한국외대아랍어공학과 [578279] · MS 2015 · 쪽지

2018-06-17 03:33:38
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6월 모의고사 화2 풀이와 팁

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별 건 아니고요,

기말도 마무리되고 잠깐 여유가 생겨 6평 좀 풀어봤습니다.


화학2 잡고 3수한 입장에서, 문제 풀고 든 생각들, 팁들 몇가지 적어봅니다. 전체적으로 설명은 긴데, 풀이가 오래 걸리지는 않을 것입니다.


아무생각 안든 문제는 생략.


근데 솔직히 여렵지는 않았습니다. 수능 수학에서 ㄱㄴㄷ 합답형문제에서 사고 과정 잡아주듯이 이번 화2에서도 보기가 따로 논다기보다는 힌트를 주려 했다는 느낌이 아주 강했기 때문입니다. 17수능에서 마지막 문제 밑에 큰 여백을 줬던 것 처럼 출제자의 배려가 상당히 느껴졌습니다. 계산도 그렇게 복잡하지는 않았습니다. 계산이 아주 복잡했다면 잘못풀어서 그런겁니다.



모든 문제들에 대해 공통적으로 드리고 싶은 말씀은, 각 문항을 끝가지 읽고 나서 푸시기를 바란다는 것입니다. 간단한 이론문제들 빼면, 화2 문제는 다 실험문제라서 과정을 쭉 파악한다음 풀이를 설계하는 것이 훨씬 도움됩니다. 중간까지만 읽고 ㄱ보기 푸는 식으로 하는것은 비효율적입니다. 시험지마다 자잘한 조건들이 다르기 때문에, 가끔 ㄴ풀다가 뒤통수 맞을 일이 생기기도 합니다.



또한 본문에서 d는 델타(세모)를 나타냅니다. ex) dH는 델타H



7번 - 금속결정 단위세포 모형문제 : 단위세포를 이용한 금속의 밀도 계산


 작년 6월인가 9월서부터 "일반화학에서나 다루었던" 내용들이 한문제 정도씩 나오는 것 같긴 합니다. 결국 수능땐 안나왔지만요. 이번에도 모평때만 잠깐 내고 말 것인지 혹은 수능때도 비슷한 유형이 나올 것인지 궁금하네요.


 단위세포 한 변의 길이와 구 1개의 질량을 안다면 각 금속의 밀도를 알 수 있습니다. 6월에는 단위세포 한 변의 길이를 대놓고 줬지만, 대신 구 1개의 반지름이나 지름을 주어도, 피타고라스의 원리를 이용하여 단위세포 한 변의 길이를 계산하여 금속의 밀도를 구할 수 있어야 합니다. 어렵진 않지만 의미있는 주제라 수능때도 나올만하구요.



11번 - 혼합기체의 용해도(헨리법칙) 문제 : 수증기의 유무와 자잘한 계산 꼼수


 항상 물의 증기압력을 고려해야 하는지 고려하지 말아야 하는지 체크합시다. 근데 11번 문제 상황에서는 수증기의 유무 때매 "문제 난이도"가 크게 차이나지는 않을 것 같네요.

 

 저 개인적으로는, 용해된 기체의 총 질량을 "단위 부피당" 용해된 기체의 "총" 질량으로 바꾸어서 푸는 것을 선호합니다. 습관적으로 이렇게 하면 항상 물의 부피를 확인하게 되니까 1L가 아닐 때 실수할 일이 줄어듭니다.


 그 외에도 각자 성향에 따라 편한 계산방법들이 많을 텐데, 기출들 많이 풀어보면서 자기한테 계산방식을 맞추는 것이 중요합니다. 저같은 경우는 각 기체의 몰분율을 부분압력으로 고칠 때, 평형 I에서는 A와 B가 각각 0.2기압, 0.4기압, 평형 II에서는 각각 0.4기압, 0.6기압이므로, 그냥 1기압:2기압, 2기압:3기압으로 퉁쳐서 계산했습니다. 어차피 용해도의 비를 물어본 것이기 때문에 가능합니다.



12번 - 농도환산 (%/M/m) : 기준값


 많이 난잡하지만, 머릿속으로 간단한 생각만 하고 식을 세우면 금방 풀립니다. 설명을 위해 길게 쓰긴 했지만, 막상 풀면 오래걸리지 않습니다.


