그림 (가)는 온도 T1K , 외부압력 1atm에서 실린더에 1mol … | [변리사 1차] 24년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 24년 1회차

그림 (가)는 온도 T₁K , 외부압력 1atm에서 실린더에 1mol He(g)와 1mol H₂O을 넣어 도달한 평형을, (나)는 (가)에서 온도를 T₂K, 외부압력을 0.5atm으로 변화시켜 도달한 새로운 평형을 나타낸 것이다. 

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은? (단, He(g)의 용해, H₂O(l)의 부피는 무시한다. 피스톤의 질량과 마찰은 무시하며, 모든 기체는 이상 기체로 거동한다. He과 H₂O의 몰질량(g/mol)은 각각 4와 18이다. (가)와 (나)에서 외부 압력은 각각 1atm과 0.5atm으로 일정하다.)

ㄱ

ㄷ

ㄱ, ㄴ

ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ

해설

기체 물과 액체 물의 양 관계만 옳아 답은 ㄱ 하나뿐이며, 핵심은 부분 압력비가 곧 몰비라는 점이다.
그림에서 (가)는 외부 압력 1 atm 아래 He(g) 0.6 atm과 H₂O(g)가 있고 바닥에 H₂O(l)이 남은 T₁ K, V L 상태이고, (나)는 0.5 atm에서 액체가 모두 증발해 He(g)와 H₂O(g)만 있는 T₂ K, 3V L 상태다. 따라서 (가)의 H₂O(g) 부분 압력은  $1-0.6=0.4\,\mathrm{atm}$ 이다.
He 1 mol에 대해 H₂O(g)는  $1\times\dfrac{0.4}{0.6}=\dfrac{2}{3}\,\mathrm{mol}$ , 남은 H₂O(l)은  $1-\dfrac{2}{3}=\dfrac{1}{3}\,\mathrm{mol}$ 이므로 같은 물질끼리라 질량비도 기체가 액체의 2배가 된다.
(나)에는 He 1 mol과 H₂O 1 mol만 있어 He의 몰분율이 1/2이므로 부분 압력은  $0.5\times\dfrac{1}{2}=0.25\,\mathrm{atm}$ 이고 0.3 atm이 아니다.
(가)의 기체는  $1+\dfrac{2}{3}=\dfrac{5}{3}\,\mathrm{mol}$ 이라  $1\cdot V=\dfrac{5}{3}RT_1$ , (나)는 2 mol이라  $0.5\cdot 3V=2RT_2$ 이므로 두 식에서  $5T_1=4T_2$ 가 되어  $4T_1=3T_2$ 는 성립하지 않는다.

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