화학Ⅱ 「기체」 단원은 압력, 부피, 온도, 기체의 양 사이의 관계를 보일 법칙과 샤를 법칙, 이상 기체 상태 방정식, 기체 분자 운동론으로 정리해 가는 단원입니다. 아래 20문항으로는 그래프 해석, PV=nRT 계산, 분자량과 밀도 구하기, 물 위에서 포집한 기체의 압력, 분자 운동론 설명의 옳고 그름을 정확히 다루는지 확인합니다.
📝 기체 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
저는 화학 강사가 아니라 수학학원 원장입니다. 기체 법칙이 왜 그렇게 되는지는 학교 선생님께 맡기겠습니다. 제가 드릴 말씀은 20문항을 푸는 방식뿐입니다.
이 단원은 그래프 해석과 PV=nRT 계산이 섞여 있습니다. 풀 때는 계산 과정을 지우지 말고 종이에 그대로 남기게 하십시오. 답만 적어 두면 어디서 어긋났는지 나중에 알 길이 없습니다.
채점이 끝나면 틀린 번호만 따로 적어 두세요. 한참 지나서, 내용이 가물가물해질 때쯤 그 번호만 다시 풀어 보는 것이 제가 권하는 순서입니다. 문제 수를 늘리고 싶으면 학습지 만들기에서 새로 뽑으시면 됩니다.
— 수학의 신호 원장
기체 단원, 법칙에서 방정식까지
보일 법칙은 온도와 기체의 양이 일정할 때 PV가 일정하다는 내용이고, 샤를 법칙은 압력이 일정할 때 부피를 절대 온도와 이어서 보는 내용입니다. 두 관계를 한 식으로 묶은 것이 PV=nRT이며, 문항에서는 T를 켈빈으로 바꾸고 R 값의 단위를 맞춰 분자량이나 기체의 양을 구합니다.
이 식에서 밀도 관계인 d=PM/RT가 나와 분자량을 구하는 데 쓰이고, 물 위에서 모은 기체는 전체 압력이 기체의 부분 압력과 수증기압의 합이라는 점이 더해집니다. 기체 분자 운동론은 압력을 분자가 벽에 충돌하는 횟수로, 온도를 평균 운동 에너지로 설명해 앞의 법칙들을 분자 수준에서 이해하게 해 줍니다.
기체 문항에서 자주 걸리는 곳
섭씨 온도를 그대로 넣는 실수 PV=nRT에는 27℃를 300 K, 127℃를 400 K처럼 273을 더한 값을 넣어야 합니다. 섭씨 값을 그대로 넣으면 분자량 계산이 모두 어긋납니다.
수증기압을 빼지 않는 실수 물 위에서 포집한 기체는 전체 압력 1.00 atm에서 수증기압 0.04 atm을 빼야 0.96 atm이 됩니다. 빼지 않으면 0.096 mol 대신 0.100 mol이 나옵니다.
운동 에너지와 평균 속력 혼동 같은 온도에서는 He과 Ne의 평균 운동 에너지가 같습니다. 질량이 큰 Ne은 평균 속력이 작을 뿐이고, 평균 운동 에너지는 절대 온도에만 비례합니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
같은 온도와 압력에서 He, CH₄, O₂ 기체의 밀도(g/L)를 옳게 비교한 것은? (원자량: H=1, He=4, C=12, O=16) ① He > CH₄ > O₂ ② O₂ > CH₄ > He ③ CH₄ > O₂ > He ④ O₂ > He > CH₄정답 · ② O₂ > CH₄ > He — 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체는 분자 수가 같으므로, 기체의 밀도는 분자량에 비례한다. 분자량이 O₂ 32, CH₄ 16, He 4이므로 밀도는 O₂ > CH₄ > He 순이다.
온도가 일정한 용기에 He 0.8 g, Ne 6.0 g, Ar 20 g이 들어 있고 전체 압력은 3.0 atm이다. 이 용기에서 Ne의 부분 압력은? (원자량: He=4, Ne=20, Ar=40) ① 0.6 atm ② 0.9 atm ③ 1.5 atm ④ 0.3 atm정답 · ② 0.9 atm — 각 기체의 양은 He 0.2 mol, Ne 0.3 mol, Ar 0.5 mol로 전체 1.0 mol이다. 부분 압력은 몰 분율×전체 압력이므로 Ne는 0.3×3.0=0.9 atm이다.
온도가 일정한 실린더에 기체가 들어 있고 대기압은 1 atm이다. 피스톤의 질량과 마찰은 무시한다. 추 없이 피스톤만 있을 때 부피는 30 mL이다. 추 A를 올렸더니 부피가 24 mL가 되었고, 여기에 추 B를 추가로 올렸더니 부피가 15 mL가 되었다. 추 B가 피스톤에 가하는 압력은 몇 atm인가?정답 · 0.75 atm — 추 A를 올린 상태의 압력은 1×30/24=1.25 atm이고, 추 A와 B를 올린 상태의 압력은 1×30/15=2.0 atm이다. 따라서 추 B가 가하는 압력은 2.0−1.25=0.75 atm이다.
염소산 칼륨(KClO₃) 12.25 g을 완전히 분해하여 얻은 산소 기체의 부피는 27 °C, 0.75 atm에서 몇 L인가? (화학 반응식: 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂, KClO₃의 화학식량은 122.5, R = 0.082 atm·L/(mol·K), 단위와 함께 쓰시오.)정답 · 4.92 L — KClO₃ 12.25 g은 12.25/122.5 = 0.10 mol이고, 계수비 2 : 3에 따라 O₂는 0.15 mol 생성된다. V = nRT/P = 0.15 × 0.082 × 300 / 0.75 = 4.92 L
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
기체 시험지에 나오는 문항 모양
개념 확인
4지선다
short
단답
꼭지 연결 계산
선다
집에서 기체 단원 공부하는 순서
먼저 보일 법칙과 샤를 법칙을 그래프로 확인합니다. PV–P 그래프는 수평선, P–1/V 그래프는 원점을 지나는 직선, 부피–섭씨온도 직선은 연장하면 -273℃에서 부피가 0이 된다는 점을 손으로 직접 그려 보면 좋습니다. 하루 20분 정도면 충분합니다.
다음으로 PV=nRT를 쓰는 계산을 단위부터 적어 가며 풉니다. 온도를 켈빈으로 바꾸고, 물 위 포집 문항은 수증기압을 먼저 빼는 순서를 지킵니다. 마지막에 분자 운동론 보기를 하나씩 읽으며 압력, 온도, 속력 중 무엇을 설명하는 문장인지 표시합니다.