어제(2020.6.18.) 2021학년도 고3 수능 6월 모의평가가 시행되었다. 여타 전국 단위 모의고사를 시도교육청이 주관하여 진행하는 것과 달리 6월, 9월은 한국교육과정평가원이 주관한다. 평가원 모의고사를 통해 그 해 수능 출제 경향이나 난이도 파악 등을 할 수 있기에 학생들에게는 큰 의미가 있다. (물론, 올해 수능 출제 위원들에게도 현 고3 수준을 파악하고, 난이도 조절에 참고할만한 자료를 얻을 수 있다는 점에 의미가 있다.)
올해 수능이 2015 교육과정으로 치르는 첫 수능이기에, 다른해 보다 많은 관심이 쏠릴 수 밖에 없다. 어제 평가원에서 문제가 공개된 후, 전체적으로 훑어보긴 했으나 '공부하는 아빠 방해하기 놀이'가 재밌는 아들들 덕에 풀이를 서두르지 못했다. 생각했던 것보다 조금 늦었지만, 혼자 공부하면서 보다 자세한 해설을 찾는 학생들에게 조금이나마 도움이 될까 싶어 3점 문항 풀이를 남겨놓고자 한다.
2021학년도 수능 6월 모의 평가 화학1의 3점 문항은 총 10문항으로 3번, 5번, 7번, 8번, 12번, 13번, 15번, 16번, 17번, 20번이다. 10 문항을 두 파트로 나누지 않고, 한 번에풀이하다 보니 스크롤 압박이 심함을 미리 예고한다.
021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 3번
[정답] ④
비공유 전자 쌍은 각 산소에 각각 2 쌍 씩, 총 4 쌍이 존재한다. 이 문제가 왜 3점일까... 잘 모르겠다.
formic acid의 루이스 구조식
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 5번
[정답] ④
반응열에 관련된 문제이다. 화학 반응은 열의 출입에 따라 발열(exothermic) 반응과 흡열(endothermic) 반응으로 구분된다. 발열 반응은 외부로 에너지를 열의 형태로 방출하는 반응. 흡열 반응은 외부로부터 열 에너지를 흡수하는 반응이다. 차이는 열이 외부로 방출되느냐, 외부로부터 열을 흡수하느냐이다.
물질이 외부로 열 에너지를 방출하면, 주위의 온도는 높아질 것이며, 외부의 열을 물질이 흡수했다면, 주위의 온도는 낮아질 것이다.
ㄱ. 연소 반응은 탈물질이 산소와 반응하여 연소 생성물을 만드는 과정에서 빛과 열의 형태로 에너지를 방출하는 대표적인 발열 반응이다.
ㄴ. 질산암모늄(NH4NO3)의 용해 과정이 흡열 반응이라는 것을 단순 암기하여 풀 수도 있겠지만,
* 화학을 가르치는 사람으로서 문제를 출제한다면, 절대 그런 암기에만 의존하는 문제를 출제하지 않는다. 위의 ㄱ 보기의 연소 반응처럼 '정의(definition)' 자체에 열의 출입이 나타나는 경우를 제외하고는 발열/흡열 반응의 구분은 주위 온도 변화로 판단하는 것이다.
해당 ㄴ 보기를 "물질 X를 물에 용해 시켰더니 용액의 온도가 낮아졌다."로 바꾸어도 풀려야 한다. 물질 X가 물에 용해될 때, 외부로부터 열 에너지를 흡수하면, 그 결과 주위 열 에너지 양이 감소하고, 이에 따라 온도가 낮아진다.
ㄷ. 더 이상의 설명은 생략해도 상관 없다. 용액의 온도가 높아졌다는 것은 용해되면서 주위에 열 에너지를 방출했다는 의미다. 발열 반응이다.
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 7번
[정답] ②
과산화수소(H2O2) 분해 반응이다.