 이 문제에서는 용질의 양이 일정하고, 용매의 양이 변합니다. 다만 추가된 용매의 양을 알려주지는 않았고, 각 용액의 농도를 통해 "추가된" 용매의 양을 구하도록 했습니다. 이런식으로 변하지 않는 상수가 있으면 상수를 기준으로 잡고 문제를 풀어나가는 것이 도움이 될 떄가 있습니다. 

 또한, 문제에서 주어진 값이 용액의 농도와 용질의 양이기 때문에, 용질의 양을 기준으로 잡고 용매의 양을 계산하는게 유리합니다. 아래의 풀이과정으로 설명할게요

 

 (가)에서 처음 용액(20g)에 용질이 0.2몰=12.6g 들어있다는 것을 파악하면, (가)를 통해 만들어진 용액의 퍼센트 농도가 쉽게 계산됩니다. ㄱ보기가 맞다는 것을 확인합니다.


 (나)를 통해 만들어진 용액은, 용질이 0.2몰 들어있는 1M 용액이므로, 용액의 부피는 200ml이며, 문제 조건에서 밀도는 d(g/ml)입니다. 그러므로 용액의 질량은 200d(g)이겠네요. 200d에서 (가)"용액"의 질량(126g)를 빼면 (나)에서 추가된 물(용매)의 질량인 x값이 쉽게 나옵니다. (200d-126) ㄴ보기가 맞다는 것을 확인합니다.


 (다)는 용질이 0.2몰 있는 0.1m 용액이므로, "용매"의 질량이 2000g 입니다. 용매(물) 2000g의 구성을 따져보면,

:A. 처음 용액에서 "물"의 농도는 37%라고 할 수 있으므로, 0.37*20g

 B. (가)에서 추가한 물 106g

 C. (나)와 (다)에서 추가한 물 각각 xg, yg

 A+B+C= 0.37*20 + 106 + x + y = 2000g 에서, 실제 x+y값을 계산하지 마시고,  ㄷ보기가 틀렸다는 것 정도만 확인하고 넘어가야 합니다.



13번 - 자유에너지 도표 문제 : 부피와 평형상수


 저는 평형상수 또는 반응지수 계산에서 항상 부피를 따로 계산하는 공식을 씁니다. 수식으로 설명하자면,

"실제 평형상수 K = 부피가 1L라고 가정했을 때의 K값 * V^(반응물 계수합-생성물 계수합)"

으로 표현할 수 있겠네요. 이렇게 하면 항상 부피를 체크하게 되기 때문에 실수가 줄어듭니다. 약분도 편해지구요


 ㄴ을 몰분율이 0.5일 때를 가정하고 풀 수도 있고, 이차방정식을 세워서 근의공식을 이용해서 풀 수도 있습니다. 편할대로 하면 됩니다.



14번 - 이상기체 문제 : PV=nRT 식 변형


 이상기체 상태방정식은 결국 어떠한 기체의 상태 (압력, 부피, 양, 온도)간의 관계를 기술하는 식입니다. 고등학교 화학2에서도 마찬가지로 이 상태간의 관계를 잘 파악해낼 수 있느냐를 물어봅니다. 이때 일정한 값이 있다면 일정하지 않은 상태들간의 관계를 구하는데에 핵심적인 근거가 됩니다. 근데 이게 압력과 부피간의 관계만 물어보는 문제면 간단한데, 압력/온도와 부피 간의 관계를 물어보는 방식 등으로, 여러 상태를 묶어서 물어보면 조금 헷갈리고 눈에 띄지 않게 됩니다. 이는 아예 식을 변형해서 풀면 좀 더 쉽게 생각할 수 있습니다.


 어차피 문제에서 물어보는 것은 분자량의 "비"이므로, 문제의 답을 구할때는 PV=nRT에서 변하지 않는 값들은 그냥 1로 놓고 계산하면 됩니다. R은 상수니까 PV=nT로 놓으면 되네요. 다만 이 식으로는 문제 조건에서 "질량이 같다"는 점을 이용하기도 힘들고, 결국 우리가 구해야 하는 값인 분자량을 뽑아내기도 힘듭니다.  n=w/M임을 이용해서, PVM=wT의 식을 세우고, 다시 w를 1로 놓으면 PVM=T가 됩니다. 이 식은 마지막에 분자량 비 계산할 때 씁시다.


