고등 통합과학 금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응 예상문제

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
금속과 산의 반응, 금속과 금속 양이온의 반응에서 산화와 환원을 구분할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
(가)에서 마그네슘은 염산의 H+과 반응하여 Mg2+으로 산화되고, H+은 환원되어 수소 기체(H2)가 발생한다. (나)에서 구리는 Ag+과 반응하여 Cu2+으로 산화되고, Ag+은 전자를 얻어 환원되어 은(Ag)으로 석출된다.
{정답 찾기}
① (가)에서 마그네슘과 염산이 반응하여 발생하는 기체는 수소 기체이다. (O)
② (나)에서 구리는 전자를 잃고 산화되어 Cu2+이 되고, 은 이온(Ag+)은 전자를 얻어 환원되어 Ag이 된다. 구리가 환원되고 은 이온이 산화된다는 설명은 산화와 환원이 뒤바뀐 것으로 옳지 않다. (X)
③ (가)에서 마그네슘은 전자를 잃고 Mg2+으로 산화된다. (O)
④ (나)에서 석출된 은색 고체는 Ag+이 환원되어 생성된 은(Ag)이다. (O)
⑤ (가)에서는 Mg이, (나)에서는 Cu가 각각 전자를 잃고 산화되므로 두 반응 모두 금속의 산화를 포함한다. (O)
{오답 피하기}
반응성이 큰 금속이 반응성이 작은 금속의 양이온에게 전자를 내주며 산화되고, 금속 양이온은 전자를 받아 환원되어 금속으로 석출된다는 원리를 기억해야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「(나)에서 구리는 환원되고 은 이온은 산화된다.」이다.

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
여러 금속 사이의 반응성 실험 결과로부터 반응성 순서를 추론하고, 산화 환원 반응에서의 전자 이동 방향을 판단할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
실험 1에서 A가 ${\text{B}}^{2+}$ 수용액에서 B를 석출시켰으므로 A가 B보다 반응성이 크다(A > B). 실험 2에서 B가 ${\text{C}}^{2+}$ 수용액과 반응하지 않았으므로 B는 C보다 반응성이 작다(C > B). 실험 3에서 C가 ${\text{A}}^{2+}$ 수용액에서 A를 석출시켰으므로 C가 A보다 반응성이 크다(C > A). 이를 종합하면 반응성은 C > A > B 순이다.
{정답 찾기}
ㄱ. 위 분석과 같이 반응성은 C > A > B 순이므로 옳다. (O)
ㄴ. 실험 1에서 A는 전자를 잃고 산화되어 ${\text{A}}^{2+}$이 되고, ${\text{B}}^{2+}$이 전자를 얻어 환원되어 B로 석출된다. 즉 A가 전자를 내어주는 쪽이므로 'A가 전자를 받아 환원된다'는 설명은 옳지 않다. (X)
ㄷ. 실험 2에서는 반응이 전혀 일어나지 않았으므로 B는 산화되지 않는다. (X)
따라서 옳은 것은 ㄱ뿐이므로 정답은 ②이다.
{오답 피하기}
'금속을 이온 수용액에 넣었을 때 금속이 석출된다'는 것은 그 금속 양이온이 반응한 금속보다 반응성이 작다는 것을 의미한다는 원리를 정확히 적용해야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「ㄱ」이다.

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
금속의 반응성 차이를 이용한 산화 환원 반응 실험 결과를 해석하고, 전자 이동에 따른 산화·환원을 판별할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
(가)에서 Zn판 표면에 붉은색 Cu가 석출되고 용액의 푸른색이 옅어진 것은 Zn이 ${\text{Cu}}^{2+}$보다 반응성이 커서 $\text{Zn}\to {\text{Zn}}^{2+}+2e^{-}$로 산화되고, ${\text{Cu}}^{2+}+2e^{-}\to \text{Cu}$로 환원되었기 때문이다. (나), (다)에서 변화가 없는 것은 Ag과 Cu가 ${\text{Cu}}^{2+}$과 반응하지 않기 때문이다(Cu는 자기 자신의 이온과 반응하지 않음).
{정답 찾기}
ㄱ. Zn은 전자를 잃고 ${\text{Zn}}^{2+}$으로 산화된다. (O)
ㄴ. ${\text{Cu}}^{2+}$은 전자를 얻어 Cu로 환원된다. (O)
ㄷ. Zn이 ${\text{Cu}}^{2+}$을 환원시켰으므로 금속의 반응성은 Zn이 Cu보다 크다. (X)
{오답 피하기}
금속판 표면에 다른 금속이 석출되는 반응에서는 석출시킨 금속(반응이 일어난 금속판)이 이온보다 반응성이 크다는 점을 기억해야 한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「ㄱ, ㄴ」이다.

