2021학년도 수능 9월 모의평가(2020.9.16.) 화학1 풀이 [18번]

 

2021학년도 수능 9월 모의평가(2020.9.16.) 화학1 풀이 [18번]

 

2021 고3 9월 모의고사 18번

1. 개요

- 화학반응의 양적관계, 질량 [g], 몰질량 [g/mol], 몰수 [mol] 사이의 관계를 활용하기를 원하고 있다.

- 사전에 제시된 정보가 주로 실험 II에 집중되어 있다. B가 한계 반응물(모두 반응)이라고까지 주어졌다. 실험 II에서 실마리를 찾기 시작하는 것이 바람직하다. A와 C의 몰질량 비도 주어졌기 때문에, A와 C에 대한 정보를 최대한 펼쳐놓는 것이 필요하다. 

- 화학 반응식의 계수를 완성시키기 위해서는 반응물과 생성물 사이의 몰 비(기체인 경우 부피비)를 반드시 찾아야 한다. 즉, 질량 정보를 몰 정보로 변환해야 한다는 문제인식을 가지고 있어야 한다.

몰질량 [g/mol] * 몰수 [mol] = 질량 [g]

- 화학 반응 전후 질량은 언제나 보존되어야 한다. 실험 I의 반응전 질량은 10w, 실험 II의 반응전 질량은 11w이다.

- 온도와 압력이 일정한 조건에서 기체의 부피는 기체의 몰수에만 의존한다.

 

2. 풀이

  실험 II의 한계 반응물은 B이므로, 반응 완결 후 실린더에는 B가 존재하지 않는다. 즉, 표에 제공된 반응 후 C의 몰분율 = 8/9 라는 것은 남은 A가 1 [mol]일 때, C가 8 [mol]이라는 의미다.

[실험 II 반응 후 기체의 몰 [mol]비]      A : C = 1 : 8

  지문에서 A와 C의 분자량 비를 알려주었기 때문에 실험 II 반응 후 남겨진 A와 C 기체의 질량을 알 수 있다. 질량[g]은 기체의 몰수 [mol]에 분자량 [g/mol]을 곱하면 된다.

질량 [g] = 몰수 [mol] * 분자량 [g/mol]

  A의 분자량을 4 [g/mol], C의 분자량을 5 [g/mol]이라 하자. 실험 II 반응 후 남겨진 기체의 질량 [g]은 다음과 같다.

[실험 II 반응 후 남은 기체의 질량[g]]     A = 4 [g]   ,  C = 40 [g]

  반응 전후 질량은 일정하게 보존되어야 하므로, 반응 전 9w + 2w = 11w 가 반응후에도 유지되어야 한다. 질량 [g]비 A : C = 4 : 40 을 고려했을 때, A는 w [g], C는 10w [g]에 해당한다. 따라서 w = 4임을 알 수 있다.

  따라서 실험 I과 II의 반응물 A, B 질량을 모두 [g] 단위로 나타낼 수 있다.

	반응 전 A 질량 [g]	반응 전 B 질량 [g]	반응 후 생성된 C 질량
실험 I	4w = 16 [g]	6w = 24 [g]
실험 II	9w = 36 [g]	2w = 8 [g]	10w = 40 [g]

 

  이제 화학 반응식의 계수를 완성시켜보자. 실험 II의 생성된 C의 몰수(10w/5=8 mol)와 소모된 A의 몰수(8w/4 = 8 mol)는 같다. "소모된 A의 몰수와 생성된 C의 몰수가 같다"는 말은 "둘의 계수가 같음"을 의미한다. 

소모된 A, 생성된 C의 몰수로부터 C의 계수를 구할 수 있다

  화학 반응식을 완성하면, B의 분자량 또한 알 수 있다. 각각의 분자량을 A, B, C라고 했을 때, 질량보존법칙에 의해 2A + B = 2C가 되어야 한다. A의 분자량을 4 [g/mol], C의 분자량을 5 [g/mol] 이라 하면, (2*4) + B = (2*5), B = 2 [g/mol]임을 알 수 있다.

  앞서 완성했던 반응 전 A와 B의 질량을 나타낸 <표>를 몰 수 [mol]로 바꿔보자.

	반응 전 A 몰수 [mol]	반응 전 B 몰수 [mol]	반응 후 C 몰수 [mol]
실험 I	16 / 4 = 4 [mol]	24 / 2 = 12 [mol]
실험 II	36 / 4 = 9 [mol]	8 / 2 = 4 [mol]	40 / 5 = 8 [mol]

  이제 실험 I의 반응 후 기체 전체의 몰수를 찾아보자. 앞선 실험 II에서는 총 1 + 8 = 9 [mol]의 기체가 존재하였으며, 이 몰수에 해당하는 부피가 V₂ 였다.

  반응 후 실린더에 남은 기체의 전체 몰수는 10 + 4 = 14 [mol] 이다. 이 몰수에 해당하는 부피가 V₁ 이다. 문제에서 요구하는 c * V₂ / V₁ = 2 * 9 / 14 =  9 / 7  이다.

 

* 2020-10-19 GOODNOTE 풀이 첨부

 

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*  본문 중 잘못된 설명이나 보충 설명이 필요한 부분에 대해 지적해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 문제의 출처는 한국교육과정평가원이며, 정답 및 해설 강의는 EBSi 사이트에서도 확인하실 수 있습니다.

 

* 2020-12-28 수정: 표 실험 II의 B에 대한 질량, 몰수 표기에 오타가 있어 수정하였습니다.(2w =4 [g] → 8 [g] , 4/2 = 2 [mol] → 8/2 = 4 [mol])