위험물산업기사 물질의 상태와 화학의 기본법칙 핵심정리

이상기체 상태방정식 PV = nRT 로 부피를 구합니다.

1. 몰수 n = 64 ÷ 32 = 2몰 (O₂ 분자량 32)
2. 절대온도 T = 27 + 273 = 300K
3. V = nRT ÷ P = 2 × 0.082 × 300 ÷ 2 = 24.6L
4. 검산: 2 × 24.6 = 49.2, 2 × 0.082 × 300 = 49.2 로 양쪽이 같습니다.

틀린 선지

• 약 49.2L: 압력 2기압으로 나누는 단계를 빠뜨린 값입니다.
• 44.8L: 표준상태(0℃, 1기압)에서 2몰의 부피입니다. 문제의 온도·압력과 다릅니다.
• 약 12.3L: 몰수를 1몰로 잘못 잡은 값입니다. 64g은 2몰입니다.

온도가 일정하면 기체의 압력과 부피를 곱한 값은 늘 같습니다(보일의 법칙). 그래서 압력이 2배가 되면 부피는 절반이 됩니다.

1. P₁V₁ = P₂V₂
2. P₂ = 2P₁ 이므로 V₂ = P₁V₁ ÷ 2P₁ = V₁ ÷ 2
3. 검산: 2P₁ × (V₁/2) = P₁V₁ 으로 처음과 같습니다.

틀린 선지

• 처음 부피의 2배로 늘어난다: 압력과 부피는 반대로 움직입니다. 압력을 높이면 부피는 줄어듭니다.
• 변하지 않는다: 온도가 같아도 압력이 바뀌면 부피가 바뀝니다.
• 처음 부피의 4배로 늘어난다: 늘어나지도 않고, 4배라는 관계도 없습니다.

몰수는 질량을 분자량으로 나누어 구합니다.

1. 물의 분자량 = 1 × 2 + 16 = 18
2. 몰수 = 36 ÷ 18 = 2몰
3. 검산: 2몰 × 18g = 36g 으로 맞습니다.

틀린 선지

• 1몰: 물 1몰은 18g입니다. 36g은 그 두 배입니다.
• 3몰: 물의 분자량을 12로 잘못 잡은 값입니다.
• 0.5몰: 질량과 분자량을 거꾸로 나눈 값입니다.

압력이 일정하면 기체의 부피는 절대온도(섭씨온도 + 273)에 비례합니다(샤를의 법칙).

1. T₁ = 27 + 273 = 300K, T₂ = 127 + 273 = 400K
2. V₂ = V₁ × T₂ ÷ T₁ = 10 × 400 ÷ 300 ≒ 13.3L
3. 검산: 13.3 ÷ 400 ≒ 10 ÷ 300 ≒ 0.033 으로 비율이 같습니다.

틀린 선지

• 약 47.0L: 섭씨온도(127÷27)를 그대로 나누면 안 됩니다. 반드시 절대온도(K)로 바꿔 계산합니다.
• 약 7.5L: 온도를 높이면 부피는 늘어납니다. 비율을 거꾸로 곱한 값입니다.
• 20L: 온도가 2배가 된 것이 아니므로 부피도 2배가 되지 않습니다.

나트륨은 전자 1개를 내주어 양이온(Na⁺)이 되고, 염소는 그 전자를 받아 음이온(Cl⁻)이 됩니다. 이렇게 양이온과 음이온이 전기적으로 끌어당겨 생기는 결합이 이온결합입니다.

틀린 선지

• 공유결합: 공유결합은 비금속 원자끼리 전자를 함께 쓰는 결합입니다. 금속인 나트륨과 비금속인 염소는 전자를 주고받습니다.
• 금속결합: 금속결합은 금속 원자끼리의 결합입니다. 염소는 금속이 아닙니다.
• 수소결합: 수소결합은 분자와 분자 사이에 작용하는 힘이고, 수소가 있어야 합니다.

기체가 퍼지는 속도는 분자량의 제곱근에 반비례합니다(그레이엄의 법칙). 가벼운 기체일수록 빨리 퍼집니다.

1. 수소 분자량 2, 산소 분자량 32
2. 속도의 비 = √(32 ÷ 2) = √16 = 4
3. 검산: 4² = 16 = 32 ÷ 2 로 맞습니다.

틀린 선지

• 16배: 분자량의 비(32 ÷ 2 = 16)를 그대로 쓴 값입니다. 확산 속도는 분자량의 제곱근에 반비례합니다.
• 2배: 제곱근을 한 번 더 취하거나 계산을 잘못한 값입니다.
• 1/4배: 가벼운 기체가 더 빨리 퍼지므로 수소가 더 빠릅니다. 거꾸로 된 값입니다.

표준상태에서 기체 1몰은 22.4L를 차지합니다. 그래서 1L의 질량(밀도)에 22.4를 곱하면 1몰의 질량, 곧 분자량이 됩니다.

1. 분자량 = 1.25g/L × 22.4L = 28
2. 검산: 28 ÷ 22.4 = 1.25 로 맞습니다. (질소 N₂ 의 분자량이 28입니다.)

틀린 선지

• 32: 산소의 분자량입니다. 밀도 1.25g/L 로 계산하면 28이 나옵니다.
• 22.4: 1몰의 부피(22.4L)를 분자량으로 착각한 값입니다.
• 44: 이산화탄소의 분자량입니다. 이산화탄소의 표준상태 밀도는 약 1.96g/L입니다.

섞인 기체에서 각 기체가 내는 압력(분압)은 그 기체가 차지하는 몰수의 비율(몰분율)에 비례합니다(돌턴의 분압 법칙).

1. 전체 몰수 = 3 + 1 = 4몰
2. 산소의 몰분율 = 1 ÷ 4 = 0.25
3. 산소의 분압 = 4기압 × 0.25 = 1기압
4. 검산: 질소 3기압 + 산소 1기압 = 4기압 으로 전체 압력과 같습니다.

틀린 선지

• 3기압: 질소의 분압입니다. 질소는 전체 4몰 중 3몰을 차지합니다.
• 2기압: 두 기체가 압력을 똑같이 나눈다고 본 값입니다. 분압은 몰수에 비례합니다.
• 0.25기압: 몰분율(1/4)만 구하고 전체 압력을 곱하지 않은 값입니다.

물 분자의 수소는 이웃한 물 분자의 산소와 강하게 끌어당깁니다. 이 힘을 수소결합이라 합니다. 분자끼리 떨어지려면 이 힘을 끊을 열이 더 필요하므로 끓는점이 높아집니다.

틀린 선지

• 물이 이온결합 물질이기 때문: 물은 산소와 수소가 전자를 함께 쓰는 공유결합 분자입니다.
• 물 분자 안에 금속결합이 있기 때문: 물에는 금속 원자가 없어 금속결합이 없습니다.
• 물의 분자량이 매우 크기 때문: 물의 분자량은 18로 작습니다. 분자량 때문이 아닙니다.

기체가 퍼지는 속도는 분자량의 제곱근에 반비례합니다(그레이엄의 법칙). 무거운 기체일수록 느리게 퍼집니다. 그래서 '분자량에 비례한다'는 설명이 틀렸습니다.

틀린 선지

• 온도가 일정하면 압력이 높아질수록 부피는 줄어든다: 보일의 법칙으로 옳은 설명입니다.
• 압력이 일정하면 절대온도가 높아질수록 부피는 늘어난다: 샤를의 법칙으로 옳은 설명입니다.
• 같은 온도·압력에서 같은 부피의 기체에는 같은 수의 분자가 들어 있다: 아보가드로의 법칙으로 옳은 설명입니다.