ㄱ. 생성되는 기체 (ㄱ)은 산소(O2)이다. 화학 반응식의 반응물/생성물의 전체 원자 개수는 보존되어야 한다. 화학 반응식을 완성시키면 다음과 같다. (거짓)
2H2O2 → 2H2O + O2
ㄴ. 완성된 화학 반응식의 계수 비를 통해 2몰의 H2O2가 분해하면 2몰의 H2O와 1몰의 O2를 생성함을 알 수 있다. H2O2와 H2O의 반응/생성 비는 1 : 1이다. (참)
ㄷ. 반응/생성 비에 따라 0.5몰의 H2O2가 분해되면, 0.5몰의 H2O와 0.25몰의 O2가 생성된다. 생성물의 몰수[mol]를 질량 정보로 바꾸기 위해서는, 1몰 질량(또는 분자량) [g/mol]을 알아야 한다.
0.5 [mol] x 18 [g/mol] = 9 g 의 H2O 0.25 [mol] x 32 [g/mol] = 8 g 의 O2
따라서 생성물의 질량은 총 17 g 이다. (거짓)
* 덧붙여. ㄷ 문장의 잘못된 부분을 그대로 반박하면서 설명하느라 생성물의 질량을 구했지만, 반응한 0.5몰의 H2O2의 질량이 17 g이고, 반응 전/후 질량이 보존 되어야 한다는 사실만으로도 참/거짓을 쉽게 알 수 있다.
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 8번
[정답] ①
2015 개정 교육과정에서 몰농도 개념이 화학1으로 내려왔는데, 몰농도 개념이 단위 부피 당 몰(입자) 수의 농도 공식만을 알려주고, 산-염기 고난도 문제 풀이를 위한 부품처럼 소모되지 않기를 바란다.
화학에서 몰농도 개념을 빼고 반응을 생각할 수 없다. 당연히 몰농도를 학습한 뒤에는 원하는 농도의 용액을 실험실에서 스스로 만들 수 있게 되기를 바란다. 비록 시간적, 환경적 제약으로 책상 위에서 글과 그림을 통해 몰농도를 공부할지라도 용액을 직접 만들 수 있기를 바란다. 농도 관련 공부를 할 때, "특정 농도 용액을 실험실에서 제조하기 위해 어떤 기구가 필요하고 어떤 순서를 거쳐야 하는지?"를 상상해보면서 순서를 정리하면 가능해진다. 위 문제의 실험 과정을 이미지화하여 정리해놓는 것을 추천한다.
그렇다면, 용액을 제조하는 단계를 알아보도록 하자. 자연스럽게 <보기>의 참/거짓이 해결될 것이다. 이 문제를 풀기 어려웠다면, 그저 문제를 해결하는 것에 급급하기보다 아래의 접힌 글 <용액의 제조 과정>을 찬찬히 읽어보길 바란다. 이 문제가 쉬웠다면 어느정도 머릿 속에 <용액 제조 과정>이 정리되어 있다는 것이니 따로 접힌 글까지 시간을 들여 읽을 필요는 없을 것 같다. 바로 <보기>의 진위 판단으로 넘어가도 좋다.
1. 내가 만들고자 하는 용액의 농도는 0.1 M 이다. 몰농도가 0.1 M이라는 것은 1L 용액 속에 포도당이 0.1 몰이 있는 용액을 만들고 싶다는 것이다.
2. 단순(무식)하게 생각하면, 포도당을 나노핀셋으로 일일히 세어 0.1 몰개 세어 모아 놓고, 전체 부피가 1L가 될 때까지 물을 채워주면 된다. 그런데, 우리는 포도당 0.1 몰개를 셀 수 없다. 그래서 질량을 이용한다. 포도당 1몰의 질량이 180g이라는 것을 분자량을 통해 안다. (분자량에 g을 붙인 것이 1몰의 질량이다.) 필요한 포도당의 개수가 0.1 몰이니 우리는 18g 을 저울로 재면 되겠다.
