[2028학년도] 수능 통합과학 예시 문항_21~25번 풀이

21. 다음은 2, 3주기에서 원자 번호가 서로 다른 원소 W∼Z와 인체를 구성하는 원소의 질량비에 대한 자료이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, W∼Z는 임의의 원소 기호이다.)

[인체 구성 원소 질량비 파악]

사람의 몸을 구성하는 원소 중 질량비가 가장 큰 것은 산소(O)이고, 두 번째가 탄소(C)입니다. 따라서 표에서 65.0%를 차지하는 ㉠은 산소(O), 18.5%를 차지하는 ㉡은 탄소(C)임을 알 수 있습니다.

 

[원소 W 추론]

W는 3주기 2족 원소이므로 마그네슘(Mg)입니다.

 

[원소 X, Y, Z 추론]

2, 3주기 원소 중 원자가 전자 수의 비가 X:Y:Z=2:2:3이 되려면, 실제 원자가 전자 수는 그 두 배인 4개 : 4개 : 6개여야 합니다(실제 2개, 3개인 원소들로는 인체 주요 구성 원소인 C와 O의 조건을 맞출 수 없기 때문입니다).

원자가 전자가 4개인 2, 3주기 원소: 탄소(C, 6번), 규소(Si, 14번)

원자가 전자가 6개인 2, 3주기 원소: 산소(O, 8번), 황(S, 16번)

이때 주어진 조건에서 '원자 번호는 Y가 Z보다 크다'고 하였습니다. 만약 Z가 앞서 찾은 주요 원소인 산소(O, 8번)라면 Y는 원자 번호가 더 큰 규소(Si, 14번)가 되어야 조건을 완벽히 만족합니다. 따라서 자연스럽게 남은 X는 탄소(C, 6번)가 됩니다.

 

ㄱ. W는 금속 원소이다.

→ O(W는 마그네슘(Mg)이므로 전자를 잃고 양이온이 되기 쉬운 금속 원소가 맞습니다)

 

ㄴ. ㉠은 X이다.

→ X(인체 질량비 1위인 ㉠은 산소(O)이므로 원소 Z에 해당합니다. 원소 X(탄소)는 18.5%를 차지하는 ㉡에 해당하므로 틀린 설명입니다)

 

ㄷ. 광합성을 하는 식물은 YZ2를 사용하여 포도당을 합성한다.

→ X(Y는 규소(Si), Z는 산소(O)이므로 YZ2는 이산화 규소(SiO2)를 의미하게 됩니다. 식물이 광합성 과정에서 흡수하여 포도당을 합성하는 재료는 이산화 탄소(CO2)이므로, 기호로는 XZ2라고 해야 올바른 설명이 됩니다)

 

정답은 ㄱ으로, ①입니다.

 

💡 생명과학의 '인체 구성 원소 비율(O > C > H > N)' 암기 지식과 화학의 '주기율표 원자가 전자 수 및 원자 번호' 추론 능력을 동시에 요구하는 아주 우수한 융합형 고난도 문항입니다. 2:2:3이라는 비율 속에 숨겨진 4:4:6의 진짜 원자가 전자 수를 찾아내는 것이 문제 풀이의 핵심 열쇠였습니다.

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22. 그림은 판 A, B, C와 판의 경계 ㉠과 ㉡을 나타낸 것이다. 화살표(→)의 길이와 방향은 GPS로 측정한 판의 평균 이동 속도의 크기와 방향을 각각 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

모든 판(A, B, C)이 동쪽(오른쪽)으로 이동하고 있습니다.

화살표의 길이는 이동 속도를 의미합니다. 그림을 자세히 보면 화살표의 길이는 해양판 B가 가장 길고, 대륙판 C가 중간, 해양판 A가 가장 짧습니다. (속도: B > C > A)

 

경계 ㉠ (A와 B 사이): 뒤따라가는 A보다 앞서가는 B의 속도가 더 빠릅니다. 따라서 시간이 지날수록 두 판 사이의 거리는 멀어지게 되므로 ㉠은 발산형 경계입니다.

 

경계 ㉡ (B와 C 사이): 뒤따라가는 B의 속도가 앞서가는 C보다 빠릅니다. 따라서 B가 C를 따라잡아 충돌하게 되므로 ㉡은 수렴형 경계(섭입형)입니다.

 

ㄱ. ㉠ 하부에는 상승하는 맨틀 물질이 존재한다.