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
금속의 반응성 차이를 이용한 산화 환원 반응에서 산화되는 물질과 환원되는 물질을 구분하는 능력을 평가하는 문항이다.
{자료 분석}
(가)에서 $Zn(s)+C{u}^{2+}(aq)\to Z{n}^{2+}(aq)+Cu(s)$ 반응이 일어나 $Zn$ 표면에 붉은색 $Cu$가 석출된다. (나)에서 $Cu(s)+2A{g}^{+}(aq)\to C{u}^{2+}(aq)+2Ag(s)$ 반응이 일어나 $Cu$ 선 표면에 은백색 $Ag$이 석출되고, 생성된 $C{u}^{2+}$ 때문에 용액이 푸른색을 띠게 된다.
{정답 찾기}
ㄱ. $Zn$이 전자를 잃고 $Z{n}^{2+}$이 되면서 $C{u}^{2+}$을 환원시켰으므로 $Zn$은 $Cu$보다 산화되기 쉬운 금속이다. (O)
ㄴ. (나)에서 $Cu$는 $C{u}^{2+}$으로 산화되며 전자를 잃는다. (O)
ㄷ. (가)에서는 $C{u}^{2+}$이 $Cu$로 환원되어 소모되므로 용액의 푸른색은 반응이 진행될수록 옅어진다. (X)
{오답 피하기}
(가)와 (나)에서 색 변화의 방향이 반대임에 유의한다. (가)는 $C{u}^{2+}$이 소모되어 색이 옅어지고, (나)는 $C{u}^{2+}$이 생성되어 색이 진해진다.

[최종 정답]
정답은 1번 「ㄱ, ㄴ」이다.

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
금속과 금속 양이온 사이의 전자 이동에 의한 산화 환원 반응을 반쪽 반응식으로 분석할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
아연판 표면에 붉은색 구리가 석출되고 수용액의 푸른색이 옅어진 것은 $Zn$이 전자를 잃고 $Z{n}^{2+}$이 되어 수용액 속으로 녹아 들어가고, 수용액 속 $C{u}^{2+}$이 전자를 얻어 $Cu$로 석출되었기 때문이다. 반쪽 반응식은 $Zn\to Z{n}^{2+}+2e^{-}$(산화), $C{u}^{2+}+2e^{-}\to Cu$(환원)이다. 이는 $Zn$이 $Cu$보다 산화되기 쉬운 금속이기 때문에 일어나는 반응이다.
{정답 찾기}
① 옳지 않다. $C{u}^{2+}$은 전자를 얻어 환원되었다.
② 옳지 않다. 이 반응에서는 $Zn$의 산화와 $C{u}^{2+}$의 환원이 함께(동시에) 일어난다.
③ 옳다. $Zn$은 전자 2개를 잃고 $Z{n}^{2+}$이 되어 산화되었다.
④ 옳지 않다. $C{u}^{2+}$은 환원되어 $Cu$로 석출되므로 수용액 속 $C{u}^{2+}$의 수는 감소한다.
⑤ 옳지 않다. 반응이 자발적으로 일어난 것으로 보아 $Zn$이 $Cu$보다 산화되기 쉬운 금속이다.
{오답 피하기}
산화와 환원은 반드시 동시에 일어나며, 어느 한쪽만 일어날 수 없다는 점에 유의한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「Zn은 전자를 잃고 산화되었다.」이다.

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
금속과 금속 양이온 수용액의 반응 여부로 금속의 반응성 순서를 판단하고, 산화·환원 여부를 분석하는 능력을 평가한다.

