(g)
->
DH=4_DH¡+3_DH™-DH£
1⁄
C£H•(g), DH=?
=4_(-286)+3_(-394)-(-2220)=-106(kJ)
몰 기화열은 물 1몰이 수증기로 상태 변화할 때 필요한 에너지
를 의미한다. [㈎`식-㈏`식]을 하면 2H™O(l)
2H™O(g),
1⁄
DH¡-DH™=-484-(-571)=87(kJ)인데, 이 값은 물 2몰
(kJ/mol)이다.
238 _
정답과 해설
H™(g)+ O™(g)
H™O(g), DH=xkJ
1⁄
1
2
DH=(반응물질의결합에너지합)-(생성물질의결합에너지합)
=(H-H 결합 에너지)+ (O=O 결합 에너지)
1
2
-2(O-H 결합 에너지)
=(436+ _499)-2_463=-240.5(kJ)
1
2
에틸렌의 구조식은 다음과 같다.
H
H
C
C
H
H
따라서 에틸렌에 존재하는 결합은 C-H 결합 4개와 C=C 결합
1개이다. 그런데 에틸렌에 존재하는 모든 결합을 끊는 데 필요한 에
너지가 2250kJ/mol이므로 C=C 결합 에너지를 x라 하면 다음
식이 성립한다.
DH=RD끊어지는 결합-RD생성되는 결합
=DH-H+DBr-Br-2DH-Br
-111=436+194-2DH-Br
DH-Br=
436+194+111
2
=370.5(kJ/mol)
⑴ ㈎에서 결합이 끊어지므로 흡열 반응이다.
⑵ ㈏에서 C-H 결합이 끊어지고 H-Br 결합이 생성되므로
416-370=46kJ/mol의 열을 흡수한다.
⑶ ㈐에서 Br-Br 결합이 끊어지고 C-Br 결합이 생성되므로
-290+194=-96(kJ)
(cid:8857) 96kJ/mol의 열이 발생한다.
⑷ ㈏와 ㈐의 합이므로 발열 반응이다.
㈏ RCH£+Br
RCH™+HBr, DH=46kJ
㈐ RCH™+Br™
RCH™Br+Br, DH=-96kJ
1⁄
1⁄
RCH£+Br™
RCH™Br+HBr, DH=-50kJ
1⁄
이 기화할 때 필요한 에너지이므로 물의 몰 기화열은 =43.5
[㈏+㈐ ]를 하면 다음과 같다.
87
2
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지239 Mac_02
⑸ HBr의 결합 에너지가 Br™의 결합 에너지보다 큰 것으로 보아
반응 물질(A+B)과 생성 물질(C)을 화살표로 연결하여 화학
HBr의 결합이 더 강하다는 것을 알 수 있다.
⑹ 해리 에너지는 분자의 모든 결합을 끊는 데 필요한 에너지를 의
반응식을 쓰면 A(g)+B(g)
1⁄
주어진 그래프에서 생성 물질의 에너지가 반응 물질의 에너지보다
C(g)이다.
작으므로 이 반응은 발열 반응이고, 반응 물질과 생성 물질의 에너
C-H의 결합 에너지가 416kJ/mol이므로 CH¢의 해리 에너지
지 차이는 10kJ이므로 화학 반응식에 반응열을 표시하여 나타낸
미한다.
는 4_416kJ/mol이다.
열화학 반응식은 다음과 같다.
A(g)+B(g)
C(g)+10kJ
1⁄
② 생성열은 성분 원소의 가장 안정한 홑원소 물질로부터 만들
어져야 한다.
Ca(s)+C(s)+ O™(g)
CaCO£(s)+Q
1⁄
3
2
실력 확인 문제
01. ③
07. ②
13. ②
pp.170~173
③ 중화열은 수용액끼리 반응해야 한다.
02. ③
08. ①
03. ③
09. ③
04. ③
10. ②
05. ①
11. ①
06. ①
12. ③
HCl(aq)+KOH(aq)
KCl(aq)+H™O(l)
1⁄
④ 가수 분해 반응이다.
단답형·서술형 문제
14. H™O(g)
1⁄
H™O(s)+50.0kJ
16. ⑴ -1255kJ ⑵ 251kJ
15. -46kJ
17. ⑴ C£H•(g)+5O™(g)
1⁄
3CO™(g)+4H™O(l) ⑵ -2220kJ
⑶ -106kJ
18. 0.70 J/g¥æ
19. -800kJ
20. 1단계：열에너지 흡수(흡열 반응), 2단계：열에너지 방출(발열 반응)
21. -808kJ
22. -55kJ/mol
① 생성 물질 C의 에너지가 반응 물질 (A+B)의 에너지보다
작으므로 발열 반응이다.
② 발열 반응의 DH는 (-) 값이다.
1
2
5
2
⑤ C™H™(g) 몰이 반응했으므로 연소열이 아니다.
C™H™(g)+ O™(g)
2CO™(g)+H™O(g)+Q (연소열)
1⁄
물이 얻은 열량：4.184J/g¥æ_100g_10æ=4184J
이 열량은 염화칼슘 4g이 용해될 때 발생한 열량과 같다.
염화칼슘 4g이 녹았을 때 4184J의 열량이 발생하므로 1g의 염화
칼슘이 녹았을 때 발생하는 열량은
이다. 따라서 염화칼슘
4184J
4g
의 물에 대한 용해열은 1046J/g=1.046kJ/g이다.
열용량은 물질의 온도를 1æ 높이는 데 필요한 열량이다. 따라
③ 생성 물질의 에너지가 작으므로 생성 물질이 반응 물질보다 안정
서 열량계의 열용량은 다음과 같이 구할 수 있다.
하다.
④ 반응이 진행되면 Q의 에너지를 방출한다.
⑤ 반응 물질의 에너지가 생성 물질의 에너지보다 크다.
Q
C= =
D t
50kJ
5æ
=10kJ/æ
C(s)+H™O(g)
CO(g)+H™(g)+Q의 반응식은
1⁄
DH<0이면 발열 반응이다. 따라서 생성 물질보다 반응 물질
㈎-㈏_ -㈐_ 를 하면 얻어진다.
;2!;
;2!;
의 에너지가 더 크다. DH는 반응 물질과 생성 물질의 엔탈피 차이
이므로 반응 물질의 에너지가 생성 물질의 에너지보다 242kJ만큼
더 크다.
메테인이 연소되는 반응식은 CH¢(g)+2O™(g)
CO™(g)
1⁄
+2H™O(l)이다. 메테인 1몰이 연소할 때 발생하는 열에너지는
8 g：445 kJ=16 g：x에서 x=890 kJ이므로 열화학 반응식은
CH¢(g)+2O™(g)
CO™(g)+2H™O(l)+890kJ이다.
1⁄
반응열 Q를 계산하면 Q=394-
-
;;;$2*;¢;;
;;;%2^;§;;
=-131kJ이다.
메테인의 생성열은 다음 반응식의 DH를 구하면 된다.
C(s)+2H™(g)
CH¢(g), DH=?
1⁄
이 반응식은 [㈎+㈏_2-㈐]로부터 얻을 수 있다.
㈎ C(s)+O™(g)
CO™(g), DH=-394kJ
1⁄
㈏ H™(g)+ O™(g)
;2!;
1⁄
H™O(l), DH=-286kJ
II. 물질 변화와 에너지_ 239
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지240 Mac_02
㈐ CH¢(g)+2O™(g)
CO™(g)+2H™O(l),
1⁄
따라서 생성열 DHƒ는 다음과 같다.
DH=-890kJ
-46kJ
정답
해설
-394+2_(-286)-(-890)=-76(kJ/mol)
물질의 생성열은 물질 1 몰이 생성될 때의 엔탈피 변화인데, 주어진
헤스 법칙을 이용하여 주어진 반응의 반응 엔탈피를 계산한다.
㈎ N™(g)+O™(g)
2NO(g), DH=180kJ
㈏ N™(g)+2O™(g)
2NO™(g), DH=68kJ
1⁄
1⁄
[㈏-㈎]를 하면 2NO(g)+O™(g)
2NO™(g)의 식을 얻
1⁄
을 수 있다. 이 반응식의 DH=68 kJ-180 kJ=-112 kJ이다.
반응열 DH
=반응 물질의 결합 에너지 합-생성 물질의 결합 에너지 합
=3_(H-H 결합 에너지)+(N™N 결합 에너지)-6_(N-H
결합 에너지)
=(3_436+947)-(6_392)=-97(kJ)
그래프에서 수소 기체와 염소 기체의 결합 에너지 합은 678kJ
임을알수있다. 따라서염소의결합에너지(Cl™(g)
2Cl(g))
1⁄
=678-수소의 결합 에너지(H™(g)
2H(g))=678-436
1⁄
=242(kJ/mol)이다.
2H™O(g)+2F™(g)
4HF(g)+O™(g)
1⁄
DH=RD반응 물질-RD생성 물질
H™O에 존재하는 결합은 O-H 2개이므로 H™O 2몰에 존재하는
O-H 결합은 4몰이다.
HF에 존재하는 결합은 H-F이므로 HF 4몰에는 H-F 결합이
존재한다.
4몰 존재한다.
O™ 1몰에는 O=O 결합 1몰이 존재한다.
따라서 반응열은 다음과 같다.
DH=(4_463+2_159)-(4_570+499)=-609(kJ)
정답
해설
H™O(g)
1⁄
H™O(s)+50.0kJ
서 열화학 반응식은 다음과 같다.
H™O(g)
H™O(s)+50.0kJ
1⁄
240 _
정답과 해설
반응식에서 DH는 NH£(g) 2몰이 생성될 때의 엔탈피 변화이다.
따라서 NH£(g)의 생성열은 DHƒ=
=-46kJ이다.
-92kJ
2
⑴ 반응식은 2N™H¢(l)+N™O¢(g)
3N™(g)+4H™O(l)
1⁄
정답
⑴ -1255kJ ⑵ 251kJ
해설
이다.
DH=DH˘ƒ(생성 물질)-DH˘ƒ(반응 물질)
=4_(-286)-(2_51+9)
=-1255kJ
다음과 같은 식이 성립한다.
2：1255=0.4：x에서 x=251(kJ)
⑵ N™H¢(l) 0.4몰이 모두 반응하므로 발생하는 열량을 x라 하면
⑴ C£H•(g)+5O™(g)
3CO™(g)+4H™O(l) ⑵ -2220kJ
1⁄
정답
⑶ -106kJ
해설
⑴ 프로페인이 완전 연소하면 이산화탄소와 물이 생성된다. 프로페
C£H•(g)+5O™(g)
3CO™(g)+4H™O(l)
1⁄
⑵ 프로페인 2 몰이 연소할 때 4440kJ의 열이 발생하므로 프로페
인 1 몰이 연소할 때는 2220kJ의 열이 발생한다. 따라서 프로페인
의 연소 엔탈피는 DH=-2220kJ이다.
⑶ C£H•(g)+5O™(g)
3CO™(g)+4H™O(l),
1⁄
DH¡=-2220kJ …… ①
C(s)+O™(g)
CO™(g), DH™=-394kJ …… ②
1⁄
H™(g)+ O™(g)
H™O(l), DH£=-286kJ …… ③
1
2
1⁄
②_3+③_4-①을 하면 원하는 식을 얻을 수 있다.
DH=3DH™+4DH£-DH¡
=3_(-394)+4_(-286)-(-2220)=-106kJ
그래프에서 수증기 1몰이 얼음으로 상태 변화할 때 방출하는 에너
3C(s)+4H™(g)
C£H•(g)
1⁄
지는 44.0+6.0=50.0(kJ)이고, 이 반응은 발열 반응이다. 따라
이 반응의 반응 엔탈피는 다음과 같이 구할 수 있다.
F™에 존재하는 결합은 F-F이므로 F™ 2몰에는 F-F 결합이 2몰
인의 연소 반응식은 다음과 같다.
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지241 Mac_02
정답
0.70J/g¥æ
해설
정답
-800kJ
해설
정답
해설
정답
-808kJ
해설
정답
-55kJ/mol
해설
물질의 비열은 물질 1g의 온도를 1æ 높이는 데 필요한 열량이다.
HBr의 생성열은 H™(g)+ Br™(g)
;2!;
;2!;
1⁄
HBr(g)의 반응
189J의 열이 Si 45.0g의 온도를 6.0æ 높였으므로
=4.2
에서 구할 수 있다.
189
45.0
따라서DH= _(436+194)-370=-55(kJ)이다.
;2!;
(J)의 열이 Si 1g의 온도를 6æ 높였고, =0.70(J)이 Si 1g
4.2
6.0
의 온도를 1æ 높이게 된다. 즉, Si의 비열은 다음과 같다.
Si의 비열=
189J
(45.0g)(6.0æ)
=0.70J/g¥æ
㈎ CH™CO(g)+2O™(g)
2CO™(g)+H™O(g),
1⁄
㈏ CH¢(g)+2O™(g)
CO™(g)+2H™O(g),
1⁄
DH=-980kJ
DH=-890kJ
2CH¢(g)+2O™(g)
CH™CO(g)+3H™O(g), DH=?
1⁄
[㈏_2-㈎]를 하면 위 식이 얻어지므로 DH는 다음과 같다.
DH=2_(-890)-(-980)=-800(kJ)
개념 활용 문제
pp.174~179
01. ①
07. ⑤
02. ①
08. ④
03. ②
09. ③
04. ①
10. ④
05. ③
11. ⑤
06. ③
12. ②
열화학 반응식을 보면 DH=-198kJ이므로 이산화황과 산
소의 반응은 에너지를 방출하는 발열 반응임을 알 수 있다. 발열 반
응에 해당하는 그래프는 ①, ②, ③이다.
또, 반응열이 198kJ이고, 반응열은 반응 물질과 생성 물질의 에너
지 차이이므로 이를 만족시키는 그래프는 ①`과 ②`이다. 그런데 이
반응이 일어나는 데 필요한 에너지는 반응 물질이 넘어야 할 에너지
장벽이므로 이를 만족하는 그래프는 ①이다.
주어진 장치를 이용하여 염화칼슘의 용해열(kJ/g)을 구하고자
할 때 필요한 것은 염화칼슘의 질량, 물의 비열, 물의 질량, 물의 온
1단계：열에너지 흡수(흡열 반응), 2단계：열에너지 방출(발열 반응)
도 변화이다.
변화한 열량 Q=물이 얻은 열량
1단계의 반응은 결합이 끊어지는 반응으로, 결합 에너지가 필요하
＝물의 비열_물의 질량_물의 온도 변화
므로 흡열 반응이다.
이때 구한 열량을 염화칼슘의 질량으로 나누면 용해열(kJ/g)을 구
2단계의 반응은 화학 결합이 형성되는 반응으로, 결합 에너지만큼
할 수 있다.
의 에너지를 방출하므로 발열 반응이다.
ㄹ, ㅁ. 스타이로폼 컵의 부피와 염화칼슘의 비열은 계산 과정에 필
반응열(Q)=생성 물질의 결합 에너지-반응 물질의 결합 에너지
DH=RD반응 물질-RD생성 물질
생성물질의경우C=O 결합이2몰, O-H 결합이4몰이므로생성
물질의결합에너지합은805_2+463_4=3462(kJ)이다.
반응물질의경우C-H 결합이4몰, O=O 결합이2몰이므로반응
물질의결합에너지합은414_4+499_2=2654(kJ)이다.
로부터 에탄올 100g의 열용량(mc)은 물 200g의 배임을 알 수
;4!;
반응열은DH=2654-3462=-808(kJ)이다.
있다.
요하지 않다.
그래프에서 에탄올의 기울기를 구해 보면
이고, 물의
30æ
2분
기울기를 구해 보면
이므로 에탄올의 기울기가 물의 기울기
30æ
8분
보다 4배 더 크다는 것을 알 수 있다. 일정한 열원으로 가열하므로
x축은 열량으로 볼 수 있다. 따라서 이 그래프는 일정한 열량(Q)에
따른 온도 변화(D t) 그래프이다. 따라서 Q=mcD t에서 기울기는
D t
Q
= 이므로 에탄올의 기울기가 물의 기울기의 4배인 것으
1
mc
II. 물질 변화와 에너지_ 241
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:5 PM 페이지242 Mac_02
먼저 물 200g이 흡수한 열량은 다음과 같다.
Q=m¥c¥D t=200_4.2_(t™-t¡)
1
C(s)+ O™(g)
2
1⁄
CO(g)+Q¡
…………… ①
에탄올의 연소열(J/mol)은 에탄올(C™H∞OH) 1 몰=12_2+1
CO(g)+ O™(g)
CO™(g)+Q™
…………… ②
1
2
1⁄
_6+16=46g이 연소할 때 발생하는 열량이므로 연소한 에탄올
C(s)+O™(g)
CO™(g)+Q라 하면, 헤스 법칙에서 Q=Q¡
1⁄
+Q™이다. 그런데 Q는 탄소 1몰(12g)이 완전 연소할 때 방출하는
열량이므로 1g이 연소할 때 방출하는 열량을 계산하면
따라서 에탄올의 연소열(kJ/mol) 을 구하는 식은 다음과 같다.
12：(Q¡+Q™)=1：x이다. 따라서 x=
Q¡+Q™
12
이다.
의 몰수로 나누어야 한다.
연소한 에탄올의 몰수는
m¡-m™
46
이다.
200_4.2_46(t™-t¡)
m¡-m™
① H™(g)
1⁄
H™의 결합 에너지=436kJ/mol
2H(g), DH=686-250=+436kJ
② O™(g)
2O(g), DH=250_2=+500kJ
1⁄
O™의 결합 에너지=500kJ/mol
③ 수증기의 생성열(DHƒ)
H™(g)+ O™(g)
H™O(g), DH=?
1⁄
1
2
DH=-242kJ/mol
④ H™(g)+ O™(g)
H™O(l), DH=?
1⁄
DH=-286kJ
ㄱ. DH∏‰=DH∏Œ+DHŒÍ+DH͉
=(-134)+92-(-75)=+33kJ
ㄴ. DH‰Œ=DH‰Í+DHÍŒ
=(-75)-(+92)=-167kJ<0
따라서 발열 반응이다.
ㄷ. DHÍ∏=DHÍŒ+DHŒ∏
=-(+92)-(-134)=+42kJ
ㄱ. 먼저 생성 물질의 결합 에너지 합을 계산하면 412kJ_2
=824kJ이다.
이다.
반응 물질의 결합 에너지 합을 계산하면 436kJ+243kJ=679kJ
1
2
1
2
1
2
⑤ H™(g)+ O™(g)
H™O(l), DH=-286kJ
1⁄
DH가 (-)이므로 이 반응은 발열 반응이다.
물의 몰 증발열(DH)은 다음과 같은 반응식으로 구할 수 있다.
H™O(l)
H™O(g), DH=?
1⁄
DH=(-242)-(-286)=+44(kJ)
Q=생성 물질의 결합 에너지 합-반응 물질의 결합 에너지 합
=824kJ-679kJ=145kJ이다.
ㄴ. 그래프로 보아 H-Cl의 결합을 끊기 위해서는 에너지가 필요
하다는 것을 알 수 있다. 따라서 H-Cl의 분해 반응은 주어진 반응
의 역반응으로, 흡열 반응이다.
ㄷ. 결합 에너지가 클수록 강한 결합이다. 따라서 가장 강한 결합은
제시된 세 개의 열화학 반응식을 이용하여 에탄올의 연소 반응
H-H이고, 그다음이H-Cl이며, Cl-Cl의결합이가장약하다.
식을 꾸밀 수 있다.
㈎ 2C(s, 흑연)`+3H™(g)+ O™(g)
C™H™OH(l),
1⁄
1
2
전체 엔탈피 변화 DH=RD끊-RD생이다. 즉, 단계 ㈏와 단
계 ㈎의 차이가 반응 엔탈피(DH)이다.
DH¡=-278kJ
㈏ C(s, 흑연)`+O™(g)
CO™(g), DH™=-394kJ
N™(g)+3H™(g)
2NH£(g)
1⁄
㈐ H™(g)+ O™(g)
H™O(l), DH£=-286kJ
1⁄
1⁄
암모니아의 생성 엔탈피는 끊어지는 결합과 생성되는 결합에 관여
하는 에너지의 차이에 해당한다.
에탄올의 연소 반응식은 ㈏_2+㈐_3-㈎`로 구할 수 있다.
DH=(N™N의 결합 에너지)`+ 3_(H-H의 결합 에너지)-
따라서 엔탈피의 변화량(DH)은 다음 식으로 계산된다.
6_(N-H의 결합 에너지)=-92kJ
DH=2DH™+3DH£-DH¡
따라서 (N™N의 결합 에너지)`=-92kJ+6_`(N-H의 결합
④는 제시된 반응의 역반응의 반응 엔탈피를 구하는 식이다.
에너지)-`3_(H-H의 결합 에너지)이다.
242 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:6 PM 페이지243 Mac_02
2. 화학 반응의 자발성
01 에너지 보존과 엔트로피
개념 확인 문제
01. ㈎ 열린계, ㈏ 닫힌계, ㈐ 고립계 02. ①
03. ⑤
05. ⑴ (-) ⑵ (+) ⑶ (+) ⑷ (+) ⑸ (-) ⑹ (+)
07. ⑤
08. ①
09. ㈎ DH 감소, DS주위 증가, ㈏ DH 증가,
DS주위 감소 10. ③
11. ⑴ × ⑵ × ⑶ ○ ⑷ ○ ⑸ ○
pp.192~193
04. ⑤
06. ⑤
이다.
⑵ 9개의 기체 분자들이 반응하여 10개의 기체 분자들을 생성하므
로 계의 무질서도는 증가한다. 따라서 DS>0이다.
⑶ 기체는고체보다훨씬더무질서하다. 따라서DS>0이다.
⑷ 생성 물질 쪽에 기체 분자가 있는 반면, 반응 물질 쪽에는 기체
분자가 없다. 따라서 기체 분자 수가 증가하는 반응이므로 DS>0
⑸ 반응이 진행되면 기체 분자 수가 반으로 감소하기 때문에
DS<0이다. 즉, 반응 전보다 반응 후에 자유롭게 움직일 수 있는
분자의 수가 더 적다.
⑹ 아이오딘 분자들은 전기적으로 중성이지만 고체 상태의 결정으
㈎ 유리병의 입구를 통해 수증기가 출입할 수 있고, 주위와 열
로 존재한다. 용해 과정은 결정의 배열이 흐트러지는 반응으로, 아
에너지를 교환할 수 있다. 따라서 열린계이다.
이오딘 분자들이 수용액 상태에서 자유롭게 돌아다닐 수 있게 된다.
㈏ 유리병의 입구를 막으면 수증기는 출입할 수 없지만, 주위와 열
따라서 DS>0이다.
에너지는 교환할 수 있다. 따라서 닫힌계이다.
㈐ 단열재로 유리병을 감싸면 주위와 수증기, 열에너지를 모두 교환
할 수 없다. 따라서 고립계이다.
① 눈이 녹아 물로 되는 반응은 고체에서 액체로의 상태 변화이
므로 엔트로피가 증가한다.
② 종이 뭉치가 흩어지는 과정은 무질서해지는 것이므로 엔트로피
얼음이 녹아서 물이 되는 반응은 고체에서 액체로의 상태 변화
가 증가한다.
이므로 흡열 반응이다. 따라서 DH는 0보다 크다.
③ 드라이아이스가 승화하는 과정은 고체에서 기체로 상태 변화하
또, 분자 배열이 규칙적인 고체 상태에서 흐트러진 액체 상태로 변
는 과정이므로 엔트로피가 증가한다.
하기 때문에 DS는 0보다 크다.
④ 구멍 난 물통으로부터 물이 흘러나오는 과정은 무질서해지는 것
이므로 엔트로피가 증가한다.
① 분자의 엔트로피는 구성하는 원자 수가 증가할수록 커진다.
⑤ 여러 가지 부품으로 컴퓨터를 조립하는 것은 질서 있는 상태로
② 기체상태의엔트로피는고체상태의엔트로피에비해훨씬크다.
만드는 과정이므로 엔트로피가 감소한다.
③ 분자를 구성하는 원자 수가 많고, 분자 수가 많을수록 엔트로피
가 크므로 2몰 O£(g)의 엔트로피가 1몰 O™(g)의 엔트로피보다
① 부피가 증가하므로 기체의 압력은 감소한다.
크다.
② 내부 에너지는 온도에 의해서만 영향을 받으므로 내부 에너지는
④ 규칙적인 배열로 이루어진 이온 결합 물질이 물에 용해되면 규칙
변함이 없다.
적인 배열이 흐트러지므로 엔트로피가 증가한다.
③ 일정한 압력에 대해 팽창하면서 부피가 증가하면 엔트로피는 증
⑤ 같은 물질의 엔트로피는 분자 수가 많을수록 증가한다.
가하게 된다.
고체 → 액체 → 기체로의 상태 변화가 일어날 때와 기체 분자
수가 많아지는 반응에서 엔트로피(무질서도)는 증가한다.
① 기체 → 액체, ② 액체 → 고체, ③ 기체 분자 수 감소, ④ 기체 →
액체의 반응이 일어나므로 각각 엔트로피가 감소한다.
⑤ 고체 → 기체의 반응이 일어나므로 엔트로피가 증가한다.
④ 일정한 온도가 유지되므로 내부 에너지는 변함이 없다. 그런데
외부로 일을 하게 되므로 주위에서 열을 흡수해야 한다.
⑤ 온도가 일정하게 유지되므로 평균 속력은 변함이 없다.
DS주위=-
DH
T
=-
(-6006J)
273K
=22 J/K
평형 상태에서 우주 전체의 엔트로피 변화는 0이다.
⑴ 2개의 기체 분자가 결합하여 1개의 액체 분자를 생성하므로
따라서 DS계=-DS주위이다.
계의 무질서도는 감소한다. 따라서 DS<0이다.
DS계=-22 J/K
II. 물질 변화와 에너지_ 243
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.22 3:39 PM 페이지244 Mac_06
㈎ 발열 반응의 경우 계의 DH는 감소하게 된다. 그리고 계로
엔탈피, 내부 에너지, 자유 에너지는 절댓값이 존재하는 것이
부터 주위로 열이 이동하게 되므로 DS주위는 증가하게 된다.
아니라, 상대적 비교 값만 가진다. 반면에 엔트로피는 절댓값을 가
㈏ 흡열 반응의 경우 계의 DH는 증가하게 된다. 그리고 주위로부
지고 있다.
터 계로 열이 이동하게 되므로 DS주위는 감소하게 된다.
㈎`~`㈑ 모두 기체가 발생하는 반응이므로 엔트로피가 증가하는
DG=DH-TDS
반응이다. 따라서 공통점은 엔트로피가 증가하는 반응이다.
=-64.9kJ-298K_(-0.13 kJ/K)
상온(25æ)에서 이 반응의 DG는 다음과 같다.
⑴ 정반응이진행되면기체가없어지므로엔트로피는감소한다.
=-64.9 kJ+38.74 kJ
⑵ 정반응이 발열 반응이므로 정반응이 진행되면 계가 주위로 열에
=-26.16kJ
너지를 방출한다.
⑶ 주위의 엔트로피 변화는 다음과 같다.
DS주위=-
DH
T
=-
(-1192J)
298K
=+4.0kJ/K
⑷ 우주 전체의 엔트로피 변화는 다음과 같다.
DS전체=DS계+DS주위=-217 J/K+4.0 kJ/K
=-0.22kJ/K+4.0kJ/K=3.78 kJ/K
⑸ 우주 전체의 엔트로피 변화가 (+) 값이므로 정반응은 자발적으
로 진행된다.
•이 반응에서 반응 물질의 기체 분자 수는 2이고, 생성 물질의
•기체 분자 수는 1이다. 따라서 기체 분자 수가 감소하는 반응이므
로 엔트로피가 감소하는 반응임을 알 수 있다.
•상온에서 DG가 0보다 작은 값을 가지는 것으로 보아 이 반응은
상온에서 자발적으로 진행된다는 것을 알 수 있다.
반응의 자발성을 예측하기 위한 자료는 DG이다.
DG=DH-TDS이므로 엔탈피 변화로 반응의 자발성을 예측하
기 위해서는 엔트로피 변화(DS)가 일정하게 유지되어야 한다.
반응의 자발성은 DG를 계산하여 판단한다.
DH=26.5kJ
DS=0.08kJ/K
02 자유 에너지
개념 확인 문제
DG=DH-TDS=26.5kJ-298K_0.08kJ=2.66kJ>0
pp.202~203
DG가 0보다 크기 때문에 이 반응은 비자발적 반응이다.
01. ①
02. ①
03. ②
04. ③
05. 기체 분자 수가
감소하는 반응이기 때문이고, DG<0이므로 자발적 반응이다.
06. ③
07. ③
08. ③
09. ④
10. ⑴ ○ ⑵ ○ ⑶ × ⑷ × ⑸ ○
DG가 0보다 작으면 기화 과정이 자발적으로 진행되며, DG가
0보다 크면 역반응인 액화 과정이 자발적으로 진행된다.
끓는점에서는 정반응과 역반응이 평형을 이루며, 이때 DG=0이
된다. 따라서 DG가 0이 되는 온도를 구하면 이 온도가 기준 끓는점
기체 분자 수가 감소하는 반응이므로 DS<0이다. 따라서 반
이 된다.
응이 자발적으로 진행되기 위해서는 DG(=DH-TDS)<0이
DG=DH-TDS=0
어야 하므로 DH<0이고, DS<0이므로 T<
이다.
DH
DS
T=
DH
DS
=
29880J
90 J/K
=332 K
방향성이 없고 무질서한 액체 상태에서 액정 상태로 변하면 어
느 정도의 방향성을 가지고 규칙적인 배열을 이루게 되므로 DS는
감소하게 된다.
기체 분자 수가 증가하는 반응이므로 DS>0이다.
그리고 DH<0이므로 DG(=DH-TDS)<0이다.
그리고 이 반응이 상온에서 자발적으로 진행된다면 DG<0이다.
⑴ 온도가 높을 때 자발적이고, 온도가 낮을 때 비자발적인 반
DG=DH-TDS에서 DG와 DS가 모두 (-) 값이므로 식이 성
응이기 위해서는 DG=DH-TDS에서 DS>0, DH>0이어
립하기 위해서 DH는 (-) 값을 가져야 한다.
야 한다. 따라서 ㄱ이 해당한다.
244 _
정답과 해설
16고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2015.10.27 2:40 PM 페이지245 Mac_03
⑵ 온도가 낮을 때 자발적이고, 온도가 높을 때 비자발적인 반응이
기 위해서는 DG=DH-TDS에서 DS<0, DH<0이어야 한
② 등온 과정이므로 DE= nRDT에서 DE=0이다.
;2#;
다. 따라서 ㄴ이 해당한다.
③ 단원자 이상 기체 1몰의 내부 에너지는 E= RT이다.
;2#;
⑶ 온도에 관계없이 항상 비자발적인 반응이기 위해서는 DG=
⑤ 이상 기체 상태 방정식은 모든 이상 기체에 대해서 성립한다.
DH-TDS에서 DS<0, DH>0이어야 한다. 따라서 ㄷ이 해
⑷ 온도에 관계없이 항상 자발적인 반응이기 위해서는 DG=
DH-TDS에서 DS>0, DH<0이어야 한다. 따라서 ㄹ이 해
당한다.
당한다.
㈎ 설탕을 물에 녹이면 규칙적인 배열을 이루던 설탕 결정이 불
규칙적인 배열을 가지는 수용액 상태로 되므로 엔트로피는 증가하
㈏ 기체 상태에서 고체 상태로 변하므로 엔트로피는 감소하게 된다.
⑸ DG=0인 평형 상태가 나타나기 위해서는 DS와 DH의 부호
ㄱ. 기체가 액체로 되는 반응이므로 엔트로피가 감소하는 반응
게 된다.
이다.
가 같아야 한다. 따라서 ㄱ, ㄴ이 해당한다.
ㄴ. 기체 분자 수가 감소하므로 엔트로피가 감소하는 반응이다.
ㄷ. 기체 분자 수가 증가하므로 엔트로피가 증가하는 반응이다.
가열하면 열에너지를 흡수하게 되므로 엔트로피는 증가하게 된
다. 따라서 DS>0이다.
실력 확인 문제
pp.204~207
고무줄이 늘어난 상태에서 고무에 열을 가하면 분자들의 운동이 활
01. ②
07. ①
02. ④
08. ④
03. ②
09. ①
04. ③
10. ①
05. ②
06. ④
엉켜 있는 상태로 되돌아가게 된다.
발해지면서 원래 모습인 꼬불꼬불한 사슬 모양으로 불규칙하게 뒤
단답형·서술형 문제
11. DE=0, 한 일：2.24kJ
12. 이동한 열：2.24 kJ, DS주위=-7.5 J/K
13. DS계=19.1 J/K, DS전체=11.6J/K
㈎ 액체가 기화하는 경우 엔트로피는 증가한다.
㈏ 수용액에서 결정으로 되는 경우 엔트로피는 감소한다.
㈐ 기체가 없어지는 반응은 엔트로피가 감소한다.
14. ⑴ CO™(s)<CO™(g) ⑵ 1기압 N™(g)<10—¤ 기압 N™(g)
㈑ 홑원소 물질 간의 반응으로 화합물이 만들어질 때 엔트로피는 증
15. ㈎ 융해, ㈏ 기화
가한다.
16. 기화가 일어날 때의 부피 변화가 융해가 일어날 때보다 크다.
17. 기체 A와 기체 B의 분자들이 고르게 섞인다, DH=0, DS>0
18. 자발적, 비가역적 변화, DS=0
1 단계 반응은 오존의 O-O 결합 하나가 끊어져야 하므로 흡
열 반응이다. 따라서 DH>0이고, 분자 수가 증가하므로 엔트로피
19. DG=0으로 평형을 이루는 온도 20. 300K보다 높은 온도
도 증가하게 된다. 따라서 DS>0이다.
① 일정한 외부 압력에 대해 팽창을 하면 외부로 일을 하게 된
다. 따라서W는 0이 아니다.
②, ④ DE= nRDT이므로 단열 상태(Q=0)에서 외부로 일을
;2#;
하면 내부 에너지가 감소하게 되어 온도가 내려간다.
③ 팽창을하면부피가증가하므로엔트로피는증가하게된다.
⑤ 단열 상태이므로 Q=0이다.
온도가 높아지면 사방정계에서 단사정계로의 상전이 반응이 자
발적으로 진행된다는 것을 알 수 있다.
DG=DH-TDS이므로 DH>0, DS>0임을 알 수 있다.
자유 에너지 변화와 엔탈피 변화, 엔트로피 변화 사이의 관계식
은 다음과 같다.
DG=DH-TDS
온도를 x축으로, 자유 에너지 변화를 y축으로 그래프를 그리면 y
①, ④ DE=Q+W=0에서 진공에 대해 팽창하고 있으므로
절편은 DH이고, 기울기는 -DS이다. 따라서 DH>0이고, 기울
외부로 일을 하지 않아 W=0이고, 따라서 Q=0이다. 내부 에너
기는 음수이므로 -DS<0에서 DS>0이다.
지(E)의 변화 없이 등온 팽창을 한 경우 엔트로피는 증가한다.
높은 온도일 때 DG<0이 되어 자발적으로 일어나는 반응이다.
II. 물질 변화와 에너지_ 245
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:6 PM 페이지246 Mac_02
단백질의 붕괴 반응은 결합이 끊어지게 되므로 흡열 반응이고
DH>0이다.
그런데 자발적으로 단백질의 붕괴 반응이 일어난다고 했으므로
DG(=DH-TDS)<0이다. 따라서 DS>0이다.
DS계=nR ln =1mol_8.3J/mol¥K_ln
V™
V¡
24.6L
2.46L
=8.3J/K_ln10=8.3J/K_2.3=19.1J/K
•우주 전체의 엔트로피 변화는 계의 엔트로피 변화와 주위의 엔트
DE=0, 한 일：2.24kJ
정답
해설
는 없다.
DE= nRDT=0
3
2
처음 부피 V¡=
nRT
P¡
나중 부피 V™=
=2.46L
nRT
P™
로피 변화의 합이므로 다음과 같이 구할 수 있다.
DS전체=DS계+DS주위=19.1J/K-7.5 J/K
=11.6 J/K
⑴ CO™(s)<CO™(g) ⑵ 1기압 N™(g)<10—¤ 기압 N™(g)
⑴ 같은 물질의 경우 고체 상태보다 기체 상태의 엔트로피가 훨씬
내부 에너지는 상태 함수이고, 온도가 일정하므로 내부 에너지 변화
정답
해설
크다.
정답
㈎ 융해, ㈏ 기화
해설
정답
해설
정답
해설
정답
해설
=
1mol_0.082기압¥L/mol¥K_300 K
10 기압
⑵ 압력이 작을수록 부피가 커지므로 엔트로피가 커진다.
=
1mol_0.082기압¥L/mol¥K_300 K
1 기압
=24.6L
기체가 한 일W=-P최종DV
=-1 기압_(24.6L-2.46L)
=-22.14기압¥L=-22.14_101.3J?-2.24kJ
따라서 이 기체가 외부로 한 일은 2.24kJ이다.
이동한 열：2.24kJ, DS주위=-7.5J/K
정답
해설
온도가 높아지면 엔트로피는 증가하게 되며, 상태 변화가 일어날 때
급격하게 증가하게 된다. 따라서 ㈎와 ㈏에서 융해, 기화의 상태 변
화가 일어나는 것을 알 수 있다.
기화가 일어날 때의 부피 변화가 융해가 일어날 때보다 크다.
㈏ 구간이 ㈎ 구간보다 긴 이유는 기화가 일어날 때에는 융해가 일
어날 때에 비해 부피가 훨씬 크게 증가하기 때문이다.
•에너지 보존 법칙에서 DE=Q+W=0이고, W=-PDV이
기체 A와 기체 B의 분자들이 고르게 섞인다, DH=0, DS>0
므로 2.24kJ의 열이 주위에서 계로 이동한다.
•주위의 엔트로피 변화는 계의 엔탈피 변화를 이용해서 구할 수 있
•기체 A와 기체 B의 분자들이 고르게 섞인다.
다. 2.24 kJ의 열이 주위에서 계로 이동했으므로 계의 DH=
•화학 반응이나 상태 변화는 일어나지 않으므로 DH=0이다. 그
2.24kJ이다.
DS주위=-
DH
T
=
-2.24kJ
300K
=-7.5 J/K
리고 분자들이 섞이게 되므로 DS>0이다.
자발적, 비가역적 변화, DS=0
•등온 과정에서 부피가 증가하면 계의 엔트로피가 증가하고, DS계
DS계=19.1J/K, DS전체=11.6J/K
정답
해설
는 다음과 같이 구한다.