3. 이제 물을 정확하게 1 L가 될 때까지 부을 기구를 찾아야 한다. 그런데 1 L 비커, 1 L 삼각 플라스크의 눈금은 제멋대로이다. 비커나 삼각플라스크는 부피를 정확하게 '측정'하기 위한 기구가 아니다. 정확한 부피 측정을 위한 기구는 '부피 플라스크' 이다. 부피 플라스크는 다음 그림과 같이 생겼다. 미세한 눈금도 없다. 잘 보일지 모르겠지만, 목 부분에 눈금이 유일하다. 여기 눈금까지 채우면 딱! 그 부피라는 뜻이다. 담긴 용액의 부피는 기구 만든 회사에서 보장한다.
4. 우리는 1 L 부피플라스크가 필요하다. 그런데 실험실에 위 그림처럼 250 mL 부피플라스크 밖에 없다. 문제의 과정 (다)에 250 mL의 부피플라스크를 사용한 것을 알 수 있다.
5. 그렇다면, 결국 포도당도 18 g이 다 필요없다. 전체 부피가 1 L에서 250 mL로 1/4로 줄었으니 질량도 18g의 1/4만 있으면 된다. 4.5 g (0.025 몰)만 있으면 된다.
6. 4.5 g 포도당을 가루 형태로 부피 플라스크에 넣으려고 하는데, 주둥이가 너무 좁다. 그리고, 가루가 약포지에 덕지덕지 달라붙어 잘 떨어지지도 않는다. 생각해보니 어차피 부피 플라스크 안에 넣고, 물 넣어서 녹일거다. 미리 잘 녹여서 넣는 것이 편하겠다.
7. 포도당 4.5 g을 아무 비커에나 다 옮겨 놓고, 물을 조금 부어 완전히 녹이자. 절대로 250 mL 보다 많은 양의 물을 부으면 안된다. 완전히 녹으면, 비커 주둥이를 부피 플라스크에 잘 맞춰 넣어주자. 비커에 묻은 용액을 여러 번 헹구어 부피플라스크에 넣어주면 오차가 줄어들 것이다.
8. 이제 부피플라스크의 눈금(250 mL)가 될 때까지 물을 조심스럽게 넣어주자. 선 넘으면 다시해야 한다. 조심하자.
9. 최종적으로 우리는 250 mL의 용액 속에 4.5 g(0.025 몰)의 포도당이 들어있는 용액을 만들었다.
10. 용액의 농도는 0.025 몰 / 0.25 L = 0.1 M이다. 이 용액 100 mL 속에는 0.01 몰(10 mmol)의 포도당이 들어 있을 것이다. 왜냐하면 농도가 0.1 M 이니까.
0.1 M = 0.01 mol/ 0.1 L = 10 mmol / 100 mL
ㄱ. 용액의 제조에는 부피플라스크를 사용한다. (참)
ㄴ. x = 0.025 [mol]* 180 [g/mol] = 4.5 g 이다. (거짓)
ㄷ. (마) 과정 후 수용액의 농도는 0.1 M 이므로, 100 mL 속에 들어 있는 포도당의 양은 0.01 mol이다. (거짓)
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 12번
[정답] ②
2015개정 교육과정에 양자수 개념이 포함되면서 이러한 문제가 종종 등장할 것으로 예상된다. 어차피 고등학교 수준에서 오비탈 문제의 난도가 높아지는데는 한계가 있다. 학생들이 알아서 오비탈 개념 자체를 어려워할 것이기에 이번에도 3점 배점을 받은 것이 아닐까 싶다.
주어진 (가)~(다)는 1s, 2s, 2pz 중 한 가지라 했기 때문에, (가) 2s, (나) 2pz, (다) 1s 임을 바로 알 수 있다.
(나)는 아령 모양이므로 p 오비탈이다. 오비탈의 배향이 z축 위에 있으므로, 세부적으로는 2pz 이다. 양자수 조합으로 표현해보면, (2, 1, 0) 으로 나타낼 수 있겠다.