 (가)그림에서 중요한 것은 각 기체의 절대온도와 압력의 비, 즉 각 점을 원점과 이은 점의 기울기입니다. A와 B의 기울기(T/P)는 1, 1/2 입니다.


 (나)그림에서는 n과 V의 비를 알 수 있습니다. "n/V"값이 ㄱ에선 대충 1/2쯤 될 것 같고, ㄴ에서는 ㄱ보다 크겠네요.이제 A와 B - ㄱ과 ㄴ을 매칭시켜야합니다. PV=nRT식에서 T/P 와 V/n는 정비례합니다. 그러므로 T/P또는 V/n값이 큰 것은 큰 것 끼리, 작은 것은 작은 것 끼리 묶으면 됩니다. (나)에서 "V/n"값은 "n/V"값이 더 작았던 ㄱ이 더 크므로, A=ㄱ, B=ㄴ 입니다.


 돌아와서, A=ㄱ, B=ㄴ임을 알았으므로 각 기체의 P,T,V값을 알아냈으니, M=T/(PV)를 이용하면 분자량 비가 나옵니다.


 여러 변형이 가능해보이는 문제입니다. 작년 수능에서처럼 절대온도가 아닌 섭씨온도를 줘도 되고, 다른 조건을 좀 더 준다면 기체 세 개의 분자량을 비교할 수 도 있고, 상대값이 아닌 실제값을 준 다음에 두 기체중 한 기체의 실제 분자량 값을 계산하도록 해도 되고, 아무튼 할 것은 많아보이네요.


 

 

 15번 - 그레이엄의 법칙 : 결국은 이상기체, 그리고 숫자놀이


 재밌는 점은, 단순히 A와 B의 압력을 같게 하기만 한 게 아니고, 아예 두 기체의 압력을 1기압으로 고정했다는 점입니다. 이 문제풀이의 핵심이기도 하고요. 또한 일정한 상태조건이라는 점에서 아주 중요하기도 합니다.

 아무튼 문제를 읽고 결국 분자량부터 구해야겠다는 생각이 들었길 바랍니다.


 14번 풀이에서 말했듯, PVM=wRT에서, 압력, 온도가 일정한 기체 A에 대해 질량과 부피간의 정비례 관계가 성립합니다. 그러므로 1(g)=2V_1(L), 0.8(g) = 16V_2(L)임을 이용해서 V_1 = 10V_2 임을 알 수 있습니다. 각 기체가 분출된 양은 A에서 V_2, B에서 4V_2 입니다. 분출속도비가  1:4니까 분자량비는 16:1입니다. (속도의 제곱인지 속도의 제곱근인지 헷갈리지 맙시다.) 그 다음풀이는 두가지가 있는데요, 문제에서 w가 얼마인지 물어보지도 않았는데 (심지어 보기는 w에대한 계수로 나타낸 것도 아니고 그냥 숫자만 주어져있는데) w를 구하러 올라가지 마시고, 바로 평형에서의 기체B질량으로부터 x값을 구하시길 바랍니다. 화2는 물어본거 구하기에도 시간이 모자라는 과목입니다.


 평형에서의 부피비를 통해 몰수비도 9:16인거를 알 수 있습니다. 질량은 몰수 * 분자량이므로, 질량비는 9*16 : 16*1 = 9:1 = x : 0.8 입니다.



 16번 - 온도에 따른 전체에너지 


 각 반응의 dS 부호 구하고, ㄱ은 "온도가 높을 때 자발적", ㄴ 은 반대임을 확인하면 (가)가 ㄱ (나)가 ㄴ입니다. dS전체의 그래프를 줬는데도 dG그래프 볼때처럼 부호가 음수일떄 자발적이라고 생각하면 큰일납니다.


  어떤 상태에서 dS(전체) 값이 같을 때 dG값도 같다는 점을 직관적으로 의심없이 판단하셨다면 잘하신거고, 그렇지 않으셨다 하더라도 dS(전체) = dG/T임을 이용하면 판단 가능할거고, 이마저도 못하셨다면 화2 이론공부에 너무 소흘했던 것에 대해 반성하실 필요가 있습니다. 아무튼 이와 함께 dS_1 = -dS_2임을 이용하면 ㄴ까지는 쉽게 판단됩니다.