246 _
정답과 해설
•DH=0, DS>0이므로 DG(=DH-TDS)<0이 되어 자
발적으로 변화가 일어나고, 비가역 변화이다.
•DH=0이므로주위의엔트로피변화는DS주위=- =0이다.
DH
T
12고하이탑화학Ⅱ-1(235~247) 2012.6.21 8:6 PM 페이지247 Mac_02
DG=0으로 평형을 이루는 온도
정답
해설
부 에너지 변화는 다음과 같다.
DE=29.8kJ-2.9kJ=26.9kJ이다.
ㄱ. DG=DH-TDS=-10kJ-300 K_0.1 kJ/K
DH와 TDS가 같은 지점인 300K에서 DG는 0이 된다. 따라서
=-40kJ이다. 따라서 이 반응은 자발적으로 일어난다.
이 온도에서 평형 상태가 이루어진다는 것을 알 수 있다.
ㄴ. 최대로 얻을 수 있는 일의 양은 DG의 절댓값과 같다. 따라서
반응이 자발적으로 일어나는 영역은 DG(=DH-TDS) 값이 0
=400(kJ)
보다 작아야 하므로 TDS 값이 DH보다 큰 값을 가지는 온도 영
역이 된다. 따라서 300K보다 높은 온도에서 A
B의 반응이
1⁄
자발적으로 일어난다.
정답
300K보다 높은 온도
해설
에
너
지
(
)
온도(
)
ㄷ. 엔트로피는 크기 성질이므로 물질의 양이 2배로 되면 반응 엔트
40kJ이다.
로피 값도 2배가 된다.
ㄱ. DH=0+(-400)_2-[(-1000)+2_(-100)]
ㄴ. DS=100+2_400-(200+2_300)
=100(J/K)=0.1(kJ/K)
ㄷ. DG=DH-TDS=400kJ-298K_0.1kJ/K
=400kJ-29.8 kJ=370.2kJ
따라서 DG<0이므로 비자발적 반응이다.
ㄱ. 전체 반응은 1단계 반응+(2 단계 반응)_3에 의해 얻어진
다. 따라서 DG=742 kJ-3_137kJ=331 kJ이다.
ㄴ. 1 단계 반응에서 기체가 발생하므로 엔트로피가 증가하는 반응
임을 알 수 있다.
ㄷ. 25æ에서 1단계 반응은 DG 값이 0보다 크므로 비자발적 반응
이고, 2단계 반응은 DG 값이 0보다 작으므로 자발적 반응이다.
ㄱ. 포도당의 연소열(DH)=(-400_6)+(-290_6)-
(-1270+0_6)=-2870(kJ)
ㄴ. 표준 자유 에너지 변화(DG˘)=(-390)_6-(240_6)-
개념 활용 문제
01. ③
07. ④
02. ②
08. ②
pp.208~211
(-900+0_6)=-2880(kJ)
03. ③
04. ③
05. ①
06. ⑤
ㄷ. 포도당1g으로할수있는최대일의양은
=16kJ/g이다.
2880
180
ㄱ. 용액이 되면 두 액체 물질이 서로 섞이게 되므로 액체 상태
보다는 용액일 때의 엔트로피가 더 크다.
ㄴ. 기체 상태에서 액체 상태로 상태 변화가 일어나면 엔트로피는
A(g)+B(g)
AB(g)의반응에서 기체 분자 수가 감소
1⁄
하므로 엔트로피는 감소한다.
Δ
그리고 반응이 자발적으로 일어난다고 했으므로 DG<0이다.
DS<0
DG=DH-TDS에서 DS, DG가 각각 0보다 작기 위해서는
감소하게 된다.
DH<0이어야 한다.
ㄷ. 온도가 높아지면 엔트로피는 증가하며, 고체에서 기체로 상태
ㄱ. DH=-154kJ이므로 발열 반응이다.
변화가 일어나므로 엔트로피가 증가한다.
ㄴ. DS=-110+130=20 J/K이다. 따라서 엔트로피는 증가하
ㄱ. 부피가 증가했으므로 계의 엔트로피는 증가한다.
는 반응이다.
ㄴ. 0æ, 1기압상태가아니므로기체1몰의부피는22.4L가아니다.
ㄷ. DG=DH-TDS=-154kJ-350K_20J/K
ㄷ. 계는 주위로부터 29.8kJ의 에너지를 흡수한다.
=-161kJ이다.
ㄹ. 엔탈피 변화가 29.8kJ이고, 외부로 2.9kJ의 일을 했으므로 내
따라서 반응이 자발적으로 진행된다.
II. 물질 변화와 에너지_ 247
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지197 Mac_02
정답과해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.21 8:19 PM 페이지198 Mac_05
III 화학 평형
1. 화학 평형과 평형 이동
가한다. 평형에 도달하면 반응 물질이 줄어드는 만큼 다시 생기고,
생성 물질이 생기는 만큼 다시 줄어들므로 반응 물질과 생성 물질의
농도는 일정하게 유지된다.
㈏ 반응이 진행되면 정반응 속도는 점점 느려지고 역반응 속도는 점
점 빨라진다. 그리고 결국 정반응 속도와 역반응 속도가 같아지게
되는데, 이를 평형 상태라고 한다.
① 화학 평형 상태는 동적 평형 상태를 의미하며, 정지된 상태
01
평형 상태
개념 확인 문제
가 아니다.
pp.018~019
는 속도가 같다.
②, ④ 평형 상태에서는 정반응이 일어나는 속도와 역반응이 일어나
01. ㄹ, ㅁ 02. ③
03. ③
04. ㈎ ㄴ, ㈏ ㄷ
05. ②
③ 평형 상태에 도달한 반응 물질과 생성 물질의 농도를 평형 농도
06. ③
07. ① 정반응 속도, ② 역반응 속도, ③ 생성 물질의 농도,
라고 하는데, 처음 물질의 농도에 따라 서로 다른 평형 농도가 존재
④ 반응 물질의 농도
08. ⑤
09. ⑴ CO：0.7몰, H™：2.1몰, CH¢：0.3몰, H™O：0.3몰
⑵ [CO]：0.07 M, [H™]：0.21 M, [CH¢]：0.03 M, [H™O]：0.03M
10. ④
11. ⑴ × ⑵ × ⑶ × ⑷ × ⑸○ ⑹ × ⑺ ○
할 수 있다.
같다는 의미가 아니다.
⑤ 평형 상태는 반응 물질의 전체 농도와 생성 물질의 전체 농도가
비가역 반응은 역반응이 거의 무시할 정도로 적게 일어나는 반
응하고 생성되는 물질의 몰수 비나 농도 비를 나타낸다. 즉, 평형 상
응으로, 기체 발생 반응, 앙금 생성 반응, 산과 염기의 중화 반응, 연
태에서 존재하는 반응 물질과 생성 물질의 몰수 비나 농도 비와는
소 반응 등이 있다. ㄹ은 산과 염기의 중화 반응이고, ㅁ은 기체 발
관계가 없다.
생 반응이므로 비가역 반응이다.
③ 평형 상태는 정반응 속도와 역반응 속도가 같은 동적 평형 상태
①, ② 화학 반응식에서 반응 물질과 생성 물질의 계수 비는 반
평형 상태는 가역 반응에서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아
서 농도 변화가 없는 상태이다. 반응식의 계수 비는 평형 상태에서
존재하는 반응 물질과 생성 물질의 계수 비가 아니라, 평형에 도달
하기까지 감소하거나 증가하는 농도의 비이다. 따라서 계수 비가
2：1인 것은 용기 속의 NO™와 N™O¢의 농도 비가 2：1이 되는 것
이 아니라, NO™의 농도 감소량은 N™O¢의 농도 증가량의 2배임을
의미한다.
화학 평형 상태에서는 반응 물질과 생성 물질이 함께 존재하고,
화학 평형이 이루어지는 반응은 정반응과 역반응이 모두 일어날 수
있는 가역 반응이다.
ㄱ. 평형 상태는 동적 평형 상태로, 반응이 정지된 것이 아니라 정반
응이 일어나는 속도와 역반응이 일어나는 속도가 같아서 겉으로 보
기에만 변화가 없다.
ㄹ. 평형 상태에서는 정반응 속도와 역반응 속도가 같다.
로, 반응 물질의 농도와 생성 물질의 농도가 변하지 않고 일정한 상
태이다.
④ 화학 평형 상태가 화학 반응식의 계수를 농도의 지수로 한 반응
물질의 값과 생성 물질의 값이 같은 것을 의미하지는 않는다.
⑤ O™ 분해 반응이나 O£ 생성 반응이 일어나지 않는 것이 아니라
정반응 속도와 역반응 속도가 같아서 겉으로 보기에 변화가 없는 것
으로 보이는 것이다.
㈎는 시간에 따른 정반응 속도와 역반응 속도 변화를 나타낸 것
이고, ㈏는 시간에 따른 반응 물질의 농도와 생성 물질의 농도 변화
를 나타낸 것이다.
느려진다.
① 정반응 속도는 반응 초기에는 빠르지만, 반응이 진행됨에 따라
생성 물질의 농도는 커지고, 반응 물질의 농도는 작아지므로 점점
② 역반응 속도는 반응 초기에는 0이지만, 반응이 진행되면서 생성
물질의 농도가 진해지므로 역반응 속도가 점점 빨라진다.
㈎ 평형 상태에 도달할 때까지는 정반응 속도가 역반응 속도보
③ 생성 물질의 농도는 반응이 진행됨에 따라 점점 증가하다가 평형
다 빠르므로 반응 물질의 농도는 감소하고, 생성 물질의 농도는 증
상태에 이르면 일정해진다.
198 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지199 Mac_02
④ 반응 물질의 농도는 반응이 진행됨에 따라 점점 감소하다가 평형
⑴ 평형 상태는 동적 평형 상태이므로 반응이 정지된 것이 아니
상태에 이르면 일정해진다.
라, 암모니아 생성 반응 속도와 분해 반응 속도가 같은 것이다.
ㄱ. 발열 반응이므로 생성 물질이 반응 물질보다 안정하다.
ㄴ. 평형 상태에서는 정반응 속도와 역반응 속도가 같으므로 생성
속도와 분해 속도가 같다.
ㄷ. 발열 반응의 경우 생성 물질이 가진 에너지가 반응 물질이 가진
에너지보다 작으므로 반응을 일으키는 데 필요한 에너지는 역반응
이 정반응보다 크다.
에
너
지
반응 물질
정반응이 일어나기 위해
필요한 에너지
역반응이 일어나기 위해
필요한 에너지
생성 물질
반응의 진행
⑴ CO(g) + 3H™(g)
CH¢(g) + H™O(g)
^jj&
처음
반응
평형
1
-x
3
-3x
1-x
3-3x
0
x
x
0
x
x
⑵ 몰 농도는
이며, 반응 용기의 부피가 10 L이므로 각 물질
수는 다음과 같다.
CO의 몰수=1-0.3=0.7몰
H™의 몰수=3-3_0.3=2.1몰
CH¢의 몰수=0.3
H™O의 몰수=0.3
몰수
부피
의 몰 농도는 다음과 같다.
[CO]=
=0.07M
0.7
10
2.1
10
0.3
10
0.3
10
[H™]= =0.21M
[CH¢]=
=0.03M
[H™O]=
=0.03M
⑵, ⑷ 평형 상태에서 존재하는 물질의 농도 비와 반응식의 계수 비
와는 관계가 없다. 화학 반응식의 계수 비는 반응하는 물질의 농도
⑶ 평형 상태에서 반응 물질의 분자 수와 생성 물질의 분자 수가 같
⑸ 평형 상태에서는 반응 물질과 생성 물질의 농도가 일정하게 유지
⑹ 정반응 속도와 역반응 속도는 일정 시간이 지나면 일정하게 유지
비와 같다.
은 것은 아니다.
된다.
된다.
⑺ 평형 상태는 반응 물질과 생성 물질의 자유 에너지가 최소가 되
는 지점에서 이루어진다.
01. ⑴ K=
[NO™]¤
[NO] ¤ [O™]
⑵ K=
[SO£]¤
[SO™] ¤ [O™]
⑶ K=
1
[NH£] [HCl]
⑷ K=
[NO™]¤
[N™] [O™]¤
⑸ K=
⑹ K=
[Zn¤ ±]
[Cu¤ ±]
[CH£COO—] [H£O±]
[CH£COOH]
02. ⑴
1
100
⑵
1
10
03. ⑴ 'a ⑵ ⑶ a¤
04. 100
1
a
05. 2A(g)+B(g)
^jj&
2C(g), K=2.5
06. ① 07. ⑴ 8
⑵ 정반응 08. 3몰 09. ①
10. ⑴ 정, 역 ⑵ 평형 상태
⑶ 온도 ⑷ 역반응, 정반응
11. 0.3
12. ⑴ × ⑵ ○
⑶ ○
13. ⑴×⑵×⑶○
평형 상수식을 표시할 때에는 화학 반응식의 계수를 지수로 한
반응 물질의 몰 농도 곱이 분모가 되고, 화학 반응식의 계수를 지수
로 한 생성 물질의 몰 농도 곱이 분자가 된다. 고체나 용매로 사용된
생성된 수증기가 0.3몰이므로 x=0.3이다. 따라서 각 물질의 몰
개념 확인 문제
pp.028~029
02 화학 평형의 법칙
반응 기체의 계수 합은 3이고, 생성 기체의 계수 합은 1이다. 따
라서 정반응의 엔트로피는 감소(DS<0)한다. 평형은 엔트로피가
증가하는 쪽으로, 엔탈피가 감소하는 쪽으로 이동한다. 정반응의
엔트로피가 감소(DS<0)하므로 평형이 이루어지는 반응이라면 정
반응이 엔탈피가 감소(DH<0)하는 발열 반응이어야만 한다.
물은 평형 상수식에 표현하지 않는다.
K=
[NO]¤
[N™] [O™]
=100
⑴ K¡=
[N™] [O™]
[NO]¤
1
= =
K
1
100
⑵ K™=
[N™] ;2!; [O™] ;2!;
[NO]
=æ– =æ≠ =
1
100
1
K
1
10
III. 화학 평형_ 199
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지200 Mac_02
2SO™(g)+O™(g)
2SO£(g), K=a yy ㈎
K=
[HI]¤
[H™] [I™]
=
(0.4)¤
(0.2)_(0.1)
=8
⑴`은 화학 반응식 ㈎`의 배이므로 평형 상수는 a;2!;이며, ⑵`는 화
⑵ 주어진 농도를 평형 상수식에 대입하여 얻은 반응 지수 Q는 다
^jj&
1
2
학 반응식 ㈎`의 역반응이므로 평형 상수는 a의 역수가 되어 이
1
a
음과 같다.
다. ⑶`은 화학 반응식 ㈎``의 2배이므로 평형 상수는 a¤ 이다.
{;1¢0;}2
Q=
{;1£0;}_{;1™0;}
=
8
3
N™(g)+3H™(g)
2NH£(g)
^jj&
NH£ 0.4 몰이 생성되기 위해서는 N™ 0.2 몰과 H™ 0.6 몰이 반응해
야 한다.
따라서 평형 상태에서의 농도는 [N™]=0.4 M-0.2 M=0.2 M,
[H™]=0.8M-0.6M=0.2M, [NH£]=0.4M이다.
N™(g) + 3H™(g)
2NH£(g)
^jj&
처음(M) 0.4
반응(M) -0.2
-0.6
평형(M) 0.2
0.8
0.2
0
0.4
0.4
K=
[NH£]¤
[N™] [H™]‹
=
(0.4)¤
(0.2)_(0.2)‹
=100
Q가 평형 상수 8과 같아지려면 생성 물질의 농도가 커져야 한다.
따라서 반응은 정반응 쪽으로 진행된다.
H™(g) + `I™(g)
2HI(g)
^jj&
처음(M)
x
3.5
반응(M) -2.5
-2.5
평형(M) x-2.5
1
0
5
5
K=
[HI]¤
[H™] [I™]
=
5¤
(x-2.5)_1
=50, x=3
평형 상수는 온도에 의해서만 변하는 함수이다. 발열 반응은 온
도가 높아지면 평형 상수가 작아지고, 흡열 반응은 온도가 높아지면
평형 상수가 커진다. 주어진 반응은 DH>0이므로 흡열 반응이다.
A, B의 처음 농도가 0.4 M, 0.5 M인데, A, B, C의 평형 농도
가 0.2M, 0.4M, 0.2M이므로 A, B, C의 반응 농도는 0.2M,
⑴ 평형 상수가 크면 정반응이 우세하게 진행된다.
0.1M, 0.2 M이다.
⑵ 정반응 속도와 역반응 속도가 같은 상태는 평형 상태이다.
따라서 화학 반응식의 계수 비는 A：B：C=2：1：2이다.
⑶ 평형 상수는 온도에 의해서만 변한다.
N™O¢(g)
2NO™(g)
^jj&
평형 상태에서 이산화질소(NO™)의 몰 농도가 0.4M이므로 사산화
이질소(N™O¢)는 0.2몰이 반응하여 0.8몰이 남게 된다.
x=y+0.2=0.3
2A(g) + B(g)
2C(g)
^jj&
처음(M)
0.4
0.5
반응(M) -0.2
-0.1
평형(M)
0.2
0.4
0
0.2
0.2
K=
[C]¤
[A]¤
[B]
=
(0.2)¤
(0.2)¤ _(0.4)
=2.5
따라서 평형 상수=
[NO™] ¤
[N™O¢]
=
(0.4)¤
0.8
=0.2이다.
⑴ 화학 반응식은 다음과 같다.
H™(g) + I™(g)
2HI(g)
^jj&
처음(M)
0.4
0.3
반응(M) -0.2
-0.2
평형(M)
0.2
0.1
0
0.4
0.4
200 _
정답과 해설
⑷ 반응 지수 Q가 평형 상수 K보다 작으면 정반응이 진행된다.
처음(M) N™(g) + 3H™(g)
2NH£(g)
^jj&
처음(M)
평형(M)
x
y
반응(M) -0.2
-0.6
0.8
0.2
0
0.4
0.4
이 반응에 대한 평형 상수는 다음과 같다.
K=
[NH£] ¤
[N™] [H™]‹
=
(0.4)¤
y_(0.2)‹
=200에서 y=0.1이다.
⑴ [A], [B]가 각각 1몰씩 감소할 때 [C]는 2몰이 증가했으므
로 반응식의 계수 비는 a：b：c=1：1：2이다.
⑵ 가장 간단한 정수비로 반응식을 나타내면 다음과 같다.
A(g)+B(g)
2C(g)
^jj&
평형 상수 K=
[C] ¤
[A] [B]
=
2
8.2
{
1
8.2
}2
1
8.2
{
}{
}
=4
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지201 Mac_02
⑶ 평형 상태에서 물질들의 몰수 합이 4몰이므로, PV=nRT에
⑴ 가열하면 흡열 반응 쪽으로 반응이 진행되고, 냉각하면 발열
서 전체 압력을 구해 보면 12기압이다.
반응 쪽으로 반응이 진행된다. 주어진 반응은 정반응이 발열 반응이
⑴ A, B, C 1 몰씩을 더 넣어 줄 때 반응 지수는 다음과 같다.
P=
4_0.082_300
8.2
=12기압
Q=
3
8.2
{
2
8.2
}2
2
8.2
{
}{
}
=
3¤
2_2
=
9
4
Q가 K보다 작으므로 반응은 정반응 쪽으로 진행된다.
⑵ 온도가 일정하게 유지되므로 새로운 평형 상태에서도 평형 상수
는 4로 일정하다.
전체 몰수는 변하지 않는다.
⑶ A 1몰과 B 1 몰이 반응하면 C 2몰이 생성되므로 반응 전후에
따라서 새로운 평형 상태에서 용기 속에 존재하는 물질들의 몰수 합
는다.
있다.
은 7이다.
PV=nRT에서 전체 압력을 구해 보면 다음과 같다.
P=
7_0.082_300
8.2
=21기압
므로 가열하면 흡열 반응인 역반응 쪽으로 반응이 진행된다.
⑵ 압력을 높이면 기체의 몰수가 감소하는 방향으로 반응이 진행되
고, 압력을 낮추면 기체의 몰수가 증가하는 방향으로 반응이 진행된
다. 주어진 반응은 생성 기체의 계수 합이 더 크므로 압력을 낮추면
전체분자수가늘어나는방향인정반응쪽으로반응이진행된다.
⑶ 촉매는 반응 속도만 변화시키고 평형 이동에는 영향을 미치지 않
반응 용기의 부피를 줄이면 압력이 증가한다. 따라서 정반응이
기체의 몰수가 감소하는 반응이어야 생성 물질의 수득률을 높일 수
① 온도를 높이면 흡열 반응 쪽으로 반응이 진행되고, 온도를
낮추면 발열 반응 쪽으로 반응이 진행된다. 따라서 발열 반응에서는
온도가 높아지면 K값이 작아지고, 흡열 반응에서는 온도가 높아지
면 K값이 커진다. 이 반응은 흡열 반응이므로 온도를 낮추면 평형
상수 K값이 감소한다.
② SO™를 첨가하면 역반응 쪽으로 반응이 진행되지만, K값은 변
하지 않는다.
③ 촉매는 평형 이동에 영향을 끼치지 않는다.
④ 압력을 가하면 기체의 몰수가 감소하는 방향인 역반응 쪽으로 반
응이 진행된다.
⑤ O™를 제거하면 O™가 생성되는 정반응 쪽으로 반응이 진행된다.
⑴ 고체는 평형에 영향을 미치지 않는다. 따라서 C(s)를 가해
03 평형 이동의 원리
개념 확인 문제
⑶ 이동하지 않는다.
는다. ⑵ 역반응 쪽
10. ④
11. ④
⑹ × ⑺ ○ ⑻ ×
04. ③
07. ⑤
12. ②
01. ③
02. ⑴ > ⑵ <
03. ⑴ 역반응 쪽 ⑵ 정반응 쪽
⑵ 부피를 감소시키면 압력이 증가하는 것과 같은 효과가 나타나므
05. ①
06. ⑴ 이동하지 않
로 기체 분자 수가 작아지는 쪽으로 평형이 이동한다. 따라서 역반
pp.046~047
도 평형은 이동하지 않는다.
08. 흡열 반응
09. ③
13. ⑴ ○ ⑵ ○ ⑶ × ⑷ × ⑸ ○
응 쪽으로 평형이 이동한다.
①, ② 평형 상태에서 반응 물질과 생성 물질의 농도가 변하면
그 변화를 감소시키려는 방향으로 평형이 이동한다.
정반응이 발열 반응이므로 온도를 낮추면 수득률을 높일 수 있
③, ④ 반응계의 온도나 압력이 변하면 그 변화를 감소시키려는 방
고, 정반응 쪽으로 반응이 진행되면 기체 분자 수가 감소하므로 압
향으로 평형이 이동한다.
력을 크게 하면 수득률을 높일 수 있다.
⑤ 촉매는 평형을 이동시킬 수 있는 요인이 아니다.
⑴ 온도가 일정할 때 압력이 커질수록 C의 수득률이 크므로 정
주어진 각 온도에서의 평형 농도로 판단할 때 온도가 높아지면
반응은 몰수가 감소하는 방향이다. 따라서 a+b>c이다.
생성 물질의 양이 증가하는 반응이다. 온도가 높아지면 평형 이동의
⑵ 온도가 높을수록 C의 수득률이 크므로 정반응은 온도가 낮아지
원리에 의해 흡열 반응 쪽으로 평형이 이동한다. 따라서 정반응은
는 흡열 반응이다. 따라서 Q<0이다.
흡열 반응이다.
III. 화학 평형_ 201
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지202 Mac_02
① 반응계의 부피를 줄이면 압력이 커지게 되므로 기체의 몰수
⑸ A(g)+B(g)
C(g)
^jj&
가 작아지는 역반응 쪽으로 평형이 이동한다.
② 반응계의 온도를 낮추면 발열 반응인 역반응 쪽으로 평형이 이
K=
[C]
[A] [B]
③ 이산화황 기체를 제거하면 이산화황의 농도가 증가하는 정반응
2L 용기 속에 A, B, C를 각각 1몰씩 넣었을 때 [A]=0.5M,
[B]=0.5 M, [C]=0.5 M이고, 반응 지수 Q를 구해 보면
④ 산소 기체를 넣어 주면 산소 기체가 감소하는 역반응 쪽으로 평
500K에서 평형 상수 K=3이므로 Q<K이고, 정반응 쪽으로 반
⑤ 아르곤 기체는 주어진 반응과 관계없는 물질이므로 평형에 영향
⑹ 600K에서 평형 상수 K=2이므로 반응 지수 Q=2와 같아서
동한다.
쪽으로 평형이 이동한다.
형이 이동한다.
을 미치지 않는다.
0.5
0.5_0.5
=2가 된다.
응이 진행된다.
평형 상태이다.
평형 상수는 3보다 크다.
4와 같다.
⑺ 발열 반응이므로 실험 2의 온도가 400K로 실험 3보다 낮아서
⑻ 실험 5의 온도는 실험 4의 온도와 같으므로 평형 상수 값은 실험
① 온도를 높이면 흡열 반응인 정반응 쪽으로 반응이 진행되므
로 평형 상수가 증가한다.
② 온도를 높이면 흡열 반응인 정반응 쪽으로 평형이 이동한다.
③ 압력이 감소하면 기체의 몰수가 증가하는 정반응 쪽으로 평형이
이동한다.
지는 않는다.
④ 촉매는 평형에 도달하는 시간을 단축시키지만 평형을 이동시키
⑤ 반응 물질인 PCl∞(g)의 농도를 증가시키면 생성 물질의 양이
증가하는 정반응 쪽으로 평형이 이동한다.
평형 상태를 이루면 반응계의 압력은 일정하게 유지되고, 액체,
고체, 수용액은 압력의 영향을 받지 않는다. 압력을 증가시켰을 때
정반응 쪽으로 평형이 이동하는 반응은 생성 물질 중 기체의 계수
합이 반응 물질 중 기체의 계수 합보다 작은 경우이다.
로 수득률이 감소한다.
수득률이 증가한다.
③ 생성 물질인 NO를 첨가하면 NO가 소모되는 역반응 쪽으로 평
형이 이동하므로 수득률이 감소한다.
④ 반응 물질인 NOBr을 제거하면 NOBr이 생성되는 역반응 쪽
으로 평형이 이동하므로 수득률이 감소한다.
① 온도를 낮추면 발열 반응인 역반응 쪽으로 평형이 이동하므
단답형·서술형 문제
② 생성 물질인 Br™를 제거하면 평형이 정반응 쪽으로 이동하므로
25. 평형 상태가 아니다, 정반응 쪽으로 반응이 진행된다.
실력 확인 문제
pp.048~053
04. ⑤
10. ④
16. ④
05. ③
11. ④
17. ②
06. ②
12. ③
18. ②
01. ⑤
07. ①
13. ②
19. ①
02. ②
08. ②
14. ①
20. ①
[CO] ¤
[CO™]
03. ①
09. ④
15. ①
21. ③
[Hg™±]
[Hg¤ ±]
22. ⑴ K=
⑵ K=
23. 100
24. ⑴ K¤ ⑵
1
K
26. 평형 상태가 아니다, 정반응 쪽으로 반응이 진행된다.
27. 0.1 M보다 커진다.
28. P˜Ø=4.0_10—⁄
fl 기압,
PN™=0.50기압, PO™=0.80 기압
29. 26.896
30. ⑴ 50 ⑵ 5.9기압 ⑶ 0.11몰 ⑷ PH™=0.65 기압, PI™=0.65기압,
PÓˆ=4.6기압
31. ㈎ 수소 첨가, ㈏ 암모니아 제거
32. ⑴ 증가한다. ⑵ 감소한다. ⑶ 변화 없다.
33. 평형 이동：정
⑤ 반응 용기의 부피를 줄여서 압력이 증가하면 몰수가 감소하는 역
반응 쪽, 평형 상수：변화 없다.
34. 실험 1
반응 쪽으로 평형이 이동하므로 수득률이 감소한다.
⑴ 표를 보면 온도가 높아질 때 평형 상수가 작아지므로 정반응
평형 상태에서는 정반응 속도와 역반응 속도가 같아서 농도가
은 발열 반응인 것을 알 수 있다.
일정하게 유지된다. 반응식의 계수 비는 물질의 반응 농도 비를 의
⑵ 발열 반응이므로 생성 물질이 반응 물질보다 안정하다.
미할 뿐 평형 상태에서 물질들의 존재 비와 직접적 관계가 없다.
⑶ 정반응은 기체 분자 수가 감소하는 반응이다.
실험 결과 표에서 반응식의 계수 비가 A：B：C=1：1：1
⑷ 압력은 평형 상수를 변화시키지 못한다.
임을 알 수 있다.
202 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지203 Mac_02
예를 들면, 실험 1에서 A 0.2 몰이 감소하고, B 0.2몰과 C 0.2몰
반응인 역반응 쪽으로 평형이 이동하기 때문에 수소의 몰수는 감소
이 생성되었으므로 화학 반응식은 A
B+C이다.
하고, 평형 상수 값도 작아지게 된다.
^jj&
A가 0.8M 생성되었으므로 B와 C는 0.8M씩 반응했다. 따라서
기체 반응의 평형 상태에서 반응계의 압력을 증가시키면 분자
B와 C의 평형 상태에서 농도는 모두 0.2M이다.
수가 감소하는 방향으로 평형이 이동하고, 압력을 감소시키면 분자
처음(M) A
B + C
^jj&
처음(M) 0
1.0
1.0
반응(M) 0.8
-0.8 -0.8
평형(M) 0.8
0.2
0.2
처음(M) A(g) + B(g)
C(g) + D(g)
^jj&
처음(M)
0.6
0.9
반응(M)
-0.3
-0.3
+0.3 +0.3
평형(M)
0.3
0.6
0.3
0.3
K=
[C] [D]
[A] [B]
=
0.3_0.3
0.3_0.6
=0.5
평형 상태에서 이산화질소의 몰수가 1.8몰이므로 사산화이질
소는 0.9 몰이 반응하여 0.1 몰이 남게 된다.
처음(M) N™O¢(g)
2NO™(g)
^jj&
처음(M)
1
반응(M) -0.9
평형(M)
0.1
0
1.8
1.8
따라서 평형 상수 K=
=32.4이다.
[NO™]¤
[N™O¢]
=
(1.8)¤
0.1
H™(g) + I™(g)
2HI(g)
^jj&
처음 1
반응 -x
평형 1-x
1
-x
1-x
0
+2x
2x
K=
(2x)¤
(1-x)¤
=4
2x
1-x
=2에서 x=
1
2
수가 증가하는 방향으로 평형이 이동한다. 그러나 ②`와 같이 반응
물질과 생성 물질의 계수 합이 같은 경우에는 압력 변화에 의해 평
형이 이동하지 않는다.
① 생성되는 암모니아의 몰수는 평형 상수 값을 알아야 계산할
수 있다. 평형 상태에서 물질들의 농도 비는 화학 반응식의 계수 비
와는 관계가 없다. 또한, 가역 반응의 평형 상태이기 때문에 암모니
아가 2몰까지 모두 생성될 수는 없다.
② 온도를 높여 주면 르샤틀리에 원리에 의해 역반응으로 평형이 이
동하므로 생성 물질의 농도는 작아진다.
③ 평형 상수는 온도에 의해 변한다.
④ 촉매는 평형을 이동시키지 못한다. 즉 평형 상태에서 촉매는 반
응 물질과 생성 물질의 몰수를 변화시키지 못한다.
⑤ 화학 반응식의 계수 비는 반응하는 몰수 비일 뿐 평형 상태에서
존재하는 몰수 비(농도 비)는 아니다.
① 온도를 높이면 흡열 반응 쪽으로 평형이 이동하므로 정반응
쪽으로 평형이 이동한다.
② 촉매는 평형을 이동시키지 못한다.
③ SO£을 첨가하면 평형 이동의 원리에 의해 SO£이 감소하는 정반
응 쪽으로 평형이 이동한다.
⑤ 용기의 부피를 증가시키면 압력이 감소하므로 기체의 몰수가 증
가하는 정반응 쪽으로 평형이 이동한다.
NaOH(aq)을 넣으면 OH—이 H±과 중화 반응하여 H±의 농
도가 작아지므로 크로뮴산 이온(CrO¢¤ —)의 농도가 커지는 역반응
쪽으로 반응이 진행되어 새로운 평형 상태에 도달한다. 그러나 온도
변화가 없으므로 새로운 평형 상태에 도달해도 평형 상수 값에는 변
함이 없다.
따라서 생성되는 HI의 몰수는 2x=2_ =1 몰이다.
1
2
평형 상수는 온도에 의해서만 변한다. 압력을 변화시키거나 농
도를 변화시키면 평형은 이동하지만, 온도가 변하지 않으면 평형 상
평형을 역반응 쪽으로 이동시키기 위해서는 생성 물질의 농도
수 값은 변하지 않는다.
를 증가시켜야 한다. HCl을 넣으면 H£O±의 농도가 증가하여 역반
ㄱ. 온도가 높아질수록 수득률이 높아진 것으로 보아 정반응은
응 쪽으로 평형이 이동한다. 염기성 물질을 넣으면 H£O±과 중화
흡열 반응이다.
반응하여 H£O±을 감소시키므로 정반응 쪽으로 평형이 이동한다.
ㄴ. 온도를 높이면 수득률이 증가하므로 평형 상수 값이 커진다.
온도를 높이면 르샤틀리에 원리에 의해 흡열 반응 쪽으로 평형
ㄷ. 압력이 커질수록 수득률이 감소한 것으로 보아 정반응은 분자
이 이동한다. 주어진 반응은 발열 반응이므로 온도를 높이면 흡열
수가 증가하는 반응이고, 역반응은 분자 수가 감소하는 반응이다.
III. 화학 평형_ 203
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.21 8:19 PM 페이지204 Mac_05
온도가 올라가면 반응 속도가 증가한다. 높은 온도에서 생성 물
ㄷ. 생성 물질인 Ce› ±의 농도를 증가시키면 역반응이 진행되므로
질 C의 양이 더 적으므로 정반응이 발열 반응임을 알 수 있다. 따라
Ag(s)의 양이 감소한다.
서 발열 반응에 해당하는 그래프를 찾으면 된다.
ㄹ. 반응 물질인 Ce‹ ±의 농도를 증가시키면 정반응이 진행되므로
㈎`에서 수소 기체의 농도만 증가한 것으로 보아 ㈎`에서 변화시
Ag(s)의 양이 증가한다.
킨 요인은 수소 기체의 첨가라는 것을 알 수 있다.
온도가 일정하므로 새로운 평형 상태에서 평형 상수 값(K')은
처음 평형 상수 값(K)과 같다.
K=
[NH£] ¤
[N™] [H™] ‹
=
(0.6)¤
0.4_(0.1)‹
=900
그래프에서 반응 물질이 가지는 에너지가 생성 물질보다 크므
로 발열 반응임을 알 수 있다.
①, ② 발열 반응의 경우 르샤틀리에 원리에 의하여 온도를 높이면
평형이 역반응 쪽으로 이동하므로 평형 상수 값은 작아진다. 평형
상수 값을 크게 하기 위해서는 온도를 낮추어야 한다.
③, ④ 촉매는 평형에 도달하는 시간을 변화시켜 반응 속도를 변하
⑴ K=
⑵ K=
[CO] ¤
[CO™]
[Hg™±]
[Hg¤ ±]
정답
해설
수식에 나타내지 않는다.
K=
[CO] ¤
[CO™]
을 쓰면 다음과 같다.
K=
(PCO)¤
PCO™
⑴ 탄소는 순수한 고체이므로 몰 농도가 일정하다. 따라서 평형 상
이때 CO와 CO™는 기체이므로 부분 압력을 이용하여 평형 상수식
게 할 뿐 평형을 이동시키지는 못한다.
⑵ 수은(Ⅰ) 이온과 수은(Ⅱ) 이온의 농도는 평형 상수식에 나타내지
⑤ 평형 상수는 압력에는 영향을 받지 않으므로 반응 용기의 부피와
만, 순수한 액체인 수은의 농도는 일정하므로 수은의 농도는 나타내
지 않는다. 따라서 평형 상수식은 다음과 같다.
그래프에서 압력 변화에 따른 수득률 변화가 없는 것으로 보아
반응기체의계수합과생성기체의계수합이같아야한다.
K=
4
(0.2)¤
=100이다.
는 관계가 없다.
는 변화가 없다.
온도를 높이면 분자의 운동 에너지가 증가하므로 액체의 증발
이 활발해지며, 반응계 물질의 무질서도가 증가하지만 전체 질량에
평형 상수는 온도에 의해서만 변한다. 반응 물질과 생성 물질의
농도가 변하거나 다른 요인이 변해도 온도만 일정하면 평형 상수 값
이 일정하다. 주어진 반응은 흡열 반응이므로 온도를 높이면 평형
이동의 원리에 의해 정반응 쪽으로 평형이 이동하고, 평형 상수가
커지게 된다.
② 압력 증가에 따라 수득률이 커진다.
③, ⑤ 압력 증가에 따라 수득률이 작아진다.
압력 증가에 따라 수득률 변화가 없는 것은 ①`과 ④`인데, ④`는 흡열
반응이므로 온도가 증가할수록 수득률이 증가한다. 주어진 그래프
에서는 온도가 증가할수록 수득률이 감소하므로 발열 반응임을 알
ㄱ. 온도를 낮추면 발열 반응인 정반응이 진행된다.
ㄴ. 가라앉은 Ag(s)은 고체이므로 일부 제거하여도 평형이 이동
수 있다.
하지 않는다.
204 _
정답과 해설
K=
[Hg™±]
[Hg¤ ±]
정답
100
해설
정답
⑴ K¤ ⑵
1
K
해설
2A
^jj&
^jj&
정답
주어진 반응의 평형 상수 K=
이다. 그런데 각 기체의 농도
는 [A]=
=0.2M이고, [B]= =4 M이므로
0.4 몰
2L
[B]
[A] ¤
8 몰
2L
2B의 경우 평형 상수는
=K¤ 이고, B
A의
^jj&
[B]¤
[A]¤
경우 A
B의 역반응이므로 평형 상수는 = 이다.
[A]
[B]
1
K
평형 상태가 아니다, 정반응 쪽으로 반응이 진행된다.
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지205 Mac_02
해설
NO가 모두 N™와 O™로 되었다고 가정하면 다음과 같다.