(가)와 (다)는 모두 구형이므로 s 오비탈이다. 오비탈의 크기는 주 양자수(n)이 결정하므로 크기가 큰 (가)의 주양자수가 (다)의 주 양자수보다 크다. (가)는 (2, 0, 0), (다)는 (1, 0, 0)이다.
ㄱ. 주 양자수(n)는 (나) = 2 , (가) = 2 로 같다. (거짓)
ㄴ. 부 양자수(l)는 (가) = 0, (다) = 0 으로 같다. (참)
ㄷ. 오비탈의 에너지 준위 비교는 자주 등장하지만, 가볍게 넘기지 않기를 바란다. ㄷ보기 때문에 이 문제를 틀린 학생들은 낚시라고 폄하하기도 한다. 결코 낚시가 아니다.
<수소 원자>와 <다전자 원자>의 구분은 화학에서 굉장히 중요하다. 그림이 눈에 먼저 들어오면 문제 조건을 잘 읽지 않는 경우가 많은데, 그림으로 제시한 오비탈이 <수소 원자>인지 <다전자 원자>인지를 반드시 먼저 구분해 두어야 한다. 원자에 전자가 1 개만 있는 경우와 2 개 이상 있는 경우는 전혀 다른 상태이다.
<수소 원자>와 같이 전자가 1 개만 있는 경우에는 오비탈의 에너지가 오직 주양자수에 의해서만 결정된다. 반면, 전자가 2 개 이상이 있는 <다전자 원자>라면, 오비탈의 에너지는 주양자수와 부양자수의 합에 의해 결정된다.
아무래도 <다전자 원자>의 전자 배치를 주된 목적으로, 많이 다루다보니 오비탈의 에너지가 ( n + l )에 의해 결정되지만, 수소 원자는 예외적으로 n에 의해서만 결정된다고 외우는 경우가 많나보다. 수소 원자가 예외인 것이 아니라 전자 1 개인 경우와 전자 2 개 이상인 경우가 그냥 다른 것이다.
<다전자 원자>였다면, ㄷ보기가 맞다. (나) = 2 + 1 = 3, (가) = 2 + 0 = 2 그래서 에너지가 더 작아 안정한 2s 에 전자가먼저 채워지는 것이다. 반면, <수소 원자>와 같이 전자가 1 개만 있는 수소꼴 원자의 경우에는 주양자수에 의해서만 에너지가 구분된다. 2s 나 2p나 오비탈의 에너지는 같다. 따라서 ㄷ의 설명은 틀렸다. 제발, 낚시가 아니다. (거짓)
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 12번
[정답] ③
전기음성도의 주기적 경향성을 통해 W, X, Y, Z를 밝힐 수 있다. 먼저 17족은 2주기 F, 3주기 Cl이며, F의 전기음성도가 가장 크므로, Z=플루오린(F), Y=염소(Cl)임을 알 수 있다. 같은 방식으로 전기음성도가 더 큰 X=탄소(C), X보다 작은 W=규소(Si)임을 알 수 있다. <보기>를 살펴보면,
ㄱ. W(규소)는 3주기 원소이다. (참)
ㄴ. XY4(사염화탄소, CCl4)에는 C와 Cl 사이의 극성 공유결합이 있다. (참)
ㄷ. YZ(ClF)에서 F는 Cl보다 전기음성도가 크다. 전기음성도는 결합전자쌍을 자기 쪽으로 끌어당겨 부분적인 음전하를 가지려는 경향성을 상대적으로 비교한 것을 말한다. F는 부분적인 음전하를 띤다. (거짓)
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 15번
[정답] ⑤
동위 원소(isotope)는 양성자의 수가 같지만, 중성자의 수가 다른 원소를 말한다. 질량수(mass number)는 양성자의 수와 중성자의 수의 합을 말한다. 질량수가 크면 같은 원소라도 중성자 수가 더 많기 때문에 당연히 더 큰 원자량을 갖는다.
