2021학년도 7월(7.7.) 고3 학력평가 화학1 풀이 [19번]

 

2021학년도 7월 고3 학력평가 화학1 풀이 [19번]

 

2021학년도 7월 고3 학력평가 화학1 19번

 

정답 : ② 4/5

풀이 :

  실린더 속 기체의 온도와 압력이 일정하므로, 아보가드로 법칙에 따라 기체 전체 부피는 기체 몰수에 비례한다. 질량 보존 법칙에 따라 반응 전후 질량은 일정하므로 반응 전후 밀도는 전체 부피(몰수)에만 의존한다.

기체 밀도 ∝ 1/몰수

  [실험 I]에서 반응 전후 밀도 변화가 없다는 것은 반응 전후 부피 변화, 몰수 변화가 없다는 것이다. 따라서 화학반응식의 반응물의 계수 합과 생성물의 계수 합이 같다.

1 + b = 1 + d   ,    b = d

  반응 전 기체 A, B 질량, 주어진 밀도를 이용하면, [실험 I]과 [실험 II]의 반응 전 기체 몰수를 찾을 수 있다. (물론, 반응물과 생성물의 계수 합이 같기 때문에 반응후 기체 몰수를 구하는 것과 같다.)

[실험 I]
반응 전(후) 질량 = 2w + 12w = 14w
기체 밀도 = 7/2 = 3.5
기체 부피(입자수, 몰수) = 14w / 3.5 = 4N

[실험 II]
반응 전(후) 질량 = 4w + 8w = 12w
기체 밀도 = 3
기체 부피(입자수, 몰수) = 12w / 3 = 4N

  [실험 I]과 [실험 II]의 반응물 전체 몰수(부피)가 같다. 초기 존재하던 A, B의 몰 비만 다를 뿐이다. [실험 I]과 [실험 II]에서 생성된 C의 양이 같다는 자료를 통해 [실험 I]의 한계 반응물은 A, [실험 II]의 한계 반응물은 B라는 것도 알 수 있다.

  [실험 I]과 [실험 II]에서 반응에 참여한 A, B의 질량은 2w, 8w 이다. 반응 질량 비는 1 : 4 이며, [실험 I]은 4w의 B가 남고, [실험 II]는 2w의 A가 남는다. [실험 I]과 [실험 II]는 반응한 A, B 몰수가 같지만, 남는 물질 종류가 다르다. 그러나 남은 물질의 몰수는 같아야 한다.

  다시 말해, 남은 2w [g]의 A와 4w [g]의 B 몰수는 같다.  A 2w [g]를 N 몰이라 한다면, 4w [g]의 B 또한 N 몰이다. (B의 분자량이 A에 두 배라는 뜻이기도 하다.)

  결국, A와 B는 1 : 2 몰비로 반응한다. (반응식의 계수비가 1 : 2이다.)

b = d = 2

[실험 I] 기체 부피(입자수, 몰수) : 4N  =  A 1N  +  B 3N

[실험 II] 기체 부피(입자수, 몰수) : 4N  =  A 2N  +  B 2N

  [실험 III]은 A 4w (2N )와 B 12w (3N )의 반응이다. 반응 전 전체 질량 (몰수)는 16w (5N )이다. 참고로, 한계 반응물은 B이며, 3N 몰의 B, 1.5N 몰의 A가 반응하고, 0.5N 몰의 A가 남는다.

  밀도 x 를 구하면, 16w / 5N = 16/5 이다.

x / (b+d ) = 16 / 5(2+2) = 16/20 = 4/5

 

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