반응 지수 Q는 평형 상수식에 현재 농도를 대입하여 구한 값으로,
평형 상수와 비교하여 반응의 진행 방향을 판단할 수 있다. Q>K
처음(M) N™(g) + O™(g)
2NO(g)
^jj&
처음(M)
0.39
0.69
0.22
이면 반응은 역반응 쪽으로 진행되며, Q<K이면 반응은 정반응
반응(M) +0.11 +0.11
-0.22
쪽으로 진행된다. 또한 Q=K이면 평형 상태에 있음을 의미한다.
평형(M)
0.50
0.80
0
이 반응의 평형 상수식은 K=
이다. 각 물질의 농도
아주 미량의 N™와 O™가 반응하여 NO가 된 것이며, 반응하는 N™
는 [PCl∞]= =0.1 M, [PCl£]= =0.1 M, [Cl™]=
0.2
2
0.06
2
와 O™의 압력을 x라고 하면 다음과 같다.
평형 0.50-x
0.80-x
2x
[PCl£] [Cl™]
[PCl∞]
0.2
2
=0.03M이므로 반응지수는 다음과 같다.
Q=
0.1_0.03
0.1
=0.03
평형 상수 K와 Q가 다르므로 평형 상태가 아니며, K>Q이므로
평형은 정반응 쪽으로 이동한다.
정답
해설
평형 상태가 아니다, 정반응 쪽으로 반응이 진행된다.
K=
P˜Ø¤
PN™¥PO™
=
(2x)¤
(0.50-x)(0.80-x)
?
(2x)¤
0.50_0.80
= =4.0_10—‹
4x¤
0.4
x=2.0_10—⁄
fl 기압
P˜Ø=2_2.0_10—⁄
fl =4.0_10—⁄
fl 기압
PN™=0.50-2.0_10—⁄
fl =0.50 기압
PO™=0.80-2.0_10—⁄
fl =0.80 기압
평형 상수식에 처음 농도를 대입하여 반응 지수를 구한 다음, 평형
상수와 비교하면 알 수 있다.
반응 지수 Q=
[SO£] ¤
[SO™] ¤
[O™]
=
(0.10)¤
(0.10)¤ _10
=0.1
K>Q이므로 평형 상태가 아니고, 정반응 쪽으로 반응이 진행
정답
26.896
해설
된다.
정답
해설
0.1 M보다 커진다.
화학 평형 상수에는 압력 평형 상수 K∏와 농도 평형 상수 KÇ가
있다. K∏ 와 KÇ와의 관계를 유도할 수 있어야 한다.
이반응에서Dn=(1+3)-(1+1)=2이므로K∏는다음과같다.
K∏=KÇ(RT)Dn=KÇ(RT)¤
=(4.0_10—‹ )(0.082_1000)¤ =26.896
반응 용기의 부피가 10.0L이므로 혼합 상태에서 [N™]=0.10M,
정답
[H™]=0.20M, [NH£]=0.20M이고, 반응 지수는 다음과 같다.
⑴ 50 ⑵ 5.9 기압 ⑶ 0.11몰
Q=
[NH£] ¤
[N™] [H™] ‹
=
(0.2)¤
0.1_(0.2)‹
=50
470æ에서 K=0.1이므로 Q>K이며, 평형은 역반응 쪽으로 이
동하므로 반응물 N™의 몰 농도는 처음보다 증가하여 0.1M보다 커
진다.
정답
해설
P˜Ø=4.0_10—⁄
fl 기압, PN™=0.50기압, PO™=0.80기압
⑷ PH™=0.65기압, PI™=0.65기압, PÓˆ=4.6기압
해설
KÇ와 K∏의 관계를 이해하고 H™와 I™이 반응하여 HI가 생성되는
화학 반응식을 세운다. 반응식에서 반응 물질의 계수 합과 생성 물
질의 계수가 같으므로 반응의 진행에 관계없이 전체 몰수는 항상 같
다는 것을 이용한다.
⑴ H™(g) + I™(g)
2HI(g)
^jj&
반응의 진행에 관계없이 기체의 전체 몰수나 부피는 변하지 않으므
N™ + O™
2NO 반응의 평형 상수가 4.0_10—‹
⁄ 로 매우 작다
로 이 반응은 부피나 압력의 영향을 받지 않는다. 따라서 K∏는 KÇ
^jj&
는 것을 알 수 있다. 따라서 처음의 NO가 대부분 N™와 O™로 되는
와 같다.
역반응이 진행되었다고 가정하면 각 기체의 분압을 계산할 수 있다.
K∏=KÇ=50
III. 화학 평형_ 205
⁄
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지206 Mac_02
KÇ=
[HI]¤
[H™] [I™]
=
{
H™ 몰수
V
{
HI 몰수
V
}_{
}2
I™ 몰수
V
}
=
(HI 몰수)¤
(H™ 몰수)_(I™ 몰수)
K∏=
(PÓˆ)¤
(PH™)_(PI™)
=
{P_
H™ 몰수
전체 몰수
{P_
HI 몰수
전체 몰수
}2
}_{P_
I™ 몰수
전체 몰수
}
=
(HI 몰수)¤
(H™ 몰수)_(I™ 몰수)
⑵ 반응의 진행에 관계없이 전체 몰수는 같다.
전체 몰수=0.5+0.5=1.0
P_10L=1mol_0.082L¥기압/mol¥K_721K
PV=nRT
P=5.9기압
⑶
처음 몰수 H™(g) + I™(g)
2HI(g)
^jj&
처음 몰수 0.5
반응 몰수 -x
0.5
-x
남은 몰수 0.5-x
0.5-x
0
+2x
2x
K=
(2x)¤
(0.5-x)(0.5-x)
=50, x=0.39몰
남은 I™의 몰수=0.5-0.39=0.11몰
0.11
1
0.11
1
⑷ PH™=5.9_
=0.65기압
PI™=5.9_
=0.65기압
PÓˆ=5.9-0.65-0.65=4.6기압
정답
해설
㈎ 수소 첨가, ㈏ 암모니아 제거
⑴ 르샤틀리에 원리에 의하면 압력을 감소시키면 기체의 몰수가 증
가하는 정반응 쪽으로 반응이 진행된다. 따라서 생성 물질인
PCl£과 Cl™의 몰수가 증가한다.
⑵ 압력을 감소시키면 기체의 몰수가 증가하는 역반응 쪽으로 반응
이 진행된다. 따라서 생성 물질인 CaCO£의 몰수는 감소한다.
⑶ 화학 반응식의 양쪽에 기체의 계수 합이 4몰로 같으므로 평형은
압력 변화의 영향을 받지 않는다. 따라서 생성 물질인 Fe£O¢과 H™
의 몰수는 변하지 않는다.
평형 이동：정반응 쪽, 평형 상수：변화 없다.
반응 용기의 부피를 2배로 크게 했다는 것은 반응 물질의 농도(압
력)가 로 되었다는 것을 의미한다. 따라서 르샤틀리에 원리에 의
;2!;
해 압력이 커지는 쪽으로 평형이 이동하므로 평형은 정반응 쪽으로
이동한다. 그러나 평형 상수 K는 온도에 의해서만 달라지므로 변
정답
해설
화가 없다.
정답
실험 1
해설
주어진 반응의 정반응은 발열 반응이므로 온도를 낮추면 정반응 쪽
으로 반응이 진행된다. 따라서 산소의 농도가 커질수록, 온도는 낮
을수록 정반응으로 평형이 이동하게 되며, 촉매는 평형 이동에 영향
을 끼치지 못한다.
㈎`에서 수소의 농도만 증가한 것으로 보아 수소를 첨가하였고, ㈏`
에서 암모니아의 농도만 감소한 것으로 보아 암모니아를 제거하였
다. 반응 물질인 수소를 첨가하거나 생성 물질인 암모니아를 제거하
는 경우 모두 평형이 정반응 쪽으로 이동하므로 반응 물질인 질소와
수소의농도는감소하고, 생성물질인암모니아의농도는증가한다.
⑴ 증가한다. ⑵ 감소한다. ⑶ 변화 없다.
정답
해설
나타난다.
206 _
정답과 해설
개념 활용 문제
pp.054~059
01. ①
07. ⑤
02. ③
08. ④
03. ④
09. ③
04. ④
10. ④
05. ②
11. ②
06. ④
12. ③
ㄱ. 농도는 몰수를 부피로 나눈 값이므로 기체 A와 기체 B의
처음 농도는 각각 [A]=
4 몰
2L
2 몰
=2M, [B]= =1M이다.
2L
ㄴ. 평형상태에서반응물질과생성물질의농도가같은것은아니다.
질의 농도가 일정하게 유지된다.
반응 용기의 부피를 증가시키면 압력이 감소하는 것과 같은 효과가
ㄷ. 평형 상태에서는 정반응 속도와 역반응 속도가 같으므로 각 물
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ㄹ. 정촉매는 반응 속도를 빠르게 하므로 평형에 도달하는 데 걸리
ㄷ. 온도가 높을수록 수득률이 증가하므로 온도가 높아짐에 따라 평
는 시간을 단축시켜 t 값이 작아진다.
형 상수 값이 커지게 된다. 평형 상수는 온도에 의해서만 변한다.
ㄱ. HCl을 넣으면 수용액 속의 하이드로늄 이온(H£O±)의 농
도가 커지게 되므로 르샤틀리에 원리에 의해 H£O±을 제거하는 방
향인 역반응 쪽으로 평형이 이동한다.
ㄴ. NaCl이 이온화되면 Na±과 Cl—이 생성된다. 그러나 Na±과
Cl—은 주어진 반응의 평형에 아무런 영향을 끼치지 않는 물질이다.
ㄷ. NaOH을 넣으면 H£O±+OH—
2H™O의 반응에 의해
1⁄
서 H£O±의 농도가 작아지므로 르샤틀리에 원리에 의해 정반응 쪽
으로 평형이 이동한다.
㈎ 반응 속도는 농도가 클수록, 온도가 높을수록, 정촉매를 사
용할수록 커진다. 실험 4의 경우 초기 반응 속도가 가장 빠르다.
㈏ 질소와 수소가 반응해서 암모니아가 생성되는 반응은 발열 반응
이므로 수득률은 온도가 낮을수록, 반응 물질의 농도가 클수록 커진
다. 따라서 실험 5의 경우 암모니아의 수득률이 가장 크다.
촉매는 활성화 에너지를 낮추어서 반응 속도를 빠르게 할 뿐 평형
이동에는 영향을 끼치지 않는다. 즉, 촉매는 생성 물질의 수득률에
는 영향을 끼치지 않는다.
ㄹ. CH£COONa을 넣으면 CH£COONa
CH£COO—+
이 반응의 평형 상수식은 K=
이다. 그런데 용기의 부
1⁄
[C]
[A] [B]
Na±의 이온화 반응에 의해서 CH£COO—의 농도가 증가하므로
CH£COO—을 제거하는 방향인 역반응 쪽으로 평형이 이동한다.
부피가 반으로 줄어들면 밀도가 증가하므로 실린더 안의 색깔
피가 2L이므로 A, B, C의 농도는 모두 0.5M이다. 온도가 400K
일 때 반응 지수 Q 값을 구해 보면 Q=
=2이므로
0.5
0.5_0.5
400K에서의 평형 상수 값 3보다 작다. 따라서 반응은 정반응 쪽으
은 순간적으로 진해진다. 그러나 실린더의 부피를 줄이면 압력이 증
로 진행된다.
가하는 것과 같은 효과가 있으므로 NO™가 줄어드는 정반응 쪽으로
평형이 이동하여 색깔은 다시 엷어진다. 따라서 B는 A와 C보다 색
깔이 진하다.
평형 이동의 원리만 생각하면 B의 경우 색깔이 엷어질 것으로 생각
할 수 있다. 그러나 B는 순간적으로 압축시킨 직후이므로 아직 평
보다 안정하다.
형 이동이 일어나지 않은 단계이다.
온도가 450K일 때의 평형 상수 값은 0.2이므로 Q 값이 평형 상수
값보다 크다. 따라서 반응은 역반응 쪽으로 진행된다.
ㄱ. 그래프에서 온도가 높아질수록 수득률이 감소하므로 암모
니아의 합성 반응은 발열 반응이다. 따라서 생성 물질이 반응 물질
ㄴ. 그래프에서 압력이 증가할수록 수득률이 증가하는 것으로 보아
ㄱ. 실험 1에서 A와 B가 0.3몰씩 줄었을 때 C는 0.6몰이 증가
암모니아의 합성 반응은 분자 수가 감소하는 반응임을 알 수 있다.
했으므로 반응하는 몰수 비는 1：1：2이다. 따라서 화학 반응식의
ㄷ. 촉매는 반응에 필요한 에너지를 감소시켜서 정반응 속도와 역반
계수비는1：1：2이므로화학반응식은A+B
2C이다.
응 속도를 빠르게 할 뿐, 평형 이동에는 영향을 끼치지 못한다. 따라
ㄴ. 반응식이 A+B
2C이므로 평형 상수는 K=
^jj&
^jj&
[C]¤
[A] [B]
=
(1.0)¤
0.5_0.5
=4이다.
ㄷ. 25æ에서 1L 용기에 A, B, C를 1몰씩 넣으면 농도가 모두
1M이므로, 반응 지수 Q를 구하면 Q=
[C] ¤
[A] [B]
=
1¤
1_1
=1이
다. 이 값은 평형 상수 4보다 작다. 따라서 평형 상수 4를 유지하기
위하여 정반응 쪽으로 반응이 진행된다.
서 수득률을 변화시키지는 못한다.
ㄹ. 그래프에서 온도는 낮을수록, 압력은 높을수록 암모니아 합성
반응의 수득률은 증가하는 것을 알 수 있다.
평형 상태에서의 몰 농도로부터 반응 농도를 계산할 수 있다.
처음(M) aA™(g) + B™(g)
bX(g)
^jj&
처음 (M)
3.0
반응(M) -2.0
-1.0
평형(M)
1.0
4.0
3.0
0
+2.0
2.0
ㄱ. 온도가 높을수록 수득률이 증가하므로 정반응은 흡열 반응
① 화학 반응식의 계수 비는 반응 몰수 비와 같으므로 a=2, b=2
이라는 것을 알 수 있다. 따라서 역반응은 발열 반응이다.
이다. 생성 물질 X 2 몰은 2몰의 A™와 1 몰의 B™로 이루어져 있으
ㄴ. 압력이 증가할수록 수득률이 감소하므로 정반응은 기체 분자 수
므로 분자식이 A™B이다.
가 증가하는 반응이고, 역반응은 기체 분자 수가 감소하는 반응인
② 화학 반응식은 2A™(g)+B™(g)
2X(g)이며, 평형 상수
는 평형 농도를 대입하여 구할 수 있다.
^jj&
것을 알 수 있다.
III. 화학 평형_ 207
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지208 Mac_02
K=
[X]¤
[A™] ¤
[B™]
=
2¤
1¤ _3
4
3
= 이다.
2. 상평형과 용해 평형
③ 가역 반응에서 반응이 평형 상태에 도달하기 전에 정반응 속도는
역반응 속도보다 빠르며, 반응이 진행될수록 정반응 속도는 느려지
01 상평형
고 역반응 속도는 빨라져서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아지면
평형 상태에 도달하게 된다.
개념 확인 문제
pp.070~071
④ 평형 상태에 도달한 반응계에서 반응 용기의 부피를 줄여서 압력
을 증가시키면 기체의 몰수가 감소하는 방향으로 평형이 이동하게
01. 해설 참조
06. 고체 상태
02. ⑤
07. ②
03. ③
08. ①
04. 액체 A 05. ④
09. ②
10. ③
11. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ ○ ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ ○
된다. 따라서정반응쪽으로평형이이동하여X의몰수는증가한다.
⑤ 1L 용기에 A™, B™, X 기체를 1몰씩 넣었을 때 초기 농도는 각
각 1M이며, 반응 지수 Q=1이므로 평형 상수 K와 Q를 비교하면
Q<K이므로 정반응 쪽으로 반응이 진행된다.
액체의 증발 속도는 항상 일정하고, 에탄올 증기의 응축 속도는
처음에는 0이지만 시간이 지나면서 계속 증가하게 된다. 결국 응축
속도가 증발 속도와 같아져서 동적 평형 상태를 이루게 된다.
㈎ 평형 상태에서 NO™(g)를 주입하면 전체 압력이 커지지만,
NO™(g)가 감소하는 정반응 쪽으로 평형이 이동하므로 전체 압력
속
도
증발 속도
이 감소하다가 다시 평형을 이룬다.
㈏ 용기에 헬륨 기체를 주입하면 전체 압력이 커지지만, NO™(g)
응축 속도
와 N™O¢(g)의 부분 압력은 변화가 없으므로 평형 이동이 일어나
지 않아 전체 압력만 증가한 상태 그대로 일정하게 유지된다.
시간
반응 엔탈피 DH는 정반응에 필요한 에너지에서 역반응에 필
36.1kJ/분_122분=4404kJ이다.
2시간 2분 동안 땀의 증발에 의해 손실된 열을 계산하면
요한 에너지를 빼서 구할 수 있다.
ㄱ. ㈎``의 DH는 20kJ이므로 ㈎``는 흡열 반응이다.
ㄴ. ㈐``의 DH는 -10kJ이므로 ㈐`는 발열 반응이다. 따라서 ㈐``는
온도가 높아질수록 평형 상수(K)가 감소한다.
ㄷ. 반응에 필요한 에너지가 가장 작은 ㈎``의 초기 반응 속도가 가장
빠르다.
ㄹ. ㈏``의 DH=60-80=-20 kJ=(반응 물질의 결합 에너지
합-생성 물질의 결합 에너지 합)<0이므로, ㈏`는 반응 물질의 결
합 에너지 합이 생성 물질의 결합 에너지 합보다 작다.
따라서 증발한 물의 몰수를 구하면 44.0：1 몰=4404：x에서
x/100몰임을 알 수 있다.
1몰의 개수가 6_10¤
‹ 개이므로 100몰의 개수는 6_10¤
fi 개이다.
밀폐된 용기에서 액체가 기화하면서 나타나는 증기 압력이 액
체의 외부 압력으로 작용하여 끓는점이 점점 높아지게 된다.
같은 온도에서는 분자 간 인력이 클수록 증기 압력이 작으므로
액체 A의 기준 끓는점이 더 높다.
ㄱ. 고체가 액체로 융해될 때 온도가 일정하게 유지된다. 이 구
간의 길이가 길수록 융해열이 크므로 융해열은 A가 B보다 작다.
ㄴ. 고체 상태에서 기울기가 작을수록 비열이 크므로 고체의 비열은
ㄱ. A가 2몰 반응할 때 B는 1몰 생성되므로 aA(g)
^jj&
bB(g)에서 a=2, b=1임을 알 수 있다. 따라서 처음 평형 상수
A가 B보다 작다.
K=
= =0.25이다. 평형 상수는 온도에 의해서만 변하
ㄷ. 녹는점과 끓는점 사이에서 액체로 존재하므로 A가 B보다 액체
[B]
[A]¤
1
2¤
므로 새로운 평형에서도 평형 상수 K는 0.25이다.
ㄴ. ㈎`점에서 반응 지수 Q=
= <K이므로 새로운
상태로 존재한다.
1+1
(2+1)¤
2
9
로 존재하는 온도 구간이 길다.
-70æ, 4 기압에서 CO™는 승화 곡선 위쪽에 위치하므로 고체
평형에 도달할 때까지는 정반응이 역반응보다 빠르게 진행된다.
그래프에서 점 P의 상태는 기체 상태이고, 압력만 증가시키면
ㄷ. 용기의 부피를 줄이면 압력이 증가하여 평형은 몰수가 감소하는
증기 압력 곡선을 지나 액체 상태로 변한다.
정반응 쪽으로 이동하므로 기체 A의 몰 분율은 감소한다.
㈎ 추운 겨울철에 수도관이 얼어 터지는 현상은 물이 얼음으로
208 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지209 Mac_02
될 때 부피가 증가하여 나타나는 현상으로, 융해 곡선(AT)의 기울
① 용매 입자들이 분리되려면 에너지가 필요하다.
기가 (-)인 것으로 설명할 수 있다.
② 용질 입자들이 분리되려면 에너지가 필요하다.
㈏ 높은 산에 올라가면 대기압이 낮아져 물의 끓는점이 내려가므로
③ 용매 입자와 용질 입자 사이에 작용하는 힘에 의해 용해 현상이
높은 산에서 밥을 하면 설익게 된다. 이 현상은 증기 압력 곡선
일어나면 에너지를 방출하면서 안정화된다.
(BT)으로 설명할 수 있다.
④, ⑤ 용질이 용매에 녹아 용액이 생성될 때의 용해 엔탈피는 용매
ㄱ. 압력이 증가하면 AT선의 기울기가 (-)이므로 물질 X의
나 용질 입자가 분리될 때와 용질 입자와 용매 입자 사이의 상호 작
녹는점은 낮아지고, BT선의 기울기가 (+)이므로 끓는점은 높아
용이 형성될 때의 엔탈피 변화의 합이 되고, 엔탈피 변화의 합이
진다.
(+) 값이면 에너지를 흡수하고, (-) 값이면 에너지를 방출한다.
ㄴ. ㈎ 상태보다 ㈏ 상태의 온도가 높으므로 ㈏ 상태에서 물질 X의
ㄱ. 용해 현상의 자발성 여부는 자유 에너지 변화에 의해 결정
분자 운동이 ㈎ 상태보다 더 활발하다.
되므로 엔트로피 변화뿐 아니라 엔탈피 변화와도 관계가 있다.
ㄷ. ㈎ 상태에서 용기의 압력을 작게 하면 승화 곡선인 CT 곡선을
DG용해=DH용해-TDS용해
통과하게 되어 기체로 승화하게 된다.
ㄴ. DG용해=DH용해-TDS용해이므로 흡열 반응(DH용해>0)이라
물질 C의 융해 곡선의 기울기는 다른 물질과 달리 (-)이므로
도 DS용해 값이 크면 DG용해가 (-) 값일 수 있다.
고체 상태에서 압력을 가하면 녹아서 액체가 된다.
ㄷ. 용해 과정이 발열 반응인 경우는 용매와 용질 각각으로 존재할
물질 A와 B의 융해 곡선 기울기는 (+)이므로 압력이 커지면 고체
때의 에너지가 용액으로 존재할 때의 에너지보다 더 크다. 따라서
상태이면서 부피가 줄어든다. 즉, 고체 상태의 A, B에는 압력을 가
용액으로 존재하는 것이 더 안정하다.
해도 액체 상태로 변하지 않는다.
⑴ A는 물의 상평형 그림이고, B는 이산화탄소의 상평형 그
림이다. A의 끓는점은 B의 끓는점보다 매우 높은 것을 알 수 있다.
따라서 A의 분자 간 인력이 B의 분자 간 인력보다 크다.
⑵ A는 고체의 밀도가 액체의 밀도보다 작다. 따라서 같은 부피 속
에 들어 있는 분자 수는 액체 상태일 때가 더 많다.
⑶ A는압력이증가할수록녹는점은낮아지고, 끓는점은높아진다.
⑷ B는 압력이 증가할수록 녹는점과 끓는점이 높아진다.
⑸ B는 1기압 상태에서 승화가 일어나므로 어는점이 존재하지 않
⑹ ㈎ 점은 증기 압력 곡선 상에 위치하므로 증발 속도와 응축 속도
는다.
가 같다.
02 용해 평형
개념 확인 문제
⑴ 100æ에서 질산나트륨의 용해도는 176이므로 150g이 모
두 녹아 있다. 40æ로 온도를 냉각시키면 150-105(40æ에서의
용해도)=45(g)이 결정으로 석출된다.
⑵ 20æ의 포화 용액 188g의 온도를 80æ로 높일 때 더 녹을 수
있는용질의질량은60g이므로188：60=100：x에서x?32(g)
이다.
이 석출된다.
40æ에서 용해도가 60이므로 포화 용액 160 g 속에 용질 60g
이 녹아 있다. 이 수용액을 15æ로 낮추면 용해도가 20이므로 40 g
따라서 160：40=100：x에서 x=25(g)이 석출된다.
점 E 상태의 용액은 포화 용액보다 용질이 비정상적으로 많이
녹아 있어서 불안정한 상태의 과포화 용액이므로 흔들어 주거나 약
간의 충격만 가해도 용질이 바로 고체 상태로 석출된다.
•40æ의 포화 용액 480g은 물 300g에 물질 180g이 녹아 있
는 것이다.
pp.082~083
160：60=480：x에서 x=180 g
물은 480-180=300(g)
01. ④
02. ④
03. ⑴ 45g ⑵ 32g
05. ④
•50æ로 가열하면 물질 60g이 더 녹을 수 있다.
06. 60g
07. ①
08. 2.64 g 09. ③
11. 2g, 11.2L
12. 부피：152mL, 질량：0.0434g
13. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ ○ ⑷ ○ ⑸ × ⑹ × ⑺ ×
04. ②
10. ⑤
50æ에서 용해도는 80이므로
100：80=300：y에서 y=240g
따라서 더 녹을 수 있는 양은 240-180=60(g)이다.
III. 화학 평형_ 209
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지210 Mac_02
헨리 법칙은 H™, He, N™, O™, Ne 등 물에 대한 용해도가 매우
⑹ 기체의 용해 과정은 발열 반응이다. 물질 X의 용해 과정은 흡열
작은 기체에서 잘 성립한다.
반응이므로 물질 X는 기체가 아니다.
0æ, 1기압에서물150mL에녹는CO™의질량은다음과같다.
⑺ DG=DH-TDS이므로 X의 용해 과정의 DG 값은 온도가
5：3.3=1：x에서 x=0.66(g)
높아질수록 작아진다.
따라서 방출되는 질량은 3.3-0.66=2.64(g)이다.
헨리 법칙에 의하여 압력이 2배로 되면 용해되는 기체의 질량
은 2배가 되지만, 보일 법칙에 의해 부피는 압력에 반비례하여 작아
지므로 용해되는 기체의 부피는 변하지 않고 그대로이다.
표에서 용해되는 수소 기체의 부피는 그대로이고, 용해되는 수
소 기체의 질량은 압력에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있다. 따라
서 4기압일 때 1L에 용해되는 수소 기체의 부피는 22.4mL이고,
용해되는수소기체의질량은0.008g이다.
1：0.2=2：x에서 x=0.4(g)
용매가 5배 있으므로 녹는 양도 5배가 되어 2g이 녹으며, 수소 1몰
(2g)의 부피는 0æ, 1기압에서 22.4L이므로 0æ, 2기압에서는
11.2L이다.
1_22.4=2_y에서 y=11.2(L)
같은 온도에서 용해되는 기체의 질량은 압력에 비례한다.
단답형·서술형 문제
실력 확인 문제
01. ⑤
07. ②
02. ⑤
08. ④
03. ④
09. ④
04. ③
10. ④
pp.084~087
05. ③
06. ②
11. ㈎ B, ㈏ C, ㈐ A 12. ㄴ, ㄷ
13. ㈎ D, ㈏ A
14. (210a+b)J
15. 1몰
16. 10g
17. 포화 용액：B, D, 몰 농도：D>B
18. 44.8mL, 0.016g
19. A
표에서 용해되는 기체의 부피는 압력에 관계없이 그대로이고,
발성이 가장 크다.
용해되는 기체의 질량은 압력에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서
기압(공기 중 산소의 분압)일 때 물 5L에 용해되는 산소 기체의
;5!;
서 에탄올의 기준 끓는점은 40æ보다 높다는 것을 알 수 있다.
질량은 _0.0434 g_5 =0.0434 g이고, 산소 기체의 부피는
;5!;
③ 다이에틸에테르는 증기 압력이 가장 크므로 분자 간 인력이 가장
② 기준 끓는점은 증기 압력이 760mmHg일 때의 온도이다. 따라
① 증기 압력이 클수록 휘발성이 크므로 다이에틸에테르의 휘
30.4mL_5=152mL이다.
기체의 용해도가 압력에 비례하므로 0.2기압에서 녹는 기체의 부피
④ 몰 증발열은 증기 압력이 작을수록 크므로 물>에탄올>다이에
작다.
틸에테르 순서이다.
와 질량이 모두 인 것으로 생각할 수 있다. 그러나 자료에서 볼
;5!;
수 있듯이 녹아 들어가는 기체의 부피는 압력에 관계없이 그대로이
고, 어항의 물은 1L가 아니고 5L이므로 녹아 들어가는 기체의 양
은 5배가 된다.
가 같다.
⑴ A점은포화용액으로, 용해와석출이같은속도로일어난다.
⑵ B점은 과포화 용액으로, 가장 불안정한 상태이다.
⑶ B점과 C점은 녹은 용질의 질량이 같으므로 용액의 퍼센트 농도
⑷ D점의 포화 용액 200 g+100 g=300 g을 20æ로 냉각시키면
200 g-100 g=100 g의 용질이 석출되므로 D점의 포화 용액
150g을 20æ로 냉각시키면 용질 50g이 석출된다.
⑸ 온도가 높아질수록 용해도가 증가하는 것으로 보아 물질 X의 용
해 과정은 흡열 반응이다.
210 _
정답과 해설
⑤ 끓는점이 높을수록 증기 압력이 낮다. 증기 압력이 물<에탄올
<다이에틸에테르 순서이므로 일정한 압력에서 끓는점은 물>에
탄올>다이에틸에테르 순서이다.
끓는점이 낮은 액체는 휘발성이 크며, 몰 증발열과 분자 간 인
력이 작다. 증기 압력이 760mmHg에 도달하는 온도가 끓는점이
며, 그림에서 에탄올의 끓는점이 물의 끓는점보다 낮은 것을 알 수
있다. 따라서 끓는점이 낮은 에탄올은 물에 비해 휘발성이 크고, 몰
증발열과 분자 간 인력은 작다.
① 승화는 고체에서 액체를 거치지 않고 직접 기체로 변하는 상
태 변화이며, cd 구간에서는 기화가 일어난다.
② 비열은 물질 1g을 1æ 높이는 데 필요한 에너지를 의미하므로
c-b
180(t™-t¡)
(kJ/g¥æ)이다.
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지211 Mac_02
③ 무질서도는 가해 준 열량이 클수록 증가한다.
DH™는 이온이 물에 의해 수화될 때 방출되는 에너지로 (-)부호
④ t¡은 얼음의 녹는점이고, t™는 물의 끓는점이다.
를 가지며, 방출되는 에너지는 이온의 크기가 작을수록 크다. 따라
⑤ 가해 준 에너지가 상태 변화에 쓰인 구간은 ab와 cd이다.
서 KCl이 NaCl보다 방출되는 에너지가 작으므로 음수인 DH™는
ㄱ. 그래프에서 얼음의 온도가 올라가는 가열 곡선의 기울기는
KCl이 NaCl보다 크다.
물의 온도가 올라가는 가열 곡선의 기울기보다 크므로 같은 열량을
ㄱ. 온도가 높아질수록 용해도가 증가하므로 질산칼륨의 용해
가해 줄 때 얼음이 물보다 온도가 더 많이 올라간다는 것을 알 수 있
과정은 흡열 반응이다.
다. 따라서 물의 비열이 얼음의 비열보다 크다.
ㄴ. A 상태의 용액과 B 상태의 용액은 같은 양의 물에 녹아 있는
ㄴ. 물의 기화가 일어나는 구간은 cd 구간이고, 얼음의 융해가 일어
질산칼륨의 양이 다르므로 몰 농도가 서로 다르다.
나는 구간은 ab 구간이다. cd 구간이 ab 구간보다 긴 것으로 보아
A 상태의 용액 1000mL에 녹아 있는 양은 130：30=1000：x
cd 구간에서 더 큰 열에너지를 흡수한다는 것을 알 수 있으므로 물
에서 x=231 g이다.
을 기화시키는 데 필요한 열에너지가 얼음을 융해시키는 데 필요한
B 상태의 용액 1000mL에 녹아 있는 양은 210：110=1000：y
열에너지보다 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 물의 기화열이 얼음
에서 y=524g이다.
의 융해열보다 크다.
ㄷ. 60æ에서 질산칼륨의 용해도는 110이다. 따라서 100g의 물에
ㄷ. cd 구간에서 온도가 일정한 것은 가해 준 열에너지가 물을 기화
110g의 질산칼륨이 녹는다. 이 포화 용액의 온도를 20æ로 낮추면
시키는 데 사용되기 때문이다.
용해도가 30이므로 물 100g에 30g의 질산칼륨만 녹고, 80g의 질
물의 몰 증발열은 1몰의 물을 액체 상태에서 기체 상태로 상태
산칼륨이 석출된다.
변화시키는 데 필요한 열량을 의미한다. 물의 분자량은 18이므로
물 1몰의 질량은 18g이고, 180g의 물(=10몰)을 액체 상태에서
기체 상태로 변화시키는 데에는 (d-c)kJ이 필요하므로 물
물에 대한 용해도는 염화수소와 질산칼륨이 매우 크고, 이산화
탄소는 작다. 또, 기체는 온도가 높아짐에 따라 용해도가 감소한다.
표에서 물질 A는 물에 대한 용해도가 작으므로 이산화탄소임을 알
18g(=1몰)을 상태 변화시키는 데에는
=0.1(d-c)
수 있다. 물질 C는 온도가 올라갈수록 용해도가 감소하므로 기체인
(d-c)kJ
10mol
kJ/mol이 필요하다.
염화수소이다. 따라서 물질 B는 온도가 올라갈수록 용해도가 증가
ㄱ. 융해 곡선의 기울기가 (-)이므로 고체(A점)의 밀도가 액
하는 고체 물질인 질산칼륨이다.
체(B점)보다 작다.
크다.
ㄴ. 고체(A점) 상태에서는 액체(B점) 상태에서보다 분자 간 인력이
정답
㈎ B, ㈏ C, ㈐ A
해설
ㄷ. 온도가 높은 B점이 A점보다 분자의 평균 운동 에너지가 크다.
용액이든 순물질이든 밀폐된 공간에서 평형 상태에 이르기 전에는
ㄱ. 기준 끓는점은 1기압의 압력 하에서 물질이 끓는 온도이므
증발 속도가 응축 속도보다 빠르고, 평형 상태에 이르면 증발 속도
로 물질 B의 기준 끓는점은 삼중점 온도인 0.01æ보다 훨씬 높다.
와 응축 속도는 같아지게 된다. 그런데 용액은 밀폐된 공간에서 순
ㄴ. 같은 온도에서 증기 압력 곡선을 비교해 보면 물질 A의 증기 압
수한 용매일 때보다 평형 상태에서의 증발 속도와 응축 속도가 느
력이 훨씬 크다.
리다. 열린 공간에서는 기체가 증발하여 기체 분자 수가 줄어들기
ㄷ. 끓는점이 물질 B가 물질 A보다 훨씬 높으므로 분자 간 인력도
때문에 평형 상태에서 증발 속도가 응축 속도보다 크다.
물질 B가 물질 A보다 크다.
ㄹ. 1기압에서 물질 A는 액체 상태가 존재하지 않으므로 승화성이
있고, 물질 B는 액체 상태가 존재하므로 승화성이 없다.
정답
ㄴ, ㄷ
해설
자료에서 DH¡은 이온 결합 물질의 격자 에너지이다. 격자 에
ㄱ. 에탄올과 물을 밀폐된 용기 속에 놓아두었을 때 에탄올의 양은
너지는 이온 반지름이 작을수록 커진다. 따라서 KCl이 NaCl보다
줄어들고, 물의 양이 늘어나는 것은 에탄올의 증기 압력이 물의 증
격자 에너지가 작다.
기 압력보다 크기 때문에 나타나는 현상이다.
III. 화학 평형_ 211
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지212 Mac_02
ㄴ. 에탄올이 물보다 증기 압력이 크기 때문에 에탄올이 물보다 몰
해설
증발열은 작다.
50æ에서 A의 용해도가 100보다 크므로 물 50g 속에는 A 50g
ㄷ. 증기 압력이 클수록 끓는점은 낮아진다. 따라서 기준 끓는점은
이 모두 녹는다. 이 용액의 온도를 10æ로 낮추면 10æ에서 A의
에탄올이 물보다 낮다.
용해도가 80이므로 물 50g에 녹을 수 있는 A의 질량은 40g이고,
정답
㈎ D, ㈏ A
해설
B는 얼음의 융해열, D는 물의 기화열 구간이다.
A~D 구간에 필요한 열량을 구하면 다음과 같다.
A：10g_2J/g¥æ_50æ=1000J
B：300 J/g_10 g=3000 J
C：10g_4J/g¥æ_100æ=4000J
D：2100J/g_10g=21000 J
따라서 가열 시간이 가장 긴 것은 D이고, 가장 짧은 것은 A이다.
해설
석출되는 A의 질량은 50g-40g=10g이다.
포화 용액：B, D, 몰 농도：D>B
정답
해설
포화 용액은 용해도 곡선 상의 점이므로 B와 D가 포화 용액이다.
그런데 D의 경우 B보다 온도가 높아 같은 양의 물에 용질이 더 많
이 녹아 있으므로 D의 몰 농도가 B의 몰 농도보다 크다.
정답
44.8mL, 0.016g
표에서 용해되는 기체의 부피는 압력에 관계없이 같고, 용해되는 기
체의 질량은 압력에 비례함을 알 수 있다. 따라서 4기압일 때 물 1L
에 용해되는 수소 기체의 부피는 22.4mL이고, 용해되는 수소 기
체의 질량은 0.008g이다.
물 2 L에 용해되는 기체의 부피와 질량은 각각 2배가 되므로
-10æ의 얼음 1g의 온도를 0æ까지 높이기 위해 필요한 열량은
2_22.4=44.8mL, 2_0.008=0.016g이다.
aJ/g¥æ_1g_10æ=10aJ이다.
0æ의 얼음 1 g을 0æ의 물로 만들기 위해 필요한 열량은
bJ/g_1 g=bJ이다.
0æ의 물 1 g을 100æ의 물로 만들기 위해 필요한 열량은
헨리 법칙은 일정량의 용매에 용해되는 기체의 질량은 그 기체의 부
2aJ/g¥æ_1g_100æ=200aJ이다. A점의 얼음 1g을 B점
분 압력에 비례한다는 법칙으로, 용해되는 기체의 부피는 압력에 관
의 물 1g으로 변화시키는 데 필요한 열량은 (10a+b+200a)J
계없이 일정하지만, 용해되는 기체의 질량은 압력에 비례하여 증가
정답
A
해설
한다.
용
해
되
는
기
체
의
질
량
용
해
되
는
기
체
의
부
피
압력
압력
기체는 온도가 높아질수록 용해도가 감소하고, 고체는 온도가 높아
질수록 용해도가 증가하므로 A, B, C는 기체이고, D, E는 고체인
것을 예상할 수 있다.
헨리 법칙은 물에 대한 용해도가 매우 작은 기체에 잘 적용된다. 자
료에서 용해도가 매우 작은 기체는 A임을 알 수 있다.
