2020학년도 화학2 수능기출풀이 19번[3점]

출처: 한국교육과정평가원

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① 포함된 개념

평형이동

평형상수

이상기체 상태 방정식

부분압력

② 풀이

먼저 알고 갈 것

피스톤이 존재한다는 것의 의미

: 외부압력 = 실린더 속 압력 

으로 외부압력의 변화가 없는 한, 실린더 속의 압력도 일정하다는 것! 

 

외부압력 및 실린더 속 기체의 압력을 $P_{(atm, 기압)}$로 고정한 후 시작하자. 

 

초기상태

$$P\,atm\,\times\,V\,L\,=\,(1+2+3)\,mol\,\times\,R_{(기체상수)}\,\times\,T\,K$$

 

앞으로 계속되는 상황에서도 이 방정식을 만족한다. 

기체의 전체 몰수, 기체의 온도, 기체의 부피가 변화함에 따라 이 방정식이 어떻게 변화하는지를 유심히 보자. 

 

평형상태 𝙸

1) 전체 기체 몰수

 

$P\,atm\,\times\,\frac{V}{2}\,L\,=\,?\,mol\,\times\,R_{(기체상수)}\,\times\,\frac{T}{2}\,K$

 

을 만족한다. 

초기상태와 비교해본다면, 

평형상태𝙸 에서의 전체 기체 몰수는 6 mol 임을 알 수 있다. 

 

2) 초기상태에서 평형을 이루기까지

$\therefore\,a+b\,=\,2$

 

a와 b는 반응계수로, 자연수이다. 

자연수 중에 더하여 2가 나오는 것은 1+1 밖에 없다. 

 

$$\therefore\,a\,=\,1, \;b\,=\,1$$

 

결과를 다시 표현해면 다음과 같다. 

 

 

평형상수를 써보자면 다음과 같다. 

 

$K\, =\, \frac{P_C^2}{P_A\, \times \, P_B}\, =\, \frac{\chi _C^2\, \times \, P}{(\chi _A\, \times \, P)\, \times \, (/chi_B\, \times \, P)}\, =\, \frac{(\frac{1}{6})^2}{(\frac{2}{6})(\frac{3}{6})}$

 

$$\therefore\,K\,=\,\frac{1}{6}$$

 

 

평형상태 Ⅱ

기체 B를 $/chi$만큼 더 넣은 후의 상황을 정리하면 다음과 같다. 

 

온도가 일정하므로, 평형상수 K는 평형상태𝙸일 때와 마찬가지로 $\frac{1}{6}$이다. 

 

$ K\,=\,\frac{(\frac{5}{3})^{2}}{(\frac{5}{3})(\frac{8}{3}+\chi)}\,=\,\frac{1}{6}$

(기체의 압력 및 전체 몰 수는 분모, 분자에서 모두 상쇄되어 생략하고 식을 썼다. )

 

$ \chi\,=\,\frac{22}{3}$

 

 

따라서 정답은 ② $\frac{22}{3}$ 이다.