화학Ⅱ — 고난도 주제 풀이요령

4주제·풀이순서·함정·자체예제
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화학Ⅱ 오답률 상위에 자주 오르는 대표 4주제를 다룬다(대표 경향이며 통계 수치가 아님). 각 주제는 핵심 개념 → 풀이 STEP → 함정 → 자체 예제 순으로 정리했다.
① 기체·부분 압력·총괄성 · ② 반응 엔탈피 · ③ 화학 평형 · ④ 전기 화학

① 기체·부분 압력·묽은 용액 총괄성

핵심 개념
이상 기체: PV = nRT (n = w / M)
부분 압력: P_i = P × x_i (x_i = 성분 몰수 / 전체 몰수)
돌턴 법칙: P(전체) = P₁ + P₂ + …
묽은 용액: ΔT_b = K_b·m, ΔT_f = K_f·m, π = CRT
조건 m은 몰랄 농도(용질 mol / 용매 kg), C는 몰 농도(mol/L), 총괄성은 입자 수에만 의존한다.
풀이 STEP
STEP 1 문제가 묻는 것(M·압력·온도·농도) 확인, 주어진 변수 표로 정리
STEP 2 기체는 PV=nRT, 혼합 기체는 각 성분의 몰수로 부분 압력 산출
STEP 3 총괄성은 용질 입자 수(전해질은 이온 수)를 먼저 따진 뒤 공식 대입
STEP 4 단위(L·atm·K) 일치 여부 최종 점검
함정 ① 전해질(NaCl 등)은 이온으로 나뉘어 입자 수가 배로 늘어 총괄성이 커진다. ② 몰랄(m)과 몰 농도(C)를 혼동하면 안 된다. ③ 온도는 반드시 절대 온도(K)로.
자체 예제 물 1 kg에 비전해질 X 0.5 mol을 녹였더니 어는점이 −0.93 ℃가 되었다. (K_f = 1.86 ℃/m)
풀이 · m = 0.5 mol / 1 kg = 0.5 m → ΔT_f = K_f·m = 1.86 × 0.5 = 0.93 ℃ → 어는점 = 0 − 0.93 = −0.93 ℃ (계산 일치). 만약 X가 이온 2개로 나뉘는 전해질이라면 ΔT_f = 1.86 × 0.5 × 2 = 1.86 ℃가 되어 −1.86 ℃.

② 반응 엔탈피 (헤스 법칙·결합 에너지)

핵심 개념
발열 반응 ΔH < 0, 흡열 반응 ΔH > 0
헤스 법칙: 전체 ΔH = 각 단계 ΔH의 합 (경로 무관)
결합 에너지: ΔH = Σ(반응물 결합 E) − Σ(생성물 결합 E)
주의 결합 에너지는 기체 상태 결합을 끊는 데 필요한 에너지(양수)로 주어진다. 끊는 것은 흡열(＋), 만드는 것은 발열(−)이므로 위 부호 방향을 지킨다.
풀이 STEP
STEP 1 목표 반응식을 쓰고, 주어진 반응식들을 목표에 맞게 뒤집기·정수배
STEP 2 뒤집으면 ΔH 부호 반전, 정수배 하면 ΔH도 같은 배수
STEP 3 식을 더해 중간 화학종을 소거, 남은 ΔH 합산 (헤스 법칙)
STEP 4 결합 에너지 문제는 반응물 결합 합 − 생성물 결합 합 순서 고정
함정 ① 식을 뒤집었는데 ΔH 부호를 안 바꾸는 실수. ② 정수배 시 ΔH 배수 누락. ③ 결합 에너지에서 반응물·생성물 순서를 뒤바꿔 부호 반대로 나옴.
자체 예제 H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)의 ΔH를 결합 에너지로 구하라. 결합 에너지: H−H = 436, Cl−Cl = 243, H−Cl = 431 (kJ/mol).
풀이 · 반응물 결합 합 = 436 + 243 = 679, 생성물 결합 합 = 2 × 431 = 862.
ΔH = 679 − 862 = −183 kJ → 발열 반응.

③ 화학 평형 (Kc·Kp·Q·ICE·르샤틀리에)

핵심 개념
aA + bB ⇌ cC + dD 에서
Kc = [C]^c · [D]^d / ( [A]^a · [B]^b )
반응지수 Q: 임의 시점 농도로 같은 형태로 계산
Q < K → 정반응, Q = K → 평형, Q > K → 역반응
주의 순수한 고체·액체는 K 식에 넣지 않는다. Kp는 기체의 부분 압력으로 같은 형태.
풀이 STEP (ICE 표)
STEP 1 균형 반응식 확정, 계수 확인
STEP 2 ICE 표 작성 — 초기(Initial)·변화(Change, 계수 비로 ±x)·평형(Equilibrium)
STEP 3 평형 농도를 K 식에 대입해 x 또는 K를 계산
STEP 4 조건 변화는 르샤틀리에 원리로 이동 방향 판단
함정 ① 변화량에 계수 비를 반영 안 함(모두 x로 처리). ② 부피 변화 시 농도로 다시 환산 필요. ③ 촉매는 평형을 이동시키지 않고 도달 속도만 빠르게 한다.
르샤틀리에 요약
자체 예제 H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g). 1 L 용기에 H₂ 1 mol, I₂ 1 mol을 넣어 평형에서 HI가 1 mol 생성되었다. Kc는?
풀이 · ICE: HI는 +1 mol이므로 x는 변화식에서 2x = 1 → x = 0.5. 평형 농도 = H₂ 0.5, I₂ 0.5, HI 1.0 (mol/L).
Kc = [HI]² / ([H₂][I₂]) = 1.0² / (0.5 × 0.5) = 1.0 / 0.25 = 4.

④ 전기 화학 (표준 전위·화학 전지·전기 분해)

핵심 개념
표준 기전력 E°(전지) = E°(＋극, 환원) − E°(−극, 환원)
= 환원 전위가 큰 쪽 − 작은 쪽 (항상 > 0)
산화: 전자 잃음(−극, 산화 전극) / 환원: 전자 얻음(＋극, 환원 전극)
전기 분해: 이동한 전자 mol = 전하량(C) / 96500
주의 화학 전지에서 산화 전극(−극)에서 환원 전극(＋극)으로 도선을 따라 전자가 흐른다.
풀이 STEP
STEP 1 두 반쪽 반응의 표준 환원 전위 비교 — 큰 쪽이 환원(＋극), 작은 쪽이 산화(−극)
STEP 2 E°(전지) = 큰 값 − 작은 값 (양수 확인)
STEP 3 전기 분해는 각 전극 반응식을 쓰고, 전자 mol로 석출량·기체 부피 계산
STEP 4 두 전지·전해조가 직렬이면 흐른 전자 mol이 동일함을 이용
함정 ① 화학 전지의 극 이름(＋/−)과 전기 분해의 극 이름을 혼동. 화학 전지는 산화 전극이 −극, 전기 분해(전해조)는 전원의 −극에 연결된 전극에서 환원. ② 전자 수(반응식 계수) 누락으로 몰수 오류.
자체 예제 녹은 상태에서 CuSO₄ 수용액을 전기 분해할 때 (＋)극 반응: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. 전자 2 mol이 흘렀다면 (−)극(Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)에서 석출되는 Cu는?
풀이 · Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu 이므로 전자 2 mol당 Cu 1 mol. 따라서 Cu 1 mol(약 64 g) 석출.