2022 수능 화학 19번 해설

19. 다음은 A(g)와 B(g)가 반응하여 C(g)가 생성되는 반응의 화학 반응식이다.

aA(g) + B(g) → 2C(g) (a는 반응 계수)

표는 B(g) xg이 들어 있는 실린더에 A(g)의 질량을 달리하여 넣고 반응을 완결시킨 실험 I~IV에 대한 자료이다. II에서 반응 후 남은 B(g)의 질량은 III에서 반응 후 남은 A(g)의 질량의 1/4배이다. a*x는?

[ Step 1. 종결점 구하기 ]

II에서 B가 남고, III에서 A가 남음 → 종결점은 II와 III 사이

 

[ Step 2. A 넣기 전 상황 구하기 ]

I, II에서 A가 다 반응

A가 2배 반응했으므로 생성물도 A의 두 배 일 것

따라서, I과 II의 분모 4, 8은 생성물의 양(mol) & 7, 9는 전체 기체의 부피비로 볼 수 있음

 

I → II에서 A wg이 반응할 때, 전체 기체의 부피 2 증가

따라서, 반응 전 부피가 5인 것을 알 수 있음 (반응 전 → I로 갈 때 A가 w만큼 추가됐으므로)

 

[ Step 3. 반응 완결점 비 구하기 ]

B 부피가 5만큼 반응했을 때가 완결점이므로, C는 부피 10만큼 생성되고 전체 기체의 부피는 10일 것

(aA + B → 2C가 주어졌고, B와 C의 계수 비는 1:2이므로)

 

반응 완결점에서는 A, B가 모두 반응

앞에서 A wg이 반응할 때 전체 기체 부피가 2 증가 하는 것을 알았으므로

II → 완결점에서 부피가 1만큼 증가(9 → 10)하므로 A는 0.5w g이 추가 반응했을 것

→ 완결점에서 A는 총 2.5w g

A는 w g 반응할 때 생성물의 양이 4 mol 므로, 2.5w g 반응 시 10 mol

 

따라서, 완결점에서 생성물의 양(mol)/전체 기체의 부피(L)가 10 mol/10 = 1이 됨

완결점에서는 C만 있으므로, 부피 비 = mol로 판단 가능

 

→ A : B = 2.5w g : 5 mol로 반응

 

[ Step 4. IV의 상황으로 a 구하기 ]

IV의 A 질량 = 4w, 생성물의 양(mol)/전체 기체의 부피(L) = 5/8 

      aA          +          B          →          2C

    4w g                 5 mol 

- 2.5w g             - 5 mol             + 10 mol 

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  1.5w g                    0                     10 mol

 

1.5w g을 k mol로 가정했을 때,

10/(k+10) = 5/8이므로 k = 6임을 알 수 있음

1.5w g : 6 mol = 2.5w g : ? mol 의 비례식을 통해 A 2.5w g이 10 mol임을 알 수 있음.

A : B : C = 10 : 5 : 10 으로 반응하므로, a = 2

 

[ Step 5. II, III의 상황으로 x 구하기 ]

완결점 → III에서 반응 후 남은 A의 질량은 0.5w g (3w - 2.5w)

II에서 반응 후 남은 B의 질량은 III에서 반응 후 남은 A의 질량의 1/4배 라고 했으므로,

II에서 반응 후 남은 B의 질량 = 1/8w g = 1 mol에 해당

 

II)      2A          +          B          →          2C

        2w g                 5 mol 

     - 2w g              - 4 mol                + 8 mol 

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           0                    1 mol                   8 mol

 

따라서, 처음에 있던 B는 5 mol이므로 x = 5/8w

 

[ Step 6. a * x 구하기 ] 

a = 2

x = 5/8w

a * x = 5/4w