개념 한 쪽
압력 세트는 기체 법칙 계산이 축이다. 보일의 법칙(P1V1=P2V2), 샤를의 법칙(V1/T1=V2/T2, P1/T1=P2/T2) 모두 섭씨온도를 절대온도(K=℃+273)로 바꾸는 것이 관건이고, 독성가스 허용농도 200 ppm도 함께 반복된다.
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출제기준 단원 「압력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용어 정의 판단 | 1 | 액화가 가능한 최고 온도의 의미 확인 |
| 관계식 선별 | 1 | 비체적과 밀도의 역수 관계 고르기 |
| 경향 추론 | 1 | 탄소 수 증가에 따라 높아지는 물성 |
기체 법칙은 조건에 따라 공식이 갈린다. 온도가 일정하면 보일의 법칙 P1V1=P2V2로 압력과 부피가 반비례한다 — 압력 650 mmHg인 10 L의 질소는 760 mmHg에서 V2 = 650 × 10 / 760 ≈ 8.55 L로 줄어든다. 압력이 일정하면 샤를의 법칙 V1/T1 = V2/T2로 부피가 절대온도에 비례한다 — 20 ℃(293 K)에서 1 L인 가스는 40 ℃(313 K)에서 1 × 313/293 ≈ 1.07 L가 된다. 부피가 일정하면 압력도 절대온도에 비례해(P1/T1=P2/T2) 15 ℃에서 15 MPa인 산소 용기가 40 ℃로 오르면 15 × 313/288 ≈ 16.3 MPa이 된다. 세 경우 모두 ℃를 K로 바꾸지 않고 계산하면 1.21 L 같은 그럴듯한 오답에 빠지므로, 계산 전 K 변환이 첫 단계다.
용어 정의도 같은 세트에 나온다. 단위 질량의 물질을 1 ℃ 올리는 데 필요한 열량은 비열이고, 상태 변화 없이 온도만 변할 때의 열량은 현열, 상태 변화에 따른 열량은 잠열로 구분한다. 독성가스의 허용농도 기준은 100만분의 200(200 ppm) 이하로, 300이나 3,000 ppm으로 바꾼 보기가 오답이 된다.
가스 성질과 안전 원칙도 묻는다. 수소취성은 고온·고압 환경에서 수소가 탄소강과 반응해 생기므로 저온·저압에서는 해당하지 않는다. 공기 액화 분리장치는 산소가 강력한 산화제라 가연성 단열재를 쓸 수 없고 불연성 재료가 필수다 — 질소·아르곤은 불연성이라 위험원이 아니다. LPG 수송 중 누출이 확인되면 직접 운행은 금지이며 즉시 안전한 곳에 정차·대피한 뒤 신고한다.
출제 패턴은 두 갈래다. ① 계산 — 문제의 「일정」 조건을 먼저 찾아 공식을 고른다(온도 일정=보일, 압력 일정=샤를 부피, 부피 일정=샤를 압력). 그다음 ℃+273으로 절대온도를 만들어 비례식을 푼다. 압력이 커지면 부피는 줄고(650→760이면 10 L보다 작다), 온도가 오르면 부피·압력은 커지는 방향으로 대략값을 먼저 추정하면 보기 소거가 빠르다. ② 수치·조건 함정 — 독성가스 허용농도 「200」, 수소취성 「고온·고압」, 액화분리장치 「산소=산화제」처럼 조건을 바꿔 놓은 보기를 걸러낸다.
임계온도의 설명으로 타당한 것은?
정답 ③ · 임계온도(Critical Temperature)란 기체를 액화시킬 수 있는 최고의 온도를 의미합니다. 이 온도 이상에서는 아무리 높은 압력을 가해도 기체를 액체로 응축시킬 수 없습니다.
임계온도는 기체를 액화할 수 있는 최고의 온도로, 이 온도 이상에서는 압력을 가해도 액화되지 않는다.
비체적과 밀도의 관계식 중 적절한 것은?
정답 ③ · 비체적은 단위 질량이 차지하는 부피이며, 밀도는 단위 부피당 질량입니다. 이 두 물리량은 서로 역수 관계에 있으므로 밀도 = 1 / 비체적 관계식이 성립합니다.
비체적은 단위 질량당 부피, 밀도는 단위 부피당 질량이므로 두 물리량은 서로 역수 관계입니다.
탄화수소에서 탄소(C)의 수가 증가할 수록 높아지는 것은?
정답 ③ · 탄화수소의 탄소 수가 증가하면 분자량이 커지고 분자 간 반 데르 발스 힘이 강해집니다. 이에 따라 끓는점인 비등점은 상승하게 됩니다.
탄화수소의 탄소 사슬이 길어질수록 분자 간 인력이 강해져 비등점이 상승하며, 증기압은 낮아진다.
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