화학 반응의 규칙과 에너지 변화

01 ③ (가)는 액체 상태인 물이 기체 상태인 수증기로 변 하는 물리 변화로, 분자의 배열 상태만 달라진다. (나) 는 물이 수소와 산소로 분해되는 화학 변화로, 원자의 배열이 달라져서 새로운 분자가 생기므로 물의 성질이 변한다.

바로알기 ①, ② (가)는 물리 변화이므로 새로운 분 자가 생기지 않는다.

④ (나)에서는 물이 수소와 산소로 분해된다.

⑤ (가)에서는 물질의 성질이 변하지 않고, (나)에서는 물질의 성질이 변한다.

02 ㄴ. 마그네슘을 구부려도 마그네슘의 성질은 그대로이 므로 (가)와 (나)에서는 모두 수소 기체가 발생한다.

ㄷ. 마그네슘이 타고 남은 재는 마그네슘의 성질을 나 타내지 않으므로 (다)에서는 수소 기체가 발생하지 않 는다.

바로알기 ㄱ. 마그네슘을 구부리는 것은 물리 변화 이다.

ㄹ. 마그네슘을 태우면 화학 변화가 일어나므로 마그 네슘이 타고 남은 재는 마그네슘의 성질을 나타내지 않는다.

03 ④의 따뜻한 빵 위에 올려둔 버터가 녹는 현상은 물질 의 상태가 변하는 현상(고체 → 액체)으로 물리 변화이 다. 나머지는 모두 물질의 성질이 변하는 화학 변화이다.

04 화학 변화가 일어나면 원자의 종류, 크기, 수는 변하지 않고 원자의 배열 상태가 변하여 새로운 분자가 생성 되므로 물질의 성질이 변한다.

물

(가) (나)

기화

➡ 물리 변화

수증기 수소+산소

분해

➡ 화학 변화

탄산 칼슘 염화 수소

염화 칼슘 이산화 탄소 물

Cl-Ca²+

Cl-HOH O C O

H Cl H Cl O

2-O C Ca²+ O

염화 수소 기체의 질량과 같다.

ㄷ, ㄹ. 수소：염소：염화 수소 기체 사이의 부피비가 1^：1^：2이므로 분자 수의 비도 1^：1^：2^{이다. 수소} 기체 20 mL가 모두 반응하려면 염소 기체도 최소 20 mL가 필요하다. 또 염소 분자 200 ^{개가 모두 반응하} 면 염화 수소 분자 400 ^개(1^：2=200 ^개：x 개)가 생긴다.

19 ①, ② 손난로는 철 가루가 산소와 반응할 때 에너지 를 방출하여 부직포 주머니가 따뜻해지는 것을 이용한 것이다.

③ 이 반응은 화학 변화이므로 반응물과 생성물의 성 질이 다르다.

④ 에너지를 방출하는 반응이 일어나므로 주변의 온 도가 높아져 부직포 주머니가 따뜻해진다.

바로알기 ⑤ 냉찜질 주머니는 반응이 일어날 때 에 너지를 흡수하여 주머니가 차가워지는 것을 이용한 것 이다.

20 ⑤ 염화 칼슘 제설제는 염화 칼슘과 물이 반응하면서 에너지를 방출하여 온도가 높아지므로 눈이 빨리 녹게 되는 현상을 이용한다.

바로알기 ①^, ③ 발열 컵과 발열 도시락은 산화 칼슘 과 물이 반응할 때 방출하는 에너지를 이용한다.

② 가스레인지는 메테인과 같은 연료가 연소하면서 방출하는 에너지를 이용한다.

④ 냉찜질 주머니는 질산 암모늄과 물이 반응할 때 에 너지를 흡수하는 현상을 이용한다.

21 질산 암모늄과 물이 반응할 때 주변으로부터 에너지를 흡수하므로 주변의 온도가 낮아진다. 이 원리를 이용 하여 손 냉장고를 만들 수 있다.

22 ㄴ. 화학 반응이 일어날 때 에너지를 흡수하면 주변의 온도가 낮아진다.

ㄷ. 손난로는 화학 반응이 일어날 때 에너지를 방출하 여 주변의 온도가 높아지는 것을 이용한 것이다.

바로알기 ㄱ. 화학 반응이 일어날 때에는 항상 에너 지가 출입한다.

23 냉각 장치에 이용할 수 있는 반응은 에너지를 흡수하 는 반응이다.

②, ④ 소금과 얼음물의 반응과, 수산화 바륨과 염화 암모늄의 반응은 에너지를 흡수하는 반응으로 주변의 온도를 낮춘다.