{자료 분석}
비커 I에서 A금속을 ${\text{B}}^{2+}(aq)$에 넣었더니 B가 석출되었으므로 A가 B보다 반응성이 크다(A>B). 비커 II에서 B금속을 ${\text{C}}^{2+}(aq)$에 넣었으나 변화가 없었으므로 B는 C보다 반응성이 작다(C>B). 비커 III에서 C금속을 ${\text{A}}^{2+}(aq)$에 넣었더니 A가 석출되었으므로 C가 A보다 반응성이 크다(C>A). 이를 종합하면 반응성은 C>A>B이다.

{정답 찾기}
ㄱ. 위 분석과 같이 반응성은 C>A>B이다. (O)
ㄴ. 비커 I에서 A는 전자를 잃고 ${\text{A}}^{2+}$이 되어 산화된다. (O)
ㄷ. 비커 II는 반응이 일어나지 않았으므로 ${\text{C}}^{2+}$은 전자를 얻지 못했고 환원되지 않는다. (X)

{오답 피하기}
반응이 일어나지 않은 비커는 그 자체로 반응성 비교의 근거가 되므로, '반응이 없다'는 결과도 반드시 순서 판단에 활용해야 한다.

[최종 정답]
정답은 1번 「ㄱ, ㄴ」이다.

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
금속과 금속 양이온 수용액의 반응 결과로부터 금속의 반응성 순서를 추론하는 문항이다.
{자료 분석}
반응성이 큰 금속은 반응성이 작은 금속의 양이온에 전자를 주어 그 금속을 석출시킨다. 실험 1에서 A가 B²⁺에게 전자를 주어 B가 석출되었으므로 A가 B보다 반응성이 크다(A>B). 실험 2에서 A와 C²⁺이 반응하지 않았으므로 A는 C보다 반응성이 작다(C>A). 따라서 세 금속의 반응성은 C>A>B이며, 이는 실험 3에서 반응성이 가장 작은 B가 C²⁺과 반응하지 못한 것과 일치한다.
{정답 찾기}
ㄱ. 반응성은 C > A > B이다. (O)
ㄴ. B는 세 금속 중 반응성이 가장 작으므로 자신보다 반응성이 큰 A의 양이온(A²⁺)과 반응하여 전자를 줄 수 없다. 따라서 반응이 일어나지 않는다. (O)
ㄷ. C는 A보다 반응성이 크므로 C를 A²⁺ 수용액에 넣으면 C가 전자를 잃고 A가 석출되는 반응이 일어난다. (X)
따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다.
{오답 피하기}
반응성이 큰 금속을 반응성이 작은 금속의 양이온 수용액에 넣으면 반응이 일어나지만, 그 반대의 경우에는 반응이 일어나지 않는다는 원리를 정확히 적용해야 한다.

[최종 정답]
정답은 3번 「ㄱ, ㄴ」이다.

금속과 금속 양이온의 산화 환원 반응
{유형 분석}
이 문항은 금속의 반응성 차이를 이용한 산화 환원 반응 실험 자료를 해석하여 금속의 산화되기 쉬운 정도(반응성 순서)를 판단하고, 이를 바탕으로 다른 조합에서의 반응 여부를 추론할 수 있는지를 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
X는 ${\text{Y}}^{2+}$, ${\text{Z}}^{2+}$ 수용액 모두에서 금속을 석출시키므로 X는 Y, Z보다 반응성이 크다. Y는 ${\text{Z}}^{2+}$ 수용액에서는 반응하지만 Z는 ${\text{Y}}^{2+}$ 수용액에서 반응하지 않으므로 Y가 Z보다 반응성이 크다. 따라서 반응성 순서는 X > Y > Z이다.
{정답 찾기}
ㄱ. X > Y > Z 순서로 반응성이 크므로 옳다. (O)
ㄴ. X가 ${\text{Z}}^{2+}$ 수용액에서 반응하여 Z가 석출되므로 X는 산화되어 전자를 잃는다. (O)
ㄷ. Z는 Y보다 반응성이 작으므로 ${\text{Y}}^{2+}$ 수용액에 넣어도 Z는 산화되지 못해 반응이 일어나지 않는다. (X)
{오답 피하기}
반응성이 큰 금속이 이온 수용액에서 전자를 잃고 산화되며, 반응성이 작은 금속 이온은 환원되어 석출된다는 원리를 혼동하지 않도록 주의한다.

[최종 정답]
정답은 1번 「ㄱ, ㄴ」이다.