ㄴ. 문제 조건에서 b > a 인 조건이 있으므로, bX의 중성자 수가 aX의 중성자 수보다 많음을 알 수 있다. 또한 원자량도 B > A 임을 알 수 있다. (거짓)
ㄱ. 평균 원자량은 각각의 동위원소의 원자량에 존재비를 곱하여 구한다. 제시된 자료에 %(백분율)이 나왔으므로, 전체를 1이라 하면, 원자량 A인 X가 0.199, 원자량 B인 X가 0.801 존재한다는 것을 말한다. 따라서 평균 원자량 w = (0.199 * A) + (0.801 * B) 임을 알 수 있다. (참)
ㄷ. 일정 질량(1 g)을 채우기 위해 필요한 양성자 수를 물었지만, 동위 원소들의 양성자 수는 어차피 같기 때문에 그냥 원자(알갱이)수로 받아들여도 무관하다. 질량수 b > a 라는 것은 알갱이 하나의 질량(원자량)은 bX가 aX보다 더 무겁다는 뜻이다. 즉, 무거운 알갱이를 이용하면, 적은 개수만으로 일정 질량(1 g)을 채울 수 있다. 따라서 분모항이 분자항 보다 크기(개수)가 작으므로 ㄷ보기는 맞는 설명이다. (참)
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 16번
[정답] ①
화학 평형 개념이 화학2에서 화학1으로 내려왔다. 개인적으로 2009 개정 교육과정을 현재 2015 개정 교육과정보다는 긍정적으로 생각하는 편이지만, 평형 없이 산-염기 반응을 다루는 것만은 정말 아니라고 생각했다. 2점 문항이어서 따로 풀이를 올리지는 않았지만 앞의 14번 문제도 평형 개념(이온화 상수)이 화학1으로 내려왔기에 출제가 가능해진 문제이다.
화학 평형(chemical equilibrium)이란 반응물이 모두 소모되지 않았음에도 불구하고, 반응이 끝난 것(처럼 보이는 것)을 말한다. 겉으로 보기에는 아무런 변화가 없어 보이며, 반응물과 생성물이 공존하고 있는 것으로 보인다. 16번 문제에서는 물과 수증기가 공존하고 있으며, 수면의 높이 변화 없이 그림처럼 유지되는 것을 관찰할 수 있다.
하지만, 화학에서의 평형은 동적 평형(dynamic equilibrium)이다. 겉으로 보기에는 멈춘 것처럼 보이지만, 무한히 정반응과 역반응이 동시에 진행되고 있는 것을 말한다. 문제에서 주어진 그림으로 설명하자면, 물은 열심히 기화하여 수증기를 만들고, 수증기는 열심히 응축하여 물을 만든다. 그런데 그 속도가 (a)로 같아 겉으로 보기에는 변화가 없는 것 처럼 보이는 것이다. 물이 기화하여 10개의 수증기가 만들어내는 동시간에 10개의 수증기는 10개의 물로 응축되는 것이다. 따라서 평형 상태에서는 정반응과 역반응의 속도가 같아지는 지점을 의미하며, 이 지점 이후에는 물과 수증기의 농도가 일정하게 유지된다. 이 개념을 바탕으로 <보기>의 문장을 살펴보자.
ㄱ. 가역반응이란, 정반응과 역반응이 모두 가능한 반응을 말한다. H2O는 조건에 따라 증발과 응축이 모두 가능하므로, 상변화는 가역 반응이다. (참)
ㄴ. 문제의 표를 살펴보면, 물의 표면에서 증발은 언제나 a의 속도로 일정하게 유지되고 있다. 반면, 응축은 2t 에서야 a 의 속도를 갖는다. 2t 지점이 화학 평형에 도달한 순간이다. 2t 이후인 4t 에는 이미 평형 상태에 도달했기 때문에 응축 속도 역시 x = a로 유지된다. 하지만, 시간 t 지점에서는 증발 속도(a)가 응축 속도(b)보다 빠르다. 따라서 알짜적으로는 물이 증발함에 따라 양이 점점 감소하며, 수증기의 양은 점점 늘어난다. 언제까지? 2t 때, 평형에 도달할 때 까지. 당연히 용기 내 물의 양은 t 에서와 2t 에서가 다르다. (거짓)
시간에 따른 증발 속도와 응축 속도 비교 (2t에 평형 도달, 증발 속도=응축 속도)
ㄷ. 앞서 언급한대로 2t 에서 이미 평형에 도달했기 때문에 응축 속도 x = a이다. (거짓)
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 17번
[정답] ③
순차적 이온화 에너지에 관한 문제이다. 순차적 이온화 에너지 개념은 간단하게 반응식을 통해 문제에 제시되었다.