 ㄷ을 판단하는 방법은 두 가지 정도가 있을 것 같은데요, 평형, 즉 dS(전체) = dG = 0에서 dH=TdS(계)이고, ㄱ가 평형을 이루는 T가 ㄴ보다 높고 dS의 절대값은 같으므로 dH_1의 절대값이 더 크다고 판단해도 되고, 이게 생각이 안나면 아예 x축이 절대온도고 y축이 자유에너지인 그래프를 그리셔도 됩니다. 단 두 그래프의 기울기의 절대값(|dS|)가 같다는 점은 염두해두시고 그려야겠죠. y절편이 dH값이니 절대값의 크기비교가 가능해집니다. 기출중에서도 아예 직접 새로운 그래프를 그려버리면 쉽게 풀리는 문제가 있었던 것 같은데 같이 참고하시면 좋겠습니다.



 17번 - 몰수가 변하지 않는 평형, 정반응 속도/역반응 속도 : 평형문제지만 최대한 빠르게


 정반응 속도/역반응 속도 를 a(알파)라고 정의하고 시작한 것으로 보아 반응의 진행 방향에 대해 잘 이해했는지가 출제의도가 아니었나 짐작할 수 있을 것 같아요. 정반응이면 a>1, 역반응이면 a<1, 평형에서 a=1, 또 정반응에서 시작해서 평형으로 갈수록 a값은 줄어드는 점 등을 이해하고 있어야 합니다.


 반응물과 생성물의 몰 수비가 같습니다. 계산은 어지간하면 간단한 정수비를 이용해서 하는게 좋아보입니다.


 ㄷ판단은 즉각적으로 돼야 합니다. dH>0이므로, 더 높은 온도에서는 평형까지 정반응이 좀 더 진행될테고, A의 몰분율은 감소할 것입니다. 왜 굳이 따로 x를 정의했는지는 의문이긴 합니다. 추가로, dH의 "부호"는 온도변화에 무관하게 같다는 전제가 깔려있어야 할 것 같긴 한데, 실제로 그런 반응이 있는 지는 모르겠습니다. 우리는 앞으로도 그냥 온도변화에 무관하게 같다고 전제합시다. (다만 PEET의 일반화학 시험에서는 dH는 온도변화에 무관하다는 전제를 대부분 줍니다. 워낙 변화가 미미해서...)


 18번 - 기체반응 계산


 별 거 없긴 한데 중간에 한 번 실수하면 복구하기가 힙듭니다. 예를 들어 x=4가 나왔는데 보기에 4가 없는걸 보면 실수 잡을 생각 하기도 전에 멘탈부터 털립니다. 특히나 시간 부족할 4페이진데... 한 번 풀때 신중하게 풉시다.


 온도를 300K로 잡아줬는데 온도를 상수로 퉁쳐서는 안됩니다. 괜히 준 숫자가 아니겠죠 당연히. R은 아무튼 상수니까 생략하고, 처음부터 몰수를 쓸 때 T=3으로 놓고 n=PV/3 으로 놓고 라에서는 n=PV/4로 하시든, T=1로 놓고 라에서는 T를 4/3으로 놓으시든, 라에서 400K에서 5/3기압이니 300K에선 5/4기압임을 이용하든 편한대로 풉시다. 실수만 하지 마시구요.


 (다)와 (라)의 II에서의 몰수 비를 비교하면 x는 쉽게 나옵니다.


 아무튼 기출문제중엔 쉬운 편에 속하는 기체반응문제였습니다. 하지만 저는 6 - 2.5 = 2.5 라고 하는 실수를 저질러서 틀렸습니다. 여러분은 그러지 않으셨길 바래요



 19번 - 증기압력 : 푸는 관점


 온도와 외부압력은 일정한데, 부피가 변했습니다. 내부 기체의 몰 수가 변했다는 것인데 조건상 He의 몰수가 변한 것 같지는 않으니, A의 용해로 인한 물의 증기압력 내림으로 인한 것이네요.


 여러모로 문제에서 상태파악이 쉬운 기체는 He로 보입니다. 수증기는 몰수가 변하는데 반해 He는 몰수가 일정하니까요. 그래서 He의 부분압력, 부피, 몰 수를 이용해서 풀면 편합니다. (가)에서 외부압력이 1기압이라는 것과 수증기압이 0.2임을 줬으니 He의 압력은 0.8기압이네요. 그런데, 몰 수가 일정한데, (가)와 (나)의 부피비가 81:80 이므로 압력비는 반대로 80:81입니다. 그러므로 (나)에서의 압력은 0.81이고, 수증기압은 1-0.81 = 0.19입니다. 증기압력 내림을 통해 용질의 몰분율을 쉽게 구할 수 있습니다.


