고등 통합과학 화학 반응에서의 열의 출입 예상문제

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
발열 반응과 흡열 반응을 온도 변화 자료로 구분하는 문항이다.
{자료 분석}
(가)는 온도가 올라갔으므로 열을 방출하는 발열 반응이고, (나)는 온도가 내려갔으므로 열을 흡수하는 흡열 반응이다. (다) 중화 반응은 발열 반응으로 온도가 올라간 것은 열을 방출했기 때문이다.
{정답 찾기}
ㄱ. 온도가 20.0℃에서 28.5℃로 상승했으므로 열을 방출한 발열 반응이다. (O)
ㄴ. 온도가 20.0℃에서 14.2℃로 하강했으므로 주위에서 열을 흡수한 흡열 반응이다. (O)
ㄷ. 중화 반응은 발열 반응으로, 온도가 올라간 것은 열을 방출했기 때문이지 흡수했기 때문이 아니다. (X)
따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다.

[최종 정답]
정답은 3번 「ㄱ, ㄴ」이다.

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
일상생활의 여러 화학 반응을 발열 반응과 흡열 반응으로 구분할 수 있는지 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
(가) 강철솜의 연소와 (다) 메테인의 연소는 물질이 산소와 반응하여 열과 빛을 방출하는 대표적인 발열 반응이다. (나) 질산 암모늄이 물에 용해되는 반응은 주위로부터 열을 흡수하는 흡열 반응으로, 이 원리를 이용한 것이 냉찜질 팩이다.
{정답 찾기}
① (가)만 해당한다는 것은 옳지 않다. (가)는 발열 반응이다.
② (다)만 해당한다는 것도 옳지 않다. (다)는 발열 반응이다.
③ (가), (다) 모두 발열 반응이므로 옳지 않다.
④ (가), (다)가 발열 반응이므로 셋 모두 흡열이라는 것은 옳지 않다.
⑤ (나)는 주위의 열을 흡수하는 흡열 반응이므로 옳다.
따라서 정답은 ⑤이다.
{오답 피하기}
연소 반응은 예외 없이 발열 반응이며, 질산 암모늄과 같은 일부 물질의 용해는 흡열 반응이 될 수 있음을 기억해야 한다.

[최종 정답]
정답은 5번 「(나)」이다.

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
이 문항은 일상생활 속 발열 반응과 흡열 반응의 사례를 통해 화학 반응에서의 에너지 출입 방향을 구분할 수 있는지를 확인하는 문항이다.
{자료 분석}
(가)는 철가루의 산화 반응으로 열을 방출하는 발열 반응이고, (나)는 질산 암모늄이 물에 용해되면서 주위의 열을 흡수하는 흡열 반응(흡열 변화)이다.
{정답 찾기}
ㄱ. 철이 산소와 반응(산화)하며 열을 방출하므로 옳다. (O)
ㄴ. 질산 암모늄의 용해는 흡열 과정으로 주위 온도를 낮춘다. (O)
ㄷ. (가)는 화학 에너지가 열에너지로 전환되지만, (나)는 반대로 주위의 열에너지를 흡수하여 화학(위치) 에너지로 전환되므로 옳지 않다. (X)
{오답 피하기}
흡열 반응에서는 열에너지가 화학 에너지로 흡수되는 방향임을 발열 반응과 혼동하지 않아야 한다.

[최종 정답]
정답은 1번 「ㄱ, ㄴ」이다.

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
물질이 물에 용해되거나 반응할 때 나타나는 온도 변화 그래프를 통해 발열 반응과 흡열 반응을 구분하는 문항이다.
{자료 분석}
그래프에서 (가) A는 시간이 지날수록 수용액의 온도가 상승하고, (나) B는 시간이 지날수록 수용액의 온도가 하강한다. 온도가 상승하는 반응은 주위로 열을 방출하는 발열 반응이고, 온도가 하강하는 반응은 주위로부터 열을 흡수하는 흡열 반응이다.
{정답 찾기}
ㄱ. (가)에서 온도가 상승하였으므로 A가 물에 녹는 반응은 열을 방출하는 발열 반응이다. (O)
ㄴ. (나)에서 온도가 하강하였으므로 B가 물에 녹는 반응은 주위로부터 열을 흡수하는 흡열 반응이다. (O)
ㄷ. 온도 변화가 나타났다는 것은 용해 과정에서 열의 출입이 있는 화학적 변화가 일어났음을 의미하므로 반응이 일어나지 않았다고 볼 수 없다. (X)

[최종 정답]
정답은 2번 「ㄱ, ㄴ」이다.