10æ에서 B의 용해도는 20이므로 물 100g에 B 20 g이 녹으면 포
화 용액 120g이 된다. 10æ에서 B의 포화 용액 600g 속에는 B가
100g 녹아 있고, B의 화학식량이 100이므로
=1몰이다.
100
100
120g：20g=600g：x에서 x=100g
정답
(210a+b)J
해설
A점：-10æ의 얼음
B점：100æ의 물
=(210a+b)J이다.
정답
1몰
해설
정답
10g
212 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지213 Mac_02
B, C의 경우는 기체이기는 하지만 물에 대한 용해도가 매우 커서
ㄴ. 물질 B는 융해 곡선의 기울기가 음(-)이라는 것을 알 수 있다.
헨리 법칙이 잘 적용되지 않는다.
따라서 고체 상태보다 액체 상태의 밀도가 더 크다.
D, E의 경우는 고체이기 때문에 헨리 법칙과 관계가 없다. 고체의
ㄷ. 물질 B의 끓는점이 물질 A의 끓는점보다 훨씬 높으므로 분자
용해도는 압력의 영향을 거의 받지 않는다.
간 인력도 물질 A보다 물질 B가 훨씬 크다.
개념 활용 문제
01. ②
07. ②
02. ⑤
08. ④
pp.088~091
ㄷ, ㄹ. A의 길이는 융해열, B의 기울기는 비열과 관계가 있는데,
03. ②
04. ③
05. ①
06. ③
융해열과 비열은 대기압과 관계가 없다.
ㄱ. 같은 온도에서 에탄올의 증기 압력이 아세트산의 증기 압력
이다.
보다 크다는 것을 알 수 있다. 증기 압력이 클수록 끓는점은 낮다.
ㄱ, ㄴ. 상평형 그림에서 증기 압력 곡선과 대기압이 만나는 온
도가 끓는점(t¡)이고, 융해 곡선과 대기압이 만나는 온도가 녹는점
(t™)이다. 대기압이 낮아지면 끓는점(t¡)은 낮아지고, 녹는점(t™)은
높아진다.
ㄱ. KI의 용해열은 KI(s)+물
K±(aq)+I—(aq) 반
1⁄
응의 반응열(DH)과 같으므로 DH=DH¡+DH™=13kJ/mol
ㄴ. NaBr(s)의 이온 결합력이 KI(s)보다 크므로 NaBr(s)의
경우 DH¡ 값은 +632kJ/mol보다 크다.
ㄷ. I™과 물 사이의 인력은 물과 K±(g)+I—(g) 사이의 인력보다
작으므로 ㈏`에서 방출되는 에너지는 감소한다.
ㄱ. t¡æ에서 물 100g 속에 a g의 용질이 녹으면 (100+a)g
의 포화 용액이 된다.
ㄴ. t™æ에서 물 100g에 용질 bg이 녹으면 포화 용액이 되므로 포
화 용액은 (100+b)g이다. 그리고 t¡æ에서는 물 100g에 ag이
녹아서 포화 용액이 되므로 온도를 낮추면 (b-a)g의 용질이 석출
된다.
ㄷ. A점의 % 농도는
_100이고, B점의 % 농도는
a
100+a
b
100+b
_100이므로
A점의 %농도
B점의 %농도
=
a(100+b)
b(100+a)
이다.
ㄱ. ㈏``는 온도가 높을수록 용해도가 감소하므로 기체 Y의 용해
도 곡선이다.
ㄴ. ㈎``는 고체 X의 용해도 곡선으로, 온도가 높을수록 용해도가 증
가하므로 X가 물에 녹을 때는 열을 흡수한다. 그러므로 X의 용해
열(DH용해)은 0보다 크다.
ㄷ. 물질 X는 ㈎``와 같이 DH용해>0이고, DS용해>0일 때 DG용해
=DH용해-TDS용해에서 DS용해>
이면 DG용해<0일 수
DH용해
T
ㄴ. 50æ는 다이에틸에테르의 끓는점보다 높은 온도이고, 물질은
끓는점보다 높은 온도에서 기체 상태로 존재한다.
ㄷ. 그래프에서 아세트산의 증기 압력이 물의 증기 압력보다 작고,
아세트산의 끓는점이 물의 끓는점보다 높다는 것을 알 수 있다. 따
라서 두 액체의 혼합물을 가열하면 끓는점이 낮은 물이 먼저 끓어
나온다.
ㄱ. 온도가 높아지면 증기 압력이 커진다.
ㄴ. 에탄올을 더 넣어도 주어진 온도에서는 증기 압력이 일정하므로
수은 기둥의 높이 변화가 없다. 즉, 일정한 온도에서 액체의 양과 증
기 압력은 관계가 없다.
ㄷ. 용기의 부피가 증가해도 증기 압력은 변하지 않는다.
ㄱ. 얼음은 온도가 4초 동안 20æ 올라갔고, 물은 40초 동안
100æ 올라갔으므로 1초 동안 가해진 같은 열량에 의해 올라간 온
도를 비교해 보면 얼음은 5æ이고, 물은 2.5æ이다. 따라서 물의
비열이 얼음의 비열보다 2배 크다.
ㄴ. 상태 변화가 일어나는 구간은 온도 변화가 없는 4~36초 구간
과 76~296초 구간이다.
ㄷ. 무질서도는 296초 이후에도 더 커진다.
ㄹ. 몰 융해열은 얼음 1몰(18g)이 모두 물로 상태 변화하는 데 필요
한 에너지이다. 그래프에서 볼 때 얼음 180g이 상태 변화하는 데
32_1.9=60.8kJ이 필요하므로 1몰의 얼음 18g이 상태 변화하
있으므로 자발적으로 용해될 수 있다.
는 데 필요한 에너지는 6.08kJ이다.
ㄹ. ㈎``의 t¡æ의 포화 용액 (100+a)g은 물 100g에 물질 X가 ag
ㄱ. 물질 A는 삼중점의 온도, 압력이 각각 -57æ, 5.1기압이
녹아 있는 것으로, 이 용액의 온도를 t™æ로 높이면 용해도 차이에
므로 상온, 상압 조건에서 기체 상태로 존재한다.
해당하는 (b-a)g의 용질이 더 녹을 수 있다.
III. 화학 평형_ 213
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지214 Mac_02
3. 산`-`염기 평형
01 산과 염기의 세기
개념 확인 문제
[H£O±]=Ca='ƒKåC="√4.41_10—‡
=2.1_10—› M
‡ _0.1
HA 수용액이 HB 수용액보다 [H£O±]가 크므로 더 강한 산이다.
H±의 이동에 의하여 산과 염기로 되는 한 쌍의 물질을 짝산`
pp.102~103
짝염기라고 한다.
01. ④
02. ③
03. ③
04. ①
05. HA의 [H£O±]=1.3_10—‹ M, HB의 [H£O±]=2.1_10—› M,
HA>HB
06. ②, ⑤ 07. ②
09. ⑴ H™CO£ ⑵ HF 10. ③
11. ⑤
08. ⑤
12. ⑤
13. ⑴ Y ⑵ Z ⑶ Y ⑷ Y ⑸ Y ⑹ Z ⑺ Y
몰 농도가 Cmol/L인 산 수용액에서 산의 이온화도가 a일
짝산 - 짝염기
q21
NH¢±+CO£¤ —
12e
^jj&
짝염기 - 짝산
NH£+HCO£—
z251
152c
준다.
짝산 - 짝염기
q1151
HCO£—+H™O
1115e
H£O±+CO£¤ —
^jj&
짝염기 - 짝산
c
z
HCO£—은 H™O에게 H±을 주고, H£O±은 CO£¤ —에게 H±을
때 [H±]=Ca이다.
0.02=0.1_a, ∴ a=0.2
Kå=
[H£O±] [A—]
[HA]
=
Ca¤
1-a
몰 농도가 Cmol/L인 약산 HA의 이온화 상수
로 작용할 수 없다.
SO™, SO¢¤ —, PO¢‹ —, S¤ — 등은 H±을 내놓을 수 없으므로 산으
짝염기의 염기성이 강한 물질은 상대적으로 약한 산이다.
⑴ H™CO£과 H™SO¢의 비교에서 H™CO£이 더 약한 산이므로 짝염
a가 0.2이므로 Kå=
Ca¤
1-a
=
(0.01)_(0.2)¤
1-0.2
=5.0_10—›
기의 염기성이 더 강한 것은 H™CO£이다.
⑵ HCl과 HF의 비교에서 HF가 더 약한 산이므로 짝염기의 염기
아세트산의 이온화 상수(Kå)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
성이 더 강한 것은 HF이다.
Kå=
[CH£COO—] [H£O±]
[CH£COOH]
=1.8_10—fi
아세트산나트륨은 수용액에서 다음과 같이 이온화한다.
CH£COONa
^jj&
[CH£COOH]=0.1 M
CH£COO—+Na±
[CH£COO—]=[CH£COONa]=0.1M
Kå=
0.1_[H£O±]
0.1
=1.8_10—fi
∴ [H£O±]=1.8_10—fi M
Kå
a=æ– =æ≠
C
1.0_10—fi
0.1
="√10—› =10—¤
∴ a=0.01
0.1M HA의 경우 [H£O±]는 다음과 같다.
[H£O±]=Ca='ƒKåC="√1.69_10—fi _0.1
=1.3_10—‹ M
0.1M HB의 경우 [H£O±]는 다음과 같다.
214 _
정답과 해설
Kå 값이 클수록 강한 산이고, Kå 값이 작을수록 약한 산이다.
따라서 가장 강한 산은 H£PO¢이다. 또한, 강산의 짝염기는 약염기
이고, 약산의 짝염기는 강염기이므로 가장 강한 짝염기는 HCO£—
이다.
한 산이다.
① 결합 에너지는 HF가 HCl보다 크므로 HF가 HCl보다 약
② S와 O의 크기를 비교하면 S>O이므로 H-S의 결합이 더 약
하다. 따라서 H™S가 더 강한 산이다.
③ HClO£보다 전기 음성도가 큰 O가 1개 더 많이 존재하는
HClO¢가 더 강한 산이다.
④ NH¢±의 짝염기는 NH£이고 H£O±의 짝염기는 H™O이다. 짝염
기인 NH£가 H™O보다 더 강한 염기이므로 H£O±이 NH¢±보다 더
⑤ S와 Cl의 전기 음성도를 비교하면 Cl의 전기 음성도가 더 크므
강한 산이다.
로 HCl이 더 강한 산이다.
ㄱ. 짝염기의 세기는 CO£¤ —>HCO£—>H™O이다.
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지215 Mac_02
Kå=4.0_10—‡ _5.0_10—⁄
⁄ =2.0_10—⁄
HCl은거의대부분의이온화하므로이온화도를1로가정한다.
ㄴ. HCO£—는 1단계 반응에서는 염기로, 2단계 반응에서는 산으로
이온화도(a)가 0.01이므로 다음과 같다.
⑶ H™CO£가 H™S보다 강한 산이므로 수용액의 pH는 H™CO£가
⑴ HCl은 강산이므로 [H±]=0.2M이다.
⑷ Kå_K∫의 값이 1.0_10—⁄
› 이므로 다음과 같다.
=1-log2=1-0.3=0.7
ㄷ. 1단계 반응과 2단계 반응를 합하면 주어진 반응식이 나오므로
두 이온화 상수를 곱하면 주어진 반응식의 이온화 상수가 된다.
⑴ CH£COOH의 Kå 값이 더 크므로 CH£COOH가 더 강한
⑵ CH£COOH가 H™CO£보다 더 강한 산이므로 CH£COO—보다
HCO£—가 더 강한 염기이다.
작용했다.
산이다.
더 작다.
CH£COO—의 K∫=
1.0_10—⁄
1.8_10—fi
= _10—·
1
1.8
⑸ HS—의 이온화 상수 K∫는 Kå¥K∫=1.0_10—⁄
› 에서 H™S의 이
온화 상수 1.0_10—‡ 과 같은 값을 가진다.
⑹ H™O는 세 반응에서 모두 수소 이온을 받았으므로 염기로 작용
하였다.
⑺ HCO£—의 짝산은 H™CO£이다.
[OH—]=Ca=0.01_0.01=1.0_10—› M
[H±]=
K∑
[OH—]
=
1.0_10—⁄
1.0_10—›
=1.0_10—⁄
‚ M
[H£O±]=Ca=0.01_1=0.01M
[OH—]=
K∑
[H£O±]
=
1.0_10—⁄
0.01
=1.0_10—⁄
¤ (M)
[H£O±]
[OH—]
=
0.01
1.0_10—⁄
=1.0_10⁄
pH=-log(0.2)=-log (2_10—⁄ )
⑵ [H±]=Ca=0.01_1.0_10—¤ =1.0_10—›
pH=-log(1.0_10—› )=4
⑶ NaOH은 강염기이므로 [OH—]=0.01M이다.
pOH=-log(0.01)=2
pH=14-2=12
⑷ [OH—]=Ca=0.1_1.0_10—¤ =1.0_10—‹
[H±]=
K∑
[OH—]
=
1.0_10—⁄
1.0_10—‹
=1.0_10—⁄
pH=-log(1.0_10—⁄
⁄ )=11
pH는 강염기`>약염기`>물`>약산`>강산 순서이다.
따라서 pH는 D>C>B>A 순서이다.
02 산`-`염기 평형과 중화 반응
⑴ pH=1인 용액의 [H±]는 10—⁄ M이다. 이 용액을 100배 희
개념 확인 문제
석시키면 [H±]=10—‹ M이므로 pH=-log(10—‹ )=3이다.
pp.124~125
⑵ pH=6인 용액의 [H±]는 10—fl M이다. 이 용액을 100배 희석시
01. ④
02. ③
03. ⑤
04. ⑴ 0.7 ⑵ 4 ⑶ 12 ⑷ 11
키면 [H±]=10—° M이 되어 pH=8이므로 염기성 용액이 된다. 그
05. D>C>B>A
1
100
08. ⑴
⑵ 3
13. ②
14. ③
06. ⑴ 3 ⑵ 7
09. ③
15. ②
10. ②
16. ①
07. ③
11. ②
17. ③
18. ⑴ Z ⑵ Y ⑶ Z ⑷ Z ⑸ Y ⑹ Y ⑺ Z ⑻ Z
러나 산성 용액을 희석해도 염기성 용액으로 되지는 않고, 물의 자
12. ④
동 이온화로 [H±] ?10—‡ M이 되므로 pH는 7이다.
HCl은 강산이므로 거의 100% 이온화하므로 다음과 같다.
K∑=[H£O±][OH—]=10—⁄
› (25æ)이므로pH+pOH=14이다.
pH=-log[H£O±]=log
1
[H£O±]
[H£O±]이 클수록 pH는 감소한다.
Kå=
[A—][H±]
[HA]
=1.0_10—fi
⑴ [H±]=Ca="√KåC="√0.1_10—fi =1.0_10—‹
Kå=
[A—]_1.0_10—‹
[HA]
=1.0_10—fi
[H±]=0.1M
[OH—]=
K∑
[H±]
=
1.0_10—⁄
0.1
=1.0_10—⁄
‹ M
BOH는 다음과 같이 이온화한다.
BOH
B±+OH—
^jj&
III. 화학 평형_ 215
‡
›
›
‚
⁄
›
¤
›
›
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:37 PM 페이지216 Mac_02
[A—]
[HA]
=
1.0_10—fi M
1.0_10—‹ M
=
1
100
⑵ [H±]=1.0_10—‹ M이므로 pH=-log (10—‹ )=3이다.
nMV=n'M'V'
1_0.1_100=1_0.2_V, V=50 mL
NaOH은 강염기이므로 강산(HNO£)과 중화 적정할 때 중화
점의 pH는 7이다.
HCl의 nMV 값이 크므로 다음과 같은 식으로 쓸 수 있다.
nMV-n'M'V'=M"(V+V')
1_0.06_70-2_0.03_50=M"_120
∴M"=0.01M
따라서 혼합 용액의 [H±]=0.01M이다.
∴ pH=-log[H±]=-log(0.01)=2
2HCl + Ba(OH)™
BaCl™ + 2H™O
1⁄
처음
0.1몰
0.1몰
0
0
반응 -0.1몰 -0.05몰
+0.05몰 +0.1몰``
반응 후 0몰
0.05몰
0.05몰
0.1몰
반응 후에는 Ba(OH)™ 0.05몰이 용액 1L에 녹아 있으므로
[OH—]=0.05_2mol/L=0.1M이다.
∴ pOH=-log(0.1)=1, pH=14-pOH=13
1_0.1_50-1_0.1_49=M"_(50+49)
M"?1.0_10—‹ M
[H±]=1.0_10—‹ M이므로 pH는 다음과 같다.
pH=-log[H±]=-log(1.0_10—‹ )=3
KOH 수용액의 부피를 x라고 하면 다음과 같다.
2_0.1_30=1_0.1_15+1_0.1_x, x=45mL
NaOH 수용액의 부피를 x라고 하면 다음과 같다.
1_0.1_10+2_0.1_20=1_0.1_x, x=50mL
H™SO¢ 수용액의 부피를 x라고 하면 다음과 같다.
2_0.1_10=1_0.1_10+2_0.1_x, x=5mL
M"(V+V')=nMV-n'M'V'
M"_(50+49)=0.2_50-0.2_49
M"=
10-9.8
99
0.2
100
? =0.002M
[NaCl]=
0.2_49
50+49
10
= ? =0.1M
100
9.8
99
216 _
정답과 해설
화시키는 데 사용되는 0.1M HCl 수용액의 부피가 50mL로 같으
므로 AOH 수용액과 BOH 수용액의 몰 농도는 0.1M으로 같다.
⑵ BOH 수용액의 pH=11이므로 [OH—]=1_10—‹ M이다.
[OH—]=Ca=0.1 M_a=1_10—‹ 이므로 이온화도 a=0.01
이다.
⑶ K∫=
[B±] [OH—]
[BOH]
에서 [OH—]=K∫
[BOH]
[B±]
이다.
㈎점에서 [BOH]=[B±]이므로 [OH—]=K∫이다.
K∫=Ca¤ =0.1_(0.01)¤ =10—fi 이므로 [OH—]=1_10—fi M이
다. 따라서 pH=9이다.
⑷ pH가 클수록 OH—을 잘 내놓으므로 염기의 세기는 AOH가
⑸ AOH의 pH=13이므로 [OH—]=1_10—⁄ M이다. 따라서 이
⑹ AOH의 이온화 상수는 K∫=Ca¤ =0.1_1¤ =10—⁄ 이다.
⑺ BOH의 이온화 상수는 Kå=Ca¤ =10—fi 이다.
⑻ AOH 수용액은 강염기 수용액이므로 강산인 HCl 수용액으로
중화 적정할 때 중화점을 찾기 위한 지시약으로 페놀프탈레인을 사
BOH보다 크다.
온화도는 1이다.
용할 수 있다.
03 완충 용액
개념 확인 문제
pp.138~139
03. ⑴ ㄹ ⑵ ㄱ ⑶ ㄴ, ㄷ
08. ②
09. ④
04. ⑤
10. ③
05. ①
11. ②
06. ②
12. ⑤
14. ⑴ × ⑵ × ⑶ ○ ⑷ × ⑸ ○
산이나 비금속 산화물은 염기인 NaOH과 반응하여 염을 생성
07. ④
13. ④
한다.
•금속 산화물(MgO, CaO, Na™O, Fe™O£)：염기성
•비금속 산화물(SO™)：산성
산과 염기의 반응에서는 항상 약산과 약염기가 생성되는 쪽으
로 반응이 진행된다.
⑴, ⑵`의 경우는 반응 물질이 상대적으로 약산, 약염기이고, ⑶, ⑷
는 생성 물질이 약산과 약염기이다. 따라서 ⑴, ⑵`는 역반응이, ⑶,
H±의 총 몰수와 OH—의 총 몰수가 같아야 한다.
01. ④
02. ⑴ 역반응 ⑵ 역반응 ⑶ 정반응 ⑷ 정반응
⑴ AOH 수용액 50mL와 BOH 수용액 50mL를 완전히 중
⑷`는 정반응이 우세한 반응이다.
16고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2015.10.28 9:46 AM 페이지217 Mac_03
H±이 될 수 있는 H 원자가 있으면 산성염, OH—이 될 수 있는
약산의 짝염기인 CH£COO—과 약염기의 짝산인 NH¢±은 물
OH가 있으면 염기성염이다. H±이나 OH—이 될 수 있는 것이 모
과 가수 분해 반응을 하고, 나머지 이온들은 가수 분해 반응을 하지
두 없으면 정염이다.
않는다. CH£COO—은 물속에서 OH—을 내놓아 염기성 용액이 되
주어진 물질 중 산성염은 NaHSO¢, NaHCO£이다. 두 물질
므로 다른 용액보다 pH가 크다.
CH£COO—+H™O
CH£COOH+OH—
^jj&
NH¢±은 물속에서 H£O±을 내놓아 산성 용액이 되므로 다른 용액보
다pH가작다.
따라서수용액의액성은NaHSO¢의경우는산성이고, NaHCO£의
NH¢±+H™O
NH£+H£O±
^jj&
의 가수 분해 반응식은 다음과 같다.
NaHSO¢+H™O
Na±+H£O±+SO¢¤ —
NaHCO£+H™O
Na±+H™CO£+OH—
^jj&
^jj&
경우는염기성이다.
약염기의 짝산은 가수 분해하여 산성을 나타낸다. NH¢±은 약
염기인 NH£의 짝산이다.
NH¢±+H™O
NH£+H£O±
^jj&
염기성 물질에는 다음과 같은 것이 있다.
•금속 산화물：Na™O(비금속 산화물은 주로 산성을 나타낸다.)
•약산과 강염기가 반응하여 생성된 염：CH£COONa, KCN
NaOH과 H£PO¢이 중화 반응하면 다음과 같이 Na™HPO¢이
생성된다.
2NaOH+H£PO¢
Na™HPO¢+2H™O
1⁄
Na™HPO¢는 약산과 강염기가 반응하여 생성되는 염이므로 수용
액은 염기성이다. 또한, Na™HPO¢은 H±을 내놓을 수 있는 H를
가지고 있으므로 산성염이다.
강산과 약염기의 반응으로 이루어진 염은 가수 분해하여 산성
을 나타낸다.
①, ④` 가수 분해하여 중성을 나타낸다.
③, ⑤ 가수 분해하여 염기성을 나타낸다.
산성염은 NaHSO¢과 NaHCO£이다.
NaHSO¢+H™O
^jj&
Na±+H£O±+SO¢¤ —
산성
NaHCO£+H™O
^jj&
Na±+H™CO£+OH—
염기성
염기성 물질에는 다음과 같은 것이 있다.
•금속 산화물：Na™O, CaO
•약산과 강염기가 반응하여 생성된 염：CH£COONa
비금속 산화물(SO™)과, 강산과 약염기가 반응하여 생성된 염
(NH¢Cl)은 산성을 나타낸다.
NH¢±은 물속에서 H£O±을 내놓는다.
NH¢±+H™O
NH£+H£O±
^jj&
약산에서 Kå=Ca¤ 이므로
Kå
a=æ– =æ≠
C
6.4_10—⁄
0.001
=8.0_10—› 이다.
[H£O±]=Ca=0.001_8.0_10—› =8.0_10—‡ M
pH=-log[H£O±]=-log (8.0_10—‡ )
=7-3log2=7-3_0.3=6.1
Kå= =
K∑
K∫
1.0_10—⁄
1.0_10—fi
=1.0_10—· 이다.
약산에서 Kå=Ca¤ 이므로
Kå
a=æ– =æ≠
C
1.0_10—·
0.1
=1.0_10—› 이다.
[H£O±]=Ca=0.1_1.0_10—› =1.0_10—fi M
pH=-log(1.0_10—fi )=5.0
CH£COOH+H™O
CH£COO—+H£O±
^jj&
⑴ CH£COOH 0.01몰과 CH£COONa 0.01몰을 녹여 만든 완충
용액 100mL에서 [CH£COOH]=[CH£COO—]=0.1M이고,
Kå=
[CH£COO—] [H±]
[CH£COOH]
이므로 [H±]=2.0_10—fi M이다.
pH=-log(2_10—fi )=5-log2=4.7
⑵ 완충 용액에 증류수를 가한다고 해도
의 비가 변
[CH£COO—]
[CH£COOH]
하지 않으므로 pH는 거의 변하지 않는다.
⑶ NaOH를 넣어 주면 H£O±와 OH—이 반응하여 H£O±이 소모
되므로 평형이 정반응 쪽으로 이동하고, [CH£COO—]가 증가한다.
⑷ 완충 용량은 넣어 준 물질의 양이 많을수록 커진다. 따라서 ㈏ 용
액의 완충 용량이 ㈎ 용액보다 크다.
NaCl은 강산과 강염기가 반응하여 생성된 염이므로 중성을 나타
⑸ ㈎ 용액과 ㈏ 용액에서
의 비가 같으므로 pH는
[CH£COO—]
[CH£COOH]
낸다.
서로 같다.
III. 화학 평형_ 217
›
‚
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지218 Mac_02
실력 확인 문제
01. ⑤
07. ③
13. ④
19. ⑤
HCN의 Kå는 HF의 Kå보다 더 작으므로 HCN은 HF보다 약한
pp.140~145
산이다.
02. ②
08. ①
14. ⑤
03. ⑤
09. ②
15. ①
04. ②
10. ⑤
16. ③
05. ④
11. ④
17. ⑤
06. ②
12. ③
18. ②
ㄴ. 강산의 짝염기는 약염기이고, 약산의 짝염기는 강염기이므로
염기의 세기는 CN—>F—>H™O이다.
ㄷ. H™O는 두 반응에서 모두 염기로 작용한다.
단답형·서술형 문제
20. ⑴ Kå=1.0_10—fi , a=0.01 ⑵ 5
21. ⑴ 8.7 ⑵ 0.5 ⑶ 증가한다.
22. a=0.099, b=0.001
23. ⑴ 13 ⑵ 12 ⑶ 12
24. 11.3
25. ⑴ A>C>B ⑵ [CH£COO—]<[K±] ⑶ [Cu¤ ±]<[SO¢¤ —]
26. 해설 참조
27. 10
28. ㈎ ㄷ, ㈏ ㄹ
29. ⑴ [NH¢OH]=0.2M, [NH¢Cl]=0.4M ⑵ 9.0_10—fl M
30. ⑴ HA 수용액：0.2M, HB 수용액：0.2M ⑵ HB>HA
31. ⑴ 2.89 ⑵ 4.59 ⑶ 4.77 ⑷ 8.73 ⑸ 11.29
32. 아세트산：아세트산나트륨=1：10
1가산 HA의 Kå=
이다. a(1.0_10—› )가 매우 작은 약
Ca¤
1-a
HCl 수용액의 몰 농도를 구해 보면 HCl의 몰수가 0.01몰이고
용액의 부피가 1 L이므로 0.01M이고, 이온화도가 1이므로
[H±]=0.01M이다. 따라서pH=-log[H±]=-log10—¤ =2이다.
① pH=-log[H±]이므로㈎의수소이온농도는10—› M이다.
② ㈏의 pH=14-9=5이다.
③ ㈐의 수소 이온 농도는 0.1_0.01=0.001M이다.
④ ㈑ 약산이므로 Kå=Ca¤`이다.
Kå
a=æ– =æ≠
C
1.0_10—‹
10—⁄
=10—⁄
[H±]=Ca=0.1_0.1=10—¤ M
따라서 pH=2이다.
산일 때는 Kå=Ca¤ 이다. 따라서 Kå는 다음과 같다.
㈑의 pH는 2이고, ㈐의 pH는 3이므로 산성도는 ㈑`가 ㈐`보다 산
Kå=0.1_(1.0_10—› )¤ =1.0_10—·
브뢴스테드로우리의 이론에 따르면 양성자(H±)를 내놓는 분
자나 이온은 산이고, 양성자(H±)를 받는 분자나 이온은 염기이다.
②` H™O은 NH£에게 수소 이온을 주는 산으로 작용한다.
성이 강하다.
이다.
H±의 이동에 의해 산과 염기로 되는 한 쌍의 물질을 짝산`-`짝
1단계 반응에서는 염기로 작용하고, 2단계 반응에서는 산으로 작용
NH¢±과 NH£, 그리고 H£O±과 H™O은 각각 짝산짝염기 관계
ㄷ. 다단계 반응에서 전체 반응의 평형 상수는 각 단계별 평형 상수
⑤ pH는 ㈎ 4, ㈏ 5, ㈐ 3, ㈑ 2이므로 ㈏`>㈎`>㈐`>㈑의 순서
ㄱ. 산의 세기는 H£O±>H™CO£>HCO£—이므로 짝염기의
세기는 H™O<HCO£—<CO£¤ —이다.
ㄴ. H™O는 1단계, 2단계에서 모두 염기로 작용하고, HCO£—는
한다.
의 곱과 같다. 따라서 전체 반응의 평형 상수는 다음과 같다.
Kå=Ka1_Ka2=2.0_10—⁄
용액의 pH는 수소 이온의 농도에 의해 결정된다. 각 수용액의
수소 이온 농도 [H±]를 구해 보면 다음과 같다.
㈎ [H±]=1.0_10—fi mol/L
㈏ [H±]=Ca=0.1_0.1=1.0_10—¤ mol/L
pH=-log(1.0_10—¤ )=2
㈐ 약산이므로 Kå=Ca¤ 이다.
Kå
a=æ– =æ≠
C
1.0_10—fi
10—⁄
=10—¤
①, ④` 산화·환원 반응이다.
③, ⑤ H™O이 염기로 작용한다.
염기라고 한다.
이다.
HCO£—+H™O
염기
산
^jj&
CO£¤ —+H£O±
염기
산
산은 H±을 내놓는 물질이므로 HCO£—과 H£O±이 산이다. 염기는
H±을 받는 물질이므로 H™O과 CO£¤ —이 염기이다. HCO£—-
CO£¤ —, 그리고H£O±-H™O은각각짝산`짝염기관계이다.
ㄱ. 브뢴스테드로우리의 산`염기 평형은 강산과 강염기에서
약산과약염기가생성되는쪽으로평형이치우친다.
HF의 Kå는 매우 작으므로 HF의 이온화 평형은 역반응 쪽으로 치
우쳐있는데, 이것은H£O±이HF보다강한산이라는것을의미한다.
218 _
정답과 해설
‡
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지219 Mac_02
[H±]=Ca=0.01_0.1=1.0_10—‹ mol/L이다.
ㄴ. 이산화황 제거 장치에 석회석(CaCO£)을 가하면 석회석이 열분
pH=-log(1.0_10—‹ )=3
해되어 CaO가 생성된다. CaO은 금속 산화물로 염기성 물질이다.
따라서 pH는 ㈎ 5, ㈏ 2, ㈐ 3이므로 ㈎`>㈐>㈏`이다.
비금속 산화물인 황 산화물은 산성을 띠기 때문에 염기성 물질인
중화 반응의 알짜 이온 반응식은 H±+OH—
H™O이므로
CaO와 반응하여 CaSO¢, CaSO£을 생성하므로 제거된다.
1⁄
중화 반응이 완결되기 위해서는 H±의 몰수와 OH—의 몰수가 같아
ㄷ. 철광석을제련할때석회석을가하면염기성물질인CaO가생성
야 한다. 황산 수용액 속의 수소 이온의 몰수는 다음과 같다.
된다. CaO는산성인SiO™와반응하여슬래그(CaSiO£)를만든다.
몰수`=가수_몰 농도_부피=2_0.2_0.02=0.008(몰)
ㄹ. 비누에는 NaOH(염기성)이 약간 존재하여 공기 중의 CO™(산
따라서 필요한 NaOH의 질량은 0.008_40=0.32g이다.
성)와 중화 반응하므로 염인 탄산나트륨(Na™CO£)이 생성된다.
암모니아 3.4 g은
=0.2몰이며, 1L 용액을 만들었으므
3.4
17
0.1M이다.
① HA의 농도를 x라 하면 0.05_20=x_10에서 x는
로 암모니아수의 농도는 0.2M이고, 부피는 10 mL이다. 염산의
②, ③ 처음에 HA 수용액의 pH가 3이므로
농도는 0.1M이므로 다음 식이 성립한다.
nMV=n'M'V'
1_0.2_10=1_0.1_x에서 x=20mL
[H±]=Ca=0.1a =10—‹ 에서 이온화도(a)는 0.01이다.
따라서 Kå는 Ca¤ = 0.1_(0.01)¤ =10—fi 이다.
a점의 용액은 NaOH가 10mL 들어간 지점이므로
0.1 M HCl 수용액 20 mL 속에 존재하는 H±의 몰수는
0.1M_0.02L=0.002몰이고, 0.2M NaOH 수용액 20mL 속
Kå=
[H±] [A—]
[HA]
에서 [HA]와 [A—]가 같다.
에 존재하는 OH—의 몰수는 0.2M_0.02L=0.004몰이다. 따라
따라서 [H±]=10—fi M이고, pH는 5이다.
서 혼합 용액 속에 존재하는 OH—의 몰수는 0.004몰-0.002몰
④ Kå=10—fi =
이므로 pH=7인 지점에서
[H±] [A—]
[HA]
[A—]
[HA]
=0.002몰이다.
OH—의 몰 농도=
용질의 몰수
용액의 부피
=
0.002
0.04
=0.05M
pOH=-log0.05=2-log5=1.3
pH+pOH=14에서 pH=14-1.3=12.7이다.
① 주전자의 물때가 산에 의해 제거되는 것은 반응 ㈏로 설명
할 수 있는데, 이는 반응 ㈐와 같이 탄산칼슘이 가수 분해하여 수산
화 이온을 내는 염기성 물질이기 때문이다.
=
10—fi
10—‡
=100이다.
⑤ 페놀프탈레인 용액은 변색 범위가 pH 7보다 크므로 강염기로
적정하는 중화 적정 실험에서 지시약으로 사용할 수 있다.
ㄱ. 산성 용액에서는 H±가 많으므로 평형이 역반응 쪽으로 이
동하여 지시약이 주로 HIn 형태로 존재한다. 따라서 노란색을 나
타낸다.
ㄴ. Kå=
[H£O±] [In—]
[HIn]
② 반응 ㈏는 반응 ㈐보다 매우 빠르게 일어나므로 평형 상수도
이고, pH=6인 용액에서 [H£O±] =10—fl
크다.
③, ⑤ 탄산칼슘은 이산화탄소가 녹아 있는 물과 반응하여 수용성의
이므로
[In—]
[HIn]
=
Kå
[H£O±]
=
10—°
10—fl
=10—¤ 이다.
탄산수소칼슘으로 되고, 이러한 센물을 가열하면 반응 ㈎의 역반응
ㄷ. pH 10인 용액은 염기성이므로 평형이 정반응 쪽으로 이동하
이 일어나 탄산칼슘의 불용성 염이 생성된다.
고, 지시약은 주로 In— 형태로 존재한다. 따라서 In—의 농도가 HIn
④ 두 번째와 세 번째 반응은 H™CO£과 HCO£—이 이온화 평형을
의 농도보다 크다.
나타내는 반응식으로, 두 반응의 평형 상수가 매우 작으므로 모두
ㄱ, ㄴ. 중화점의 pH가 7보다 큰 것으로 보아 HA는 약산이고,
역반응이 잘 일어난다. 따라서 Ca(HCO£)™과 CaCO£ 모두 염기
BOH는 강염기이다. 따라서 지시약은 변색 범위가 pH 7 이상인 페
성 물질임을 알 수 있다.
놀프탈레인용액(pH 8.3~10.0)이적당하다.
ㄱ. 산성비에 의해서 철제 구조물이 부식되는 반응은 산화환
ㄷ. 중화점까지소모된염기의부피가10mL인것으로보아산의농
원 반응이다.
2H±+Fe
Fe¤ ±+H™
1⁄
≈
도는 0.1M이다. 그런데 산 HA 수용액의 초기 pH가 3이므로 이온
화도는0.01이다.
III. 화학 평형_ 219
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지220 Mac_02
① HA는 약산이므로 HA와 A—으로 이루어진 a점의 용액은
⑵ HA
H±+A—에서 Kå=
^jj&
[A—][H±]
[HA]
이다.
완충 용액이다.
② HA 수용액의 농도가 0.1M이고, NaOH 수용액을 넣기 전
이때 [A—]=[HA]=
=0.05M이다.
HA 수용액의 pH가 3이므로 HA의 이온화도(a)는 10—¤ 이다. 그
러므로 HA의 이온화 상수(Kå)는 0.1_(10—¤ )¤ =10—fi 이다.
③ HB 수용액 50mL를 중화 적정하는 데 0.1M NaOH 수용액
따라서 [H±]는 다음과 같다.
[H±]=Kå_
=1.0_10—fi _
=1.0_10—fi
[HA]
[A—]
0.05
0.05
0.1M_0.1 L
0.2L
이 50mL 필요하므로 HB 수용액의 농도는 0.1M이다. HB가 강
pH=-log[H±]=-log10—fi =5
1
산이고, b점에서는 HB의 이 중화된다. b점에서 B—은
2
0.1_
=5_10—‹ 몰이고, H±은 5_10—‹ _ =2.5_10—‹
1
2
50
1000
몰 존재한다.
④ HA는 약산이고, HB는 강산이므로 중화점에서 혼합 용액의
pH는 HA 수용액이 HB 수용액보다 크다.
⑤ HA와 HB는 모두 pH가 급격히 변하는 구간이 페놀프탈레인
의 변색 범위에 포함되므로 지시약으로 페놀프탈레인을 사용할 수
있다.
ㄱ. HCl을 넣으면 수용액 속의 하이드로늄 이온(H£O±)의 농
⑴ 8.7 ⑵ 0.5 ⑶ 증가한다.
정답
해설
⑴ pH=pKå+log
에서 [HA]가 [A—]의 10배이면
[A—]
[HA]
pH=-log(2.0_10—⁄
‚ )+log
;1¡0;
=10-log2.0-1=8.7
⑵ pKå'=-log(4.0_10—° )=8-2 log 2=7.4이다.
pH=pKå+log
에 pKå'=7.4를 대입하면
=1이다.
[B—]
[HB]
[B—]
[HB]
도가 커지므로 르샤틀리에 원리에 의해 H£O±을 제거하는 역반응
따라서 HB의 이온화도는 0.5이다.
쪽으로 평형이 이동하여 아세트산 이온의 개수가 감소한다.
⑶ ㈎ 수용액에 NaOH를 넣어 주면 HA보다 강한 산인 HB가
ㄴ. NaOH를 넣으면 H£O±+OH—
2H™O의 반응에 의해서
NaOH과 반응하므로 HB의 농도는 감소하고, B—의 농도는 증가
1⁄
H£O±의 농도가 감소하므로 르샤틀리에 원리에 의해 정반응 쪽으
한다.
