2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (21번~25번)

 

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (21번~25번)

 

이전 문제(1번~20번) 풀이는 다음 링크를 참고하시기 바랍니다.

1번~5번 : https://stachemi.tistory.com/93

6번~10번 : https://stachemi.tistory.com/97

11번~ 15번 : https://stachemi.tistory.com/99

16번~ 20번 : https://stachemi.tistory.com/102

 

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21번 답 ④

  문제에 주어진 반응은 크게 3 가지입니다. 첫 번째 AgI의 해리 반응, 두 번째 Ag⁺의 암민 착물 형성 반응, 그리고 마지막은 AgBr의 해리 반응입니다. 편의상 제시된 순서대로 (a), (b), (c) 반응이라 칭하겠습니다. (a)와 (c) 반응의 K_sp 값 비교를 통해 AgI의 순수한 물에서의 용해도가 AgBr 보다 작음을 알 수 있습니다. 즉, AgI가 AgBr보다 물에 더 안 녹습니다. 즉, Ag⁺ 이온이 Br^-, I^- 이온과 함께 존재하면 AgI 침전을 더 잘 형성합니다.

  이제 문제 조건을 살펴보면, (가)는 NH₃ 수용액에 불용성 염인 AgI를 첨가하여 평형에 도달한 것을, (나)는 (가) 용액에 NaBr 첨가한 후 평형에 도달한 것을 나타냈습니다. (가), (나) 모두 NH₃ 수용액에서의 평형이므로 (b)의 착물 형성 반응에 의존합니다. 제시된 착물 형성 상수 K_f가 2*10⁷로 매우 큰 값이므로, AgI 침전이 해리되어 생성되는 Ag⁺는 즉각적으로 착물 형성으로 소모된다고 할 수 있습니다. 반응식으로 정리하면 다음과 같습니다.

  위 반응식처럼 AgI 해리에 의해 생성되는 Ag⁺는 모두 Ag(NH₃)₂⁺ 착물로 전환됩니다. 문제에 단서 조항으로 제시된 [NH₃]=1, [Ag(NH₃)₂⁺] = [I^-] 라는 점을 이용해 AgI의 몰용해도를 구할 수 있습니다. 몰 용해도(S )는 [Ag(NH₃)₂⁺] 또는 [I^-]와 같습니다.  이제  <보기>를 살펴보면,

ㄱ. (가)에서 AgI의 몰용해도는 위의 (a)+(b) 식의 평형 상수(16*10^-10)를 통해 다음과 같이 구할 수 있습니다. (참)

ㄴ. (나)에서는 Br^-가 첨가에 의해 AgI의 해리 반응의 평형을 유지하던 Ag⁺ 이온 수가 감소합니다. AgBr의 침전 반응은 (c)의 역반응으로 K = 2*10¹² 으로 매우 큰 값을 갖기 때문에  Br- 첨가와 함께 바로 AgBr 침전이 일어납니다. 이로 인해 (가) 상태에서 평형을 유지하던  Ag⁺ 이온 수를 감소시키며, AgI의 몰 용해도는 (가) 보다 커집니다. (참)

ㄷ. 평형에 도달한 (나)에 고체 AgI를 첨가해도 수용액의 평형에는 영향을 주지 않습니다. 용액의 평형은 용액에 존재하는 이온과 착물에 의해 결정됩니다. (거짓)

[굿노트 요약 풀이]

 

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22번 답 ⑦

[굿노트 요약 풀이]

 

자세한 풀이 과정은 이전에 작성한 글을 참고하시기 바랍니다.

https://stachemi.tistory.com/66

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 22번 풀이

 

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23번 답 ②

  처음에 얕잡아 보고, 풀이를 미뤄두다가 업로드를 준비하는 과정에서 은근히 시간이 많이 걸렸던 문제입니다. 영역은 산화-환원 적정입니다. 적정액의 초기 농도, 화학반응식의 계수, 생성된 크롬 이온의 산화수 등이 모두 미지수이기 때문에 차분하게 하나씩 풀어나가야만 합니다. 산화-환원 반응에서는 결국 산화종과 환원종 사이의 전자 수, 또는 산화수의 변화가 같다는 것에서 시작하면 대체로 해결되는 경우가 많습니다.

  미지 농도 x M의 SO₃^2- 용액 30 mL을 0.04 M Cr₂O₇^2- 용액으로 적정합니다. SO₃^2-의 농도가 0이 되는 Cr₂O₇^2- 10mL 지점이 산화-환원 적정의 당량점입니다. 항상 H⁺와 OH^-가 1:1로 반응하는 산-염기 중화 반응과 달리 반응식의 계수를 맞춰주어야 반응 비를 알 수 있습니다. 미지수 a와 b를 사용하여 반응식을 써보면 다음과 같습니다.

