◈ Note

1. 기체 반응 법칙

시험대비 요점정리

03. 기체 반응 법칙, 화학 반응에서의 에너지 출입

중3

과

학

Ⅰ. 화학 반응의 규칙과 에너지 변화

학원명     강사명

(1) 기체 반응 법칙 : 일정한 온도와 압력에서 기체가 반응하여 새로운 기체를 생성할 때 각 기체의 부피 사이에는 간단한 정수비가 성립한다.

□ 수소 : 산소 : 수증기 ＝ 2 : 1 : 2

질소 : 수소 : 암모니아 ＝ 1 : 3 : 2

염소 : 수소 : 염화 수소 ＝ 1 : 1 : 2

(2) 기체 사이의 반응과 화학 반응식 : 반응물과 생성물이 기체인 반응에서 기체 사이의 부피비는 분자 수의 비, 화학 반응식의 계수비와 같다.

(3) 기체 사이의 반응에서 부피비와 분자 수의 비가 같은 까닭 : 모든 기체는 같은 부피 속에 같은 수의 분자가 들어 있기 때문

구분	수증기 생성 반응	암모니아 생성 반응
모형	수소 산소 수증기	질소 수소 암모니아
화학 반응식	2H[eqn: {} _{2}] + O[eqn: {} _{2}] → 2H[eqn: {} _{2}]O	N[eqn: {} _{2}] + 3H[eqn: {} _{2}] → 2NH[eqn: {} _{3}]
계수비	2 : 1 : 2	1 : 3 : 2
부피비	2 : 1 : 2	1 : 3 : 2
분자 수의 비	2 : 1 : 2	1 : 3 : 2

2. 화학 반응에서의 에너지 출입

(1) 화학 반응에서의 에너지 출입 : 화학 반응이 일어날 때는 에너지를 방출하거나 흡수한다.

(2) 발열 반응과 흡열 반응

구분	발열 반응	흡열 반응
정의	화학 반응이 일어날 때 에너지를 방출하는 반응	화학 반응이 일어날 때 에너지를 흡수하는 반응
특징	주변으로 에너지를 방출하므로 주변의 온도가 높아진다.	주변에서 에너지를 흡수하므로 주변의 온도가 낮아진다.
예	•연료의 연소 반응 •산과 염기의 반응 •산화 칼슘과 물의 반응 •사람의 호흡 •금속이 녹스는 반응 •금속과 산의 반응 •철 가루와 산소의 반응 •염화 칼슘과 물의 반응	•소금과 물의 반응 •수산화 바륨과 염화 암모늄의 반응 •식물의 광합성 •탄산수소 나트륨의 열분해 •물의 전기 분해 •질산 암모늄과 물의 반응

시험대비 기출문제

03. 기체 반응 법칙, 화학 반응에서의 에너지 출입

중3

과

학

Ⅰ. 화학 반응의 규칙과 에너지 변화

이름: 이  름  점수:  점    수

시험에 꼭! 나오는 문제

그림은 수소 기체와 산소 기체가 반응하여 수증기가 생성될 때의 부피 관계를 나타낸 것이다.

수소 기체 70 mL와 산소 기체 60 mL를 반응시킬 때 생성되는 수증기의 부피는?(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

① 30 mL	② 35 mL	③ 50 mL

④ 70 mL	⑤ 130 mL

그림은 질소 기체와 수소 기체가 반응하여 암모니아 기체가 생성될 때의 부피 관계를 나타낸 것이다.

질소 기체 30 mL와 수소 기체 100 mL를 반응시킬 때 (가) 남는 기체의 종류, (나) 남는 기체의 부피, (다) 생성되는 암모니아 기체의 부피를 옳게 짝 지은 것은?(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

	(가)	(나)	(다)
①	질소 기체	5 mL	20 mL
②	질소 기체	10 mL	30 mL
③	질소 기체	10 mL	40 mL
④	수소 기체	20 mL	30 mL
⑤	수소 기체	10 mL	60 mL

표는 기체 A와 B의 부피를 다르게 하여 반응시켰을 때 생성된 기체 C의 부피를 나타낸 것이다.

실험	반응 기체의 부피(mL)		생성 기체의 부피(mL)	남은 기체의 부피(mL)
	A	B	C
1	10	40	20	B, 10
2	40	60	40	A, 20

이 반응에서 기체의 부피비(A : B : C)는?(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

① 1：1：1	② 1：2：2	③ 1：3：2

④ 2：3：2	⑤ 2：1：3

그림은 수소 기체와 산소 기체가 반응하여 수증기가 생성되는 반응을 모형으로 나타낸 것이다.