연속된 W, X, Y, Z 원소이며, 2주기 원소이다. 함께 주어진 E3 / E2 에 대한 그래프를 통해 X가 2족 원소임을 알 수 있다. 연속된 순차적 이온화 에너지의 비가 매우 크다는 것은 떨어져나간 전자가 속한 껍질 변화가 일어났다는 것을 말한다. 즉, 2 번째 전자가 떨어질 때까지는 2주기에서 전자가 제거되었지만, 3 번째 전자는 보다 안쪽 껍질의 1주기에서 전자가 제거되었다는 의미다. X=베릴륨(Be)이라는 것을 알려준다.
연속된 원소라고 했으므로, W=리튬(Li), Y=붕소(B), Z=탄소(C)이다. 최외각 전자 수는 W=1개, Y=3개, Z=4개이다.
ㄱ. 같은 주기 내에서 원자 반지름은 원자번호가 증가(W→ Z 방향)할수록 크기가 작아진다. 이는 유효 핵전하의 증가로 설명한다. 따라서 원자 반지름은 W > X 이다. (참)
ㄴ. Y와 Z의 제2 이온화 에너지 비교이다. B+와 C+의 전자를 제거한다.
B+의 전자 배치 : 1s2 2s2C+의 전자 배치 : 1s2 2s2 2p1
전자 배치를 살펴보니, 결국은 베릴륨(Be)과 붕소(B)의 제1 이온화 에너지를 비교하는 것과 같다. 2s 전자보다 상대적으로 불안정한 2p 전자가 떨어지기 용이하여 예외적 경향성이 발생하는 구간이다. 따라서 중성 붕소(B)와 같은 전자배치를 갖는 C+의 전자가 떨어지기 쉽다.(이온화 에너지 값이 작다) 제2 이온화 에너지의 크기는 붕소(Y)가 더 클 것이다. (참)
ㄷ. 가장 큰 E2/E1를 갖는 것은 리튬(Li)=W이다. 리튬은 1족 원소이다. 즉, 두 번째 전자는 내부 껍질의 전자가 떨어져 나가야 한다. 따라서 E2 / E1 값은 W가 가장 크다. (거짓)
2021학년도 수능 6월 모의평가 화학1 20번
[정답] ④
6월 모의고사의 마지막 문제다. 영역은 산-염기 중화 반응이다. 간단하게 푸는 방법이 없을까 고민을 했는데, 결국은 미지수 연립해서 푸는 방식밖에 떠오르지 않아서 그 풀이를 적고자 한다. 이런 풀이는 말로 하면 간단할 수 있음에도 글로 써내려가자니 매우 길다. 막, 복잡한 내용은 없다. 그래도 혼자 풀다가 막혀서 차근차근 단계를 밟아나갈 필요가 있는 학생들에게 조금이나마 이 설명이 도움이 되었으면 한다.
1.사용된 산은 2가 산이다. 문제 조건에서 "H2A는 물에서 완전히 2H+와 A2-로 해리가 일어난다."고 했다. H2A 한 분자가 해리하면, 2 개의 H+를 내어놓는다는 의미다. 0.2 M의 H2A 용액 내 수소이온[H+] 농도는 전체 용액 농도([H2A]=[A2-])의 2배가 된다.