로 평형이 이동하여 아세트산 이온의 개수가 증가한다.
ㄷ. 아세트산을 넣으면 평형이 정반응 쪽으로 이동하여 아세트산 이
온의 개수가 증가한다.
정답
a=0.099, b=0.001
해설
ㄹ. CH£COONa을 수용액에 넣으면 이온화(CH£COONa
1⁄
CH£COO—+Na±)에 의해서 CH£COO—의 농도가 증가하므로 르
BOH(aq)
B±(aq) + OH—(aq)
초기(M) -00.1
-0
^jj&
-0
샤틀리에 원리에 의해 역반응 쪽으로 평형이 이동한다. 그러나 넣어
반응(M) -1.0_10—‹
1.0_10—‹
1.0_10—‹
준 아세트산 이온이 모두 반응하여 소모되는 것은 아니므로 아세트
평형(M)
0.1-1.0_10—‹
1.0_10—‹
1.0_10—‹
산이온의총개수는결과적으로증가한다.
⑴ Kå=1.0_10—fi , a=0.01 ⑵ 5
정답
해설
⑴ [H±]=10—π
Ó , [H±]="√KåC에서 "√KåC=10—π
Ó
Kå=
Ó )¤
(10—π
C
=
(10—‹ )¤
0.1
=1.0_10—fi
Kå=
Ca¤
1-a
?Ca¤
Kå
a=æ– =æ≠
C
1_10—fi
0.1
=0.01
220 _
정답과 해설
a=0.1-1.0_10—‹ =0.099
b=1.0_10—‹ =0.001
정답
⑴ 13 ⑵ 12 ⑶ 12
해설
⑴ NaOH은 강염기이므로 100% 이온화한다.
따라서 [OH—]=0.1M, [H£O±]=1.0_10—⁄
‹ M이다.
[H£O±]=
K∑
[OH—]
=
1.0_10—⁄
0.1
=1.0_10—⁄
‹ M
따라서 pH=-log(1.0_10—⁄
‹ )=13이다.
›
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지221 Mac_02
⑵ Ca(OH)™은 강염기이므로 100% 이온화하고, Ca(OH)™ 한
정답
분자당 2개의 OH—을 생성한다.
Ca(OH)™
Ca¤ ±+2OH—
1⁄
[OH—]=2_0.005M=0.010M
[H£O±]=
K∑
[OH—]
=
1.0_10—⁄
0.01
=1.0_10—⁄
¤ M
따라서 pH=-log(1.0_10—⁄
¤ )=12이다.
⑶ 우선 CaO의 질량과 그 몰 질량(56g/mol)으로부터 용해되어
있는 CaO의 몰수를 계산하면 다음과 같다.
CaO의 몰수`=0.28g_
=0.005mol
1mol
56g
⑴ A>C>B ⑵ [CH£COO—]<[K±] ⑶ [Cu¤ ±]<[SO¢¤ —]
해설
⑴ A는 CH£COO—이 가수 분해하여 염기성 용액이 되고, B는
Cu¤ ±이 가수 분해하여 산성 용액이 되며, C는 중성이다. 따라서
pH를 비교하면 A>C>B이다.
⑵ A에서 CH£COO—는 가수 분해되므로 K±의 농도보다 작다.
CH£COO—+H™O
CH£COOH+OH—
^jj&
⑶ B에서 Cu¤ ±는 가수 분해되므로 SO¢¤ —의 농도보다 작다.
Cu¤ ±+2H™O
Cu(OH)™+2H±
^jj&
정답
CaO을 물에 녹이면 CaO 1몰당 2몰의 OH—이 생성된다.
공기 중에 존재하는 CO™(g)는 산성 산화물로, 물에 조금 녹아 탄산을 형
CaO(s)+H™O(l)
Ca¤ ±(aq)+2OH—(aq)
1⁄
생성된 OH—의 몰수`=2(0.005몰)=0.01 몰
성하므로 깨끗한 빗물도 약한 산성을 띠게 된다.
CO™(g)+H™O(l)
H™CO£(aq)
H±(aq)+HCO£—(aq)
^jj&
^jj&
용액의 부피가 1L이므로 [OH—]=
=0.01M이다.
0.01mol
1L
해설
[H£O±]=
K∑
[OH—]
=
1.0_10—⁄
0.01
=1.0_10—⁄
¤ M
따라서 pH=-log(1.0_10—⁄
¤ )=12이다.
깨끗한 빗물에 녹아 있는 탄산의 농도는 1.2_10—fi 이고, 이온화 상
수는 Kå=4.4_10—‡ ` 정도이므로 [H±]=2.3_10—fl 이 된다. 따라
서 pH=-log[H±]=-log(2.3_10—fl )?5.6이다.
즉, 깨끗한 빗물도 pH는 7보다 작아지게 된다.
M(OH)™의 용해도곱 상수 Kßπ=[M¤ ±][OH—] ¤ 이다. 따라서 용해
도곱 상수로부터 OH—의 농도를 구하고, OH—의 농도를 알면 그
정답
11.3
해설
CN—은 약산인 HCN의 짝염기이므로 다음과 같이 가수 분해하여
이 반응의 이온화 상수 K∫는 다음과 같이 물의 이온곱 상수와
수용액은 염기성이 된다.
CN—+H™O
HCN+OH—
1⁄
HCN의 이온화 상수로부터 구할 수 있다.
Kå_K∫=K∑
K∫=
1.0_10—⁄
2.5_10—⁄
=4.0_10—fi
=
[HCN][OH—]
[CN—]
=
x_x
(0.1-x)
?
x¤
0.1
x¤ =4.0_10—fl 에서 x=[OH—]=2.0_10—‹ M
[H£O±]=
K∑
[OH—]
=
1.0_10—⁄
2.0_10—‹
=5.0_10—⁄
pH=-log(5.0_10—⁄
¤ )=12-0.7=11.3
정답
10
해설
수용액의 pH를 구할 수 있다.
M(OH)™
M¤ ±+2OH—
^jj&
만약 [M¤ ±]=S이면,
1
S‹ = _10—⁄
8
1
2
pOH=-log(10—› )=4
pH=14-pOH=10
정답
㈎ ㄷ, ㈏ ㄹ
해설
용된다.
CN—(aq)+H™O(l)
HCN(aq)+OH—(aq)
Kßπ=[M¤ ±][OH—] ¤ =S(2S)¤ =4S‹ = _10—⁄
^jj&
1
2
평형 농도 0.10-x
x
x
평형 상수식에서 x를 계산하면 다음과 같다.
¤ 에서 S= _10—› , [OH—]=2S=10—› M이다.
ㄱ. 삼각 플라스크로, 중화 적정 실험에서 미지의 용액을 넣는 데 사
III. 화학 평형_ 221
¤
›
›
‚
›
›
¤
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지222 Mac_02
ㄴ. 부피 플라스크로, 표준 용액을 만드는 데 사용된다.
ㄷ. 뷰렛으로, 중화 적정 실험에서 쓰이는 표준 용액의 부피를 측정
⑴ [H±]="√KåC="√1.69_10—fi _0.1=1.3_10—‹ M
pH=-log[H±]=-log(1.3_10—‹ )=2.89
⑵ 용액 1L 속에 NH¢Cl 0.4몰과 NH¢OH 0.2몰이 녹아 있는
⑶ 초기 HA의 몰수=0.1M_0.025L=2.5_10—‹ 몰
하는 실험 기구이다.
ㄹ. 피펫으로, 정확한 부피의 용액을 취해 옮기는 데 사용되는 실험
기구이다.
정답
해설
⑴ [NH¢OH]=0.2M, [NH¢Cl]=0.4M ⑵ 9.0_10—fl M
⑴ HCl의 몰 농도`=
=0.4M이고, NH¢OH의 몰 농
1.0_0.02
0.05
도`=
1.0_0.03
0.05
=0.6M이며, 중화 반응식은 다음과 같다.
HCl+NH¢OH
NH¢Cl+H™O
1⁄
따라서 생성된 NH¢Cl의 농도는 반응한 HCl의 농도와 같으며, 용
를 뺀 것과 같다.
반응 후 [NH¢OH]=0.6 M-0.4M=0.2M
반응 후 [NH¢Cl]=0.4M
완충 용액이 된다.
NH¢OH
NH¢±+OH—
^jj&
K∫[NH¢OH]
[NH¢±]
[OH—]=
=
1.8_10—fi _0.2
0.4
=9.0_10—fl M
액 속에 남은 NH¢OH의 농도는 처음의 농도에서 NH¢Cl의 농도
=4.77+log
⑴ HA 수용액 25mL, HB 수용액 25mL는 각각 0.1M NaOH
50 mL와 완전 중화되므로 HA 수용액, HB 수용액의 농도는
x_25=0.1_50에서 x=0.2 M이다. 따라서 적정 전 두 용액의
농도는 각각 0.2M이다.
⑵ 처음 두 용액의 pH를 보면 HB가 HA보다 강한 산이다.
⑴ 2.89 ⑵ 4.59 ⑶ 4.77 ⑷ 8.73 ⑸ 11.29
일어난다.
약산 HA를 강염기인 NaOH으로 중화 적정하면 중화점에 이르기
전에 약산 HA의 짝염기인 A—이 생성되므로 그 수용액은 완충 용
액이 된다. 따라서 헨더슨`-`하셀바흐 식을 이용해서 수용액의 pH
정답
해설
정답
해설
를 구한다.
222 _
정답과 해설
⑵ 초기 HA의 몰수`=0.1M_0.025L=2.5_10—‹ 몰
이 점에서 사용한 OH—의 몰수`=0.1M_0.01L=1.0_10—‹ 몰
처음 몰수
HA + OH—
A—+H™O
^jj&
처음 몰수 -2.5_10—‹ -1.0_10—‹
-0
반응 몰수 -1.0_10—‹ -1.0_10—‹
+1.0_10—‹
반응 후 몰수 -1.5_10—‹ - 0
1.0_10—‹
헨더슨`-`하셀바흐 식에 의해 pH는 다음과 같다.
pH=pKå+log
[A—]
[HA]
=log(1.69_10—fi )+log
[A—]
[HA]
1.0_10—‹
1.5_10—‹
=4.77+log
;3@;
=4.77+0.3-0.48=4.59
이 점에서 사용한 OH—의 몰수=0.1M_0.0125L
=1.25_10—‹ 몰
처음 몰수
HA + OH—
A—+H™O
^jj&
처음 몰수 -2.5_10—‹ -1.25_10—‹
-0
반응 몰수 -1.25_10—‹ -1.25_10—‹ +1.25_10—‹
반응 후 몰수 -1.25_10—‹
0
1.25_10—‹
pH=pKå+log
=4.77+log
[A—]
[HA]
1.25_10—‹
1.25_10—‹
=4.77
⑷ 중화점에서 생성된 A—의 몰수`=0.1M_0.025L
=2.5_10—‹ 몰
중화점에서 혼합 용액의 부피=50mL
중화점에서 A—의 몰 농도`=0.05M
A—는 약산으로부터 생성된 이온이므로 다음과 같이 가수 분해가
A—+H™O
HA + OH—
^jj&
처음 몰 농도 0.05
반응 몰 농도 -x
반응 후 몰 농도 0.05-x
?0.05
+x
+x
0
x
0
x
⑴ HA 수용액：0.2 M, HB 수용액：0.2M ⑵ HB>HA
헨더슨``-`하셀바흐 식에 의해 pH는 다음과 같다.
16고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2016.5.24 1:1 PM 페이지223 Mac_03
Kå_K∫=K∑이므로 K∫는 다음 식으로 구할 수 있다.
K∫= =
K∑
Kå
1.0_10—⁄
1.69_10—fi
=5.9_10—⁄
평형 상수식에서 K∫는 다음과 같다.
K∫=
[HA] [OH—]
[A—]
=
x¤
0.05-x
?
x¤
0.05
=5.9_10—⁄
x¤ =29.5_10—⁄
x=5.4_10—fl M=[OH—]
pOH=-log[OH—]=-log(5.4_10—fl )=5.27
pH=14-pOH=14-5.27=8.73
[CH£COO— ]
[CH£COOH]
=10
면 된다.
따라서 아세트산：아세트산나트륨 =1：10의 몰수 비로 섞어 주
⑸ 초기 HA의 몰수`=0.1M_0.025L=2.5_10—‹ 몰
개념 활용 문제
pp.146~151
이 점에서 사용한 OH—의 몰수`=0.1M_0.026L
=2.6_10—‹ 몰
혼합 용액의 부피`=25mL＋26mL=51mL=5.1_10—¤ L
01. ④
07. ①
02. ①
08. ④
03. ④
09. ④
04. ①
10. ④
05. ④
11. ③
06. ②
12. ⑤
HA +
OH—
A—+ H™O
^jj&
ㄱ. 짝산짝염기는 H±을 주고받는 관계이다. 즉, HF와 F—은
처음 몰수 -2.5_10—‹ -2.6_10—‹
0
짝산짝염기관계이고, H£O±과H™O도짝산짝염기관계이다.
반응 몰수 -2.5_10—‹ -2.5_10—‹ +2.5_10—‹
ㄴ. 물(H™O)이 H±을 받으면 염기로 작용한 것이고, H±을 내놓으
반응 후 몰수
반응 후 몰 농도
0
0
1.0_10—›
2.5_10—‹
면 산으로 작용한 것이다. 주어진 반응식에서 H™O은 HF로부터
1.96_10—‹
4.9_10—¤
H±을 받으므로 염기로 작용하였다.
완충 용액에서 수용액의 pH는 다음과 같이 헨더슨 - 하셀바흐 식
보다 약한 산이다.
[OH—]=
=1.96_10—‹ M
1.0_10—›
5.1_10—¤
pOH=-log[OH—]=-log(1.96_10—‹ )=2.71
pH=14-pOH=14-2.71=11.29
아세트산：아세트산나트륨 =1：10
정답
해설
을 이용해서 구할 수 있다.
pH=pKå+log
[A—]
[HA]
CH£COOH + H™O
CH£COO—+H£O±
^jj&
Kå=
[CH£COO—][H£O±]
[CH£COOH]
log Kå=log[H£O±]+log
[CH£COO—]
[CH£COOH]
pKå=pH-log
[CH£COO— ]
[CH£COOH]
이식을만족하도록해주면완충용액이된다.
log
[CH£COO—]
[CH£COOH]
=5.75-4.75=1.0
ㄷ. 산성의 세기는 이온화도나 이온화 상수가 클수록 강하다. 주어
진 자료에서 HF가 산으로 작용하는 정반응의 이온화 상수(Kå)는
6.8_10—› 로 1보다 작다. 따라서 H£O±이 산으로 작용하는 역반응
의 이온화 상수(Kå—⁄ )는 다음과 같으므로 Kå—⁄ >Kå가성립한다.
Kå—⁄ = =
1
Kå
1
6.8_10—›
>1
따라서 이온화 상수 값이 작은 HF가 이온화 상수 값이 큰 H£O±
ㄱ. 중화열은 1몰의 H±와 OH—가 반응하여 1몰의 H™O가 생
성될 때 방출되는 열이므로 DH=-57.7kJ이다.
ㄴ. t ˘C에서 K∑=1.60_10—⁄
fi 이므로 [H±]=[OH—]=4.0_10—°
mol/L이다. 따라서 물의 pH는 다음과 같다.
pH=-log(4.0_10—° )=8-log4.0
=8-2log2=8-0.6=7.4이다.
ㄷ. 어떤 온도에서도 물의 [H±]=[OH—]이므로 온도에 관계없이 물
은 중성이다.
염기이다.
ㄱ. ㈐의 반응에서 이온화 상수가 매우 작으므로 역반응이 정
반응보다 우세하게 일어난다. 그러므로 OH—은 HCO£—보다 강한
III. 화학 평형_ 223
‚
‚
¤
›
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지224 Mac_02
ㄴ. 용액의 pH가 커지면 OH—이 증가하므로 ㈏의 반응에서 평형
ㄴ. b점에서 [BOH]=[B±]이고, [OH—]=1_10—› 이므로 염기
이 역반응 쪽으로 이동하여 CO£¤ —의 농도가 커진다. CO£¤ —의 농도
가 커지면 ㈎의 반응에서 평형이 역반응 쪽으로 이동하므로
BOH의 이온화 상수는 K∫=
=1_10—› 이다.
[B±][OH—]
[BOH]
CaCO£의 용해도가 감소한다.
ㄷ. c점에서 pH<7이므로 [H±]>[OH—]이다.
ㄷ. ㈏의 반응에서 H™O와 HCO£—은 모두 H±을 내놓는 산으로 작
이산화탄소의 용해 반응
용한다.
㈎ 염산의 양이 증가하여도 이온 수가 변하지 않는 것으로 보아
넣어 주는 염산과는 관계없고, 중화 반응에 참여하지 않는 이온임을
알 수 있다. 따라서 수산화나트륨 수용액에 들어 있는 Na±이다.
㈏ 넣어 주는 염산의 양이 증가할수록 감소하다가 중화점 이후에 존
재하지 않는 것으로 보아 수산화나트륨 수용액에 들어 있던 이온으
로, 중화 반응에 참여하는 OH—임을 알 수 있다.
㈐ 넣어 주는 염산의 양이 10mL가 될 때까지 존재하지 않다가 중
화점 이후에 증가하는 것으로 보아 염산 속의 이온으로, 중화 반응
⑴ CO™+H™O
H™CO£
^jj&
⑵ H™CO£+H™O
HCO£—+H£O±
⑶ HCO£—+H™O
CO£¤ —+H£O±
^jj&
^jj&
ㄱ. 온도가 변하지 않으면 평형 상수는 변하지 않으므로 Kå™는 변
하지 않는다.
ㄴ. 이산화탄소가 발생하는 것은 역반응이 일어난 것으로, H£O±의
농도가 감소하므로 pH는 증가한다.
ㄷ. CO™가 발생하는 것은 역반응으로 평형이 이동하는 것으로, 역
반응 속도가 정반응 속도보다 빠르다.
에 참여하는 H±임을 알 수 있다.
ㄱ. 같은 농도에서 pH가 작을수록 [H±]가 크고, 이온화도가 크
㈑ 넣어 주는 염산의 양에 비례하는 것으로 보아 염산 속의 이온으
므로 산의 세기는 HX<HY<HZ 순이다.
로, 중화 반응에 참여하지 않는 이온인 Cl—임을 알 수 있다.
ㄴ. 0.01M에서 HX 수용액의 pH가 4이므로 [H±]=0.01_a=
이므로 M'이나 V'가 크고, V가 작으면 M
ㄴ. 전기 전도도는 이온 농도가 크고 이온의 전하가 큰 B가 가장 크
수산화나트륨 표준 용액을 부피 플라스크에 만든 후(㈎ → ㈒
→ ㈐) 뷰렛에 채워 넣고, 삼각 플라스크 속 식초 수용액을 중화 적
정하여(㈑ → ㈏ → ㈓) 아세트산 농도를 계산한다㈔.
nMV=n'M'V'(n, n'：산, 염기의 가수, M, M'：산, 염기
의 몰 농도, V, V'：산, 염기의 부피)
M=
n'_M'_V'
n_V
이 커진다.
ㄱ. 뷰렛 속에는 농도를 알고 있는 표준 용액을 넣는다.
ㄴ. 삼각 플라스크에는 농도를 모르는 미지의 용액과 지시약을 넣
는다.
ㄷ. 약산과 강염기의 중화 반응에서는 중화점의 pH가 7보다 크다.
ㄹ. 약산과 강염기의 중화점은 pH가 7보다 크므로 지시약은 변색
범위가 7보다 큰 페놀프탈레인이 적당하다.
10—› 이다. 따라서 이온화도(a)는 0.01이다.
ㄷ. 1M HY 수용액에서 이온화도가 0.01이므로 HY는 약산이다.
따라서 강염기인 NaOH와 혼합하면 완충 용액이 생성된다.
ㄱ. A는 CH£COO—이 가수 분해하여 염기성 용액이 되고, B
는 Cu¤ ±이 가수 분해하여 산성 용액이 되며, C는 중성이다. 따라서
pH를 비교하면 A>C>B이다.
고, 농도가 가장 작은 A가 가장 작다.
ㄷ. A에서 CH£COO—는 가수 분해하므로 Na±의 농도보다 작다.
CH£COO—+H™O
CH£COOH+OH—
^jj&
ㄹ. B에서 Cu¤ ±는 가수 분해되므로 SO¢¤ —의 농도보다 작다.
Cu¤ ±+2H™O
Cu(OH)™+2H±
^jj&
ㄱ. 운동을 하면 혈액 중의 CO™(aq)가 증가하여 ㈐의 평형이
정반응 쪽으로 이동하므로 혈액 내 HCO£—의 농도가 증가한다.
ㄴ. 약산인 H™CO£과 짝염기인 HCO£—으로 이루어진 용액은 완충
ㄱ. a점에서 BOH 수용액의 pH가 12.0이다.
용액이다.
따라서 [H±]= 1_10—⁄
¤ M이고, BOH 수용액 50mL의 중화 반
응에 사용된 1.0 M HCl 수용액이 50mL이므로 BOH의 농도는
이 정반응 쪽으로 이동한다.
ㄷ. 혈액에 소량의 염기가 유입되면 ㈐에서 H±이 소모되므로 평형
a점에서 BOH의 이온화도는 a=0.01이다.
1.0M이다.
224 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지225 Mac_02
아연판에서는 아연이 아연 이온으로 되어 용액에 녹아 들어가므로
반응이 일어나 PbSO¢이 생성되고, (+)극인 PbO™ 전극에서는
질량이 감소하고, 구리판에서는 수소 기체가 발생한다.
환원 반응이 일어나 PbSO¢이 생성되므로 두 전극에서는 모두 질
4. 산화`-`환원 평형
01 화학 전지
개념 확인 문제
pp.170~171
01. ④
02. ⑤
06. 역반응 쪽
03. ④
07. ①
04. ①
08. ③
05. ②
09. ②
10. ①
11. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ ○ ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ × ⑺ × ⑻ ○ ⑼ × ⑽ ×
전지가 형성되어 다음과 같은 반응이 일어난다.
(-)극 아연판：Zn
Zn¤ ±+2e— (산화 반응)
1⁄
(+)극 구리판：2H±+2e—
H™↑(환원 반응)
1⁄
전체 반응：Zn+2H±
Zn¤ ±+H™↑
1⁄
(-)극：Zn
Zn¤ ±+ 2e— (산화, 전극 질량 감소)
1⁄
(+)극：Fe‹ ±+e—
1⁄
전체 반응：Zn+2Fe‹ ±
Fe¤ ± (환원, 전극 질량 불변)`
Zn¤ ±+2Fe¤ ±
1⁄
③ 전자는 (-)극인 Zn에서 (+)극인 Pt 전극으로 이동한다.
④ 표준 전지 전위는 +0.77-(-0.76)=+1.53(V)이다.
화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸면 전류가 흐르게 되고, 전지
가 형성되기 위해서는 전자의 이동이 필요하다. 화학 반응에서 전자
가 이동하는 반응을 산화·환원 반응이라고 하며, 전지를 만드는 데
산화·환원 반응을 이용할 수 있다.
①`` 다니엘 전지에서의 반응
② 산화은 전지에서의 반응
③ 볼타 전지에서의 반응
④`` 산화·환원 반응이 아닌 앙금 생성 반응이다.
⑤ 납축전지에서의 반응
M±+e—
M, E˘
1⁄
환원：Ag±(aq)+e—
Ag(s) …… ㉠
1⁄
산화：Cu(s)
Cu¤ ±(aq)+2e— …… ㉡
1⁄
㉠`_2+㉡``을 하면 다음과 같다.
2Ag±(aq)+2e—
2Ag(s)
1⁄
+>≥ Cu(s)
1⁄
2Ag±(aq)+Cu(s)
Cu¤ ±≥(aq)+2e— ≥
표준 전지 전위(E˘전지)=E˘Ag±-E˘Cu¤ ±
2Ag(s)+Cu¤ ±(aq)
1⁄
=+0.80V-(+0.34V)=+0.46V
Pb
1⁄
Pb¤ ±+2e—, E˘=+0.13V
Zn¤ ±+2e—
1⁄
두 식을 더하면 Pb + Zn¤ ±
Zn, E˘=-0.76V
1⁄
E˘의 값이 (-)이므로 역반응이 일어난다.
Pb¤ ±+Zn, E˘=-0.63V
납축전지에서 방전이 일어날 때 (-)극인 Pb 전극에서는 산화
량이 증가한다.
(-)극：Pb(s)+SO¢¤ —(aq)
PbSO¢(s)+2e— (산화)
1⁄
(+)극：PbO™(s)+SO¢¤ —(aq)+4H±(aq)+2e—
전체 반응：Pb(s)+PbO™(s)+2H™SO¢(aq)
PbSO¢(s)+2H™O(l) (환원)
1⁄
^jj&
2PbSO¢(s)+2H™O(l)
납축전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지로, 자동차의 배터
리로 이용되고 있다.
Pb(s)+PbO™(s)+2H™SO¢(aq)
방전
^jjjj&충전
2PbSO¢(s)+2H™O(l)
1차 전지는 일정 기간 사용하고 나면 더 이상 사용할 수 없는
전지이고, 2차 전지는 충전하여 다시 사용할 수 있는 전지이다. 대
부분의 전지는 1차 전지이고, 1차 전지로는 망가니즈 건전지, 알칼
리 건전지, 볼타 전지, 다니엘 전지 등이 있다. 2차 전지의 대표적인
예로는 자동차에 쓰이는 납축전지, 휴대폰이나 노트북에 쓰이는 리
표준 환원 전위(E˘)가 큰 금속일수록 이온화 경향이 작으며, 산화
튬이온 전지, 카세트 라디오의 충전용 전지로 쓰이는 니켈 - 카드
되기 어렵고, 환원되기 쉬운 금속이다.
뮴 전지가 있다.
반대로 표준 산화 전위가 큰 금속일수록 이온화 경향이 크고, 산화
ㄱ. 납축전지 1개의 전압은 2V로, 자동차의 배터리에는 납축
되기 쉬우며, 환원되기 어려운 금속이다.
전지 3개 또는 6개를 직렬로 연결해서 사용한다.
Ag±(aq)+e—
Ag(s), E˘=+0.80V
ㄴ. 납축전지는 충전이 가능한 2차 전지이다.
Cu¤ ±(aq)+2e—
Cu(s), E˘=+0.34V
ㄷ. 납축전지는 방전되면 두 전극에서 모두 황산납(PbSO¢)이 생성
1⁄
1⁄
표준 환원 전위가 더 큰 Ag±이 환원되고, Cu가 산화된다.
되므로 전극의 질량이 증가한다.
III. 화학 평형_ 225
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지226 Mac_02
ㄹ. 납축전지는 방전되면 황산의 농도가 묽어지고, 충전하면 황산
Na±과 Mg¤ ±은 표준 환원 전위 값이 매우 작기 때문에 수용액
의 농도가 진해진다.
⑴ 아연판에서는 Zn
Zn¤ ±+2e—의 산화 반응이 일어나
1⁄
므로 질량이 감소한다.
⑵ ㈎에서 다음과 같은 반응이 일어나므로 이온 수는 감소한다.
Zn+2H±
Zn¤ ±+H™↑
1⁄
⑶ 수소 이온이 점점 소모되므로 pH는 점점 증가한다.
에서 환원되기가 어려워 물이 대신 환원된다.
Na±(aq)+e—
Na(s), E˘=-2.71 V
Mg¤ ±(aq)+2e—
Mg(s), E˘=-2.34 V
2H™O(l)+2e—
H™(g)+2OH—(aq), E˘=-0.83V
Cu¤ ±(aq)+2e—
Cu(s), E˘=+0.34 V
Ag±(aq)+e—
Ag(s), E˘=+0.80 V
1⁄
1⁄
1⁄
1⁄
1⁄
⑷ 발생하는 수소 기체로 인해 분극 현상이 일어난다.
염산 수용액을 전기 분해할 때 각 전극에서 일어나는 반응은 다
⑸ (-)극은 아연판이고, (+)극은 구리판이다.
음과 같다.
(-)극 아연판：Zn
Zn¤ ±+2e— (산화 반응)
1⁄
(+)극 구리판：2H±+2e—
H™↑ (환원 반응)
1⁄
1⁄
(+)극：2Cl—(aq)
1⁄
(-)극：2H±(aq)+2e—
Cl™(g)+2e—(g)
H™(g)
1⁄
⑹ ㈏의 아연판에서는 Zn
Zn¤ ±+2e—의 산화 반응이 일어나
ㄱ, ㄴ. (+)극에서는 황록색의 자극성 기체인 염소 기체가 발생하
므로 질량이 감소하고, 구리판에서는 Cu¤ ±+2e—
Cu의 환
고, (-)극에서는 수소 기체가 발생한다.
1⁄
원 반응이 일어나므로 질량이 증가한다.
ㄷ. 전기 분해가 진행되면 수용액 속의 수소 이온(H±)이 점점 감소
⑺ 전자는 산화 반응이 일어나는 전극인 아연판에서 환원 반응이 일
하므로 용액의 산성이 약해진다. 따라서 pH는 점점 증가한다.
어나는 전극인 구리판으로 이동한다.
⑻ 염다리는 질산칼륨의 포화 수용액에 한천을 녹여서 U자관에 넣
어 냉각시켜 만든 것으로, 염다리를 통해서 이온이 이동함으로써 두
용액 사이에 전류가 흐르게 하는 역할을 하는데, (-)극은 양이온의
농도가 증가하므로 염다리에 있는 NO£— 이온이 이동해 가며, (+)
극은 양이온의 농도가 감소하므로 염다리에 있는 K± 이온이 이동
해 가서 전기적 균형이 이루어지게 된다.
⑼ ㈏에서 아연판은 (-)극으로 작용한다.
⑽ ㈏에서 구리판은 (+)극으로, 환원 반응이 일어난다.
Zn
1⁄
Zn¤ ±+2e—
Cu¤ ±+2e—
Cu
1⁄
패러데이 법칙에 의하면 같은 전하량을 흘려 주었을 때 (-)극
에서 생성되는 물질의 몰수는 이온의 전하에 반비례한다. 따라서
AgNO£의 경우 생성되는 물질의 몰수가 가장 크다.
③, ④, ⑤의 경우에는 (-)극에서 물이 대신 환원되는 반응이 일어
나므로 수소 기체가 발생한다.
H™O(l)+e—
H™(g)+OH—(aq)
1
2
1⁄
③ AgNO£ 수용액을 전기 분해할 때 일어나는 반응은 다음과
(-)극：Ag±(aq)+e—
Ag(s)
(+)극：2H™O(l)
1⁄
1⁄
O™(g)+4H±(aq)+4e—
이때 생성된 H±에 의해 용액은 산성으로 변한다.
염화구리(Ⅱ) 수용액을 전기 분해하면 다음과 같은 반응이 일어
같다.
난다.
(+)극：2Cl—(aq)
1⁄
(-)극：Cu¤ ±(aq)+2e—
Cl™(g)+2e—
Cu(s)
1⁄
전체 반응：CuCl™(aq)
Cu(s)+Cl™(g)
1⁄
pp.182~183
Cu：Cl™=1몰：1몰(=반응식의 계수 비)
01. ①
06. ①
02. ⑤
07. ③
03. ②
08. ②
04. ③
05. 0.112 L
09. 200초 10. ③
11. ④
12. 19300초
13. ⑴ ○ ⑵ ○ ⑶ × ⑷ × ⑸ ○ ⑹ ×
Cu 0.32 g은
몰=0.005몰이다.
0.32
64
따라서 표준 상태에서 발생한 Cl™의 부피는 다음과 같다.
몰수_22.4L=0.005_22.4L=0.112L
02 전기 분해
개념 확인 문제
226 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지227 Mac_02
수용액과는 달리 용융액에는 물(H™O)이 존재하지 않으므로
(-)극에서 전자가 2몰 반응할 때 Cu 1몰이 생성된다. Cu가
Na±나 Mg¤ ± 대신 물이 환원되지 않는다.
염화나트륨(NaCl) 용융액의전기분해
(+)극：Cl—(l)
1⁄
;2!;
Cl™(g)+e—
(-)극：Na±(l)+e—
Na(s)
1⁄
전체반응：NaCl(l)
1⁄
Na(s)+ Cl™(g)
;2!;
염화마그네슘(MgCl™) 용융액의전기분해
(+)극：2Cl—(l)
Cl™(g)+2e—
1⁄
(-)극：Mg¤ ±(l)+2e—
Mg(s)
1⁄
1⁄
한 전하량 x는 다음과 같이 구할 수 있다.
64 : 96500_2=25.6 : x에서 x=77200C
염화구리(Ⅱ) 수용액의 전기 분해 반응
(+)극：2Cl—(aq)
1⁄
(-)극：Cu¤ ±(aq)+2e—
Cl™(g)+2e—
Cu(s)
1⁄
전체 반응：CuCl™(aq)
1⁄
흘려준 전하량은 다음과 같다.
Cu(s)+Cl™(g)
3.2 g= 몰=0.05몰 생성되었으므로 2 : 1=x : 0.05에서
3.2
64
x=0.1몰의 전자가 이동한 것이다.
이동한 전자의 몰수가 0.1몰이므로 흘려 준 전하량은 0.1F이
다. 1F은 96500C이므로 전류의 세기는 다음과 같다.
0.1F=9650C=965초_I
I=10A
이 납축전지에서는 Pb 207g과 PbO™ 239g이 반응할 수 있
⑴ ㈎와 ㈑의 (-)극에서는 각각 H±, H™O이 환원되어 생성된
수소 기체가 발생한다.
•㈎의 (-)극：2H±(aq)+2e—
H™(g)
•㈑의 (-)극：2H™O(l)+2e—
H™(g)+2OH—(aq)
⑵ ㈏에서는 Ag이 Ag±으로 산화되어 녹는다.
1⁄
1⁄
⑶ CuSO¢ 수용액을 전기 분해하면 (+)극에서는 SO¢¤ — 대신에
H™O이 산화되므로 H±이 생성된다. 따라서 수용액의 pH가 감소
전체반응：MgCl™(l)
Mg(s)+Cl™(g)
고, Pb 207g과 PbO™ 239g은 각각 1몰씩이므로 전자 2몰이 이동
Cu 1몰을 석출시키기 위해서 전자 2몰, 즉 2F의 전하량이 필
하여 2F의 전하량에 해당한다. 따라서 시간을 t라고 하면 다음의
요하다.
Cu¤ ±(aq) + 2e—
Cu(s)
1⁄
식이 성립한다.
2F=2_96500C=10A_t
Cu 1몰의 질량은 64g이므로 Cu 25.6 g을 석출하기 위해서 필요
t=19300초
Q=I_t=(9.65_3600)C=
96500_0.36
96500
F=0.36F
한다.
2F의 전하량으로 1몰의 염소 기체가 발생하므로 (+)극에서 발생
하는 염소의 몰수는 2 : 1=0.36 : x에서 x=0.18몰이다. 2F의
전하량으로 1몰의 구리가 생성되므로 (-)극에서 발생하는 구리의
몰수는 2 : 1=0.36 : y에서 y=0.18몰이다.
황산구리(Ⅱ) 수용액을 전기 분해할 때 Cu¤ ±+2e—
Cu
1⁄
의 반응에 의해 (-)극에서 구리가 석출된다. 2F의 전하량에 의해
(+)극：H™O(l)
O™(g)+2H±(aq)+2e— (산화)
1
2
1⁄
(-)극：Cu¤ ±(aq)+2e—
Cu(s)
1⁄
⑷ ㈐의 (+)극에서는 염소 기체(Cl™)가 발생한다.
2Cl—(aq)
Cl™(g)+2e—
1⁄
2F의 전하량이 흐를 때 Cl™가 1몰(=표준 상태에서 22.4 L) 발생
하므로 1F의 전하량이 흐를 때 표준 상태에서 0.5몰(11.2L)의 Cl™
1몰의 구리가 생성되므로 구리 0.64g(=0.01몰)을 석출시키려면
0.02F의 전하를 흘려 주어야 한다. 0.02F=1930C=9.65A_t
가 발생한다.
⑸ 황산구리(Ⅱ) 수용액을 전기 분해하면 (+)극에서 SO¢¤ — 대신
에서 t=200이므로 전류를 흘려 주어야 하는 시간은 200초이다.
CuSO¢ 수용액의 전기 분해 반응
(+)극：H™O(l)
O™(g)+2H±(aq)+2e— (산화)
1⁄
;2!;
(-)극：Cu¤ ±(aq)+2e—
Cu(s) (환원)
1⁄
전체 반응：Cu¤ ±(aq)+H™O(l)
1⁄
H™O이 산화되어 산소 기체가 발생한다.
H™O(l)
1⁄
1
2
O™(g)+2H±(aq)+2e—
⑹ ㈓`에서는 구리가 석출되는 반응이 일어난다.
Cu¤ ± (aq)+2e—
Cu(s)
1⁄
Cu(s)+2H±(aq)+ O™(g)
;2!;
2F의 전하량이 흐를 때 1몰의 Cu가 생성된다.
III. 화학 평형_ 227
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지228 Mac_02
실력 확인 문제
③ C¤ ±+2A
C+2A±, E˘=0.34-(-2.92)>0
pp.184~187
05. ⑤
06. ③
01. ①
07. ③
02. ①
08. ③
03. ③
09. ④
04. ⑤
10. ④
단답형·서술형 문제
11. 마그네슘(Mg), 아연(Zn)
12. ⑴ X¤ ±+2e—
X ⑵ 1.10V
1⁄
13. ⑴ 해설 참조 ⑵ +1.25V ⑶ -241.25kJ
14. ⑴ 수소(H™) ⑵ 증가한다. ⑶ H™ : I™=1 : 1
15. 4.32g 16. ⑴ 5A ⑵ 해설 참조 ⑶ 1.6g ⑷ 0.84 L
17. ⑴ Cd(s)
1⁄
⑵ Cd¤ ±(aq)+2e—
Cd¤ ±(aq)+2e—
Cd(s) ⑶ 0.05몰
1⁄
ㄱ. 표준 환원 전위가 큰 금속판이 (+)극이고, 표준 환원 전위
가 작은 금속판이 (-)극이 된다. 따라서 은판이 (+)극이고, 구리
ㄴ. 염다리는 이온의 통로 역할을 하며, 염다리를 사용하면 분극 현
체가 발생한다.
판이 (-)극이다.
상이 나타나지 않는다.
ㄷ. 화학 전지의 (-)극에서는 산화 반응이 일어나므로 질량이 감소
하고, (+)극에서는 환원 반응이 일어나므로 질량이 증가한다. 따라
서 구리판은 Cu
Cu¤ ±+2e—의 반응이 진행되어 질량이 감소
하고, 은판은 Ag±+e—
Ag의 반응이 진행되어 질량이 증가
1⁄
1⁄
한다.