이 반응 모형에 대해 옳게 해석한 사람을 모두 고른 것은?(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

∙ 현주 : 각 기체 1 부피 속에 들어 있는 분자의 개수는 같다.

∙ 지윤 : 각 기체 1 부피 속에 들어 있는 원자의 개수는 같다.

∙ 지혜 : 반응 전후 분자의 종류와 개수는 같다.

∙ 태윤 : 반응 전후 원자의 종류와 개수는 같다.

∙ 종호 : 반응 전후 물질의 총질량은 같다.

① 현주, 지혜	② 현주, 태윤

③ 지윤, 태윤, 종호	④ 지윤, 지혜

⑤ 현주, 태윤, 종호

25 ℃, 1기압에서 산소 기체 10 mL 속에 들어 있는 산소 분자의 개수가 100개라면, 온도와 압력이 같을 때 질소 기체 60 mL 속에 들어 있는 질소 분자의 개수는?

① 100개	② 600개	③ 1200개

④ 1800개	⑤ 알 수 없다.

주변으로 에너지를 방출하는 반응이 아닌 것은?

① 사람이 호흡을 한다.

② 철 가루와 산소가 반응한다.

③ 묽은 염산에 아연 조각을 넣는다.

④ 식물이 광합성을 하여 양분을 만든다.

⑤ 염산과 수산화 나트륨 수용액이 반응한다.

오른쪽 그림과 같이 물을 뿌린 나무판 위에 일정량의 수산화 바륨과 염화 암모늄을 넣은 삼각 플라스크를 올려놓고 유리 막대로 잘 섞었다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고른 것은?

<보기>

ㄱ. 흡열 반응이 일어난다.

ㄴ. 주변의 온도가 높아진다.

ㄷ. 나무판 위에 뿌린 물이 얼면서 삼각 플라스크가 나무판에 달라붙는다.

ㄹ. 이 반응을 활용하여 발열 컵을 만들 수 있다.

① ㄱ, ㄴ        ② ㄱ, ㄷ      ③ ㄴ, ㄷ

④ ㄴ, ㄹ        ⑤ ㄷ, ㄹ

다음은 철 가루와 산소의 반응을 이용한 손난로에 대한 학생들의 대화를 나타낸 것이다.

은경 : 철 가루와 산소의 화학 반응을 활용해.

정은 : 반응이 일어나는 쪽에서 주변의 에너지를 흡수하는 반응이 일어나.

연주 : 손난로가 따뜻해지는 것은 발열 반응이 일어나기 때문이야.

제시한 의견이 옳은 학생을 모두 고르시오.

매번 자주! 출제되는 문제

표는 질소 기체와 수소 기체의 부피를 다르게 하여 반응시켰을 때 생성된 암모니아 기체의 부피를 나타낸 것이다.

실험	반응 기체의 부피(mL)		생성 기체의 부피(mL)	남은 기체의 부피(mL)
	질소	수소	암모니아
1	10	40	㉠	수소, 10
2	50	60	40	질소, 30
3	40	150	80	㉡

㉠, ㉡에 알맞은 값을 쓰시오.(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

다음 화학 반응 중 기체 반응 법칙이 성립하는 경우를 모두 고르면?

① 철 + 산소 → 산화 철(Ⅱ)

② 구리 + 산소 → 산화 구리(Ⅱ)

③ 수소 + 산소 → 수증기

④ 질소 + 수소 → 암모니아

⑤ 탄소 + 산소 → 이산화 탄소

다음 글에서 설명하는 것은?

∙물질의 성질을 가진 가장 작은 입자이다.

∙모든 기체는 온도와 압력이 일정할 때 같은 부피

속에 같은 수가 들어 있다.

① 원소	② 원자	③ 분자

④ 화합물	⑤ 혼합물

수증기 생성 반응을 모형으로 옳게 나타낸 것은?(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

①
②
③
④
⑤

그림은 질소 기체와 수소 기체가 반응하여 암모니아 기체가 생성될 때의 부피 관계를 나타낸 것이다.

