2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 5번 풀이

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 5번 풀이

개요

• 화학반응식의 양적관계 문제입니다. 초기 부분압력과 반응 후 혼합 기체의 압력을 통해 반응식의 계수를 결정하고, 이를 통해 보기의 문장의 옳고, 그름을 판별해야 합니다.
• 문제 조건에서 반응이 강철용기에서 진행되었다는 것은 부피가 일정하다는 의미이며, 온도가 일정하고, 이상기체와 같은 거동을 한다는 조건 또한 있기 때문에, 기체의 압력은 곧 기체의 몰수로 해석할 수 있습니다. (PV=nRT)

풀이

• 먼저 반응식의 계수를 결정합니다. 기체의 압력이 곧 몰수라고 할 수 있으므로, A와 B의 초기 몰수는 각각 1mol이 됩니다. 반응은 두 기체 중 하나가 완전히 소진될 때까지 진행될 것이며, 남아있는 기체와 생성된 기체 C의 몰수에 따라 혼합 기체의 압력이 결정될 것입니다. 반응식을 살펴보면,

• 기체 A와 B 중 하나는 한계 반응물입니다. 각각을 가정하여 살펴보면, A가 한계 반응물인 경우 x=1이 되며, 자동으로 정수값을 가져야 하는 b=1 이 됩니다. 이 경우 두 가지 문제가 발생합니다. 첫 번째 문제점은 c=1.5이므로, 화학반응식의 계수가 정수이다라는 조건을 만족하지 못하며, 두 번째로 반응물 A와 B가 모두 소진되기 때문에 문제에서 제시된 반응 후 혼합기체라는 조건과 맞지 않습니다. 
• 이에 따라 한계 반응물은 자연스럽게 B라는 것을 알 수 있습니다. 한계 반응물이 B이므로, 1-bx=0이고, x=1/b로 나타낼 수 있습니다. 이를 반응 후 기체의 몰수식에 대입하면, 다음과 같이 식이 정리됩니다.

• b=2c-2 를 만족하는 값을 찾아보면, b=2, c=2인 경우 밖에 존재하지 않습니다. (문제 조건에서 b와 c는 4보다 작은 정수로 제한되어 있기 때문에 b=4, c=3인 경우는 해당하지 않습니다.) 따라서 식을 정리하면 다음과 같습니다.
  

• 또한 반응 후 혼합기체는 A와 C로 구성되었으며, A 0.5 mol, C 1 mol 임을 알 수 있습니다.

<보기> 풀이

① b=2, c=2 이므로, 해당 문장은 (참) 입니다.

② 반응 과정에서 완전히 소진되는 한계 반응물은 B 입니다. 따라서 해당 문장은 (참) 입니다.

③ 기체의 입자수는 반응 초기에 2 mol에서 반응 후 1.5 mol로 감소하였으므로, 반응 전이 반응 후보다 크다는 해당 문장은 (참) 입니다.

④ 질량보존 법칙을 통해 A, B, C의 몰질량을 비교할 수 있습니다. 반응 전에 1 mol의 A, 1 mol의 B가 존재했으며, 반응 후에는 0.5 mol의 A, 1 mol의 C가 존재합니다. 반응 전후의 질량은 일치해야 하므로, A+B = 0.5A + C 입니다. (각 기체의 몰질량을 A, B, C라 하면,) 따라서 C = B + 0.5A 로, C의 몰질량이 B보다 큼을 알 수 있습니다. 이에 해당 문장은  (참) 입니다.

⑤ 반응이 완결된 후 혼합기체의 몰수는 총 1.5mol이며, 0.5mol의 A, 1.0mol의 C로 이루어져 있으며, C의 몰분율은 2/3임을 알 수 있습니다. 따라서 해당 문장은 (거짓) 입니다.

(굿노트 풀이 이미지 첨부 예정)

* 본문 설명 중 잘못된 부분에 대해 지적해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 http://www.kpeet.or.kr 한국약학교육협의회 사이트입니다.