H2A → 2H+ + A2-
2.용액 (가) ~ (다)를 살펴보면, 사용한 산의 부피가 모두 x로 같다. 반응에 참여한 H2A 몰수[mmol]는 다음과 같다. (계산을 편하게 하기 위해 mmol 단위를 사용했다. [ 1M = 1mmol/mL ])
따라서 중화 반응 전 초기 산 용액에 존재하는 H+ 몰수 = 2 * 0.2x = 0.4x [mmol] 이다.
3.제시된 NaOH의 부피를 통해 용액 내 포함된 Na+와 OH-의 몰수 [mmol]를 알 수 있다. (나) 용액의 pH가 주어졌으니 (나)를 먼저 구해보자.
NaOH의 농도[ y mmol/mL ] * 용액의 부피 [ 30 mL ] = NaOH의 몰수 [ 30y mmol ]
따라서 (나) 용액에 사용된 NaOH 용액에는 30y [mmol]의 Na+와 OH-가 존재했다.
4. (나) 용액의 pH가 1이라는 것은 H2A의 초기 H+와 NaOH의 초기 OH-가 반응하고 남은 여분의 H+의 농도가 0.1M이라는 뜻이다. (나) 용액의 전체 부피가 x + 30 mL 라는 사실도 표를 통해 알고 있기 때문에 다음 관계식을 얻을 수 있다.
5. (나) 용액이 pH=1의 산성인데, 더 적은 양인 20 mL의 염기를 첨가한 (가) 용액은 반드시 산성이다. 따라서 (가) 용액에 존재하는 이온은 H+, Na+, A2- 세 가지이다. 각각의 몰수를 x, y로 나타내보자.
* 반응 후 H+ 몰수= 초기 H+ 몰수 - 초기 OH- 몰수 = 0.4x - 20y [mmol] * 반응 후 Na+ 몰수 = 초기 Na+ 몰수 = 20y [mmol] * 반응 후 A2- 몰수 = 초기 H2A 몰수 = 0.2x [mmol]
위의 4에서 찾아낸 관계식 x = 10 + 100y 를 대입하고, 각 항을 20y으로 나누어주면,
6. (가)와 (다)용액에 존재하는 이온의 몰농도비가 원형 차트로 제시되어 있다. 각 칸이 어떤 이온인지 알 수 없지만 칸 수로 농도비가 1 : 2 : 3 이라는 것을 알 수 있다. 이온이 포함된 전체 부피는 동일하므로, 몰농도비는 곧 몰수비를 의미한다. 몰수비가 1 : 2 : 3 이다.
7. 위 5에서 얻은 비례식을 통해 Na+ : A2- : H+ = 1 : 2 : 3 임을 알 수 있다. 또한 y = 0.1 이다. 자연스레 구한 y 를 4의 x= 10 + 100y 식에 대입하면, x = 20 임을 알 수 있다.
8. 미지수가 모두 해결되었으므로 용액 (다)를 살펴보자. 가장 먼저 알 수 있는 것은 용액 (다)의 부피가 20 + 60 = 80 [mL] 라는 것이다. 초기H+의 몰수는 0.4x = 8 [mmol] 이며, 초기 OH-의 몰수는 60y = 6 [mmol] 이다. 결국 H+가 남으며, 산성 용액이다. 중화 반응 이후 남는 H+의 몰수는 8 - 6 = 2 [mmol]이다.
9. 다른 이온들도 찾아보자. Na+ 이온은 구경꾼 이온으로 초기 NaOH 몰수와 같으므로, 60y = 6 [mmol] 이며, A2- 이온은 초기 H2A의 몰수 0.2x = 4 [mmol] 이다. 원형 차트의 (ㄱ)에 해당하는 이온은A2- 이온이다.
10. 문제에 질문한 A2- 이온의 농도를 구해보자.
4 [mmol] / 80 [mL] = 1/20 M
* 본문 설명 중 잘못된 부분에 대해 지적해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 한국교육과정평가원이며, 정답 및 해설 강의는 EBSi 사이트에서도 확인하실 수 있습니다.