질소 분자 50개와 수소 분자 120개를 반응시킬 때 반응하지 않고 남는 분자의 종류와 개수를 옳게 나타낸 것은?(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

① 질소, 10개	② 질소, 20개	③ 수소, 20개

④ 수소, 40개	⑤ 없다.

화학 반응에서의 에너지 출입에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 화학 반응이 일어날 때는 에너지를 방출하거나 흡수한다.

② 발열 반응이 일어날 때 에너지를 방출한다.

③ 흡열 반응이 일어날 때 주변의 온도가 낮아진다.

④ 나무가 연소할 때 열에너지와 빛에너지를 흡수한다.

⑤ 물의 전기 분해는 물이 전기 에너지를 흡수하여 일어나는 흡열 반응이다.

흡열 반응에 해당하는 것을 보기에서 모두 고른 것은?

<보기>

ㄱ. 소금이 물과 반응한다.

ㄴ. 산화 칼슘과 물이 반응한다.

ㄷ. 염화 칼슘과 물이 반응한다.

ㄹ. 질산 암모늄과 물이 반응한다.

① ㄱ, ㄴ        ② ㄱ, ㄷ      ③ ㄱ, ㄹ

④ ㄴ, ㄷ        ⑤ ㄴ, ㄹ

다음은 에너지가 출입하는 몇 가지 반응을 나타낸 것이다.

(가) 철 가루가 붉게 녹슨다.

(나) 수산화 바륨과 염화 암모늄이 반응한다.

(다) 탄산수소 나트륨을 가열하면 분해되어 기체가 발생한다.

(라) 염산과 수산화 나트륨이 반응한다.

반응 (가)~(라)를 발열 반응과 흡열 반응으로 구분하시오.

이것까지 풀면! 100점 맞는 문제

그림은 수소 기체와 산소 기체가 반응하여 수증기가 생성되는 반응을 원자 모형으로 나타낸 것이다.

이 모형은 돌턴의 원자설 중 어느 것에 어긋나는가?(단, 온도와 압력은 반응 전후 같다.)

① 원자의 종류가 같으면 크기와 질량이 같다.

② 물질은 더 이상 쪼갤 수 없는 원자로 되어 있다.

③ 한 원자는 다른 종류의 원자로 변하지 않는다.

④ 원자는 화학 반응 중에 새로 만들어지거나 없어지지 않는다.

⑤ 서로 다른 원자들이 일정한 개수비로 결합하여 화합물을 만든다.

수소 기체와 질소 기체가 반응하면 암모니아 기체가 생성된다. 온도와 압력이 같은 수소 기체 10 mL, 질소 기체 10 mL, 암모니아 기체 10 mL가 각각 다른 용기에 들어 있다. 세 기체에서 서로 같은 값을 가지는 것은?

① 질량	② 밀도

③ 원자의 개수	④ 분자의 개수

⑤ 분자의 크기

오른쪽 그림과 같이 산화 칼슘이 들어 있는 비커에 물을 넣었다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 산화 칼슘과 물의 화학 반응이 일어난다.

② 반응이 일어날 때 주변의 온도가 높아진다.

③ 반응이 일어날 때 주변에서 에너지를 흡수한다.

④ 이 반응을 이용하여 구제역 바이러스를 제거할 수 있다.

⑤ 휴대용 가스 연료의 연소와 에너지의 출입 관계가 같다.

화학 반응에서 출입하는 에너지를 활용한 예가 나머지 넷과 다른 것은?

① 발열 컵	② 발열 깔창

③ 냉찜질 팩	④ 휴대용 손난로

⑤ 염화 칼슘 제설제

정답과 해설

Ⅰ- 03 기체 반응 법칙, 화학 반응에서의 에너지 출입

1. ④   2. ⑤   3. ③   4. ⑤   5. ②   6 ④  7. ②   8. 은경, 연주   9. ㉠ 20, ㉡ 수소, 30   10.③, ④   11. ③   12. ⑤   13. ①   14. ④   15. ③   16. 발열 반응 : (가), (라), 흡열 반응 : (나), (다)   17. ②   18. ④   19. ③   20. ③

1. 부피비는 수소 : 산소 : 수증기 = 2 : 1 : 2 = 70 mL : 35 mL : 70 mL이다. 따라서 수소 기체 70 mL와 산소 기체 35 mL가 반응하여 수증기 70 mL가 생성되고, 산소 기체 25 mL가 반응하지 않고 남는다.

