2019 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 20번 풀이

2019 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 20번 풀이

개요

• 실제기체인 염화수소와 메테인의 반데르발스 상수 표와 압축인자 그래프에 대한 문제입니다. 반데르발스 식과 압축인자 모두 실제기체의 특징을 보여주는 부분이기 때문에 각 개념이 잘 연결되면 쉽게 문제를 해결할 수 있습니다. 
• 반데르발스 인자의 a는 분자 사이의 상호작용 중 인력에 대한 보정항이며, a값이 크다는 것은 분자들 사이의 인력 상호작용이 크게 작용한다는 것입니다. 일반적으로 극성분자일수록 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해 인력 상호작용이 커질 수 있으며, 또한 극성의 차이가 없는 두 분자의 경우 분자량에 의한 분산력 차이로 인해 인력 상호작용이 커질 수 있습니다.
• 반면 반데르발스 인자 b는 반발력 인자 또는 기체 자체 부피를 보정하기 위한 인자이며, 대부분의 기체들이 유사한 값을 가지며, 매우 작은 값을 갖는다는 것을 알 수 있습니다. (b의 단위를 보면, L/mol, 즉 1몰당 차지하는 부피 개념이며, 기체 1몰의 자체 부피값이라고 생각하면 될 것 같습니다.)
• 이상기체의 경우 압축인자가 외부 압력이나 조건에 관계없이 항상 1을 만족하며, 이에 기울기가 0인 z=1의 직선으로 나타납니다. 동일 기체의 경우 온도가 높을수록 기체 분자 운동이 활발해지고, 이에 이상기체에 가까워집니다. 이상기체는 항상 z=1을 만족하기 때문에 압축인자를 포함한 상태방정식은 pV = Z x nRT 로 나타낼 수 있습니다.

풀이

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

ㄱ. 사실 A와 B는 800K CH4 , 500K HCl 둘 중 하나이므로, 반데르발스 상수값이 주어지지 않아도 그래프의 A와 B는 구분 가능합니다. 주어진 C(800K, HCl) 에서 온도를 500K으로 낮추게 되면, 현재의 C 그래프보다 더 큰 굴곡을 가질 것이기 때문에 500K HCl은 그래프 B임을 알 수 있습니다. 이를 바탕으로 A도 확인해보면, 동일온도 800K의 CH4은 무극성분자임과 동시에 HCl보다 분자량 또한 작기 때문에 여러가지면에서 HCl에 비해 이상기체에 가까운 그래프 유형을 보일 것으로 예상할 수 있습니다. 따라서 보기의 HCl의 a인 x 는 CH4의 2.30 보다 클 것으로 예상할 수 있습니다. (거짓)

ㄴ. 위의 ㄱ 설명을 바탕으로 보기의 문장이 사실임을 알 수 있습니다. (참)

ㄷ. P1에서는 두 기체의 압축인자가 같습니다. 기체 B와 C는 모두 HCl이며, 해당 압력에서 압축인자가 같다는 것을 이용하여 등식을 만들 수 있습니다. (참)

                

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