2018 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 10번 풀이

2018 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 10번 풀이

개요

  기체의 분자량에 따른 분출 속도의 차이를 바탕으로 진공 장치 내의 초기 A와 B의 양을 판단해야 합니다. 부피와 온도가 일정한 조건이므로 압력과 몰수는 서로 비례합니다. 찾아낸 A와 B의 몰 비와 분출속도를 바탕으로 분자량 비를 알아낸 뒤에 반응 전 후의 질량이 보존되어야 한다는 것을 통해 C의 분자량까지 찾아내면, 문제를 해결할 수 있습니다.

풀이

• 두 콕을 동시에 열어 (가)의 A기체와 (나)의 B기체를 분출시키고 같은 시간이 흐른 뒤 콕을 동시에 닫았습니다. 분출되는 조건은 모두 동일하다는 제시문과 분자량이 B > A라는 것을 바탕으로 분출 속도는 A > B 임을 예상할 수 있습니다. 따라서 진공용기 (다) 로 유입된 A와 B의 초기 몰수는 nA > nB 라는 것을 알 수 있습니다.

•  진공용기 (다) 의 부피가 일정하고, 온도 변화도 없기 때문에 기체의 압력은 기체의 몰수에 의존하게 됩니다. 따라서 '초기 혼합 기체의 압력은 P ', '반응이 완결된 이후 혼합 기체의 압력은 0.8P '라는 부분을 존재하는 기체의 몰수(n)에 대한 정보라고 해석해도 됩니다.

• 반응이 완결되기 위해서는 A와 B 중에 둘 중 한 가지가 모두 소진되어야 하며, 소진되는 A와 B의 몰 비는 2 : 1입니다. 다만 B와 A의 분자량에 대해 정확한 값을 알 수 없기 때문에 A의 몰수가 B의 몰수보다 2배 이상 많은지 또는 적은지를 모르기 때문에, A가 한계 반응물인 경우와 B가 한계 반응물인 경우를 모두 고려보아야 합니다.

                 

• 알아낸 초기 A와 B의 부분 압력을 살펴보았을 때, 한계 반응물이 A인 경우는 PA > PB  (=nA > nB)를 만족하지 못하므로 한계 반응물이 B임을 알 수 있습니다. 또한 초기 A와 B의 부분 압력(0.8P : 0.2P )을 바탕으로 초기 몰 비가 4 : 1이라는 것도 알아내었습니다.

• 위에서 알아낸 초기 A와 B의 몰 비를 통해 A와 B의 분자량 비를 알 수 있습니다. 몰수는 분출 속도에 비례하며, 분출 속도는 (1/분자량)의 제곱근에 비례하므로, A와 B의 분자량 비는 다음과 같습니다.

•  알아낸 A와 B의 분자량 비와 화학 반응식을 바탕으로 C의 분자량 또한 예측할 수 있습니다. 반응 전 후의 분자량은 2A + B = 2C 의 관계를 만족해야 하므로(질량 보존) A의 분자량이 1, B의 분자량이 16이라면, C의 분자량은 9가 됩니다.

• 문제에서 구해야하는 것은 반응 후의 (기체 C의 질량/전체 기체의 질량) 입니다. 반응 후 부분압력을 바탕으로 비를 계산하면 다음과 같습니다.

정리

* 본문의 설명 중 잘못된 부분에 대해서 말씀해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 kpeet.or.kr 한국약학교육협의회입니다.