바로알기 ①, ③, ⑤ 철 가루와 산소의 반응, 산화 칼 슘과 물의 반응, 염산과 수산화 나트륨 수용액의 반 응은 에너지를 방출하는 반응으로 주변의 온도를 높 인다.

법칙은 모든 화학 반응에서 성립한다. 단, 열린 공간에 서 기체가 관여하는 반응의 경우에는 반응 전후 질량 이 다르게 측정될 수 있지만, 반응에 관여한 기체의 질 량을 포함하면 반응 전후 물질의 총질량은 일정하다.

12 구리 가루를 가열하여도 일정 시간이 지나면 더 이상 질량이 증가하지 않는 까닭은 반응할 수 있는 구리의 양이 일정하기 때문이다. 즉, 일정한 양의 구리는 일 정한 양의 산소와 반응하여 산화 구리(Ⅱ)를 생성하며, 이로부터 화합물이 생성될 때 원자들이 항상 일정한 개수비로 결합한다는 것을 알 수 있다.

13 ^구리 8 g을 모두 연소시켰을 때 생성된 물질이 10 g 이므로 결합한 산소의 질량은 2 g(=10 g-8 g)이다.

즉, 구리와 산소는 4^：1⁽=8 g：2 g)의 질량비로 반 응하므로 구리 12 g을 모두 연소시키면 산소 3 g(4^： 1=12 g：x g)과 반응한다.

14 ^{이산화 탄소} ₄₄ g을 구성하는 탄소가 12 g이므로 산 소는 32 g(=44 g-12 g)이다. 따라서 이산화 탄소 를 구성하는 탄소와 산소의 질량비는 3^：8⁽=12 g：

32 g)이다.

15 화합물을 구성하는 성분 원소 사이에 일정한 질량비 가 성립한다는 내용은 일정 성분비 법칙이다. 일정 성 분비 법칙은 화합물이 만들어질 때 성립하므로 홑원소 물질인 수소, 혼합물인 소금물에는 적용되지 않는다.

16 ^실험 ₁^{에서는 기체} A 20 mL와 기체 B 10 mL (=40 mL-30 mL)가 반응하여 기체 C 20 mL 를 생성한다. 또한 실험 2^{에서는 기체} A 40 mL(=

50 mL-10 mL)와 기체 B 20 mL가 반응하여 기체 C 40 mL를 생성한다. 따라서 실험에서 기체 사이의 부피비는 A：B：C=2^：1^：2^이다.

17 기체 반응에서의 부피비는 화학 반응식의 계수비와 같 다. 주어진 실험에서 기체 사이의 부피비가 2^：1^：2 이므로 기체 반응이면서 부피비가 2^：1^：2^{인 반응을} 설명할 수 있다.

바로알기 ① C가 고체이므로 기체 반응 법칙이 성립 하지 않는다.

②, ③ 모두 기체 반응이지만 계수비가 2^：1^：2^{가 아} 니다.

⑤ 계수비는 2^：1^：2이지만 마그네슘과 산화 마그네 슘이 고체이므로 계수비=부피비의 관계가 성립하지 않는다.

18 ㄱ. 화합물인 염화 수소가 생성되는 반응이므로 일정 성분비 법칙이 성립한다.

ㄴ. 모든 물질 변화에서 질량 보존 법칙이 성립하므로 반응하는 수소 기체와 염소 기체의 질량 합은 생성된

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정답과 해설

방출하는 복사 에너지양은 지구의 대기와 지표가 흡수 하는 태양 복사 에너지양인 C+D와 같다.

ㄷ. 온실 효과는 지구의 대기가 지표가 방출하는 지구 복사 에너지를 흡수했다가 지표로 재방출하는 E에 의 해 나타난다.

바로알기 ㄱ. 지구로 들어오는 태양 복사 에너지(A) 는 대기와 지표에서 반사되어 우주로 나가고(B), 나머 지는 대기와 지표에 흡수된다(C, D). 따라서 지구가 흡수하는 태양 복사 에너지양은 C+D이다.

04 ① 온실 기체는 지구 대기를 이루는 기체 중에서 지구 복사 에너지를 흡수하여 온실 효과를 일으키는 기체 로, 수증기, 이산화 탄소, 메테인 등이 있다.

② (가), (나)를 보면 대기 중 이산화 탄소 농도가 증 가함에 따라 지구의 평균 기온이 상승하는 것을 알 수 있다.

③ 최근 석탄, 석유, 천연 가스와 같은 화석 연료의 사 용량 증가로 대기 중으로 방출되는 이산화 탄소가 급 격히 증가하여 온실 효과가 강화되기 때문에 지구의 평균 기온이 높아지고 있다.