ㄹ. 전지의 표준 전지 전위=환원 전극의 표준 환원 전위-산화 전
극의 표준 환원 전위=0.80V-0.34V=0.46V
1⁄
1⁄
자발적
Δ
④ C¤ ±+2D
비자발적
Δ
⑤ D+A±
비자발적
Δ
C+2D±, E˘=0.34-0.80<0
D±+A, E˘=-2.92-0.80<0
1⁄
① ㈎에서 금속 A는 표준 환원 전위가 수소의 표준 환원 전위
인 0보다 작기 때문에 산화가 잘 되며, 금속 A가 산화되면서 내놓
은 전자를 묽은 황산의 수소 이온이 받아 환원되므로 금속 A의 표
면에서 수소 기체가 발생한다. 표준 환원 전위가 큰 B는 묽은 황산
에 넣었을 때 산화되지 않으므로 변화가 일어나지 않는다.
② ㈏에서는 금속 A와 금속 B를 도선으로 연결했으므로 금속 A
가 산화되면서 내놓은 전자가 도선을 따라 금속 B로 이동한다. 따
라서 금속 B의 표면에서 수소 이온의 환원 반응이 일어나 수소 기
③ ㈏에서 표준 환원 전위가 작은 금속 A는 산화 반응이 일어나며,
이때 생성된 전자는 도선을 따라 금속 A에서 B로 이동한다.
④ ㈎와 ㈏에서 모두 묽은 황산의 수소 이온(H±)이 전자를 얻고
환원되어 수소 기체가 발생하므로 수소 이온 농도가 감소하여 pH
는 증가한다.
⑤ ㈎에서 산화 반응이 일어나는 금속 A는 이온 상태로 용액 속에
녹아 들어가므로 질량이 감소하고, 묽은 황산과 반응을 일으키지 않
는 금속 B는 질량이 변하지 않는다.
ㄱ. 표준 환원 전위가 큰 은판에서는 Ag±이 Ag으로 되는 환
ㄱ. 아연은 전자를 잃는 산화 반응을 하므로 (-)극이 된다.
원 반응이 일어나므로 은판이 (+)극이 된다.
ㄴ. 전자는 주석판에서 은판으로 이동한다.
ㄴ. 2차 전지는 충전하여 다시 사용할 수 있는 전지이다. 건전지는
1차 전지로, 충전하여 다시 사용할 수 없다.
ㄷ. 전지의 표준 전지 전위(E˘)=환원 전극의 표준 환원 전위`-`
ㄷ. MnO™는 산화제로, 감극제의 역할을 한다. MnO™는 건전지의
산화 전극의 표준 환원 전위=+0.80V-(-0.14V)=+0.94V
전극 반응에서 생성된 수소 기체를 산화시켜서 물로 만들어 수소 기
ㄹ. 표준 환원 전위가 작은 주석판에서는 Sn이 Sn¤ ±로 되는 산화
체에 의해 분극 현상이 일어나는 것을 막아 준다.
반응이 일어난다. 따라서 주석판이 담긴 수용액 속 Sn¤ ±의 수는 증
ㄹ. 건전지의 (+)극인 탄소 막대 주위에서는 환원 반응이 일어나
며, 건전지를 계속 사용하면 암모니아(NH£)가 탄소 막대 주위에
표준 전지 전위는 E˘환원 전극-E˘산화 전극이고, 자발적으로 일어나
는 반응은 표준 전지 전위가 (+) 값이다.
생성되어 전압을 떨어뜨린다.
•(+)극에서의 환원 반응
① 2A±+B
2A+B¤ ±, E˘=-2.92-(-0.76)<0
2NH¢±(aq)+2MnO™(s)+2e—
1⁄
B+2D±, E˘=-0.76-0.80<0
ㄱ. ㈎는 전자를 잃는 산화 반응으로, (-)극에서 일어나는 반
응이다.
Mn™O£(s)+H™O(l)+2NH£(aq)
가한다.
1⁄
1⁄
비자발적
Δ
② B¤ ±+2D
비자발적
Δ
228 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지229 Mac_02
ㄴ. ㈏는 납축전지의 (+)극에서 일어나는 반응으로, PbO™은
ㄴ, ㄷ. (-)극에서는 Na±의 표준 환원 전위가 작아서 물이 대신 환
PbSO¢으로 되면서 Pb의 산화수가 +4에서 +2로 되어 환원되므
원되는 반응이 일어난다.
로 납축전지의 반응에서 산화제 역할을 한다.
따라서 (-)극에서는 수산화나트륨(NaOH)과 수소 기체(H™)가
ㄷ. 납축전지의 전체 반응은 다음과 같다.
생성된다.
Pb(s)+PbO™(s)+2H™SO¢(aq)
^jj&
ㄹ. (+)극과 (-)극에서 생성된 물질이 서로 반응하지 않도록 하기
2PbSO¢(s)+2H™O(l)
위해 (+)극과 (-)극을 격막으로 분리하면 (+)극과 (-)극에서 생
따라서 반응이 진행되면 묽은 황산의 농도가 감소한다.
성된물질들을관을통해따로분리하여얻을수있게된다.
④ 전자는 산화 반응이 일어나는 (-)극에서 도선을 따라 (+)극으
에서x=0.025몰이다.
ㄹ. 납축전지의 (-)극과 (+)극에서 모두 PbSO¢(s)이 생성되므
로 질량이 증가한다.
① 수소산소 연료 전지는 금속 촉매를 주입한 다공성 탄소 전
극을 극으로 사용하여 (-)극과 (+)극에 각각 수소와 산소를 공급
하고, 전해질로는 고온의 KOH 용액을 사용한다.
(+)극은 산소가 공급되는 전극으로 환원 반응이 일어난다.
O™(g)+2H™O(l)+4e—
4OH—(aq) (환원)
1⁄
② (-)극은수소기체가공급되는전극으로산화반응이일어난다.
2H™(g)+4OH—(aq)
4H™O(l)+4e— (산화)
1⁄
③ 전지 반응이 진행되어도 OH—의 농도는 일정하게 유지되므로
pH는 변함이 없다.
로 이동한다.
연소 반응식과 같다.
⑤ 전체 반응식은 2H™(g)+O™(g)
2H™O(l)으로, 수소의
1⁄
각 물질의 수용액을 전기 분해할 때 (+)극과 (-)극에서 일어
나는 반응은 다음과 같다.
수용액
(+)극
(-)극
NaOH
4OH—
O™+2H™O+4e—
2H™O+2e—
H™+2OH—
NaCl
2Cl—
Cl™+2e—
2H™O+2e—
H™+2OH—
CuCl™
2Cl—
Cl™+2e—
Cu¤ ±+2e—
Cu
1⁄
Na™SO¢
2H™O
O™+4H±+4e—
2H™O+2e—
H™+2OH—
CuSO¢
2H™O
O™+4H±+4e—
Cu¤ ±+2e—
1⁄
1⁄
1⁄
Cu
1⁄
1⁄
1⁄
1⁄
1⁄
1⁄
염화나트륨 수용액을 전기 분해하면 다음과 같은 반응이 일어
난다.
(+)극：2Cl—(aq)
1⁄
(-)극：2H™O(l)+2e—
Cl™(g)+2e—
H™(g)+2OH—(aq)
1⁄
전체 반응：2Cl—(aq)+2H™O(l)
1⁄
ㄱ. (+)극에서는 염화 이온(Cl—)이 산화되는 반응이 일어나므로
Cl™(g)+H™(g)+2OH—(aq)
염소 기체(Cl™)가 생성된다.
ㄱ. 흘려 준 전하량은 Q=It=1 A_9650 초=9650 C
=0.1F이다.
ㄴ. 황산구리(Ⅱ) 수용액을 전기 분해하면 (+)극에서 SO¢¤ — 대신
물이 산화되어 산소 기체가 발생하고, H±이 생성되므로 수용액의
pH는 점점 감소한다.
H™O(l)
1⁄
1
2
O™(g)+2H±(aq)+2e—
ㄷ. 0.1F에 의해 0.05몰의 구리가 생성되므로 생성되는 구리의 질
량은 64g_0.05몰=3.2g이다.
ㄹ. 2F의 전하량이 흐를 때 산소 기체 0.5몰이 생성되므로 0.1F의
전하량이 흐를 때 생성되는 산소 기체의 몰수는 2：0.5=0.1：x
마그네슘(Mg), 아연(Zn)
정답
해설
철보다 반응성이 큰 금속을 철에 부착하면 철보다 먼저 산화되므로
철이 산화되어 부식되는 것을 막을 수 있다. 철보다 반응성이 큰 금
속은 표준 환원 전위가 철보다 작은 금속이다. 따라서 철의 부식을
막기 위해 철에 부착할 수 있는 금속은 마그네슘(Mg)과 아연
(Zn)이다.
정답
해설
⑴ X¤ ±+2e—
X ⑵ 1.10V
1⁄
에서는 산화 반응이 일어난다.
X¤ ±+2e—
Y
1⁄
X
1⁄
Y¤ ±+2e—
⑴ X¤ ±+2e—
X의 표준 환원 전위는 Y¤ ±+2e—
1⁄
Y의
1⁄
표준 환원 전위보다 크므로 X판에서는 환원 반응이 일어나고, Y판
⑵ 두 전극의 표준 환원 전위의 차이가 표준 전지 전위이다. 따라서
이 화학 전지의 표준 전지 전위는 0.34-(-0.76)=1.10V이다.
III. 화학 평형_ 229
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지230 Mac_02
⑴ 해설 참조 ⑵ +1.25V ⑶ -241.25kJ
⑴ 5A ⑵ 해설 참조 ⑶ 1.6g ⑷ 0.84L
전체 반응：2Ag±(aq)+Fe(s)
Fe¤ ±(aq)+2Ag(s)
1⁄
어 Ag이 석출되는 반응이 일어난다.
정답
해설
⑴ (-)극：Fe(s)
1⁄
(+)극：Ag±(aq)+e—
Fe¤ ±(aq)+2e—
Ag(s)
1⁄
⑵ E˘전지=E˘환원 전극-E˘산화 전극
=+0.80V-(-0.45)V=+1.25V
⑶ 화학 전지에서 전지의 표준 전지 전위와 표준 자유 에너지 사이
에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.
DG˘=-nFE˘전지
DG˘=-nFE˘전지=-2mol_96500 C/mol_1.25J/C
=-241.25kJ (1V=1J/C)
정답
해설
A 전극은 (+)극이므로 H™O이 NO£— 대신 산화되어 산소 기체가
생성되는 반응이 일어나고, B 전극은 (-)극이므로 Ag±이 환원되
⑴ Ag±+e—
Ag
1⁄
1F 1mol(108g)
1 : 108=x : 5.4
x=0.05 F=0.05_96500 C=4825C
Q=It에서 I= =
Q
t
4825C
(16_60+5)초
=5A
⑵ ㈎ AgNO£
Ag±+NO£—
^jj&
H™O
^jj&
H±+OH—
A 전극
(+)극：H™O(l)
O™(g)+2H±(aq)+2e—
1⁄
;2!;
(-)극：2Ag±(aq)+2e—
2Ag(s)
1⁄
Δ
B 전극
Δ
㈏ CuCl™
Cu¤ ±+2Cl—
^jj&
H™O
H±+OH—
^jj&
(-)극으로는 M±이 이동해 가지만 M의 표준 환원 전위가 작아서
H™O가 대신 환원되어 수소가 생성된다. (+)극에서는 I—이 이동해
C 전극
(+)극：2Cl—(aq)
Cl™(g)+2e—
1⁄
D 전극
(-)극：Cu¤ ±(aq)+ 2e—
Cu(s)
Δ
Δ
1⁄
가서 산화되어 I™이 생성된다.
(-)극：2H™O(l)＋2e—
H™(g)＋2OH—(aq)
(+)극：2I—(aq)
1⁄
1⁄
I™(s)＋2e—
⑴ (-)극에서 생성되는 물질은 H™(수소 기체)이다.
⑶ Cu¤ ±+2e—
Cu
1⁄
2 F
1 mol(64 g)
0.05F
x=1.6 g
⑷ 기체가 발생하는 전극은 A와 C이다.
⑵ (-)극에서 물이 환원되어 OH—가 생성되므로 수용액의 pH는
A극：H™O(l)
O™(g)+2H±(aq)+2e—
1⁄
;2!;
⑶ 두 전극에서 생성되는 물질의 몰수 비는 같다.
mol(11.2L)
2 F
;2!;
0.28L=x
0.05F
C극：2Cl—(aq)
Cl™(g) + 2e—
1⁄
1mol(22.4L) 2F
0.56L=y
0.05F
발생하는 기체의 총 부피=x+y=(0.28+0.56)L=0.84L
(+)극인 아연판에서는 Zn
1⁄
아연판의 질량이 감소하며, (-)극인 은판에서는 Ag±+e—
1⁄
Ag의 반응이 일어나서 은판의 질량이 증가한다. 전체 반응식은
Zn¤ ±+2e—의 반응이 일어나서
Zn+2Ag±
Zn¤ ±+2Ag이므로 Zn 1몰이 반응할 때 Ag
1⁄
2몰이 생성된다.
반응한 Zn의 몰수= =0.02이므로 생성되는 Ag는 0.04몰이
1.3
65
⑴ Cd(s)
1⁄
Cd¤ ±(aq)+2e—
⑵ Cd¤ ±(aq)+2e—
Cd(s)
1⁄
정답
⑶ 0.05몰
해설
며, 질량은 0.04_108=4.32g이다.
Fe에 Cd을 도금하는 반응이다.
정답
⑴ 수소(H™)
⑵ 증가한다.
⑶ H™ : I™=1 : 1
해설
증가한다.
정답
4.32g
해설
230 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지231 Mac_02
⑴ (+)극에서는 Cd이 Cd¤ ±으로 녹아 들어가는 산화 반응이 일어
② E˘=0.80V-(-0.45V)=1.25V
난다.
으로 도금된다.
⑵ (-)극에서는 Cd¤ ±이 Cd으로 환원되므로 철 표면이 Cd 금속
⑶ Q=I_t=0.5_19300=9650C=0.1F
(-)극에서 일어나는 반응은 Cd¤ ±+2e—
Cd이므로 생성되
1⁄
는 Cd의 몰수는 다음과 같다.
2F : 1몰=0.1F : x에서 x=0.05몰
④ E˘=-0.45V-(-0.76V)=0.31V
전체반응식은다음과같다.
2A±(aq)+B(s)
B¤ ±(aq)+2A(s)
1⁄
ㄱ. 반응식의 계수와 표준 환원 전위는 무관하므로 전지의 표준 전
지 전위(E˘)는 0.80-(-0.25)=1.05V이다.
ㄴ. B¤ ±이 A±보다 환원되기 어려우므로 B는 A보다 산화되기 쉽
다. 그러므로 산화 반응이 일어나는 (-)극의 반쪽 반응은 다음과
같다.
B(s)
B¤ ±(aq)+2e—
1⁄
변화량은 2_108=216g이다.
ㄷ. 전자 2몰이 이동할 때 (+)극에서는 A가 2몰 석출되므로 질량
개념 활용 문제
pp.188~193
ㄱ. 표준 환원 전위가 큰 금속일수록 산화되기가 어려우므로 환
원력이 작다. 환원력이 가장 큰 금속은 표준 환원 전위가 가장 작은
01. ①
07. ⑤
02. ④
08. ④
03. ②
09. ⑤
04. ①
10. ⑤
05. ①
11. ④
06. ②
12. ④
C이다.
회로가연결되지않을때에는아연판에서수소기체가발생한다.
아연판：Zn+2H±
Zn¤ ±+H™↑
1⁄
구리판：반응이 일어나지 않는다.
전체 반응：Zn+2H±
Zn¤ ±+H™↑
1⁄
회로를 연결할 때 각 전극에서 일어나는 반응은 다음과 같다.
(-)극(아연판)：Zn
Zn¤ ±+2e— (산화 반응)
1⁄
(+)극(구리판)：2H±+2e—
H™↑ (환원 반응)
전체 반응식：Zn+2H±
Zn¤ ±+H™↑
1⁄
1⁄
스위치를 연결할 때와 연결하지 않을 때 모두 아연판에서는 아연이
이온으로 되어 녹아 들어가므로 아연판의 질량이 감소하고, 스위치
ㄴ. 표준 전지 전위(E˘)=+0.80-0.34=0.46V이다.
ㄷ. 철에 철보다 산화가 잘 되는 금속을 연결해 두면 철의 부식을 방
지할 수 있는데, 이러한 방법을 음극화 보호라고 한다. 금속 A, B
의 반응성이 Fe보다 작으므로 금속 A, B는 철의 음극화 보호에 이
용될 수 없다.
(-)극 아연판：산화 반응, 아연판의 질량 감소
Zn
1⁄
Zn¤ ±+2e—
(+)극 구리판：환원 반응, 구리판의 질량 증가
Cu¤ ±+2e—
Cu
1⁄
전체 반응：Zn+Cu¤ ±
1⁄
ㄱ. 전지의 반응은 Zn+Cu¤ ±
Zn¤ ±+Cu
Zn¤ ±+Cu이다. 따라서 Zn¤ ±
1⁄
를 연결하지 않을 때 구리판에서는 반응이 일어나지 않고, 스위치를
의 농도는 증가하고, Cu¤ ±의 농도는 감소한다.
연결할 때 구리판에서는 수소 기체가 발생하므로 두 경우 모두 질량
ㄴ. 감소한 Zn의 원자 수와 증가한 Cu의 원자 수는 같다. 따라서
변화가 없다.
변화한 Zn판과 Cu판의 질량 비는 원자량 비와 같은 65：64가
두 금속을 연결하여 전지를 만들 때 표준 환원 전위 값이 작은
금속이 (-)극이 되며, 표준 환원 전위 값이 큰 금속이 (+)극이 된
다. 따라서 ③과 ⑤는 전지의 전극이 옳지 않고, ①, ②, ④의 전극
된다.
ㄷ. 초벌구이 컵이 깨져서 용액이 섞이면 수용액의 부피가 커지므로
Zn¤ ±과 Cu¤ ±의 농도가 감소하여 전구의 불이 약해진다.
만 옳게 연결되어 있다.
ㄱ. 휘발유나 경유를 사용하는 자동차의 경우 열효율은 25%
전지의 표준 전지 전위는 (+)극의 표준 환원 전위에서 (-)극의 표
정도를 넘지 않으나, 연료 전지를 이용하면 열효율이 75% 정도나
준 환원 전위를 빼서 구한다.
① E˘=0.80V-0.34V=0.46V
된다. 이것은 터빈을 돌리는 과정이 없기 때문에 열손실을 최소로
할 수 있기 때문이다.
III. 화학 평형_ 231
12고하이탑화학Ⅱ-2(197~232) 2012.6.19 7:38 PM 페이지232 Mac_02
ㄴ. 수소 - 산소 연료 전지에서는 생성 물질이 물이다. 따라서 공해
물질을 배출하지 않는다.
ㄷ. 화학 전지에서는 항상 (-)극에서 산화 반응, (+)극에서 환원
때 석출된 구리의 질량이 로 된 것으로 보아 전류를 통한 시간은
;2!;
생성된 구리의 질량에 영향을 미쳤다.
반응이 일어난다.
ㄱ. 1A의 전류가 9650초 동안 통과할 때 전하량이 9650C이
ㄹ. (-)극에서는 전자를 잃는 산화 반응이 일어난다. (-)극에서의
고, 1A의 전류가 19300초 동안 통과할 때 전하량이 19300C이므
반응은 2H™(g)+4OH—(aq)
4H™O(l)+4e—이다.
로 전하량은 전류의 세기와 시간의 곱이다.
1⁄
ㄴ. 석출된 금속의 질량은 전류의 세기에 비례하는 것이 아니라, 전
류와 시간의 곱인 전하량에 비례한다.
ㄷ. 같은 전하량에 의하여 석출된 금속의 몰수 비는 다음과 같다.
ㄱ. 각 전극에서 일어나는 반응은 다음과 같다.
(-)극：2H™O(l)+2e—
H™(g)+2OH—(aq)
(+)극：2Cl—(aq)
1⁄
1⁄
Cl™(g)+2e—
(+)극에서는 Cl—이 전자를 잃고 산화되며, (-)극에서는 H™O이
전자를 얻어 환원된다.
ㄴ. H™O이 전기 분해되면 H™와 OH—로 되므로 OH—의 농도가 계
속 증가한다. 따라서 전기 분해가 진행될수록 수용액의 pH는 증가
ㄷ. 1F의 전하량에 의해 (+)극과 (-)극에서 생성되는 Cl™와 H™
의 몰수는 각각 0.5몰씩이므로 발생하는 기체의 총 몰수는 1몰이
한다.
된다.
금속 A가 석출되는 반응식은 A±+e—
A이므로 1F에
1⁄
의해 A 1몰이 석출된다. 그래프에서 9650C(=5A_1930초), 즉
0.1F에 의해 A 10.8g이 석출되므로 1F에 의해서는 A 108.0g
이 석출된다는 것을 알 수 있다.
금속 B가 석출되는 반응식은 B¤ ±+2e—
B이므로 2F에 의해
1⁄
B 1몰이 석출된다. 그래프에서 0.1F에 의해 B 3.2g이 석출되므
로 1F에 의해 B 32g이 석출되며, 2F에 의해 B 64g이 석출된다.
따라서 금속 A, B의 원자량은 각각 108과 64이다. 따라서 원자량
비는 10.8 : 6.4이다.
ㄱ. 실험 1과 실험 5의 비교에서 다른 조건은 모두 같고 온도만
변했으나, 석출된 구리의 질량이 0.32g으로 일정하므로 온도는 생
성된 구리의 질량에 영향을 미치지 않았다.
ㄴ. 실험 1과 실험 2의 비교에서 다른 조건은 모두 같고 용액의 농
도만 변했으나, 석출된 구리의 질량이 0.32g으로 일정하므로 용액
의 농도는 생성된 구리의 질량에 영향을 미치지 않았다.
ㄷ. 실험 3과 실험 5의 비교에서 다른 조건은 모두 같고 전류의 세
기만 2배로 되었을 때 석출된 구리의 질량이 2배로 된 것으로 보아
전류의세기는생성된구리의질량에영향을미쳤다.
ㄹ. 실험 4와 실험 5의 비교에서 전류를 통한 시간이 로 되었을
;2!;
232 _
정답과 해설
Ag : Cu=
10.8
108
:
3.2
64
=2 : 1
•질산은 수용액의 전기 분해
(-)극：Ag±+e—
Ag
1⁄
(+)극：2H™O
1⁄
•황산구리(Ⅱ) 수용액의 전기 분해
O™+4H±+4e—
(-)극：Cu¤ ±+2e—
(+)극：2H™O
1⁄
Cu
1⁄
O™+4H±+4e—
CuSO¢ 수용액의 전기 분해 반응은 다음과 같다.
•(-)극：Cu¤ ±+2e—
•(+)극：2H™O
1⁄
Cu (Cu 석출)
1⁄
O™+4H±+4e— (O™ 생성)
㈑ 실험 장치에서 전극 A가 (+)극이고, 전극 B가 (-)극이다. 따
라서 Cu는 전극 B에서 생성된다.
각 전극에서 일어나는 반응은 다음과 같다.
(+)극：2Cl—
Cl™+2e—
1⁄
(-)극：2H™O+2e—
H™+2OH—
1⁄
1A의 전류를 9650초 동안 흘려 주었으므로 전하량은 다음과 같다.
0.1F에 의해 각 전극에서 모두 0.05몰의 기체가 발생하므로 두 기
1A_9650초=9650C=0.1F
체의 몰수를 합하면 0.1몰이다.
므로 수용액의 pH는 증가한다.
ㄴ. (-)극에서 물이 환원되는 반응이 일어나 수산화 이온이 생성되
ㄷ. 같은 전하량에 의해 (+)극에서 발생하는 염소 기체와 (-)극에
서 발생하는 수소 기체의 부피 비는 1：1이다.
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지115 Mac_04
정답과해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.21 8:42 PM 페이지116 Mac_05
IV 화학 반응 속도
같은 관계식이 성립한다.
1
- ¥
4
d[NH£]
dt
=- ¥
1
5
d[O™]
dt
따라서 어떤 시간 t¡에서 산소의 분해 속도는
1. 반응 속도
01
반응 속도
개념 확인 문제
pp.022~023
01. -
d[H™]
dt
=-
d[I™]
dt
1
= ¥
2
d[HI]
dt
02. ③
03. v=k[H™O™][HI], k의 단위：L¥mol—⁄ ¥s—⁄
0.024mol¥L—⁄ ¥s—⁄ _ =0.030mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이다.
;4%;
⑵ 암모니아가 4몰 분해되면 산소가 5몰 분해되고, 일산화질소 4몰
과 수증기 6몰이 생성된다. 따라서 일산화질소와 수증기의 생성
속도는 다음과 같다.
일산화질소：0.024mol¥L—⁄ ¥s—⁄ _ =0.024mol¥L—⁄ ¥s—⁄
수증기：0.024mol¥L—⁄ ¥s—⁄ _ =0.036mol¥L—⁄ ¥s—⁄
;4$;
;4^;
반응 물질을 R이라고 할 때, 1차 반응의 반응 속도식은
04. ⑴ 0.030mol¥L—⁄ ¥s—⁄ ⑵ 일산화질소：0.024mol¥L—⁄ ¥s—⁄ , 수증
v=k[R]로 나타낼 수 있다. 이때 v의 단위는 mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이고,
기：0.036mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 05. ①
06. k=6.0_10—⁄ s—⁄
07. ②
[R]는 몰 농도이므로 단위는 mol¥L—⁄ 이다. 따라서 k의 단위는 다
08. v=k[A]¤ [B]
09. ②
10. ①
11. ⑴ × ⑵ ×
음과 같다.
⑶ × ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ ○
v
k= =
[R]
mol¥L—⁄ ¥s—⁄
mol¥L—⁄
=s—⁄
반응 속도=
로 나타내므로 이 반응에서 각 물질의
농도 변화
시간 변화
반응의 반응 속도식은 v=k[A]μ
[B]« 으로 나타낼 수 있다. 실
순간 반응 속도식 사이의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
험 1과 실험 2에서 [B]를 일정하게 하고 [A]를 0.10에서 0.20으로
반응 속도=-
d[H™]
dt
=-
d[I™]
dt
1
= ¥
2
d[HI]
dt
2배 증가시키면 반응 속도가 2배로 증가하므로 m=1이다. 실험 2
와 실험 4에서 [A]를 일정하게 하고 [B]를 0.05에서 0.15로 3배 증
반응의 반응 속도식은 v=k[A]μ [B]« 으로 나타낼 수 있다. 실험
가시켜도 반응 속도가 변화없으므로 n=0이다. 따라서 이 반응의
1과 실험 2의 비교에서 [B]는 일정하게 유지하면서 [A]가 2배로 되
반응 속도식은 v=k[A]이다. 실험 1의 실험값을 이 반응식에 대입
었을 때 반응 속도는 4배가 되었으므로 m=2이다. 실험 1과 실험
하면 다음과 같다.
3의 비교에서 [A]는 일정하게 유지하면서 [B]가 2배로 되었을 때
6.0_10—¤ mol¥L—⁄ ¥s—⁄ =k_0.10mol¥L—⁄ , ∴k=6.0_10—⁄ s—⁄
반응 속도는 2배가 되었으므로 n=1이다.
I—은 반응 물질이므로 감소하고 I£—은 생성 물질이므로 증가
반응의 반응 속도식은 v=k[H™O™]μ [HI]« 으로 나타낼 수 있다.
한다. 따라서 두 이온의 변화량은 부호는 서로 반대이고, 반응하는
실험 1과 실험 2의 비교에서 [HI]은 일정하게 유지하면서 [H™O™]
몰수비가 3：1이므로 I—의분해속도가 I£—의생성속도의3배이다.
가 2배로 되었을 때 반응 속도도 2배가 되었으므로 m=1이고, 실
험 1과 3의 비교에서 [H™O™]은 일정하게 유지하면서 [HI]가 2배로
되었을 때 반응 속도도 2배가 되었으므로 n=1이다. 따라서 이 반
응의 반응 속도식은 v=k[H™O™][HI]이다.
k=
v
[H™O™][HI]
에서 k의 단위는
mol¥L—⁄ ¥s—⁄
mol¥L—⁄ ¥mol¥L—⁄
=L¥mol—⁄ ¥s—⁄ 이다.
실험 1과 실험 2의 비교에서 [A]는 일정하고 [B]가 2배로 되었
을 때 반응 속도는 2배가 되었으므로 반응 속도는 B의 농도에 비례
한다. 실험 2와 실험 3의 비교에서 [B]는 일정하고 [A]가 2배로 되
었을 때 반응 속도는 4배가 되었으므로 반응 속도는 A의 농도의 제
곱에 비례한다.
따라서 이 반응의 반응 속도식은 v=k[A]¤ [B]이다.
반응 속도는 반응 물질의 성질에 의해 영향을 받는다. 실제로
⑴ 산소의 분해 속도와 암모니아의 분해 속도 사이에는 다음과
㈎와 같이 용액에서 일어나는 이온 사이의 반응은 빠르며, ㈏, ㈐와
116 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.21 8:46 PM 페이지117 Mac_05
같이 공유 결합으로 이루어진 분자 사이의 반응은 느리다. 공유 결
- 전체 반응 : 2I—+H™O™+2H£O±
I™+4H™O
합으로 이루어진 분자 사이의 반응에서도 ㈐`와 같이 이온 사이의
반응인 경우 반응 속도가 더 빠르다.
반응 속도는 -
이므로 그래프의 기울기에 해당한다. 그
d[A]
dt
래프는 직선이므로 반응 속도(=기울기)는 일정하다.
(
)
시간( )
⑴ 실험 1과 실험 2를 비교해보면 [A]가 2배가 될 때, C의 생
성 속도가 4배(=2¤ ) 증가하였으므로 A에 대한 2차 반응이다.
실험 1과 실험 3을 비교해보면 [B]가 2배가 될 때, C의 생성 속도는
변화가 없으므로 B에 대한 0차 반응이다. 따라서 전체 반응 차수는
2이다.
- 1단계 반응 : H™O™+I—
1⁄
- 3단계 반응 : 2OH—+2H£O±
- 2단계 반응 : I—+HOI
1⁄
1⁄
HOI+OH—
4H™O
1⁄
OH—+I™
`
반응열(Q)=역반응의활성화에너지-정반응의활성화에너지
193.2kJ=x-235.2kJ, ∴ x=428.4kJ
⑴ 전체 반응=1단계`+`2단계`+`3단계 반응이다.
따라서 1단계 반응=전체 반응-2단계 반응-3단계 반응이다.
- 전체 반응 : 2A+B
C+D+E™
- 2단계 반응 : 2E
- 3단계 반응 : A+X
C+D+E `
- 1단계 반응 : A+B
X+E
1⁄
E™
1⁄
1⁄
1⁄
⑵ 1단계가 느린 반응이므로 반응 속도 결정 단계는 1단계이다. 따
라서 v=k[A][B]이므로 반응 속도는 A의 농도와 B의 농도에 각
각 비례한다. 이에 따라 A와 B의 각각 2배로 되면 반응 속도는 4배
가 된다.
⑵ 온도가 일정하므로 반응 속도 상수는 모두 같다.
⑶A에대해2차, B에대해0차이므로, 반응속도식v=k[A]¤ 이다.
그래프를 통해 이 반응은 흡열 반응이므로 반응열 Q의 값은
(-)값을 가진다는 것을 알 수 있으며, 반응열의 크기는 생성 물질
⑷k=
에서k의단위는
=L¥mol—⁄ ¥s—⁄ 이다.
과 반응 물질의 에너지 차이(=a-b)이므로 Q=(b-a)kJ이다.
v
[A]¤
mol¥L—⁄ ¥s—⁄
(mol¥L—⁄ )¤
⑸ A에 대한 반응 차수를 알기 위해서 B의 농도는 일정하게 유지
되어야 한다. 실험 1과 실험 2에서 B의 농도는 일정하고 A의 농도
만 변하였으므로 A에 대한 반응 차수를 알 수 있다.
그래프에서 a는 정반응이 일어나는 데 넘어야 할 에너지 장벽이므
로 정반응의 활성화 에너지를 의미하고, b는 역반응이 일어나는 데
넘어야 할 에너지 장벽이므로 역반응의 활성화 에너지를 의미하므
로, ‘반응열=역반응의 활성화 에너지-정반응의 활성화 에너지’
⑹ B에 대한 반응 차수를 알기 위해서 A의 농도는 일정하게 유지
되어야 한다. 실험 1과 실험 3에서 A의 농도는 일정하고 B의 농도
라는 것을 알 수 있다.
만 변하였으므로 B에 대한 반응 차수를 알 수 있다.
⑴ 1단계의 활성화 에너지가 2단계의 활성화 에너지보다 크므
로 1단계의 반응 속도가 더 느리다.
⑵ 반응 속도 결정 단계는 느린 반응이 일어나는 1단계이다.
⑶ 반응 속도=k[NO™]¤ 이므로 [CO]를 2배로 해도 반응 속도는 변
02 반응 경로와 반응 메커니즘
개념 확인 문제
01. ⑤
04. ⑤
02. ⑤
03. ⑴ A+B
X+E ⑵ 4배 빨라진다.
1⁄
05. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ × ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ ○
⑸ 생성 물질의 엔탈피가 반응 물질의 엔탈피보다 작으므로 전체 반
p.031
⑷ 전체 반응이 2차 반응이므로 전체 반응의 반응 속도 상수(k)의
하지 않는다.
단위는 L¥mol—⁄ ¥s—⁄ 이다.
응은 발열 반응이다.
전체 반응-(1단계 반응`+3단계 반응)=2단계 반응이므로
⑹ 전체 반응식은 1단계와 2단계 반응을 더해주면 된다. 따라서 전
2단계 반응은 다음과 같다.
체 반응식은 NO™(g)+CO(g)
NO(g)+CO™(g)이다.
1⁄
IV. 화학 반응 속도 _ 117
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지118 Mac_04
실력 확인 문제
pp.032~035
반응 차수와 반응식의 계수가 일치하지 않는 이유는 화학 반응
이 여러 단계를 거쳐서 일어나기 때문이다.
04. ④
05. ⑤
06. ④
① 표에서 반응 속도는 오산화이질소의 초기 농도에 정비례하므로
01. ③
07. ③
02. ②
08. ①
03. ⑤
09. ①
단답형·서술형 문제
10. v=k[NO]¤ [Br™], k=1.2_10› L¤ ¥mol—¤ ¥s—⁄
11. v=k[CH£CHO]¤ , k=1L¥mol—⁄ ¥s—⁄
12. ⑴ 2N™O(g)
1⁄
2N™(g)+O™(g) ⑵ O(g)
13. ⑴ v=k[NOCl]¤ ⑵ k=4_10—° L¥mol—⁄ ¥s—⁄
1차 반응임을 알 수 있다.
② 몇 단계의 과정을 거쳐서 반응이 일어나는 다단계 반응은 반응
중간에 중간체가 생겼다가 사라진다.
③ 1차 반응이므로 반응 속도는 오산화이질소의 농도에 비례한다.
④ 오산화이질소의 분해 반응은 다단계 반응이다.
14. ⑴ 14
6C：양성자 6개, 중성자 8개, 전자 6개, 14
7N：양성자 7개, 중성자 7
⑤ 반응 속도 상수는 농도에 의해 변하지 않고 온도에 의해서만 변
개, 전자 7개 ⑵ lnN†=-kt+lnNº ⑶ k=1.21_10—› 년—⁄ ⑷ 2372년
한다.
15. ⑴ 1단계 ⑵ 0차 ⑶ 1차
16. ⑴ 1단계 ⑵ (-)
17. 4.0_10—‹ mol¥L—⁄ ¥s—⁄
18. ⑴ 2분 ⑵ 0.8mol/L
이 반응의 반응 물질과 생성 물질의 반응 속도 사이에는
ㄱ. 반응 물질의 농도가 2분이 지날 때마다 이전 농도의 로
;2!;
되는 것으로 보아 반감기가 일정한 반응이다. 반감기가 일정한 반응
-
d[Cl™]
dt
=-
d[F™]
dt
=
1
2
d[ClF£]
dt
의 관계가 성립한다.
은 1차 반응이다.
∴ -
d[F™]
dt
=
d[ClF£]
dt
3
2
= _(0.4mol¥L—⁄ ¥s—⁄ )
ㄴ. ㈎는 시간이 지날수록 농도가 줄어들고 있으므로 반응 물질 A
의 농도 변화이고, ㈏는 시간이 지날수록 농도가 증가하고 있으므
1
3
3
2
=0.6mol¥L—⁄ ¥s—⁄
로 생성 물질 B의 농도 변화이다.
ㄷ. 6분 후에 A의 농도는 0.05mol/L가 되므로 생성 물질인 B의
실험 1과 실험 2의 비교에서 반응 속도는 B의 농도에 비례한다
농도는 _(0.4-0.05)=0.175mol/L가 된다.
;2!;
는 것을 알 수 있고, 실험 2와 실험 3의 비교에서 반응 속도는 A의
농도의 제곱에 비례한다는 것을 알 수 있다. 따라서 반응 속도식
v=k[A]¤ [B]이다.
① H±는 1단계에서 반응했다가 3단계에서 다시 생성되므로 촉
매로 작용한 것이다.
② 전체 반응식은 1단계+2단계+3단계 반응식이므로
HCOOH
CO+H™O이다.
1⁄
따라서 생성 물질은 CO와 H™O이다.
③ HCOOH™±와 HCO±는 각각 1단계와 2단계에서 생성되었다가
2단계와 3단계에서 사라졌으므로 중간체이다.
④ 활성화 에너지가 클수록 반응 속도는 느리므로 반응 속도가 느린
2단계가 활성화 에너지가 가장 큰 단계이다.
⑤ 전체 반응의 반응 속도식은 반응 속도 결정 단계의 반응 속도식
과 같으므로 2단계의 반응 속도식인 v=k™[HCOOH™±]로 나타낼
수 있으며, k¡[HCOOH][H±]=k¡'[HCOOH™±]이므로
v=
[HCOOH][H±]이다.
k¡k™
k¡'
118 _
정답과 해설
ㄱ. 반응 속도는 단위 시간 당 반응 물질의 농도 변화로 나타낼
수 있으므로 농도(mol/L)를 시간(s)으로 나누면 된다.
