2019 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 24번 풀이

2019 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 24번 풀이

개요

위 문제는 화학평형과 평형 이동에 관한 문제입니다. 위 문제에서 온도 변화가 없기 때문에 그 온도에서 정의된 평형상수 K 는 일정합니다.

문제에서 피스톤의 고정장치는 A와 B가 일부 소모되어 C가 생성되는 평형에 도달한 후의 부피 변화를 방해합니다. 이는 외부압인 1atm과 실린더 내부의 압력 평형이 이루어지지 않아도 상관없다는 말이며, ㄷ보기의 고정장치를 풀면, 대기압과 평형을 맞추기 위하여 실린더 내부 압력이 1atm이 될 때까지 부피 변화를 갖게 됩니다.

그림 (가)을 살펴보면, A와 B가 모두 0.5atm씩으로 같은양 들어 있으며, C는 없기 때문에 이 반응은 무조건 정반응으로 진행되는 반응입니다. 일정양의 A와 B가 소모된 후 C가 생성되어 압력으로 정의된 평형상수 K=4를 만족하면 반응물과 생성물의 농도가 일정하게 유지됩니다.

위의 계산식을 통해 x=0.25 라는 사실을 알 수 있으며, 평형에서의 A, B, C의 부분압력은 모두 0.25 atm가 됩니다. 다시 말해 전체 압력은 초기 1atm에서 평형 이후 0.75atm으로 압력이 감소하게 되며, 이는 입자수의 감소에 의한 것임을 알 수 있습니다.

고정 장치를 제거하기 전에는 0.75atm, 1L 조건을 만족하지만, 고정 장치를 제거하면, 1atm이 될 때까지 실린더의 부피가 압축될 것 만약 평형이 이동하지 않는다면, 실린더의 부피는 3/4L 가 될 것 입니다. (PV = P'V')

 

풀이

  위의 내용을 바탕으로 보기를 살펴보면, 문장의 옳고 그름을 판단할 수 있습니다.

ㄱ. (나)는 평형 상태이므로, △G = 0 입니다. △G = △G0 + RT lnQ 로 나타낼 수 있으며, 평형에서는 Q=K 입니다. 주어진 온도에서 평형상수가 4이므로, △G = 0 = △G0 + RT ln4 이므로, △G0 < 0 = △G 임을 알 수 있습니다.  (참)

ㄴ. (나)는 평형에 도달하고, 고정장치를 풀기 전 상황이므로 전체 압력은 3/4atm, 입자수도 이에 비례합니다. 몰분율은 평형이 이동하지 않는다면, 변화가 없으므로, A의 몰분율은 1/3이 됨을 다음을 통해 알 수 있습니다.  (참)

ㄷ. 반응이 평형에 도달한 직후 고정장치를 제거하면, 불균형한 압력 상태를 해결하고자 실린더 내부의 압력이 1atm이 될 때까지 부피가 감소합니다. 위에서 설명했듯이 부피감소가 이루어진 후 최종적인 실린더의 부피는 3/4L 입니다. 이 경우 평형상태에 존재하던 입자들은 새로운 부분압력을 갖게 되므로, 이는 Q ≠ K 가 되고, 평형이 이동하게 됩니다. 부피가 감소하였으므로, 입자수가 감소하는 방향으로 평형은 이동할 것이며, 정반응이 더 진행될 것을 예상할 수 있습니다. 결국 최종 부피는 3/4L 보다 작아집니다. (참)

* 본문의 설명에 잘못된 부분에 대해 말씀해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 kpeet.or.kr 한국약학교육협의회입니다.