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Cluster: 제고비 [1061487] · MS 2021 (수정됨) · 쪽지

2022-08-03 11:53:53
조회수 12,825

이 칼럼 때문에 1컷 50 (화학1-7편)+모의고사 2022ver.

게시글 주소: https://orbi.kr/00057831127

오늘은 Step3-2 양적관계의 자료해석(2)에 대해 작성해보겠습니다.


 저번 글에는 양적 관계의 기본 자료 해석에 대해 설명하였으므로 오늘은 문제 유형에 따른 해석에 대해 설명하겠습니다.

 먼저 양적 관계의 문제 유형은 주입형 문제와 혼합형 문제로 크게 나눌 수 있습니다. 그 중 오늘은 주입형에 대해 설명하겠습니다. 주입형 문제는 보통 반응물이 2가지 일 때 한 반응물의 양은 고정시키고 다른 반응물의 양을 점점 증가하여 반응시키는 실험 결과를 해석하는 문제입니다. 아래는 주입형 문제의 예인 2021학년도 4월 모의고사 20번입니다.

 


 최근 들어 위와 같이 생성물이 2가지 나오는 반응식이 출제 되고 있습니다만 본질은 기본 형태인 aA+bB--->cC 와 같은 화학반응식과 같습니다.


1. 반응 계수와 그래프

 먼저 가장 중요한 자료인 일정량의 반응물(A)을 넣어줬을 때 x축은 넣어 준 반응물(B)의 양, y축은 전체 몰 수인 그래프부터 설명하겠습니다. 



 해석하기에 앞서 위의 그래프 중 그래프의 기울기가 변하는 점이 완결점임을 알아야 합니다. 일정량의 B를 꾸준히 넣어 줄 때 한계반응물이 B에서 A로 변하지 않는 한 갑자기 전체 몰 수의 변화율이 바뀌지 않기 때문입니다.


 그렇다면 완결점에서는 오직 C만 존재하므로 완결점의 y좌표는 생성물의 계수인 c입니다. 완결점의 x좌표는 C가 c몰 만들어지는데 사용한 B의 몰 수이므로 B의 계수인 b입니다. 넣어준 B의 양이 0일 때는 처음 들어 있는 A의 양을 뜻합니다. 이 때 A가 모두 반응하여 c몰의 C가 생성되었으므로 처음 들어 있는 A의 몰 수가 A의 계수인 a입니다.


 그렇다면 완결점을 기준으로 기울기의 상댓값도 비교할 수 있습니다. 완결점 이전의 기울기는 c-a/b 이고 완결점 이후의 기울기는 B를 넣어준 만큼 전체 몰 수가 증가하므로 1입니다. 즉, c-a : b라고 할 수 있습니다.


 이렇게 기울기 비만 알고 있으면 전체 몰 수를 y축으로 하는 그래프의 개형은 자연스레 떠올릴 수 있습니다. 예를 들어 a와 c의 계수가 같다면 완결점 전 기울기가 0일 것이고, c-a의 값이 b와 같다면 완결점이 드러나지 않는 1차 함수 꼴일 것입니다.



2. WMN표 작성하기

 양적 관계 문제에서 가장 중요하며 반드시 숙달되어야 하는 것은 w(질량)/M(분자량)=N(몰)입니다. 시간이 많고 긴장이 안되는 상황이면 얼마든지 계산할 수 있으나 수능에서는 누구나 긴장할 수 있으므로 표로 그려 정보를 정리 해두는 것이 좋다고 생각합니다. 만약 어떤 화학 반응의 질량 비가 2:16:18 이고 분자량 비가 1:16:9 라면 다음과 같습니다.



 저는 WMN순서가 편하여 작성하지만 본인에게 더 편한 방법으로 배열하여 작성하셔도 좋습니다. w(질량)/M(분자량)=N(몰)만 지켜주시면 됩니다.


다음은 저번 글에서 자료 해석만 하고 끝낸 2021학년도 6월 모의고사 19번입니다.




 위의 문제에서 전체 기체의 밀도의 상댓값이 1, 0.8로 주어졌으므로 각각을 a/V, 2a/2.5V처럼 분수꼴로 나타내어야합니다. (a는 각 상황에서의 질량입니다.) 이 때, 넣어준 B의 질량이 wg일 때 질량이 A만 있을 때보다 2배 늘었으므로 처음 A의 질량도 wg임을 알 수 있습니다.


 또한 전체 기체의 밀도가 최대인 부분이 완결점임을 알 수 있습니다. (완결점 전일 경우 B를 더 넣어줬을 때 반응물은 더 줄고 생성물은 더 늘 수 있고, 완결점 후일 경우 남은 B가 전체 물질의 양인 분모 값만 높여주기 때문입니다.)


 분자량은 A가 B의 2배라고 하였으므로 A wg당 VL이니 B wg당 2V임을 알 수 있습니다. 반응물이 고정되어 있는 A의 계수와 생성물인 C의 계수가 같으므로 완결점 전 전체 기체의 부피는 변하지 않음을 알 수 있습니다. 즉, B를 2V 넣어주는 동안 완결점 후 전체 부피가 V에서 2.5V로 1.5V 늘어났으므로 B는 0.5V반응하였습니다. 이 때 WMN 표를 그리면 다음과 같습니다.



 이후 x는 생성물인 C만 있을 때의 밀도이고, A만 있을 때의 밀도를 1이라고 하였기에 1:x=A의 분자량: C의 분자량입니다. 따라서 a=2, x=5/4입니다.


 “왜 밀도는 질량/부피 라면서 ‘평균 분자량과 밀도는 비례한다.’도 쓰고 니 마음대로냐”라고 하시는 분이 계실지도 모릅니다. 저는 처음 밀도의 자료는 질량/부피라고 해석하였고 실린더에 오직 한 종류의 물질만 남아 있을 때만 ‘분자량과 밀도는 비례한다.’를 이용하였습니다.


 즉, 정리하면 밀도는 질량/부피로 해석하는 것이 우선이고 평균 분자량(실린더에 물질의 종류가 2가지 이상인 경우)은 전체 밀도와 비례한다는 명제는 특수한 경우가 아니면 지양하는 것이 좋습니다. 그러나 실린더에 물질의 종류가 한가지만 있는 경우는 ‘분자량은 전체 밀도와 비례한다.’는 이용하면 편리한 경우가 많은 것이 제 생각입니다.


어떠한 방식으로든 읽어주신 분께 도움이 되길 바라며 마치겠습니다. 감사합니다.


P.S. 저희팀에서 화학1 모의고사를 출판하게 되었습니다. 저희 모의고사는 시중에 높은 퀄리티의 모의고사가 많지 않다는 아쉬움에 의해 제작되었습니다. 다년간 화학1을 분석한 전문 출제진이 최근 트렌드를 반영하여 학생들이 현장에서 마주할 수 있는 상황들을 제시했습니다. 많은 관심 부탁드립니다!

(https://atom.ac/books/9917)

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