ㄴ. 0초~4초에서의 평균 반응 속도를 비교하면 A는 1mol¥L—⁄
¥s—⁄ , B는 0.5mol¥L—⁄ ¥s—⁄ , C는 0.25mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이다. 따라서
반응 속도는 반응 물질의 초기 농도에 비례하며, 반응 차수는 1차
ㄷ. 1차 반응이므로 반응 물질의 농도가 2배가 되면 반응 속도도 2
이다.
배가 된다.
ㄱ. T™일 때의 반응 속도가 T¡일 때의 반응 속도보다 큰 것으로
보아 T™가 T¡보다 높은 온도라는 것을 알 수 있다.
ㄴ. 실험 2와 실험 3의 비교에서 H™의 농도가 2배로 되었을 때 반응
속도가 2배가 되었다는 것을 알 수 있다. 따라서H™에 대해 1차 반
응임을 알 수 있다.
ㄷ. 실험 1과 실험 2의 비교에서 I™에 대해 1차 반응이고 실험 2와
실험 3의 비교에서 H™에 대해 1차 반응임을 알 수 있다. 따라서 전
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지119 Mac_04
체 반응은 2차 반응이다.
⑴ 2N™O(g)
2N™(g)+O™(g)
1⁄
ㄹ. T™일 때의 반응 속도가 T¡일 때의 반응 속도보다 더 빠른 것으
⑵ O(g)
로 보아 T™일 때의 반응 속도 상수가 T¡일 때의 반응 속도 상수보
해설
다 더 크다는 것을 알 수 있다.
반응 속도는 활성화 에너지에 의해서 결정된다. 활성화 에너지
가 큰 반응일수록 반응 속도는 느리다. 따라서 반응 속도가 가장 느
과 같다.
린 단계는 활성화 에너지가 가장 큰 반응인 1단계 반응이다.
또한 다단계 반응에서 반응 속도가 가장 느린 단계의 속도식이 전체
⑴ 전체 반응은 두 개의 단일 단계 반응의 합이므로 다음과 같다.
2N™O(g)+O(g)
2N™(g)+O(g)+O™(g)
1⁄
O(g)는 양쪽에 모두 있으므로 소거하면 전체 화학 반응식은 다음
2N™O(g)
2N™(g)+O™(g)
1⁄
⑵ O(g)는 1단계 반응에서 생성되었다가 2단계 반응에서 소비되
반응의 속도식이 된다. 따라서 전체 반응의 속도식은 1단계 반응의
는 것으로 보아 중간체이다.
속도식인 v=k[HBr][O™]이다.
②, ③, ④, ⑤의 반응은 각각 산·염기 중화 반응, 앙금 생성 반
응, 연소 반응, 이온 간의 반응이므로 쉽게 반응이 일어나지만, ①의
반응에서는 H-H, O=O 사이의 공유 결합이 끊어진 후 반응이
일어나므로 반응 속도가 느리다.
v=k[NO]¤ [Br™], k=1.2_10› L¤ ¥mol—¤ ¥s—⁄
정답
해설
실험 1과 실험 2의 비교에서 반응 속도는 Br™의 농도에 비례하는
것을 알 수 있고, 실험 1과 실험 4의 비교에서 반응 속도는 NO의
v=k[NOCl]¤
농도의 제곱에 비례하는 것을 알 수 있다. 따라서 반응 속도식은
v=k[NO]¤ [Br™]이다.
할 수 있다.
이때 반응 속도 상수 k는 실험 1의 값을 반응 속도식에 대입하여 구
12mol¥L—⁄ ¥s—⁄ =k_(0.10mol/L)¤ _(0.10mol/L)
∴ k=1.2_10› L¤ ¥mol—¤ ¥s—⁄
v=k[CH£CHO]¤ , k=1L¥mol—⁄ ¥s—⁄
정답
해설
아세트알데하이드의 분해 반응이 2차 반응이므로 반응 속도식은
v=k[CH£CHO]¤ 으로 나타낼 수 있다. 이때 반응 속도 상수값은
주어진 농도값과 반응 속도를 식에 대입하여 구할 수 있다.
0.01mol¥L—⁄ ¥s—⁄ =k_(0.10mol¥L—⁄ )¤
∴ k=
0.01mol¥L—⁄ ¥s—⁄
(0.10mol¥L—⁄ )¤
=1L¥mol—⁄ ¥s—⁄
정답
⑴ v=k[NOCl]¤
⑵ k=4_10—° L¥mol—⁄ ¥s—⁄
해설
구할 수 있어야 한다.
주어진 자료를 해석하여 NOCl의 분해 반응에 대한 반응 차수를
⑴ 실험 1과 실험 2의 결과에서 NOCl의 농도를 2배로 하면 반응
속도가 4배(=2¤ 배) 빨라지므로, 이 반응은 NOCl에 대하여 2차
반응이다. 따라서 이 반응의 반응 속도식은 다음과 같다.
⑵ v=k[NOCl]¤ 에 실험 1의 값을 대입한다.
k=
v
[NOCl]¤
=
3.60_10—·
(0.30)¤
=4_10—° L¥mol—⁄ ¥s—⁄
⑴ 14
6C：양성자 6개, 중성자 8개, 전자 6개, 14
7N：양성자 7개, 중성자 7개,
정답
전자 7개
⑵ lnN†=-kt+lnNº
⑶ k=1.21_10—› (년—⁄ )
⑷ 2372(년)
해설
방사성 동위 원소의 분해 반응은 모두 1차 반응이다. 14
6C의 분해 반
응에 대한 반감기가 5730년으로 일정한 것으로 보아 분해 반응이
1차 반응임을 알 수 있다. 1차 반응에서 반응 속도 상수 k와 반감기
은 다음과 같은 관계가 성립한다.
t;2!;
t;2!;=
ln2
k
IV. 화학 반응 속도 _ 119
정답
⑴ 원소 기호의 왼쪽 아래는 양성자 수(=전자 수)를 나타내고 왼쪽
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지120 Mac_04
위는 양성자 수+중성자 수를 나타낸다.
14
6C와 ` 14
7N의 양성자 수, 중성자 수, 전자 수는 다음과 같다.
14
6C：양성자 6개, 중성자 8개, 전자 6개
14
7N：양성자 7개, 중성자 7개, 전자 7개
⑵ 14
6C의 붕괴 반응은 1차 반응이므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
정답
⑴ 1단계
⑵ (-)
해설
⑶ 이 반응의 반감기는 5730년이므로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
=kN,
dN=-kdt
1
N
-
dN
dt
†
1
N
:˜º≤
dN=-:)t kdt
lnN†-lnNº=-kt
∴ lnN†=-kt+lnNº
= =5730년
t
;2!;
ln2
k
k=
ln2
5730년
=
0.693
5730년
=1.21_10—› (년—⁄ )
따라서 N†= Nº이다.
3
4
⑷처음의25%가붕괴하므로t년후에남은 14
6C 원자수는75%이다.
-(1.21_10—› 년—⁄ )_t=ln
;4#; Nº
Nº
;4#;
∴ t=
1.099-2_0.693
-1.21_10—› 년—⁄
=2372(년)
-(1.21_10—› 년—⁄ )_t=ln =ln3-ln4=1.099-2_0.693
정답
⑴ 2분
⑵ 0.8mol/L
해설
⑴ 가장 느린 단계가 속도 결정 단계이다. 그래프에서 1단계의 활성
화 에너지가 가장 크므로 반응 속도가 가장 느리다는 것을 알 수 있
다. 따라서 반응 속도 결정 단계는 1단계이다.
⑵ 그래프를 통해 전체 반응에서 반응 물질의 에너지가 생성 물질의
에너지보다 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 발열 반응이고 반응 엔
탈피 값의 부호는 (-)이다.
4.0_10—‹ mol¥L—⁄ ¥s—⁄
정답
해설
주어진 자료를 통해 반응 속도는 반응 물질 A에 1차(실험 2와 실험
3 비교), 반응 물질 B에 1차(실험 1과 실험 2 비교)라는 것을 알 수
있다. 그런데 실험 4의 [A]와 [B]는 실험 3의 [A]와 [B] 각각의 2배
이므로 속도는 2×2=4배가 될 것이다. 따라서 C의 생성 속도는
4.0×10—‹ mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이다.
⑴ 그래프를 통해 N™O¢ 농도는 처음 0.8mol/L이었다가 2분씩
지날 때마다 반으로 감소하여 0.4, 0.2, 0.1, y이 되는 것을 알 수
있다. 따라서 N™O¢ 분해 반응의 반감기는 2분이다.
⑵2분이지났을때N™O¢의농도가0.4mol/L이므로 0.4mol/L가
분해된 것을 알 수 있다. 따라서 생성되는 NO™의 농도는
0.4mol/L×2=0.8mol/L이다.
⑴ 다단계 반응에서 가장 느린 단계가 전체 반응의 속도를 결정하므
로 1단계가 반응 속도 결정 단계이다.
⑵ 반응 속도 결정 단계가 1단계이므로 전체 반응 속도식은
v=k[O£]이다. 따라서 NO는 반응 속도를 변화시키지 못하므로
개념 활용 문제
pp.036~041
NO에 대한 반응 차수는 0이다.
⑶ 반응 속도 결정 단계가 1단계이므로 전체 반응 속도식은
v=k[O£]이다. 따라서 O£에 대한 반응 차수는 1이다.
01. ①
07. ④
02. ①
08. ⑤
03. ③
09. ③
04. ①
10. ①
05. ②
11. ⑤
06. ③
12. ④
정답
⑴ 1단계
⑵ 0차
⑶ 1차
해설
120 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.21 8:47 PM 페이지121 Mac_05
첫 번째와 두 번째 실험의 비교에서 I™의 생성 속도는 [H™O™]에
는다. 따라서 A, B, C 모두 반응 속도 상수가 같다.
비례하고, 두 번째와 세 번째 실험의 비교에서 I™의 생성 속도는 [I—]
에 비례하며, 세 번째와 네 번째 실험의 비교에서 I™의 생성 속도는
[H±] 에 관계없다는 것을 알 수 있다. 따라서 반응 속도식은
v=k[H™O™][I—]이다.
표에 있는 반응 물질이 모두 반응 속도에 영향을 미치는 요인으로
생각되어 답이 ③번이라고 생각할 수 있다. 그러나 반응 속도식은
언제나 주어진 자료를 통해 구해야 하며, 자료에서 H±의 농도는 반
응 속도에 영향을 끼치지 않았음을 알 수 있다.
ㄱ. 그래프에서 반응 물질의 에너지가 생성 물질의 에너지보다
높으므로 이 반응은 발열 반응이다.
ㄴ. 그래프에서 활성화 에너지가 가장 커서 반응 속도가 가장 느린
1단계가 반응 속도 결정 단계이다.
ㄷ. 반응 속도는 활성화 에너지가 작을수록 빠르다. 따라서 반응 속
도는 1단계<3단계<2단계이다.
ㄱ. 실험 2와 실험 3의 비교에서 [A]가 2배로 되었을 때 C의 생
성 속도가 2배가 되었으므로 A에 대한 반응 차수는 1이다. 또한 실
차수는 2이므로 2차 반응이다.
ㄴ. 반응 속도식 v=k[A][B]이므로 k의 단위는
(mol¥L—⁄ ¥s—⁄ )
(mol¥L—⁄ )¥(mol¥L—⁄ )
=L¥mol—⁄ ¥s—⁄ 이다.
ㄷ. 주어진 자료에서 반응 속도는 A의 농도에 대해 1차 반응, B의
농도에 대해 1차 반응이다. 따라서 반응 속도식은 v=k[A][B]이
다. 그런데 실험 1과의 비교에서 A와 B의 농도가 모두 3배가 되므
로 C의 생성 속도는 3_3=9배가 될 것이다. 따라서 C의 생성 속
도는 4.5_10—‹ mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이다.
ㄱ. 반감기는 농도가 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간이므로
4초이다.
실험 1과 실험 2의 비교에서 Br—의 농도가 2배가 되었을 때 반
응 속도도 2배가 된 것으로 보아 반응 속도는 Br—의 농도에 비례함
을 알 수 있다. 또한 실험 2와 실험 3의 비교에서 H±의 농도가 2배
가 되었을 때 반응 속도가 4배가 된 것으로 보아 반응 속도는 H±의
농도의 제곱에 비례한다는 것을 알 수 있다.
비례 그래프는 직선으로 나타내며, 제곱에 비례하는 그래프는 포물
선으로 나타낸다. 따라서 [Br—]와 반응 속도의 그래프는 ㄱ이고
[H±]와 반응 속도의 그래프는 ㄴ이다.
아이오딘화 이온의 반응 차수 n을 구하려면 아이오딘화 이온
의 농도([I—])를 변화시킬 때 반응 속도가 어떻게 변하는지를 살펴
보아야 한다. 따라서 [S™O•¤ —]는 일정하게 유지시키고 [I—]를 변화
시킨 실험 2와 실험 3의 결과를 비교해야 한다.
또한 ㈎를 구하려면 실험 3과 실험 4의 결과를 비교한다. 제시된
자료에서 반응 속도는 [S™O•¤ —]에 정비례한다. 따라서 실험 3의 반
응 속도보다 실험 4의 반응 속도가 배 더 크므로 ㈎`는
;2#;
ㄱ. ㈐가 ㈎보다 반응 속도가 빠르므로 ㈐의 온도가 ㈎보다 높
으며, ㈎와 ㈏의 온도는 같으므로, ㈐의 온도는 ㈏보다 높다.
ㄴ. ㈎, ㈏, ㈐에서 모두 반감기가 일정하므로 X의 분해 반응은 1차
반응이다.
ㄷ. 반응 속도는 [X]에 비례한다. ㈎의 초기 [X]가 ㈏의 초기 [X]의
2배이므로, 초기 반응 속도는 ㈎가 ㈏의 2배이다.
ㄹ. ㈎의 조건에서 물질 X의 반감기는 10초로 일정하므로, 40초일
때의 농도는 0.25mol/L이다.
ㄱ. 주어진 반응 메커니즘으로부터 전체 반응식을 구해보면
H™O™+2H±+2I—
I™+2H™O이다. 따라서 H±은 반응 물질
1⁄
이다. 촉매는 전체 반응 식에 나타나지 않으며, 반응이 빠르게 혹은
험 1과 실험 2의 비교에서 [B]가 2배로 되었을 때 C의 생성 속도가
2.4_10—› _ =3.6_10—› 이다. 실험 1과 실험 2의 비교에서는
;2#;
2배가 되었으므로 B에 대한 반응 차수는 1이다. 따라서 전체 반응
[S™O•¤ —]에 대한 반응 차수 m을 구할 수 있다.
ㄴ. 반응 속도는
이므로 반응 속도의 단위는
D[농도]
D[시간]
mol/L
s
느리게 일어나도록 넣어주는 물질이다.
=mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이다.
ㄴ. 반응 중간체는 이전 단계에서 생성되고, 다음 단계에서 반응물
ㄷ. 반응이시작된지4초후에감소한반응물질의농도는A의경우
로 사용되어 사라지게 되는 물질이므로 전체 반응식에서는 나타나
4mol/L이고 B의 경우는 2mol/L이며 C의 경우는 1mol/L이
지 않는다. HOI와 OH—는 전체 반응식에 나타나지 않으며 각 단계
다. 이와 같이 초기 반응 속도는 초기 농도에 따라 달라진다.
의 반응식을 합할 때 상쇄되므로 중간체이다.
ㄹ. 반응 속도 상수는 온도에 의해 달라지고 농도의 영향은 받지 않
ㄷ. 전체 반응의 반응 속도식은 반응 메커니즘의 가장 느린 단계인
IV. 화학 반응 속도 _ 121
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.21 8:47 PM 페이지122 Mac_05
총합보다 작다.
무극성 분자이다.
2배가 된다.
속도결정단계에서의반응속도식과같으므로v=k[H™O™][I—]이다.
ㄱ. 반응 속도식이 v=k[HBr][O™]이므로 1단계 반응이 속도
결정 단계이다. 따라서 E¡값이 가장 크다.
ㄴ. 1단계+2단계+3단계의 반응식을 더하면 전체 반응식이 구해
지므로 2단계의 반응식은 HOOBr+HBr
2HOBr이다.
1⁄
ㄷ. 전체 반응은 발열 반응이므로 엔탈피 변화(DH)는 0보다 작다.
따라서 반응 물질의 결합 에너지 총합은 생성 물질의 결합 에너지
ㄱ. A는 NO™이고 B는 Cl™이므로, A는 극성 분자이고 B는
2. 반응 속도에 영향을 미치는 요인
01 농도와 온도
개념 확인 문제
pp.052~053
01. ㄷ>ㄴ>ㄱ
02. ④
03. ②
04. ①
05. ②
06. ⑴ 표면적, ⑵ 농도, ⑶ 농도, ⑷ 표면적, ⑸ 표면적, ⑹ 온도, ⑺ 온도,
⑻ 표면적, ⑼ 표면적, ⑽ 온도, ⑾ 온도, ⑿ 농도, ⒀ 농도, ⒁ 표면적, ⒂
표면적, ⒃ 온도, ⒄ 온도 07. ⑴ × ⑵ × ⑶ × ⑷ × ⑸ ×
ㄴ. 1단계가 반응 속도 결정 단계이고, 1단계의 속도식이
v=k[NO™Cl]이므로 NO™Cl의 농도가 2배가 되면 반응 속도도
반응 속도는 반응 물질의 농도가 커질수록, 온도가 높을수록 빨
라진다. 따라서 반응 속도가 가장 빠른 경우는 온도가 가장 높고, 농
도가 가장 큰 ㄷ이고, 가장 느린 경우는 온도가 가장 낮고, 농도가
ㄷ. 1단계의 반응 속도가 2단계의 반응 속도보다 느리기 때문에 활
가장 작은 ㄱ이다.
성화 에너지는 1단계가 더 크다.
큰 입자는 작은 입자 여러 개로 나누어지며, 부피가 같을 때 작
F는 1단계 반응에서 생성되었다가 2단계 반응에서 사라지는
은 입자 전체의 표면적은 큰 입자 한 개의 표면적보다 크다. 따라서
물질로서, 이 반응의 중간체이다.
2NO™+F™
2NO™F의 반응은 두 단계에 걸쳐 일어난다. 활
1⁄
성화 에너지가 Eå¡>Eå™이므로 반응 속도는 1단계 반응이 2단계
다른 반응 물질과 접촉하는 면적이 넓어지므로 분자 사이의 충돌 횟
수가 증가하여 반응 속도가 빨라진다. 강철솜이 철사에 비해 빠르게
연소되는 이유도 강철솜이 철사보다 산소와 접촉하는 면적이 넓어
보다 느리다. 따라서 1단계 반응이 속도 결정 단계이며, 전체 반응
서 반응하는 분자 사이의 충돌 횟수가 크기 때문이다.
의 속도식은 v=k[NO™][F™]이다. 2NO™+F™
2NO™F의 반
1⁄
응은 발열 반응이므로 반응 물질의 결합 에너지 총합이 생성 물질보
동 속도는 같다.
⑤ 온도가 같으면 강철솜을 이루는 입자와 철사를 이루는 입자의 운
다 작다.
화 에너지이다.
활성화 에너지는 반응이 일어나기 위해 필요한 최소한의 에너지로
서, 가장 느린 단계(활성화 에너지가 가장 큰 단계)의 활성화 에너지
가 전체 반응의 활성화 에너지이다. 따라서 Eå¡이 전체 반응의 활성
ㄱ. HI의 농도가 2배가 되었을 때 반응 속도는 4배가 되었으므
로 HI에 대한 반응 차수는 2이다.
ㄴ. 실험 1과 3에서 HI의 농도가 4배로 변할 때 반응 속도는 16배
변했으므로 이 반응은 HI에 대한 2차 반응이다. 따라서 v=k[HI]¤
대리석의 상태가 반응 속도에 미치는 영향을 알아보기 위해서
는 대리석의 상태를 제외한 묽은 염산의 부피, 농도, 온도가 모두 일
정하게 유지되어야 한다. 따라서 실험 1과 실험 3의 비교에서 대리
석의 상태가 반응 속도에 미치는 영향을 알아볼 수 있다.
그림의 모형은 반응 물질의 분자 수에 따른 충돌 횟수를 나타낸
것으로, 분자 수가 증가할수록 충돌 횟수도 증가한다는 것을 알 수
있다. 그런데 충돌 횟수가 증가하면 반응 속도는 빨라질 것이므로
보기에서 농도의 증가로 반응 속도가 빨라지는 경우를 찾으면 된다.
ㄱ. 산성비는 수소 이온의 농도가 크기 때문에 조각품들의 부식을
이며, 실험 1의 [HI]와 반응 속도 값을 대입하면 k=
7.5_10—›
(0.005)¤
빠르게 한다.
=30(L¥mol—⁄ ¥s—⁄ )이다.
ㄴ. 암모니아의 합성 반응에 산화철을 넣어 주는 것은 반응 속도에
ㄷ. [HI]=0.001mol/L를 반응 속도식에 대입하면
미치는 영향 중 촉매의 영향을 나타낸 것이다.
v=(30L¥mol—⁄ ¥s—⁄ )_(0.001mol¥L—⁄ )¤
ㄷ. 압력 밥솥에서 밥이 빨리 지어지는 것은 반응 속도에 영향을 미
=3×10—fi mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이다.
치는 요인 중 온도의 영향을 나타낸 것이다.
122 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.21 8:49 PM 페이지123 Mac_05
그래프는 반응 속도에 영향을 미치는 요인 중 온도에 대한 것이
증가하여 반응 속도가 빨라진다.
다. 온도가 높아지면 활성화 에너지보다 큰 에너지를 갖는 입자 수
정촉매를사용하면활성화에너지가감소하여반응속도가빨라진다.
가 증가하므로 반응할 수 있는 입자 수가 증가하여 반응 속도가 빨
라진다. 따라서 온도와 관련된 현상을 고르면 된다.
ㄱ. 여름철에 겨울철보다 음식물이 쉽게 상하는 것은 온도와 관련된
현상이다.
반응 속도에 영향을 미치는 요인에는 온도, 반응 물질의 농도,
정촉매의 사용 유무가 있다.
온도가 높을수록, 농도가 커질수록, 정촉매를 사용할수록 반응 속
도는 빨라지게 된다. 따라서 실험 4의 반응 속도가 가장 빠를 것으
ㄴ. 장작불을 피우기 위해 잘게 쪼갠 불쏘시개를 사용하는 것은 표
로 예측된다.
면적과 관련된 현상이다.
ㄷ. 꺼져 가는 성냥불을 산소가 들어 있는 병에 넣으면 다시 살아나
는 것은 농도와 관련 있는 현상이다.
ㄹ. 시베리아는 온도가 낮아 반응 속도가 작기 때문에 메머드의 시
체가 썩지 않고 발견된 것으로서, 온도와 관련된 현상이다.
⑴ 표면적, ⑵ 농도, ⑶ 농도, ⑷ 표면적, ⑸ 표면적, ⑹ 온도, ⑺
반응 속도는 반응 물질의 농도가 커질수록, 온도가 높을수록,
정촉매를 사용할수록 빨라진다. 기체 A와 기체 B를 넣어 주면 반
응 물질의 농도가 커지며, 반응 용기를 가열하면 온도가 높아지므로
반응 속도가 빨라진다. 반응 용기의 부피를 2L로 늘리면 반응 물질
의 농도가 작아지므로 반응 속도는 느려지게 된다.
온도, ⑻ 표면적, ⑼ 표면적, ⑽ 온도, ⑾ 온도, ⑿ 농도, ⒀ 농도, ⒁
촉매는 활성화 에너지를 변화시켜서 반응 속도에 영향을 준다.
표면적, ⒂ 표면적, ⒃ 온도, ⒄ 온도
⑴ 활성화 에너지 보다 큰 운동 에너지를 갖는 분자 수가 많을
수록 반응 속도는 빨라지므로 A보다 B의 반응 속도가 더 빠르다.
정촉매는 활성화 에너지를 낮추어서 정반응의 속도뿐만 아니라 역
반응의 속도도 증가시킨다. 부촉매는 활성화 에너지를 높여서 정반
응의 속도뿐만 아니라 역반응의 속도도 감소시킨다.
⑵ 온도가 높을수록 운동 에너지가 큰 분자 수가 증가하므로 A보다
촉매는 정반응과 역반응의 활성화 에너지를 변화시켜 반응 속
B가 더 높은 온도이다.
도를 조절한다. 그러나 촉매를 사용해도 반응열은 변하지 않는다.
⑶ 그래프의 전체 면적이 같으므로 기체의 총 수는 A와 B가 동일
⑷ 활성화 에너지 이상의 운동 에너지를 가지는 분자 수는 A보다 B
⑸ 활성화 에너지보다 큰 운동 에너지를 가지는 분자들이 반응을 일
으킬 수 있다. 따라서 반응을 일으킬 수 있는 분자 수는 A보다 B가
하다.
가 더 많다.
더 많다.
02 촉매
개념 확인 문제
pp.063~064
01. ⑴ A ⑵ C ⑶ B 02. ④
03. ⑤
04. ②
05. ⑤
06. ④
07. ③
08. 촉매로서, 활성화 에너지를 낮추어 반응
속도를 빠르게 한다.
09. ⑤
10. ④
11. ⑴ ○ ⑵ ×
⑶ × ⑷ ○ ⑸ × ⑹ ×
①, ②, ③, ⑤는 표면적이 증가하여 반응 속도가 빨라지는 경우
이고, ④는 촉매가 작용하여 반응 속도가 빨라진 경우이다.
①과 ④는 표면적이 증가하여 반응 속도가 빨라지는 경우이고,
②는 온도가 작용하여 반응 속도가 빨라지는 경우이며, ⑤는 농도가
증가하여 반응 속도가 빨라지는 경우이다.
화학 반응이 일어나기 위해서는 반응 물질이 활성화 에너지 장
벽을 넘어야 한다. 따라서 발열 반응이라 하더라도 활성화 에너지
장벽을 넘지 못하면 반응은 진행되지 않는다. 이 활성화 에너지 장
벽을 낮추는 역할을 하는 것이 바로 촉매이다. 즉 촉매는 활성화 에
너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 한다. 백금 가루는 수소 기체와
산소 기체가 반응하여 물을 생성하는 반응에서 촉매로 작용한다.
① 활성화 에너지가 커지면 반응 속도는 느려진다.
② 온도가 높아지면 입자들의 운동 에너지가 커져서 활성화 에너지
를 넘는 입자 수가 증가하기 때문에 반응 속도가 빨라진다.
③ 부촉매는 활성화 에너지를 높이므로 정반응 속도와 역반응 속도
농도가 증가하면 충돌 횟수가 증가하여 반응 속도가 빨라진다.
가 모두 느려진다.
온도가 증가하면 활성화 에너지보다 큰 에너지를 가지는 입자 수가
④ 정촉매를 사용하면 활성화 에너지가 작아져서 반응 속도가 빨라
IV. 화학 반응 속도 _ 123
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지124 Mac_04
ㄱ. 기울기가 점점 감소하므로 시간에 따라 반응 속도는 점점
진다.
이다.
⑤ 충돌 이론에 의해 농도가 진할수록 충돌 횟수가 증가하여 반응
느려진다.
속도는 빨라진다.
ㄴ. 기울기가 가장 큰 ㈎지점에서의 반응 속도가 가장 빠르다.
과산화수소의 분해 반응은 반응 물질의 농도가 클수록, 온도가
높을수록, 촉매인 MnO™를 사용할수록 반응 속도가 빨라진다. 따
이 단축된다.
ㄷ. 정촉매를 사용하면 반응 속도가 빨라지므로 ㈒에 이르는 시간
라서 실험 ㈑의 반응 속도가 가장 빠르다.
ㄹ. 반응이 진행되면 반응 물질인 A와 B의 양은 점점 감소한다.
그래프에서 Eå는 정반응의 활성화 에너지이며, DH는 반응열
산화철은 촉매로 작용하였다. 촉매는 활성화 에너지를 변화시
키면서 반응 속도를 조절한다. 그래프에서 B는 정반응의 활성화 에
⑴ 반응 물질(2H™O™)의 에너지가 생성 물질(2H™O+O™)의 에너
너지이고, D는 역반응의 활성화 에너지이다.
지 보다 높으므로 발열 반응이다.
C는 반응열로서, 촉매를 넣어준다고 해서 변하는 구간이 아니다.
⑵ 역반응의 활성화 에너지는 반응열과 정반응의 활성화 에너지의
또한 반응 물질의 에너지(A)와 생성 물질의 에너지(E)도 촉매를
합이므로 Eå+DH이다.
사용한다고 해서 변하는 값이 아니다.
⑶ 소의 생간에는 카탈레이스라는 생체 촉매(효소)가 들어있어서 정
반응과 역반응의 활성화 에너지를 모두 낮춰준다. 따라서 Eå는 작
ㄱ. 활성화 에너지는 촉매에 의해서만 변하며, 온도가 높아지면
활성화 에너지보다 큰 운동 에너지를 갖는 분자 수가 증가하여 반응
아지며, 반응 속도는 빨라지게 된다.
속도가 빨라진다.
⑷ 발열 반응이므로 반응이 진행되면 열을 방출한다. 따라서 주위의
온도는 올라간다.
⑸ 인산은 부촉매로 작용하므로 Eå를 커지게 한다.
⑹ 촉매는 반응열을 변화시키지 않고 활성화 에너지만 변화시킨다.
ㄴ. 농도가커질수록충돌횟수가많아지므로반응속도가빨라진다.
ㄷ. 정촉매를 사용하면 활성화 에너지가 작아지므로 정반응뿐만 아
니라 역반응의 반응 속도도 빨라진다.
ㄹ. 표면적이 넓어지면 충돌 횟수가 많아져서 반응 속도가 빨라진
다. 평균 운동 에너지가 커지는 것은 온도와 관련이 있다.
ㄱ. 주어진 그래프에서 B의 초기 반응 속도가 A의 초기 반응
속도보다 빠르므로 X는 반응 속도를 빠르게 해주는 정촉매라는 것
을 알 수 있다.
ㄷ. 반응 속도가 빨라진 것으로 보아 그래프에서 X는 정촉매로 작
용했음을 알 수 있고, 정촉매는 반응이 일어나기 위해 넘어야하는
활성화 에너지를 감소시키는 물질이다.
그래프에서 A는 활성화 에너지를 의미한다. 활성화 에너지는
촉매에 의해 변하므로 촉매가 관여하는 반응을 고르면 된다.
ㄱ. 탄광 지대에서는 탄소 가루가 많이 날리기 때문에 폭발 사고가
잘 일어나는 것으로서, 표면적과 관련이 있다.
ㄴ. 시베리아의 온도가 낮아 반응이 느리게 일어나서 사체가 보존된
것이다.
ㄷ. 위액은 단백질 분해 과정에서 정촉매로 작용한다.
ㄹ. 백금은 수소 기체와 산소 기체의 반응에서 정촉매로 작용한다.
정촉매를 사용하는 경우 반응 속도는 증가하지만 생성 물질의
pp.065~068
ㄴ. 촉매는 화학 반응 전후에 질량이 변하지 않는다.
03. ③
04. ③
05. ⑤
06. ①
실력 확인 문제
01. ③
07. ③
02. ③
08. ④
단답형·서술형 문제
09. ⑴ 2H™O™(aq)
2H™O(l)+O™(g), 산소 기체(O™(g)) ⑵
1⁄
A 시험관, 이산화망가니즈가 정촉매로 작용해서 반응 속도를 빠르게
하기 때문이다. ⑶ 같다, 촉매는 생성 물질의 양을 변화시키지 않고 반
응 속도만 변화시키기 때문이다.
10. ⑴ 실험6 ⑵ 실험1의 활성화 에너지가 실험 2의 활성화 에너지보
다 작다.
11. ㈎ -ㄴ, ㈏ -ㄷ, ㈐ -ㄱ
12. C>B>A
13. ⑴ T™>T¡ ⑵ T™>T¡ ⑶ (-)
14. 192kJ
15. ⑴ (실험 1, 실험 5), (실험 2, 실험 6) ⑵ 0.24mol¥L—⁄ ¥s—⁄
16. 해설 참조
124 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지125 Mac_04
양은 변하지 않는다. 따라서 반응 속도는 증가하고 생성 물질의 양
은 일정한 그래프를 찾으면 된다.
정답
⑴ 실험 6
③, ④의 경우 생성 물질의 양이 변했으므로 옳은 그래프가 아니다.
⑵ 실험 1의 활성화 에너지가 실험 2의 활성화 에너지보다 작다.
또 ②의 경우 정촉매를 넣었을 때 반응 속도가 오히려 느려졌으므로
해설
옳은 그래프가 아니며, ⑤의 경우 반응 속도는 농도의 영향을 받으
⑴ 반응 속도는 반응 물질의 농도가 커질수록, 온도가 높을수록, 정
므로 곡선의 형태로 점점 줄어들기 때문에 직선과 같은 형태는 옳지
촉매를 사용할수록 빨라진다. 따라서 실험 6의 경우 반응 속도가 가
않다.
장 빠를 것이다.
⑵ 화학 반응의 활성화 에너지는 촉매에 의해 변한다. 실험 1의 경
우 정촉매를 사용했으므로 활성화 에너지가 실험 2보다 작아질 것
ㄱ. 아연 조각을2.0g으로 양을늘려서 넣어주면반응속도뿐만
아니라 생성 물질의 양도 증가하므로 B 그래프의 모양과는 다르다.
ㄴ. 아연 조각보다 아연 가루가 표면적이 넓어 반응 속도가 크기 때
문에 B 그래프 모양이 된다.
ㄷ. 묽은 염산의 양이 증가하여도 묽은 염산의 농도가 일정하므로
㈎ -ㄴ, ㈏ -ㄷ, ㈐ -ㄱ
반응 속도는 일정하여 B 그래프 모양과는 다르다.
ㄹ. 묽은 염산의 농도를 높여서 반응시키면 반응 속도가 빨라지므로
㈎는 반응 속도에 미치는 표면적의 영향을 나타낸 것이고, ㈏는 반
B 그래프 모양이 된다.
응 속도에 미치는 촉매의 영향을 나타낸 것이며, ㈐는 반응 속도에
활성화 에너지가 변화하여 반응 속도가 변하는 경우는 촉매를
가하는 경우이다.
속도가 빨라진 경우이다.
ㄱ. 석회석을 잘게 부수면 빨리 녹는 것은 표면적이 넓어져서 반응
ㄴ. 과산화수소의 분해 반응에서 이산화망가니즈는 정촉매로 작용
하여 과산화수소의 분해 반응을 빠르게 한다.
ㄷ. 여름철에 김치를 담가 밖에 놓으면 온도가 높으므로 냉장고 속
에 넣어 놓은 것보다 반응 속도가 빨라져서 빨리 시어진다.
미치는 온도의 영향을 나타낸 것이다. 따라서 표면적에 의한 영향,
촉매에 의한 영향, 온도에 의한 영향을 각각 보기에서 찾아 연결하
ㄱ. 압력 밥솥에서는 물의 온도가 100æ 이상 올라가므로 밥이 빨
ㄴ. 탄광 내에서는 작은 탄소 입자들이 많으므로 폭발 사고가 자주
ㄷ. 산화철은 암모니아 합성 반응의 촉매로 작용한다.
⑴ 2H™O™(aq)
2H™O(l)+O™(g), 산소 기체(O™(g))
1⁄
⑵ A 시험관, 이산화망가니즈가 정촉매로 작용해서 반응 속도를 빠르게 하
⑶ 같다, 촉매는 생성 물질의 양을 변화시키지 않고 반응 속도만 변화시키
정답
기 때문이다.
기 때문이다.
해설
⑴ 과산화수소가 분해되면 산소 기체가 발생한다.
2H™O™(aq)
2H™O(l)+O™(g)
1⁄
⑵ 이산화망가니즈가 과산화수소 분해 반응의 촉매로 작용하므로
A 시험관이 B 시험관보다 반응이 먼저 종결된다.
⑶ 촉매를 사용한다고 해서 생성되는 최종 산소 기체의 양이 증가하
는 것은 아니다. 따라서 두 시험관에서 발생하는 산소 기체의 양은
동일하다.
반응 속도는 농도, 온도, 촉매 등의 영향을 받는다. 즉 반응 물질의
농도가 진할수록, 온도가 높을수록 반응 속도는 빨라지고, 부촉매
는 사용하면 반응 속도가 느려진다.
실험 1과 실험 2를 비교해보면 실험 2의 경우 농도가 더 크다. 따라
서 실험 2가 실험 1보다 반응 속도가 더 빠를 것이다. 또한 자료에
서 실험 2와 실험 3을 비교해보면 실험 2는 부촉매인 인산을 첨가
하였다. 따라서 실험 3보다 실험 2의 경우 반응 속도가 더 느릴 것
이다. 그러므로 기체 발생 속도는 C>B>A이다.
IV. 화학 반응 속도 _ 125
이다.
정답
해설
면 된다.
리된다.
일어난다.
정답
C>B>A
해설
정답
⑴ T™>T¡
⑵ T™>T¡
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지126 Mac_04
⑶ (-)
해설
정답
192kJ
해설
엔
탈
피
그래프에서 0~M¡까지는 반응 속도가 기질의 농도에 비례하는 것
을 알 수 있다. 따라서 1차 반응이고, M™이후에는 기질의 농도와
⑴ 초기 반응 속도가 T¡보다 T™가 더 큰 것으로 보아 T™의 온도가
관련없이 속도가 일정하므로 0차 반응이라는 것을 알 수 있다.
더 높다는 것을 알 수 있다.
효소의 작용을 받는 물질인 기질의 농도가 증가하면 처음에는 1차
⑵ 온도가 높을수록 반응 속도 상수가 커지므로 반응 속도 상수 k는
반응으로서 효소 반응 속도가 증가하지만, 어느 한계에 이르면 기질
T¡일 때보다 T™일 때가 더 크다.
의 농도가 증가해도 반응 속도는 기질의 농도의 영향을 받지 않고 0
⑶ T¡보다 온도가 높은 T™의 경우일 때 평형 상태에서 생성 물질인
차 반응으로서 일정한 속도를 유지하게 된다. 이것은 기질이 효소의
B의 농도가 더 작다는 것을 알 수 있다. 이것은 온도가 높아질 경우
작용을 받을 때 활성 자리에 꼭 맞는 경우에만 화학 반응이 일어나
평형이 역반응 쪽으로 이동하기 때문이다. 따라서 정반응은 발열 반
며 효소의 활성 자리가 모두 채워지게 되면 효소가 작용할 수 있는
응이므로 DH의 부호는 (-)이다.
기질의 농도에 한계가 생기기 때문이다.
금속 Fe을 첨가하였을 때 활성화 에너지가 143.6kJ만큼 감소하였
으므로 정반응의 활성화 에너지는 100kJ이 된다.‘역반응의 활성
화 에너지=정반응의 활성화 에너지+반응열’이므로 역반응의 활
성화 에너지는 192kJ이 된다.