→ O(발산형 경계 하부에서는 맨틀 대류가 상승하며 새로운 해양 지각이 생성되므로 올바른 설명입니다)

 

ㄴ. B에 대한 C의 이동 방향은 서쪽이다.

→ O(B와 C 모두 동쪽으로 이동하지만, B의 속도가 C보다 빠릅니다. 따라서 빠른 B에 있는 관찰자가 상대적으로 느린 C를 본다면 C가 자신에게 다가오며 뒤로 밀려나는 것처럼(즉, 동쪽의 반대인 서쪽으로 이동하는 것처럼) 보입니다)

 

ㄷ. B에서는 호상 열도가 형성된다.

→ X(㉡은 해양판 B가 대륙판 C와 충돌하는 수렴형 경계입니다. 밀도가 큰 해양판 B가 대륙판 C 아래로 섭입하게 되는데, 이때 마찰에 의해 생성된 마그마는 섭입당하는 판이 아니라 그 위를 덮고 있는 대륙판 C 쪽으로 뚫고 올라와 분출합니다. 따라서 화산 활동으로 인한 지형(호상 열도나 습곡 산맥 등)은 섭입해 들어가는 B가 아니라 '판 C'에서 형성되므로 명백히 틀린 설명입니다)

 

정답은 ㄱ, ㄴ으로, ③입니다.

 

💡 화살표의 길이를 통해 B가 가장 빠르다는 사실을 정확히 캐치하여 ㉠(발산형)과 ㉡(수렴형)의 경계 종류를 올바르게 추론하는 것이 최우선이었습니다. 이후, 수렴형 경계에서 마그마가 분출되는 위치는 항상 섭입하는 판이 아닌 '섭입 당하지 않고 위에 얹혀 있는 판(C)'이라는 통합과학의 중요 개념을 정확히 적용해야 합니다.

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23. 다음은 카탈레이스에 의한 과산화 수소 분해 반응을 활용한 실험이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

카탈레이스는 과산화 수소를 물과 산소로 분해하는 효소입니다. 주어진 표를 보면 코돈 CAU와 CAC는 모두 같은 아미노산인 △을 지정합니다. 반면 AAU와 AAC는 다른 아미노산인 □를 지정합니다. (가)에서 효소 ㉡은 코돈이 CAU에서 CAC로 바뀌는 돌연변이가 일어났습니다. 하지만 바뀐 코돈 역시 아미노산 △을 지정하므로 효소를 구성하는 아미노산 서열은 정상 효소와 완전히 동일합니다. 따라서 효소는 촉매 기능을 정상적으로 수행합니다. 효소 ㉢과 ㉣은 코돈이 바뀌면서 아미노산이 △에서 □로 변경되었습니다. 아미노산 서열이 변하여 단백질의 입체 구조가 달라졌고 촉매 기능을 상실했음을 실험 결과(기포 발생 안 함)로 알 수 있습니다.

 

ㄱ. Ⅰ에서 실험 결과 물(H2O)이 생성된다.

→ O(카탈레이스는 과산화 수소(H2O2)를 분해하여 물(H2O)과 산소(O2)를 만듭니다. 시험관 I에는 정상 카탈레이스가 들어있어 분해 반응이 활발히 일어나므로 물이 생성되는 것이 맞습니다)

 

ㄴ. ⓑ는 ‘발생 안 함’이다.

→ X(효소 ㉡은 유전자에 돌연변이가 일어났지만 지정하는 아미노산이 변하지 않았습니다. 정상 카탈레이스와 동일하게 과산화 수소를 분해할 수 있으므로 산소 기포가 만들어집니다. 따라서 ⓑ는 '발생함'이어야 합니다)

 

ㄷ. ‘돌연변이가 일어난 유전자로부터 만들어진 카탈레이스는 촉매 기능을 잃는다.’는 ⓐ에 해당한다.

→ X(효소 ㉡은 돌연변이가 일어났음에도 아미노산 서열이 유지되어 촉매 기능을 잃지 않았습니다. 만약 ⓐ가 보기의 내용이라면 실험 결과인 ⓑ(발생함)와 모순되므로 '가설은 옳다'라는 결론이 나올 수 없습니다. 아미노산 서열이 변해야 효소 기능을 잃는다는 내용이 가설에 들어가야 적절합니다)

 

정답은 ㄱ으로, ①입니다.