 비슷한 기출도 있었던 것 같습니다. 또 이게 연계교재에서도 자주 나오는 유형이라 연습하기는 좋을 것 같습니다. 이상한 길로 새서 헤매거나 빙빙 돌아서 풀지 마시고 빠른 관점 전환을 통해 쉽게 푸는 것에 익숙해지세요.


 아주 간단한 변형으로 온도변화를 추가할 수 있을 것 같습니다. 대신 바뀐 온도에서의 증기압력은 줘야겠지요.


 

 20번 - 평형 : 질량백분율에 당황하지 말것, 부피가 아니라 압력이 일정한 평형


 ㄱ은 명백한 오류이니 생략합니다. dH의 부호가 주어져야 합니다. 20번 문제 꽤 좋다고 생각하는데 그런거 무의미할정도로 아주 큰 흠입니다. 그래도 다행히도 ㄴ과 ㄷ이랑은 무관한 보기이긴 합니다.


 16학년도 9월모평과 16학년도 수능문제를 적당히 섞은 느낌이 납니다. 마지막 계산에서는 17학년도 수능 문제가 쓰이구요. 찾느라 애먹었네요. 중요한 주제는 A. 질량보존의 법칙과, B. 반응물과 생성물에서 각각의 분자량*반응계수의 합은 서로 같다는 것입니다.


 질량백분율에 당황하지 않고, 전체 질량을 대충 10g으로 잡고 초기와 평형I 에서 A와 B의 질량, A와 B의 분자량비가 2:1임을 이용하면 각 평형에서 각 기체의 몰수를 구할 수 있습니다.


 17학년도 수능에서 화2에는 처음으로 주어진 소재고, 이번이 세 번째 출제인데요, 반응물과 생성물이 모두 기체인 평형에 대해서는 농도가 아닌 압력으로 평형상수를 구할 수 있습니다. (평형상수의 계산에 들어가지 않는 순물질 고체나 액체가 껴있어도 됩니다.) 이를 압력평형상수 K_p라 하며, 우리가 늘 쓰던 농도로 정의된 평형상수를 농도평형상수 K_c 라 할 때(문제에서 주어진 K죠), 둘 사이에 다음과 같은 관계식이 성립합니다.

 K_p = K_c *(RT)^(dn)
dn은 기체의 몰수변화로, 생성물 몰수합-반응물 몰수합입니다.예를 들어 N2 + 3H2 2NH3 에서 dn = -2 겠네요. PV=nRT에서 P=nRT/V 임을 이용하면 쉽게 유도도 가능합니다.

 이 식은 각 기체의 부분압력을 알 때 평형상수를 쉽게 구할 수 있게 해줍니다. 문제에서 압력은 일정하게 유지되고, 평형상수의 비를 물어본것이니 압력을 1로 놓아도 결국 소거되므로 무관합니다. 또한 각 기체의 몰분율도 쉽게 알 수 있으니 부분압력도 쉽게 구해지고, dn은 +1이므로 K_c = K_p/(RT) 입니다. 이러면 ㄷ도 쉽게 풀립니다.

 



화2는 다양한 방식으로 여러분의 뒤통수를 때립니다. 17때는 뜬금없이 누가봐도 교육과정 외인 압력평형상수(물론 교육과정 내에서도 풀 방법은 있습니다.)를 내기도 하고, 작년처럼 난이도를 팍 낮춤으로써 뒤통수를 때리기도 합니다. 아예 작년에 1컷 50이 나왔으면 모를까 어중간하게 48이 나오는 바람에 또 수능이 쉬워서 뒤통수 맞을 가능성도 배제할 수 없습니다. 물론 헬파티가 벌어질 수도 있구요. 그러므로, 화2를 수능까지 잡고 가실 생각이라면 전국에 만점자가 8명이 나오든 100명이 나오든 확정적으로 50점을 맞으실 수 있을 정도의 실력을 키우실 필요가 있겠습니다.


그래도 존버 성공해서 원하시는 학교에 입학하시면 일반화학/화학실험에서 깡패가 되실 수 있을 것입니다.

물론 수능에서 떡락하면 아무것도 없습니다. 힘냅시다.

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