반응 물질
정반응의 활성화 에너지(Ea)
역반응의 활성화 에너지(Ea )
므로 ㈎의 값은 0.0045mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 임을 알 수 있다.
반응열( )
생성 물질
반응 경로
개념 활용 문제
01. ②
07. ①
02. ⑤
08. ④
03. ①
09. ④
04. ⑤
10. ④
pp.069~073
05. ④
06. ①
ㄱ, ㄷ. 실험 1과 2의 비교에서 싸이오황산나트륨 수용액의 농
도가 2배가 되었을 때 반응 속도도 2배가 되었다는 것을 알 수 있
다. 따라서 반응 속도는 싸이오황산나트륨 수용액의 농도에 비례하
ㄴ. 온도가 높아지면 반응 속도는 증가하지만 반응 속도가 온도에
비례하지는 않는다.
ㄹ. 온도는 일정하고 싸이오황산나트륨 수용액의 농도가 변할 때 반
응 속도가 변하였고, 싸이오황산나트륨 수용액의 농도는 일정하고
온도가 변할 때도 반응 속도가 변하였다. 그러나 염산의 양은 모든
실험에서 일정하게 유지하였으므로 변인이 아니다.
㈎는 반응 속도에 미치는 표면적의 영향을 나타낸 것이고, ㈏
는 반응 속도에 미치는 촉매의 영향을 나타낸 것이며, ㈐는 반응 속
도에 미치는 온도의 영향을 나타낸 것이다. 따라서 보기에서 표면적
에 의한 영향과 촉매에 의한 영향, 온도에 의한 영향을 각각 찾으면
ㄱ. 열대 지방은 온도가 높으므로 식물의 생장 속도가 빠르다. ⇒ 온
ㄴ. 아밀레이스는 녹말의 분해 효소로 작용한다. ⇒ 촉매의 영향
ㄷ. 알약보다 가루약의 경우 작은 입자들이 많으므로 흡수가 빠르
다. ⇒ 표면적의 영향
정답
⑴ (실험 1, 실험 5), (실험 2, 실험 6)
⑵ 0.24mol¥L—⁄ ¥s—⁄
해설
⑴ 온도가 미치는 영향을 알아보려면 A의 농도, B의 농도, 촉매 사
용 여부는 모두 동일하고 온도만 다른 두 실험을 비교해야 한다.
⑵ 실험 1과 실험 3, 실험 2와 실험 4의 비교를 통해 반응 속도가 A
와 B의 농도에 각각 비례한다는 것을 알 수 있으므로, 반응 속도는
0.06_2_2=0.24mol¥L—⁄ ¥s—⁄ 이다.
된다.
도의 영향
정답
해설 참조
해설
126 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지127 Mac_04
ㄱ. 이 반응에서 백금은 정촉매로 작용하기 때문에 백금의 표면
평형 상태이다. 평형 상태에서는 더 이상 농도는 변하지 않지만 반
적이 증가하면 반응 속도가 커진다.
응이 정지된 것은 아니다. 즉 반응 속도가 0인 것이 아니고, 정반응
ㄴ, ㄷ. 그래프에서 반응 속도는 기울기를 나타낸다. 그래프가 직선
속도와 역반응 속도가 같아서 더 이상 농도 변화가 없을 뿐이다.
이므로 반응 속도는 시간에 관계없이 일정하다. 이와 같은 반응을 0
ㄷ. 정촉매를 사용한다고 해서 반응 물질의 농도가 작아지는 것은
차 반응이라고 하고 반응 속도식은 v=k이다.
아니고 평형에 도달하는 속도가 빨라질 뿐이다.
㈎는 활성화 에너지를 나타낸 것이고 ㈏는 반응열을 나타낸 것
이다. 활성화 에너지가 크면 반응 속도가 느리고, 작으면 반응 속도
ㄱ. 실험 1과 실험 2의 비교에서 B의 농도를 제외한 나머지 조
건은 모두 같다. 따라서 B의 농도가 반응 속도에 미치는 영향을 알
가 빠르다. 이산화망가니즈는 정촉매로서 활성화 에너지를 낮춰서
수 있다.
반응 속도를 증가시킨다. 그러나 활성화 에너지는 반응 속도만 관련
이 있고, 평형 상수는 관련이 없다. 반면에 반응열은 평형 상수와 관
련이 있다. 즉 촉매는 반응열과 무관하므로 반응열은 일정하고 이에
따라 평형 상수는 일정한 값을 가진다.
그림 ㈎는 반응이 일어나기 위해 필요한 에너지, 즉 활성화 에
너지가 낮아져서 활성화 에너지 이상의 에너지를 가진 입자 수가 증
가하므로 반응 속도가 증가함을 나타낸다. 활성화 에너지는 촉매에
의해 낮아진다.
㈏의 반응 메커니즘은 수소 원자가 백금 표면에 원자 상태로 결합
했다가 염소와 반응하는 단계별 반응을 나타낸다. 이것은 백금이 촉
매로 작용하여 반응 경로를 바꿔준 것이다.
그러나 ㈏의 반응 메커니즘을 통해서는 반응에 참여하는 분자 수가
증가함을 알기는 어렵다.
정촉매는 활성화 에너지를 낮춤으로서 반응 속도를 빠르게 하
된다.
며, 역반응의 활성화 에너지는 역반응이 일어나기 위해 넘어야 할
에너지 장벽을 의미한다.
그래프에서 정촉매를 사용했을 때 정반응의 활성화 에너지는 E'이
고 정촉매를 사용하지 않았을 때 정반응의 활성화 에너지는 E이다.
따라서 역반응이 일어날 때 넘어야 할 장벽(역반응의 활성화 에너
지)은 E'+Q임을 알 수 있다.
정반응의 활성화 에너지는 오른쪽으로 반응이 진행될 때 넘어야 할
에너지 장벽을 의미하고 역반응의 활성화 에너지는 왼쪽으로 반응
이 진행될 때 넘어야 할 에너지 장벽을 의미한다.
ㄴ. 반응 속도는 농도가 클수록, 온도가 높을수록, 정촉매를 사용할
수록 커진다. 반응 물질의 농도가 가장 큰 경우는 실험 2, 실험 3, 실
험 4의 경우이고 이 중 온도가 가장 높은 경우는 실험 3과 실험 4,
그리고 정촉매를 사용한 경우는 실험 3이다. 따라서 실험 3의 반응
속도가 가장 빠르다.
ㄷ. 촉매는 반응 속도만 빠르게 할 뿐 반응이 완결되었을 때의 생성
량을 증가시키는 것은 아니다. 따라서 반응이 완결되었을 때 실험 3
과 실험 4의 경우 생성되는 C의 양은 같다.
ㄱ. 실험 2의 온도는 50æ이고 실험 1의 온도는 25æ이므로
실험 2의 초기 분해 속도가 실험 1의 초기 분해 속도보다 빠르다는
것을 알 수 있다. 하지만 2배인지는 알 수 없다.
ㄴ. 과산화수소의 분해 반응이 1차 반응이고, 실험 3의 경우 실험 1
보다 H™O™의 농도가 2배로 증가했으므로 초기 반응 속도도 2배가
ㄷ. 반응 속도 상수 k는 온도에 의해서 변한다. 따라서 실험 1, 3의
경우는 같지만 실험 2의 경우는 다르고 실험 4의 경우는 전혀 다른
경로를 거치므로 속도 상수 k의 값도 달라진다.
ㄹ. 정촉매(MnO™)를 사용하면 활성화 에너지가 작아져서 반응
속도가 빨라진다. 따라서 실험 4의 활성화 에너지가 가장 작다.
ㄱ. 실험 1과 실험 2의 비교에서 반응 속도는 싸이오황산나트
륨의농도에비례한다는것을알수있으므로㈎의값은0.0045mol
¥L—⁄ ¥s—⁄ 임을 알 수 있다.
ㄴ. 실험 1과 실험 2의 비교에서 싸이오황산나트륨의 농도가 2배가
ㄱ. 표의 자료에서 A의 농도가 0.7mol/L 감소했을 때 B의
되었을 때 반응 속도도 2배가 되었다는 것을 알 수 있다. 따라서 반
농도가 1.4mol/L 증가했으므로 반응하는 몰수 비는 A:B=1:2
응 속도는 싸이오황산나트륨의 농도에 비례한다.
임을 알 수 있다. 따라서 반응식은 A(g)
2B(g)이다.
ㄷ. 실험 1, 2, 3에서 온도가 같으므로 반응 속도에 영향을 미치는
^jj&
ㄴ. 3분부터 농도가 변하지 않는 것으로 보아 이 반응은 3분일 때
온도의 영향은 알 수 없다.
IV. 화학 반응 속도 _ 127
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:26 PM 페이지128 Mac_04
V 인류복지와화학
1. 인류 복지와 화학
01
의약품
개념 확인 문제
01. ⑤
02. ⑤
03. ③
06. ⑴ ㄱ ⑵ ㄴ ⑶ ㄷ 07. ②
04. ⑤
08. ④
05. 아스피린
09. ①
10. ①
13. ③
11. ⑤
12. ⑴-㉡, ⑵-㉢, ⑶-㉠
14. ⑴ × ⑵ × ⑶ × ⑷ ○ ⑸ ○ ⑹ ○
영지는 불면증, 두통, 소화 장애, 병후 회복, 노인성 만성 기관
지염, 만성 관절염 등에 약효가 있는 생약이다.
지혈 작용이 있는 식물은 쑥이며, 쑥의 향은 모기를 퇴치하는 효과
가 있다.
진통제는 통증을 완화시키고, 항암제는 암세포를 죽이거나 억
제시키며, 항생제는 다른 미생물의 생장을 억제한다.
항생제는 미생물에서 분비되는 물질로, 미량으로 다른 미생물
의 생장을 억제하거나 죽이는 물질이다. 항생제에는 페니실린, 스
트렙토마이신, 테라마이신, 에리트로마이신 등이 있다. 항생제를
무분별하게 사용하면 내성이 강한 균이 많이 생기며, 페니실린 쇼크
등의 부작용이 발생할 수 있다.
pp.092~093
아스피린과 아세트아미노펜은 비마약성 진통제이며, 모르핀
(morphine), 코데인(codeine), 헤로인(heroin) 등은 마약성(마
취성) 진통제이다.
페니실린은 플레밍에 의해 1928년 푸른곰팡이의 추출물로부
터 발견된 최초의 항생제이다. 항생제에는 페니실린 외에도 테라마
이신, 스트렙토마이신, 테트라사이클린, 에리트로마이신 등이 있
다. 이들 항생제는 박테리아의 세포 내에서의 단백질 합성을 차단하
여 박테리아의 성장을 방해하거나 박테리아를 죽인다.
페니실린은 플레밍이 포도상구균의 배양 실험을 하던 중에 발
알칼로이드는 염기성 질소 원자를 포함하고 있는 고리 모양의
견한 항생제로, 미생물의 발육을 억제시키거나 죽이는 물질이다.
유기 화합물로 각성제, 진통제, 마취제로 사용되는 물질이다. 알칼
테트라마이신, 스트렙토마이신 등은 대표적인 항생제이다. 항생제
로이드에는 카페인(커피나무), 모르핀(양귀비), 아미그달린(살구나
의 사용이 늘어나면 항생제에 내성을 가지는 내성균이 생기는 문제
무), 코카인(코카나무) 등이 있다.
점이 있다.
버드나무는 알칼로이드를 얻을 수 있는 식물이 아니며, 버드나무에
② 무기력증, 졸음, 갈증은 소화제의 부작용이다.
서 추출한 살리실산은 아세트산과 반응하여 아스피린을 합성한다.
③ 골수 기능 장애, 탈모증은 항암제의 부작용이다.
양귀비에서 추출한 모르핀은 진통제이고, 커피나무에서 추출
한 카페인은 각성제이며, 코카나무에서 추출한 코카인은 마취제
이다. 키나나무 껍질에서 추출한 퀴닌은 말라리아 치료제로 사용된
다. 코카인, 퀴닌, 모르핀, 카페인과 같은 물질은 알칼로이드의 일종
으로, 몇 가지 식물로부터 얻어서 약용으로 사용하고 있다.
인삼의 성분으로 항암 효과가 있는 것은 사포닌이다. 코카인은
알칼로이드 식물인 코카나무에서 추출한 마취제이고, 아세틸살리
실산은 아스피린의 주성분이다. 모르핀은 양귀비에서 추출한 진통
제이며, 프로게스테론은 스테로이드의 일종인 여성 호르몬이다.
④ 위장 장애, 신장 장애, 간 장애는 진통제의 부작용이다.
⑤ 습관성, 의존성 등의 금단 현상은 중독성 약물의 부작용이다.
효소는 단백질의 일종으로, 체내에서 일어나는 화학 반응의 속
도를 빠르게 하는 촉매로 작용하는 물질이다. 생물체는 효소 없이는
생명을 유지할 수 없다. 아밀레이스는 녹말의 소화 효소로 작용하여
낮은 온도에서도 음식물이 분해되는 반응 속도를 빠르게 한다.
⑴ 페니실린은 항생제로서, 미생물의 발육을 억제시키거나 죽
이는 물질이다. ( ㉡ )
⑵ 글리벡은 암세포의 발육이나 증식을 억제하는 약품이다.( ㉢ )
아스피린은 진통·해열제로, 살리실산과 아세트산을 반응시켜
⑶ 살리실산메틸은 진통제로서, 복용하면 독성이 있으므로 바르는
서 합성한다. 아스피린은 아세틸살리실산의 상품명이다.
약으로만 사용되며, 근육통과 타박상에 이용된다.( ㉠ )
128 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.21 8:49 PM 페이지129 Mac_05
신약 개발 과정은 다음과 같다.
토양 오염은 지하로 확산되기 때문에 진행 정도를 파악하기 어
1. 의약품 합성을 위한 설계(ㄴ)
2. 화학적인 방법이나 유전 공학적인 방법으로 의약품 합성(ㄹ)
3. 합성된 의약품의 약효 및 안정성 검사를 위한 동물 실험(ㄱ)
복구하기 어렵다.
렵고, 보이지 않는 상태로 지하수나 토양 또는 공기를 따라 넓은 지
역으로 서서히 확산된다. 따라서 오염이 오랜 기간 동안 진행되면
4. 사람을 대상으로 투여하여 여러 번의 임상 시험(ㄷ)
5. 신약으로 허가를 받아 환자의 치료에 사용(ㅁ)
㈎는 살리실산메틸, ㈏는 아세틸살리실산이다.
⑴ 살리실산메틸은 페놀성 하이드록시기를 가지고 있으므로 산성
물질이다. 따라서 수용액의 pH는 7보다 작다.
⑵ 살리실산메틸은 진통제로, 통증을 줄여주는 의약품이다. 하지만
통증의 원인을 없애는 치료약은 아니다.
⑶ 살리실산메틸은 복용하면 체내에 독성 물질인 폼알데하이드가
생성되므로, 파스나 연고 형태의 바르는 의약품으로 이용된다.
⑷ ㈏는 아세틸살리실산으로, 시판되는 상품명은 아스피린이다.
⑸ 아스피린은 진통제로, 통증을 줄여준다.
⑹ 두 반응은 모두 에스터 결합을 생성하는 반응으로, 산 촉매 반응
이다.
02 녹색 화학과 청정에너지
개념 확인 문제
pp.103~104
01. ③
07. ④
13. ②
02. ④
08. ④
03. ⑤
09. ⑤
04. ③
10. ④
05. ③
11. ①
06. ⑤
12. ⑤
14. ⑴ ○ ⑵ × ⑶ × ⑷ × ⑸ ×
산업이 발달함에 따라 중금속 오염에 의한 피해가 증가하고 있
으며, 중금속을 함유한 폐수는 낮은 농도로도 큰 피해를 준다. 수은
에 중독되면 미나마타병에 걸리며, 지각 이상, 언어 장애, 시야 협착
등을 일으킨다. 또한 중금속 오염은 생물 농축 현상이 나타나며, 자
정 작용에 의해 거의 정화되지 않는다.
자동차의 촉매 변환 장치에서는 일산화질소(NO)가 질소(N™)
와 산소(O™)로 분해되는 반응이 일어나며, 불완전 연소 생성물인 일
산화탄소(CO)와 탄화수소(CÆHÚ)를 산화시켜 이산화탄소(CO™)와
물(H™O)로 변화시킴으로써 오염 물질의 방출을 막는다.
2NO
촉매
11
⁄
N™+O™
2CO+O™
촉매
11
⁄
2CO™
탄화수소(CÆHÚ)+산소
이산화탄소+물
촉매
11
⁄
주어진 자료에서 설명하고 있는 대기 오염 물질은 이산화질소
이다. 이산화질소(NO™)는 적갈색의 기체로서 주로 자동차의 배기
가스로 배출되며, 광화학 스모그를 일으키는 주범이다.
이산화황은 황이 연소될 때 발생하는 기체로 런던형 스모그의 원인
물질이고, 오존층 파괴의 원인 물질은 프레온 가스이며, 지구 온난
화의 원인 물질은 이산화탄소이다. 또 이산화탄소는 정상적인 빗물
이 약한 산성을 띠게 하는 원인이 되는 물질이다.
온실 효과는 대기가 지표면이 방출하는 에너지의 일부를 흡수
한 후 지표면으로 재방출하여 생기는 현상이다. 온실 효과를 일으키
는 기체는 이산화탄소, 메테인, 프레온 가스, 산화질소, 오존, 수증
기 등이다. 이산화탄소는 다른 기체들보다 지표면에서 방출되는 적
외선을 흡수하는 효과가 떨어지지만 대기 중 농도가 매우 높기 때문
에 온실 효과를 크게 나타내며, 화석 연료의 사용과 인구 증가로 대
기 중 농도가 증가하고 있기 때문에 지구 온난화의 주범이 되고 있
다. 비활성 기체인 네온과 아르곤은 단원자 분자로, 온실 효과를 일
으키지 않는다.
산성비를 방지하려면 SO™, NOÆ 등의 배출을 줄여야 한다. 각
종 자동차의 배기 가스로부터 배출되는 질소 산화물을 줄이기 위해
촉매 변환기를 설치하는 것이 필요하고, 공장의 굴뚝 등에서 나오는
이산화황을 줄이기 위해 탈황 시설을 하는 것이 필요하다. 또한 산
수질 오염 물질에는 크게 산업 폐수, 축산 폐수, 생활 하수가 있
성비를 막기 위해서는 화석 연료와 같은 에너지원 대신 환경에 영향
다. 공장 폐수는 산업 폐수이고, 세탁 폐수와 음식물 찌꺼기는 생활
을 미치지 않는 새로운 대체 에너지가 필요하다. 수소산소 연료
하수이며, 가축의 분뇨는 축산 폐수이다. 질소 산화물은 대기 오염
전지는 오염 물질의 배출이 없는 전지이므로 산성비에 의한 피해를
물질이다.
줄일 수 있다.
V. 인류 복지와 화학 _ 129
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:27 PM 페이지130 Mac_04
pp.105~108
03. ⑤
04. ⑤
05. ①
06. ⑤
대체 에너지 중 조력 발전은 해양 에너지를 이용한 것으로, 달
의 인력에 의해 나타나는 조수간만의 차이를 이용하여 전기를 생산
하는 친환경적인 발전 방법이다.
쓰레기 소각은 소각장에서 실시하고, 배출 가스는 정화시켜야
한다. 또한, 에너지를 절약하고 대중교통을 이용하여 환경을 보호
해야 한다.
실력 확인 문제
01. ②
07. ⑤
02. ②
08. ③
단답형·서술형 문제
09. ㈎-ㄱ, ㈏-ㄴ
10. ⑴ ㈎, ⑵ ㈏ ⑶ ㈎와 ㈏ 모두 없다.
11. 임상 시험, 약효를 테스트한 후 우수한 약효가 나타나면 동물 실험
A. 태양 에너지는 고갈될 염려가 없고, 환경 오염 물질의 배출
을 거쳐 용량, 용법 등을 구체적으로 조사한 후 임상 시험으로 다시 확인
은 없으나 에너지 밀도가 낮다. 따라서 태양 에너지를 이용하기 위
한다. 이때 부작용과 독성 등을 자세히 조사한다.
해서는 경제성 문제를 해결해야 한다.(ㄷ)
B. 원자력 에너지는 대기 오염 물질을 배출하지 않지만 방사성 물
질을배출하므로방사능폐기물처리등의안전문제를해결해야한다.
10-D, 11-J, 12-L
12. ㄱ, ㄴ 13. 태양 에너지
14. ㈎-ㄷ, ㈏-ㄱ, ㈐-ㄴ
15. 1-A, 2-B, 3-I, 4-H, 5-K, 6-G, 7-F, 8-E, 9-C,
(ㄱ)
C. 수소는 연소할 때 많은 에너지를 방출하는 기체로, 수소산소
연료 전지에 이용되고 있다.(ㄴ)
대체 에너지는 환경을 오염시키지 않으면서 열효율이 좋고 값
이 싸야 한다. 대체 에너지에는 태양 에너지, 풍력 에너지, 해양 에
너지 등이 있다.
결정에 X선을 쪼여주면 X선이 결정 내의 원자들에 의해서 회
절되어 규칙적인 회절 무늬가 생기는데, 이것을 분석하면 결정의 구
조를 알아낼 수 있다. 현재에는 결정을 자동으로 회전시키면서 모든
면으로부터의 회절을 컴퓨터로 처리해 주는 장비인 X선 회절 분석
계(X-ray diffractometer)를 이용하여 한 결정 내에 있는 두
원자 사이의 거리와 결정 구조를 알아낸다. 이러한 학문을 X선 결
정학(X-ray crystallography)이라고 하는데, 이 X선 결정
청정에너지에는 태양 에너지, 수소 에너지, 지열 에너지, 풍력
학은 분자 구조를 결정하는 중요한 수단이다.
에너지, 바이오 에너지 등이 있다.
원자력 에너지는 방사선의 누출 위험이 있으므로 청정에너지라고
신약의 개발 과정은 다음과 같다.
볼 수 없다.
① 기초 탐색 단계：연구 방향을 설정하고, 필요한 물질을 생약으로
부터 추출 또는 화학적으로 합성한다.
나프타를 1000æ 가까운 뜨거운 통 속에 넣으면 열에너지를
② 동물 실험 단계：동물 실험을 통해 약물이 갖는 부작용 및 독성
흡수한 고분자가 스스로 쪼개지는데, 이것을 열분해 공정이라고 한
을 검색한다.
다. 이 과정에 화석 연료가 소비되는데 에틸렌이나 프로필렌 100t
③ 임상 시험 단계：사람들을 대상으로 약물의 안정성과 내약성을
을 얻는 데 석유 40t이 소모되며, 이때 발생하는 이산화탄소의 양도
여러 차례에 걸쳐 검토한다.
엄청나다. 따라서 이것은 녹색 화학이 적용된 예가 아니다.
④ 신약 허가：의약품을 담당하는 기관의 허가를 받아 환자의 치료
에 신약을 사용하게 되며 신약 판매 시판 후 조사 및 재심사를 한다.
⑴ (-)극에서는 전자를 얻는 환원 반응이 일어난다.
⑵ 청정 연료로 사용될 수 있는 물질은 수소 기체이다. 물의 전기 분
알칼로이드는 질소 원자를 포함하고 있는 고리 모양의 화합물
해에서 수소 기체는 (-)극에서 생성된다.
로, 모두 염기성을 나타내며 아주 적은 양으로도 강력한 약리 작용
⑶ 전체 반응의 DH가 (+)값을 가지므로 전체 반응은 흡열 반응
을 나타내는 특징이 있다.
이다.
ㄱ. 알칼로이드는 질소를 포함한 고리 모양의 화합물로 모두 물에
⑷ 이 반응에서 전기 에너지가 화학 에너지로 전환되고 있다.
잘 녹지 않는다.
⑸ 물을 전기 분해할 때 넣어 줄 수 있는 물질은 수산화나트륨이다.
ㄷ. 모르핀과 코카인은 습관성과 중독성이 있는 약물이지만 카페인
황산구리를 넣어 주면 물이 전기 분해되지 않고 구리가 석출된다.
은 아니다.
130 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.21 8:50 PM 페이지131 Mac_05
① ㈎, ㈏, ㈐는 모두 산소를 잃거나 얻으므로 산화·환원 반응
촉매
이다.
요한 반응이다.
② ㈏에서 ⒜는 자연 상태에서 쉽게 일어나지만, ⒝는 자외선이 필
위반응에서C, D와W, X의위치가바뀌었으므로복분해반응이다.
ㄴ. 기존의 복분해 반응은 높은 온도에서 여러 과정을 거쳐야 했으
③ ⒝ 반응에서 생성된 O와 공기 중의 O™가 반응하며 광화학 스모
므로 그 과정에서 불순물이나 페기물이 많이 나오는 단점이 있었다.
그의 원인 물질인 O£을 생성한다.
그런데 쇼뱅, 슈록, 그럽스가 유기금속 촉매를 개발하여 폐기물을
④ ㈏의 반응에서 NO는 ⒜에서 반응에 참여했다가 ⒝에서 다시
최소화하고 다양한 화합물을 합성하는 방법을 개발하였으며, 이 공
배출되므로 촉매로 작용하는 것이다.
로로 녹색 화학 분야에서 최초로 노벨상을 수상하였다.
⑤ ㈎의 반응은 고온에서 일어나지만 ㈐의 반응은 상온에서 촉매
ㄷ. 이 반응은 에이즈 치료제, 콘택트 렌즈, 생물 농약 등 여러 가지
에 의해 일어난다.
물질 개발에 이용되고 있다.
•현석：해양 에너지를 이용한 조력 발전은 조수간만의 차를
ㄱ. 연료 전지가 반응하면 물이 생성되므로 공해 물질을 배출하
이용하여 전기를 생산하는 시설로, 조수간만의 차가 심한 서해안 지
지 않는다.
역에 설치하면 효과적이다.
ㄴ. (-)극에서 OH—이 소모되고 (+)극에서 OH—이 생성되지
•수진：풍력 에너지는 바람이 센 해안, 섬, 산간 지역의 발전 장치
만, 각 전극에서 따로 반응이 일어나므로 OH—이 촉매로 작용하는
에 이용된다. 따라서 바람이 센 제주도와 같은 섬 지방에는 풍력 발
것은 아니다.
전소를 설치하면 효과적일 것이다.
ㄷ. (-)극에서는 H™가 산화되어 H™O로 되고, (+)극에서는 O™
•철수：원자력 에너지는 우라늄의 핵분열 반응을 이용하여 전기
가 환원되어 OH—으로 된다.
에너지를 얻는 방법으로, 큰 에너지를 얻을 수 있으며 대기 오염 물
질을 배출하지 않지만 체르노빌 원전 사건처럼 방사능 폐기물에 의
한 심각한 오염 문제 등이 발생할 수 있다.
•영희：전기 에너지는 오염 물질을 배출하지 않으나 전기 에너지
를 만들기 위해 화력 발전소에서 화석 연료를 소비해야 하므로 화력
정답
㈎-ㄱ, ㈏-ㄴ
해설
발전소의 건설은 적절한 제안이 아니다.
① 이산화질소에 대한 설명이다.
② 수소 기체에 대한 설명이다.
M+2H±
M¤ ±+H™
1⁄
≈
③ 질소나 아르곤 기체에 대한 설명이다.
㈎는 페니실린이다. 페니실린은 다른 미생물의 발육과 번식을 억제
하거나 죽이는 대표적인 항생제이다. 페니실린은 최초의 항생제로
서 1929년 영국의 플레밍이 포도상구균의 성장을 방해하는 푸른곰
팡이로부터 발견하였다.(ㄱ)
㈏는 아스피린이다. 아스피린은 두통이나 치통과 같은 통증을 줄여
주는 의약품으로 1899년 독일의 바이엘 제약 회사에서 개발하였으
며, 살리실산과 아세트산을 반응시켜 만든 아세틸살리실산의 상품
④ 이산화탄소 기체는 호흡 과정에서 생성되며, 온실 효과와 가장
명이다.(ㄴ)
관련이 깊은 기체이다.
⑤ 오존층 파괴와 가장 관계가 깊은 물질은 프레온 가스이다. 프레
온 가스는 매우 안정한 물질로 대기 중에서 분해되지 않고 성층권까
지 올라가게 된다. 성층권에서 파장이 매우 짧은 자외선에 의해 프
레온 가스가 분해되면 염소 원자가 생성되며, 이 염소 원자가 오존
층을 분해한다.
⑴ ㈎, ⑵ ㈏, ⑶ ㈎와 ㈏ 모두 없다.
정답
해설
는 의약품이다.
⑴ ㈎ 모르핀은 진통제로서, 중추 신경에 작용하여 통증을 줄여 주
⑵ ㈏ 퀴닌은 알칼로이드로, 아주 적은 양으로도 효과를 나타내는
ㄱ. 복분해는 두 물질이 분해되었다가 재결합하면서 결합의 위
의약품이다.
치가 바뀌는 것을 의미한다.
⑶ ㈎, ㈏ 모두 에스터 결합을 가지고 있지 않다.
V. 인류 복지와 화학 _ 131
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:27 PM 페이지132 Mac_04
임상 시험, 약효를 테스트한 후 우수한 약효가 나타나면 동물 실험을 거쳐
1. 예방
폐기물은 배출 후 처리하는 것보다 먼저 발생을 막는 것이 중요하다.
용량, 용법 등을 구체적으로 조사한 후 임상 시험으로 다시 확인한다. 이때
최종 생산물은 모든 원료가 사용되도록 합성 방법을 설계해야
부작용과 독성 등을 자세히 조사한다.
녹색 화학의 12가지 기본 원리
질량 분석기는 질량을 측정하여 동일성을 확인하며, 기체 크로마토
그래피는 화학 물질의 성분을 분리하여 확인한다.
이 두 가지 장치를 동시에 사용하면 신뢰도가 매우 높아진다.
7. 재생성 원료
기술적으로 경제적으로 가능하면 고갈되지 않고 재생 가능한
2. 원자 경제성
한다.
3. 저유해성 화
인체와 환경에 대한 독성을 없애거나 줄이는 방법을 모두 동원한
학 합성
합성 방법을 개발해야 한다.
4. 더 안 전 한
제품의 기능은 유지하면서 독성이 최소화된 제품을 개발해야
제품 개발
한다.
5. 더 안 전 한
용매와 보조제는 가능하면 사용하지 않도록 하며, 무독성인 것을
용매와 보조제
사용해야 한다.
6. 에너지 효율
물질 합성은 실온과 대기압에서 실행하고 화학 공정에서 에너지
설계
사용
사용을 최소화해야 한다.
원료를 사용해야 한다.
합성 과정에서 폐기물을 발생시키는 유도체화 과정은 피하거나
8. 유도체 감소
최소화해야 한다.
9. 촉매
촉매는 선택성 등에서 우위에 있으므로 사용하는 것이 유익하다.
10. 분해 가능
화학 물질은 기능을 다한 후에 무독성으로 분해되는 것으로 고안
11. 오염 방지
화학 공정을 실시간으로 분석해서 유해 물질이 만들어지는 과정
의 실시간 분석
을 철저하게 통제할 수 있어야 한다.
12. 사고 예방
을 위 한 안 전
화학
화학 공정에 사용되는 물질은 폭발, 화재 등의 사고를 일으킬 위
험성이 최소화되도록 개발되어야 한다.
개념 활용 문제
01. ④
07. ③
02. ③
08. ②
pp.109~112
03. ④
04. ⑤
05. ②
06. ②
있다.
ㄴ. 통증을 완화시키는 물질은 진통제이다.
ㄷ. 세균은 항생제에 의해 내성이 생기게 되므로 페니실린을 오랫동
안 복용하게 되면 복용량을 늘려야 한다.
계절에 따라 차이가 있고, 고갈될 염려가 없는 대체 에너지는 태양
설계
해야 한다.
에너지이다. 태양 에너지는 에너지 밀도는 낮으나 고갈될 염려가 없
는 청정에너지이다.
㈎-ㄷ, ㈏-ㄱ, ㈐-ㄴ
정답
해설
는 장치이다.
는 장치이다.
㈎：공장에 설치된 코트렐 집진기로, 주로 매연이나 분진을 제거하
㈏：이산화황 제거 장치로, 공장에서 배출되는 황 산화물을 제거하
㈐：촉매 변환기로, 벌집 모양의 산화알루미늄에 작은 구멍이 많이
있고 백금, 팔라듐, 로듐 등의 촉매가 포함되어 있어서 연소하지 못
한 탄화수소를 완전 연소시키고 질소 산화물을 질소와 산소로 분해
1-A, 2-B, 3-I, 4-H, 5-K, 6-G, 7-F, 8-E, 9-C, 10-D,
시켜 대기 오염 물질의 양을 줄인다.
ㄱ. 카복시기는 -COOH로 페니실린의 구조에서 확인할 수
녹색 화학의 12가지 원리는 1998년 OECD에서 제정하였으며, 자
ㄱ. 두 화합물은 모두 수소 결합을 할 수 있는 카복시기(-CO
연과 환경 그리고 화학이 함께 성장하는 지속 가능한 화학, 인간의
OH)나 하이드록시기(-OH)를 가지고 있다.
건강이나 환경에 해로운 원료, 제품, 부산물, 용액, 시약 등의 사용
ㄴ. 아스피린은 다음과 같이 살리실산과 아세트산의 에스터화 반응
과 발생을 줄이는 화학이 녹색 화학이다.
으로 합성된다.
정답
정답
ㄱ, ㄴ
해설
정답
태양 에너지
해설
정답
11-J, 12-L
해설
132 _
정답과 해설
12고하이탑화학Ⅱ-3(115~133) 2012.6.19 7:27 PM 페이지133 Mac_04
살리실산
아세트산
아스피린
타이레놀(아세트아미노펜)의 합성에도 다음과 같이 아세트산이 필
요하다.
아미노페놀
아세트산
아세트아미노펜
ㄷ. 아스피린은 카복시기가 있고 타이레놀은 페놀성 하이드록시기
를 갖고 있으므로 수용액 상태에서 H±을 내놓아 수용액의 액성은
산성을 띤다.
ㄴ. 수소산소 연료 전지는 연소 생성물이 물이므로 산성비의 원인
물질을 배출하지 않는다.
너지로 변환시키는 장치이다.
ㄷ. 수소산소 연료 전지는 수소에 저장된 화학 에너지를 전기 에
ㄹ. 연료 전지에서 일어나는 반응은 다음과 같다. 이때 OH—의 수는
변하지 않지만 물이 생기므로 OH—의 농도는 감소한다. 따라서 수
용액의 pH는 작아진다.
(-)극：2H™(g)+4OH—(aq)
4H™O(l)+4e—
1⁄
(+)극：O™(g)+2H™O(l)+4e—
4OH—(aq)
전체 반응：2H™(g)+O™(g)
1⁄
1⁄
2H™O(l)
ㄱ. 반응식에서 보면 햇빛이 강할 때 질소 산화물이 분해되어
오존을 생성하므로 광화학 스모그는 맑은 날 한낮에 잘 발생한다.
오전에 NO의 농도가 높은 것은 자동차의 이동이 활발해지는 시간
이기 때문이다.
ㄴ. 자동차 운행이 많을수록 질소 산화물의 배출량이 증가하여 오존
ㄱ. 아스피린 합성에서 반응 용기를 가열하는 이유는 온도를
의생성량이증가하므로지표면근처의오존(O£) 농도가높아진다.
높여 반응 속도를 빠르게 하기 위해서이다.
ㄷ. 자동차 연료로 등유 대신 청정 연료인 LNG를 사용하면 질소
ㄴ. 과정 ⑵에서 물을 넣어 주는 것은 반응이 완결되었다고 생각될
산화물의 배출량이 줄어들기 때문에 광화학 스모그는 감소한다.
때 반응하지 않고 남아 있는 아세트산 무수물을 분해시키기 위해서
ㄷ. 과정 ⑶에서 물을 넣어 주는 것은 진한 황산과 아세트산, 아스
피린을 분리하기 위해서이다.
ㄹ. 결정이 생길 때 냉각시켜 주는 이유는 아스피린을 재결정시키기
이다.
위해서이다.
ㄱ. CO는 O를 얻어 CO™가 되므로 산화 반응이고, NO는 O를
잃어 N™가 되므로 환원 반응이다.
ㄴ. 연소 반응이 일어나도 원자 수는 변하지 않는다.
CÆHÚ+aO™
bCO™+cH™O에서
1⁄
c
x=b, y=2c, 2a=2b+ 이므로 a=x+ 이다.
2
y
4
CÆHÚ(g)+{x+ }O™(g)
1⁄
xCO™(g)+ H™O(g)
y
4
y
2
ㄷ. ㈎는 벌집 모양으로 이루어져 있다. 이것은 촉매의 표면적을 크
게 하여 대기 오염 물질인 탄화수소(CÆHÚ), CO, NO 등을 빠르게
제거하기 위해서이다.
ㄱ. 물의 전기 분해 장치에서 A와 B 전극에 모인 기체의 부피
비가 A : B=2 : 1이므로 A에 모인 기체는 수소 기체이고 B에
모인 기체는 산소 기체이다. 그러므로 A 전극은 (-)극에 연결되
어 있고, B 전극은 (+)극에 연결되어 있다.
ㄴ. B 전극에서는 산소 기체가 발생되므로 (+)극에서의 반응이
다. 반응식을 보면 산소 기체가 발생되면서 H±이 생성된다. 따라서
용액의 액성이 산성으로 변하게 되므로 BTB 용액의 색은 노란색
으로 변한다.
나타난다.
ㄷ. 질산나트륨 수용액 대신에 염화나트륨 수용액을 넣으면 (+)
극에서 산소가 발생하지 않고 염소 기체가 발생하므로 다른 결과가
ㄱ. 제시된 그래프에서 빗물의 pH가 점점 커지는 것으로 보아
시간이 지날수록 빗물의 산성은 점점 약해진다는 것을 알 수 있다.
ㄴ. 산성비는 pH 5.6 이하의 빗물을 의미한다. 그래프에서 처음
3시간 동안 내린 빗물의 pH가 5.6보다 작다는 것을 알 수 있다. 따
라서 처음 3시간 동안은 산성비가 내렸다는 것을 알 수 있다.
ㄱ. 수소산소 연료 전지에서는 (-)극에서 수소가 산화되고
ㄷ. 11시에서 13시 사이에 대기 중에 산성 오염 물질이 존재하지 않
(+)극에서 산소가 환원된다.
는다면 13시에 내린 빗물이 산성비라는 것을 설명할 수 없다.
V. 인류 복지와 화학 _ 133
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