해설 보기
정답초임계 상태의 물(ㄴ)과 기-액 평형 에탄올 수용액(ㄹ)의 자유도가 2입니다.
핵심 개념
Gibbs 상률로 자유도 계산하기
이 문제는 Gibbs 상률(phase rule) F = C − P + 2 를 각 상태에 적용해 자유도를 구하는 문항입니다. 여기서 C는 성분 수, P는 평형을 이루는 상의 수, F는 독립적으로 변화시킬 수 있는 세기 변수(온도·압력·조성)의 개수입니다. 자유도가 2라는 것은 온도와 압력 두 변수를 독립적으로 지정해야 계의 세기 상태가 결정된다는 의미입니다. 순물질(C=1)인지 혼합물(C=2)인지, 몇 개의 상이 공존하는지를 정확히 세는 것이 핵심입니다.
선지별 해설
①ㄱ(삼중점의 물)은 C=1, P=3이라 F=1−3+2=0이고, ㄷ(기-액 평형 물)은 C=1, P=2라 F=1이므로 둘 다 자유도가 2가 아닙니다.
②ㄱ(삼중점의 물)은 자유도가 0으로 온도·압력이 한 점으로 고정됩니다. ㄹ은 자유도 2가 맞지만 ㄱ이 포함되어 정답이 될 수 없습니다.
③ㄴ은 자유도 2가 맞지만, ㄷ(기-액 평형 물)은 C=1, P=2로 F=1−2+2=1이라 자유도가 1이므로 이 조합은 틀립니다.
④ㄴ(초임계 상태의 물)은 C=1, 단일상 P=1이라 F=1−1+2=2이고, ㄹ(기-액 평형 에탄올 수용액)은 C=2, P=2라 F=2−2+2=2입니다. 둘 다 자유도가 2이므로 정답입니다.
해설 보기
정답정압 공정에서 ΔH는 계로 유입된 열(Q_p)과 같습니다.
핵심 개념
이상기체 가역 공정의 엔탈피 변화
이 문제는 상태함수인 엔탈피 H의 성질을 묻는 개념 문항입니다. 엔탈피는 H = U + PV로 정의되며 계의 상태에만 의존하는 상태함수이므로, 변화량 ΔH는 경로와 무관하게 처음과 나중 상태만으로 결정됩니다. 또한 정압 공정에서는 열역학 제1법칙과 정압 조건이 결합되어 ΔH = Q_p, 즉 엔탈피 변화량이 계로 유입된 열과 같아진다는 중요한 관계가 성립합니다. 이상기체에서 ΔH는 온도만의 함수라는 점도 함께 알아두어야 합니다.
선지별 해설