  황 원자(S) 한 개 기준으로 산화수는 SO₃^2- (+4)에서 SO4^2- (+6)으로 2 증가합니다. 이 반응에서 산화되는 화학종은 황입니다. 관여한 총 전자 수는 2a 개입니다. 크롬 원자(Cr) 한 개 기준으로 산화수는 Cr₂O₇^2- (+6)에서 Crⁿ⁺ (+n)으로 6-n 감소하며, 환원됩니다. 산화수인 n은 자연수이고, 6보다 작은 값을 갖습니다. 관여한 총 전자 수는 (12-2n)b 개입니다. 산화와 환원에 관여하는 전자 수는 같아야 하므로, 2a = (12 - 2n)b의 관계를 만족해야 합니다. 정리하면 다음과 같습니다.

  n은 자연수이면서 6보다 작은 값을 가져야 하기 때문에 좌변의 a/b 는 1보다 큰 자연수이어야 합니다.

  다음으로 그래프의 당량점(10 mL) 지점에서의 (가)와 (나)의 몰농도 비를 이용하면 a와 b의 비를 찾을 수 있습니다. 초기 적정액인 K₂SO₃의 부피는 30 mL 이며, 첨가한 K₂Cr₂O₇의 부피 10 mL를 더해 전체 부피를 구할 수 있습니다. 당량점에서의 전체 부피는 40 mL 입니다. 따라서 생성된 화학종 (가)와 (나)의 몰비(계수비)는 다음과 같습니다.

  간단하게 정리하면, a : b = 3 : 1 또는 a : b = 4 : 3 입니다. 두 가지 경우 모두 a > b 이지만, a/b 값이 자연수이어야 하므로, a : b = 3 : 1임을 알 수 있습니다. 따라서 그래프에서 몰 수가 큰 (가)는 SO₄^2-, 작은 (나)는 Crⁿ⁺ 입니다. (보기ㄱ 거짓)

  또한 위의 a/b = 6-n 의 관계식을 통해 생성된 크롬의 산화수가 +3이라는 것도 알 수 있습니다. (보기ㄷ 거짓)

  화학 반응식을 완성하면 다음과 같습니다.

  완성된 화학 반응식을 통해 반응물 SO₃^2-와 Cr₂O₇^2-가 3 : 1의 몰 비(계수 비)로 반응하는 것을 알 수 있습니다. 산화-환원 적정에 사용된 K₂Cr₂O₇의 몰 수가 0.04 M * 10 mL = 0.4 mmol 이므로, SO3^2-는 K₂Cr₂O₇의 3 배인 1.2 mmol이 있었음을 알 수 있습니다. x M * 30 mL = 1.2 mmol 이므로, 초기 몰농도인 x = 0.04 M 입니다. (보기 ㄴ 참)

[굿노트 요약 풀이]

 

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24번 답 ①

  주어진 그래프는 x 축이 log[화학종], y 축이 전위(E )로 이루어져 있습니다. 직관적으로 네른스트식(Nernst's Equation)을 이용해야 함을 알 수 있습니다. 네른스트식은 비표준 상태에서의 전위에 관한 식입니다. 그래프는 모두 기울어진 직선의 그래프 형태를 보이고 있으므로, 네른스트식을 y = ax + b 꼴에 대응시키는 것이 문제를 풀어나가는데 도움이 됩니다.

  제시된 식 중 수소 전극에 대한 네른스트식을 작성해보면 다음과 같습니다.

  수소 전극 그래프의 기울기 a는 + 0.0592 이며, y 절편인 b는 수소 전극의 표준환원전위 0 V입니다. 수소 전극 그래프와 비교해보면, 전극 I은 수소 전극과 같은 기울기를 가지며, 전극 II는 기울기가 수소 전극의 1/2로 완만합니다. 이는 환원 반응에 관여한 전자(혹은 금속 이온의 산화수)와 관련되어 있을 것임을 예상할 수 있습니다. 표준 상태에서의 갈바니 전지에 대한 <보기>를 살펴보면,

ㄱ. 전극 I에 대한 네른스트식을 작성하면, 다음과 같습니다.

  전극 I의 기울기는 수소 전극과 같으므로, 기울기인 0.0592/m은 0.0592이며, m = 1 임을 알 수 있습니다. (참)

ㄴ. 전극 I과 II의 표준환원전위는 각각 a, b 입니다. 그래프의 y절편을 통해 a > 0 이며, b < 0 라는 것을 알 수 있습니다. 표준 상태에서 환원이 더 잘 되는 전극 I이라는 것을 알 수 있습니다. (거짓)

ㄷ. 전지 전위가 0 이라는 것은 전극 I과 전극 II 사이에서 전위차가 발생하지 않으며, 이는 두 전극의 전위 값이 같아지는 순간을 말합니다. 전극 II에 대한 네른스트식도 위와 같이 나타내면 다음과 같습니다.

  전극 전위가 0이 되기 위해서는 두 전극에 대한 네른스트식이 같아야 합니다. 정리하면, 다음과 같습니다. (거짓)

[굿노트 요약 풀이]

 

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25번 답 ⑥

[굿노트 요약 풀이]

 

자세한 풀이 과정은 이전에 작성한 글을 참고하시기 바랍니다.

https://stachemi.tistory.com/65

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 25번 풀이

 

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* 본문 설명 중 잘못된 부분에 대해 지적해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 http://www.kpeet.or.kr 한국약학교육협의회 사이트입니다.