⑤ 1960 년 이후 지구 온난화로 인해 지구의 평균 기 온이 상승하여 해수면의 높이가 상승하였을 것이다.

바로알기 ④ 최근에는 대기 중 온실 기체인 이산화 탄소 양이 증가하면서 온실 효과가 강화되어 더 높은 온도에서 지구 복사 평형이 이루어져 지구의 평균 기 온이 높아지고 있다.

05 ⑤ 상대 습도는 현재 기온에서 공기의 포화 수증기량 에 대한 실제 포함된 수증기량의 비율로 나타낸다. 상 대 습도는 기온이 낮아져 포화 수증기량이 적을수록, 공기 중의 수증기량이 많을수록 높아진다. 따라서 A 공기의 기온이 30 *C로 높아지면 상대 습도는 낮아 진다.

바로알기 ① 공기는 포화 수증기량 곡선상에 있어야 포화 상태이다. A 공기는 포화 수증기량 곡선 아래에 있으므로, 포화 상태에 이르지 못한 상태이다.

② 상대 습도는 현재 공기의 실제 수증기량 현재 기온의 포화 수증기량 \100^이 고, A 공기의 포화 수증기량은 20^.0 g/kg이며 실제 수증기량은 10^.0 g/kg이다. 따라서 A 공기의 상대 습도는 10^.0 g/kg

20^.0 g/kg\100=50 %이다.

③ 수증기가 응결하려면 포화 상태가 되어야 하는데, 공기가 냉각되거나 공기 중의 수증기량이 증가해야 한 다. 따라서 A 공기는 기온이 14 *C가 되면 포화 상태 가 되어 응결이 일어난다.

01 A 층은 대류권, B 층은 성층권, C 층은 중간권, D 층 은 열권이다.

④ 열권은 공기가 매우 희박하고 낮과 밤의 기온 차이 가 매우 크다.

바로알기 ① 오존층은 성층권에 존재한다. 성층권의 오존은 태양에서 오는 자외선을 흡수하여 성층권의 기 온을 높이고, 지구의 생명체를 보호하는 역할을 한다.

② 대류 현상이 일어나고, 대기 중에 수증기가 있어 눈, 비 등의 기상 현상이 나타나는 층은 대류권이다.

중간권에서는 대류 현상은 있지만 대기 중에 수증기가 거의 없어 기상 현상이 일어나지 않는다.

③ 오로라는 태양에서 방출된 전기를 띤 입자가 지구 대기로 들어오면서 지구 대기 입자들과 충돌하여 빛을 내는 현상으로, 극 지역의 열권에서 잘 관측된다. 중간 권에서는 유성이 관측된다.

⑤ 기권의 각 층의 경계면은 ‘계면’이라고 하는데, 각 층의 경계면은 아래층의 이름을 붙여 부른다. 중간권 계면은 중간권과 열권의 경계면이므로, (다)이다. (가) 는 대류권과 성층권의 경계면이므로 대류권 계면이고, (나)는 성층권과 중간권의 경계면이므로 성층권 계면 이다.

02 ㄱ. (나)에서 보면 알루미늄 컵의 온도는 처음에는 올 라가다가 시간이 지나면서 일정하게 유지된다. 처음에 는 알루미늄 컵이 흡수하는 복사 에너지양이 방출하는 복사 에너지양보다 많기 때문에 컵의 온도가 올라가다 가 시간이 지나면서 흡수하는 복사 에너지양과 방출하 는 복사 에너지양이 같아져 온도가 일정해진다.

ㄴ, ㄷ. 복사 평형은 어떤 물체가 흡수하는 복사 에너 지양과 방출하는 복사 에너지양이 같은 상태로, 이때 물체의 온도는 일정하게 유지된다. 따라서 (나)에서 보 면 20 분 이후부터는 컵의 온도가 50 *C로 일정하게 유지되므로, 복사 평형에 도달하는 시간은 20 ^분이고, 20 분 이후부터는 알루미늄 컵이 흡수하는 복사 에너 지양과 방출하는 복사 에너지양이 같다.

03 ㄴ. 지구는 흡수한 양과 같은 양의 지구 복사 에너지를 우주로 방출하여 복사 평형을 이룬다. 지구가 우주로

01④ 02⑤ 03④ 04④ 05⑤

06⑤ 07③, ④ 08② 09③ 10③

11③ 12③ 13① 14③ 15④

16② 17③ 18 ㄱ, ㄴ, ㄷ 19④ 20 ㄱ, ㄷ 21④ 22⑤ 23④

Ⅱ ^{기권과 날씨}