2. 부피비는 질소 : 수소 : 암모니아 = 1 : 3 : 2 = 30 mL : 90 mL : 60 mL이다. 따라서 질소 기체 30mL와 수소 기체 90mL가 반응하여 암모니아 기체 60 mL가 생성되고, 수소 기체 10 mL가 반응하지 않고 남는다.

3. 실험 1에서 기체 B가 10 mL 남았으므로 기체 A 10 mL와 기체 B 30 mL가 반응하여 기체 C 20 mL가 생성되었다. 따라서 부피비는 A : B : C = 10 : 30 : 20 = 1 : 3 : 2이다.

4. 수소와 산소 1 부피 속에 들어 있는 원자는 2개이고, 수증기 1 부피 속에 들어 있는 원자는 3개이다. 반응이 일어나면 원자들의 배열이 달라져 새로운 분자가 생성되지만, 원자의 개수는 변하지 않으므로 물질의 총질량은 변하지 않는다.

5. 온도와 압력이 같을 때 모든 기체는 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함한다. 따라서 산소 기체 10 mL 속에 산소 분자가 100개 들어 있으므로 질소 기체 60 mL 속에는 질소 분자가 600개 들어 있다.

6. ①, ②, ③, ⑤는 에너지를 방출하는 발열 반응이고, ④는 에너지를 흡수하는 흡열 반응이다.

7. 수산화 바륨과 염화 암모늄의 반응은 흡열 반응이므로 주변의 의 온도가 낮아진다. 발열 컵은 발열 반응을 활용한 예이다.

8. 철 가루와 산소의 반응은 반응이 일어나는 쪽에서 주변으로 에너지를 방출하는 발열 반응이다.

9. 실험 2에서 질소 기체 30 mL가 남았으므로 질소 기체 20 mL와 수소 기체 60 mL가 반응하여 암모니아 기체 40 mL가 생성되었다. 따라서 부피비는 질소 : 수소 : 암모니아 = 1 : 3 : 2이다.

실험 1에서 질소 : 수소 : 암모니아 = 1 : 3 : 2 = 10 mL : 30 mL : 20 mL이므로 ㉠은 20이다.

실험 3에서 질소 : 수소 : 암모니아 = 1 : 3 : 2 = 40 mL : 120 mL : 80 mL이므로 수소 기체 120 mL만 반응에 참여하고, 나머지 30 mL는 반응하지 않고 남는다.

10. 기체 반응 법칙은 기체 사이의 반응에서만 성립한다. 구리, 철, 탄소는 기체 상태가 아니다.

12. 돌턴의 원자설에 어긋나지 않으려면 원자가 쪼개지지 않아야 하고, 기체 반응 법칙을 만족하려면 수소 : 산소 : 수증기 = 2 : 1 : 2의 부피비가 성립해야 하며, 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함해야 한다.

13. 같은 온도와 압력일 때 같은 부피 안에 같은 수의 분자를 포함하므로 기체의 부피비는 분자 수의 비비와 같다. 따라서 부피비와 분자 수의 비는 질소 : 수소 = 1 : 3이므로 질소 분자 40개와 수소 분자 120개가 반응하여 암모니아를 생성하고, 질소 분자 10개가 반응하지 않고 남는다.

14. 나무의 연소는 에너지를 방출하는 발열 반응이므로, 나무가 연소할 때 열 에너지와 빛에너지를 방출한다.

15. 소금과 물의 반응, 질산 암모늄과 물의 반응은 흡열 반응이고, 산화 칼슘과 물의 반응, 염화 칼슘과 물의 반응은 발열 반응이다.

17. 돌턴의 원자설에 따르면 원자는 더 이상 쪼개지지 않아야 하는데 산소 원자가 반으로 쪼개졌다.

18. 같은 온도와 압력일 때 같은 부피 안에 같은 수의 분자를 포함하므로 세 기체에서 분자의 개수가 같다.

①, ② 각 기체를 이루는 원자의 종류와 개수가 다르므로 세 기체의 질량이 다르고, 밀도도 다르다.

19. 산화 칼슘과 물의 반응은 발열 반응이므로, 반응이 일어날 때 주변으로 에너지를 방출한다.

20. 발열 컵, 발열 깔창, 휴대용 손난로, 염화 칼슘 제설제는 모두 발열 반응을 활용한 예이고, 냉찜질 팩은 흡열 반응을 활용한 예이다.