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
온도 변화 자료로 발열 반응과 흡열 반응을 구분하고, 전자 이동에 따른 산화 환원 반응 여부를 함께 판단하는 문항이다.
{자료 분석}
A는 온도가 상승하므로 발열 반응이고, B는 온도가 하강하므로 흡열 반응이다. A에서는 Mg이 전자를 잃고 H⁺이 전자를 얻으므로 산화 환원 반응이 일어난다. B는 이러한 전자 이동에 따른 산화 환원 반응이 아니다.
{정답 찾기}
ㄱ. A는 온도가 상승하였으므로 발열 반응이다. (O)
ㄴ. B는 흡열 반응이므로 주변으로부터 열을 흡수하여 주변 온도가 낮아진다. (O)
ㄷ. B는 전자 이동에 따른 산화 환원 반응이 아니므로, A와 B가 모두 산화 환원 반응이라는 설명은 옳지 않다. (X)
{오답 피하기}
발열·흡열 여부와 산화 환원 여부는 서로 다른 판단 기준이므로 따로 확인해야 한다.

[최종 정답]
정답은 5번 「ㄱ, ㄴ」이다.

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
반응물과 생성물의 에너지 관계 그래프를 해석하여 발열 반응과 흡열 반응을 구분하고, 열 출입에 따른 주변 온도 변화를 판단하는 문항이다.
{자료 분석}
그래프에서 반응물의 에너지 준위가 생성물의 에너지 준위보다 높게 나타나 있다. 따라서 반응이 진행되면서 에너지가 낮아지므로, 그 차이만큼의 에너지가 열의 형태로 주변으로 방출되는 발열 반응이다.
{정답 찾기}
ㄱ. 반응물의 에너지가 생성물의 에너지보다 높으므로 이 반응은 열을 방출하는 발열 반응이다. (O)
ㄴ. 발열 반응이 진행되면 열이 주변으로 방출되므로 주변의 온도는 높아진다. (O)
ㄷ. 생성물이 가진 에너지는 반응물보다 작다. (X)
따라서 옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다.
{오답 피하기}
그래프에서 반응물과 생성물의 상대적인 에너지 준위의 높낮이를 정확히 비교하여 발열·흡열 여부를 판단해야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「ㄱ, ㄴ」이다.

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
물질이 물에 용해될 때 나타나는 온도 변화를 통해 발열 반응과 흡열 반응을 구분하는 능력을 평가한다.
{자료 분석}
A는 용해 후 온도가 $25℃$에서 $18℃$로 낮아졌으므로 주위(물)로부터 에너지를 흡수하는 흡열 반응이다. B는 용해 후 온도가 $25℃$에서 $32℃$로 높아졌으므로 주위로 에너지를 방출하는 발열 반응이다.
{정답 찾기}
ㄱ. A는 온도가 낮아졌으므로 흡열 반응이다. (O)
ㄴ. B는 온도가 높아졌으므로 화학 에너지가 열에너지로 전환되어 방출된 것이다. (O)
ㄷ. A는 흡열 반응이므로 주위로부터 에너지를 흡수한다. 따라서 A, B 모두 주위로 에너지를 방출한다는 설명은 옳지 않다. (X)
{오답 피하기}
흡열 반응은 반응이 일어나는 계가 주위로부터 에너지를 흡수하므로 주위의 온도가 낮아진다는 점에 유의해야 한다.

[최종 정답]
정답은 1번 「ㄱ, ㄴ」이다.

화학 반응에서의 열의 출입
{유형 분석}
반응물과 생성물의 에너지 관계 그래프를 통해 발열·흡열 반응을 판단하고, 주위 온도 변화 및 실생활 예시를 연결하는 능력을 평가한다.

{자료 분석}
그래프에서 반응물의 에너지가 생성물의 에너지보다 높으므로, 반응이 진행되면서 에너지가 주위로 방출된다. 이는 발열 반응에 해당하며, 방출된 에너지만큼 주위의 온도는 높아진다. 질산 암모늄이 물에 녹는 현상은 대표적인 흡열 반응으로, 이 반응과는 에너지 출입의 종류가 반대이다.

{정답 찾기}
ㄱ. 반응물의 에너지가 생성물보다 높으므로 발열 반응이다. (O)
ㄴ. 발열 반응이므로 에너지가 주위로 방출되어 주위 온도가 높아진다. (O)
ㄷ. 질산 암모늄이 물에 녹는 현상은 흡열 반응이므로 이 반응(발열 반응)과 종류가 다르다. (X)

{오답 피하기}
질산 암모늄이 물에 녹을 때 주변 온도가 낮아지는 흡열 현상과, 산 염기 중화 반응처럼 온도가 높아지는 발열 현상을 혼동하지 않아야 한다.

[최종 정답]
정답은 2번 「ㄱ, ㄴ」이다.