• 물질의 상태에 따른 분자 운동

Ⅵ. 분자 운동과 상태 변화

반┃  이름┃

서술형 문제

1  그림은 물질의 상태에 따른 분자 운동을 모형으로 나타낸 것이다.

㈎                 ㈏               ㈐

㈎~㈐ 중 액체 상태는 무엇인지 쓰고, 그 이유를 분자 배열 및 분자 사이의 거리와 관련지어 설명하시오.

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• 기체의 확산 속도

2  그림과 같이 고무풍선에 공기와 헬륨을 같은 양씩 넣고 입구를 잘 묶은 다음 [eqn: 3] 일간 방치하였더니, 헬륨을 넣은 풍선이 공기를 넣은 풍선보다 크기가 더 많이 작아졌다.

⑴ 위 실험에서 풍선의 크기가 작아진 이유를 설명하시오.

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⑵ 위 실험에서 3 일 후 헬륨 풍선의 크기가 더 작아진 이유를 설명하시오.

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• 압력

3  오른쪽 그림과 같이 못을 손으로 살짝 누르고 있으면 뾰족한 부분에 닿는 손가락이 더 움푹 들어간다. 그 이유를 다음 단어를 모두 사용하여 설명하시오.

• 접촉 면적     • 압력

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• 기체의 압력

4  그림은 볼펜대, 휴지, 나무젓가락을 이용하여 만든 딱총을 나타낸 것이다.

나무젓가락을 순간적으로 밀어 넣었을 때 총알이 날아가는 원리는 다음과 같다.

나무젓가락을 순간적으로 밀어 넣으면 ___________

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휴지 총알을 밀어내기 때문에 총알이 날아간다.

다음에 제시된 용어를 모두 사용하여 위의 밑줄 친 부분에 알맞은 내용을 설명하시오.

공기의 부피, 충돌 횟수, 내부 압력

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• 보일 법칙과 샤를 법칙

5  그래프 ㈎는 온도가 일정할 때 압력과 기체의 부피 관계를 나타낸 것이고, 그래프 ㈏는 압력이 일정할 때 온도와 기체의 부피 관계를 나타낸 것이다.

⑴ 위 그래프를 이용하여 다음 표를 완성하시오.

⑵ 실험 3과 4를 비교하여 알 수 있는 사실을 설명하시오.

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• 상태 변화

6  오른쪽 그림과 같이 비커에는 뜨거운 물을 담고, 둥근바닥 플라스크에는 얼음물을 담아 두었더니 몇 분이 지난 후 ㈎ 부분에 물방울이 생겼다. 그 이유를 설명하시오.

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• 상태 변화에 따른 물질의 부피 변화

7  오른쪽 그림과 같이 비닐봉지에 아세톤 몇 방울을 넣고 밀폐시킨 다음 뜨거운 물에 넣었다.

⑴ 비닐봉지의 크기는 어떻게 되는지 설명하시오.

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⑵ ⑴의 결과가 나타나는 이유를 상태 변화 및 분자 사이의 거리와 관련지어 설명하시오.

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• 상태 변화에 따른 물질의 질량 변화

8  그림과 같이 고체 양초의 질량을 측정한 후 가열하여 녹인 다음, 액체 양초의 질량을 측정하였다.

⑴ 고체 양초와 액체 양초의 질량을 비교하시오.

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⑵ ⑴의 결과가 나타나는 이유를 상태 변화 및 분자와 관련지어 설명하시오.

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• 물질의 냉각 곡선

9  그래프는 물을 냉각시킬 때 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 것이다.

상태 변화가 일어나는 구간을 쓰고, 그 구간에서의 열에너지 출입과 분자 사이의 인력에 대해 설명하시오.

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• 상태 변화와 열에너지의 이용

10 북극 지방에 사는 에스키모는 눈으로 만든 이글루라는 집에서 산다. 이들은 집 안을 따뜻하게 하기 위해 집 안에 물을 뿌리는데, 그 원리를 열에너지의 출입과 관련지어 설명하시오.

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• 증기 난방기의 원리

11 그림은 증기 난방기의 구조를 간단히 나타낸 것이다.

⑴ ㈎, ㈏에서 출입하는 열에너지의 종류를 쓰시오.

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⑵ 방 안이 따뜻해지는 원리를 상태 변화에 따른 열에너지의 출입을 이용하여 설명하시오.

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1  모범 답안 | ㈎, 분자 배열이 불규칙하고 분자 사이의 거리가 비교적 가깝다.

2  모범 답안 | ⑴ 풍선 속 기체 분자가 스스로 운동하여 풍선의 보이지 않는 틈을 통해 밖으로 빠져 나오기 때문이다.

⑵ 헬륨 분자가 공기를 이루는 분자보다 더 가벼우므로 분자 운동 속도가 더 빠르기 때문이다.

3 모범 답안 | 접촉 면적이 좁을수록 압력이 커지기 때문이다.(또는 압력의 크기는 접촉 면적과 반비례하기 때문이다.)

4  모범 답안 | 볼펜대 내부 공기의 부피가 감소하여 공기가 내부 벽에 충돌하는 충돌 횟수가 증가하므로 내부 압력이 커져서

5  모범 답안 | ⑴ ㉠ 2, ㉡ 4, ㉢ 2

⑵ 온도가 일정할 때 기체의 부피는 압력에 반비례한다.

해설 | ⑴ 실험 1은 실험 2에 비해 같은 온도에서 압력이 [eqn: 1over2] 배이므로 부피는 실험 2의 2 배인 2 L이다. 실험 3은 실험 1에 비해 같은 압력에서 온도가 273 ℃이므로 부피는 실험 1의 2 배인 4 L이다. 실험 4는 실험 3에 비해 같은 온도에서 부피가 [eqn: 1over2] 배이므로 압력은 실험 3의 2 배인 2 기압이다.

6  모범 답안 | 뜨거운 물이 기화하여 생긴 수증기가 ㈎ 부분에서 냉각되어 물로 액화되기 때문이다.

7  모범 답안 | ⑴ 크기가 커진다.

⑵ 액체 아세톤이 기체로 기화하면서 분자 사이의 거리가 멀어지기 때문이다.

8  모범 답안 | ⑴ 고체 양초와 액체 양초의 질량은 같다.

⑵ 상태 변화가 일어나도 분자의 종류와 개수, 크기는 변하지 않기 때문이다.

9  모범 답안 | B, 열에너지(응고열)를 방출하고 분자 사이의 인력이 강해진다.

10 모범 답안 | 집 안에 뿌린 물이 얼면서 응고열을 방출하므로 집 안의 온도가 높아진다.

11 모범 답안 | ⑴ ㈎ 액화열, ㈏ 기화열

⑵ 방열기에서 수증기가 물로 액화될 때 주위로 열에너지를 방출하므로 방 안이 따뜻해진다.

해설 | ⑴ ㈎에서는 수증기가 물로 되면서 액화열을 방출하고, ㈏에서는 물이 수증기로 되면서 기화열을 흡수한다.