 

💡 유전자에 돌연변이가 발생했더라도 코돈이 지정하는 아미노산이 동일하면 단백질의 기능이 정상적으로 유지된다는 점을 정확히 추론해야 합니다. 이를 바탕으로 기포 발생 여부와 가설의 논리적 모순을 찾아내는 것이 문제 해결의 핵심입니다.

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24. 표는 HCl 수용액, NaOH 수용액, KOH 수용액의 부피를 달리하여 혼합한 용액 (가), (나), (다)에 대한 자료이다. t1, t2, t3 중 가장 큰 값(㉠)과, (가)와 (다)를 혼합한 용액의 액성(㉡)으로 옳은 것은? (단, 혼합 전 모든 수용액의 온도는 같고, 혼합 용액의 부피는 혼합 전 각 수용액의 부피의 합과 같다.)

문제의 표에는 수용액의 이름(HCl, NaOH, KOH)만 적혀 있지만 이 물질들은 물에 녹아 이온 상태로 존재합니다. 염산(HCl)은 수소 이온(H+)과 염화 이온(Cl-)으로, 수산화 나트륨(NaOH)은 나트륨 이온(Na+)과 수산화 이온(OH-)으로, 수산화 칼륨(KOH)은 칼륨 이온(K+)과 수산화 이온(OH-으로 각각 1:1 비율로 이온화합니다.

 

중화 반응에서 각 이온의 상대적인 양은 '수용액의 농도 × 부피'로 계산할 수 있습니다.

 

(가) 용액에는 총 4종류의 이온이 존재하며 그 비율이 1:1:1:1입니다. 중화 반응에 참여하지 않고 그대로 남는 구경꾼 이온인 Cl-, Na+, K+는 무조건 존재해야 하므로, 1:1:1:1의 비율을 맞추려면 이 세 이온의 상대적인 양이 모두 같아야 합니다.

 

(가)에서 각 수용액의 부피는 HCl 10mL, NaOH 15mL, KOH 30mL입니다. 세 수용액이 제공하는 구경꾼 이온의 양을 모두 30이라는 상댓값으로 똑같이 맞추기 위해 각 용액의 농도 비를 HCl : NaOH : KOH = 3 : 2 : 1로 가정해 볼 수 있습니다. 이 농도 비를 바탕으로 (가) 혼합 전 각 이온의 상댓값을 구하면 다음과 같습니다.

 

HCl 수용액: Cl- 30 (농도 3 × 부피 10), H+ 30

NaOH 수용액: Na+ 30 (농도 2 × 부피 15), OH- 30

KOH 수용액: K+ 30 (농도 1 × 부피 30), OH- 30

 

산과 염기를 혼합하면 H+와 OH-가 1:1로 반응하여 물을 생성합니다. (가)에서 총 H+ 상댓값은 30이고 총 OH- 상댓값은 60(30+30)이므로, 반응 후 H+는 모두 사라지고 OH-가 30만큼 남습니다. 결과적으로 (가) 혼합 용액에는 Cl- 30, Na+ 30, K+ 30, OH- 30이 남게 되어 표에 제시된 1:1:1:1의 비율 조건에 완벽하게 일치합니다.

 

㉠ 구하기 (최고 온도 비교): 중화 반응이 일어날 때 발생하는 열을 중화열이라고 하며, 반응한 수소 이온과 수산화 이온의 수가 많을수록 물이 많이 생성되어 중화열이 많이 발생(온도 상승)합니다. (가), (나), (다) 혼합 용액의 전체 부피는 모두 55mL로 동일하므로 생성된 물의 상댓값만 비교하면 최고 온도를 알 수 있습니다.

 

(가): H+ 30과 OH- 60 반응 → 물 30 생성

(나): H+ 60(농도 3 × 20)과 OH- 55(농도 2 × 20 + 농도 1 × 15) 반응 → 물 55 생성

(다): H+ 75(농도 3 × 25)와 OH- 45(농도 2 × 15 + 농도 1 × 15) 반응 → 물 45 생성

 

생성된 물의 양이 가장 많은 (나)에서 중화열이 가장 크게 발생하므로, 최고 온도 ㉠은 t2입니다

 

㉡ 구하기 ((가)와 (다) 혼합 액성): (가)는 중화 반응 후 OH-가 상댓값 30만큼 남은 염기성 용액입니다. (다)는 중화 반응 후 H+가 상댓값 30(75 - 45)만큼 남은 산성 용액입니다. 따라서 (가)와 (다)를 섞으면 남은 H+ 30과 OH- 30이 남김없이 반응하여 물을 생성하므로 혼합 용액 ㉡의 액성은 중성이 됩니다.

 

정답은 ④입니다.

 

💡 주어진 용액의 부피와 혼합 후 이온 수 비율(1:1:1:1)을 단서로, 이온화의 원리를 적용하여 세 수용액의 '농도 비(3:2:1)'를 찾아내는 것이 핵심인 고난도 문제입니다. 각 용액 속 H+와 OH-의 상대적 양을 구해 중화 반응 후 생성된 물의 양을 비교하고 남은 이온으로 액성을 판단하는 논리적 전개가 필요합니다.

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25. 그림은 태평양 적도 부근 해역에서 관측한 20℃ 등수온선의깊이를 시간에 따라 나타낸 것이다. ㉠과 ㉡은 각각 동태평양과 서태평양 중 하나이고, A와 B 중 하나는 엘니뇨 시기이다. 편차는 (관측값 – 평년값)이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

평상시 태평양 적도 부근은 무역풍에 의해 따뜻한 표층 해수가 서쪽으로 이동합니다. 따라서 서태평양은 따뜻한 해수층이 두껍게 쌓여 20℃ 등수온선 깊이가 깊고 동태평양은 찬 해수가 올라와 깊이가 얕습니다. 그래프에서 평상시 깊이가 얕은(약 50m) 점선 ㉠은 동태평양이고 깊이가 깊은(약 150m) 실선 ㉡은 서태평양입니다.

 

A 시기를 보면 서태평양(㉡)의 등수온선 깊이가 얕아지고 동태평양(㉠)의 깊이가 100m 아래로 깊어졌습니다. 이는 무역풍이 약해져 서태평양의 따뜻한 해수가 동태평양 쪽으로 밀려간 전형적인 엘니뇨 시기입니다.

 

B 시기는 반대로 무역풍이 강해져 서태평양(㉡)이 더 깊어지고 동태평양(㉠)이 더 얕아진 현상을 보입니다.

 

ㄱ. ㉡은 동태평양이다.

→ X(앞선 분석과 같이 평상시 따뜻한 해수층이 두꺼워 등수온선 깊이가 깊게 나타나는 실선 ㉡은 동태평양이 아니라 서태평양이므로 틀린 설명입니다)

 

ㄴ. A에 ㉠의 강수량 편차는 양(+)의 값이다.

→ O(A는 엘니뇨 시기이고 ㉠은 동태평양입니다. 엘니뇨 시기에 동태평양(㉠)은 평상시보다 표층 수온이 높아져 상승 기류가 발달하므로 강수량이 크게 증가합니다. 관측된 강수량이 평년보다 많아지므로 강수량 편차(관측값-평년값)는 양(+)의 값이 되어 완벽히 올바른 설명입니다)

 

ㄷ. (㉡의 해수면 높이 편차 - ㉠의 해수면 높이 편차) 값은 A가 B보다 크다.

→ X(따뜻한 해수층이 두꺼울수록 해수면 높이가 높아집니다. 엘니뇨 시기인 A에는 따뜻한 해수를 뺏긴 서태평양(㉡)의 해수면이 낮아져 편차가 음(-)이 되고 따뜻한 해수가 몰려온 동태평양(㉠)의 해수면은 높아져 편차가 양(+)이 됩니다. 따라서 (음수 - 양수)를 계산하면 큰 음수가 나옵니다. 반면 무역풍이 강해진 B 시기에는 서태평양(㉡) 편차가 양(+) 동태평양(㉠) 편차가 음(-)이 되어 (양수 - 음수)는 양수가 됩니다. 따라서 해당 계산 값은 A 시기가 B 시기보다 작으므로 틀린 설명입니다)

 

정답은 ㄴ으로, ②입니다.

 

💡 그래프의 점선과 실선이 각각 어느 해역을 가리키는지 정확하게 판별하는 것이 문제 풀이의 가장 중요한 첫 단추였습니다. ㉠이 동태평양이고 ㉡이 서태평양임을 올바르게 확인한 후 엘니뇨 발생 시 각 해역의 물리적 변화(수온 상승과 강수량 증가 등)를 정확히 대입해야 정답을 찾을 수 있습니다.