[2026] 3월 모의고사 통합과학_16~20번 풀이
16. 에너지의 흡수와 방출
16. 다음은 학생 A가 수행한 탐구이다. 학생 A의 탐구 과정 및 결과와 결론이 타당할 때, 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 여러 가지 물질이 물에 녹을 때 일어나는 열에너지의 출입과 그에 따른 수용액의 온도 변화를 묻고 있습니다. 주변으로 열에너지를 방출하는 발열 반응이 일어나면 주변 온도가 올라가고 주변의 열에너지를 흡수하는 흡열 반응이 일어나면 주변 온도가 내려갑니다. 실험 결과를 보면 염화 칼슘과 염화 마그네슘은 물에 녹을 때 온도가 높아졌으므로 열을 방출하는 발열 반응을 한 것입니다. 반면 염화 나트륨은 물에 녹을 때 온도가 낮아졌으므로 열을 흡수하는 흡열 반응을 한 것입니다. 처음 학생 A가 세 물질 모두 온도가 높아질 것이라고 가설을 세웠으나 염화 나트륨은 온도가 낮아졌으므로 결론 ㉠에는 가설이 '옳지 않다'가 들어가야 올바릅니다.
ㄱ. ‘옳지 않다’는 ㉠으로 적절하다.
→ O(염화 나트륨 수용액의 온도가 낮아지는 결과가 나왔기 때문에 모든 물질의 온도가 높아질 것이라는 학생 A의 최초 가설은 옳지 않습니다)
ㄴ. 염화 나트륨이 물에 녹을 때 주변으로 열을 방출한다.
→ X(염화 나트륨이 물에 녹을 때 수용액의 온도가 낮아졌습니다. 온도가 낮아졌다는 것은 염화 나트륨이 물에 녹으면서 주변의 열에너지를 흡수하는 흡열 반응이 일어났음을 의미하므로 주변으로 열을 방출한다는 설명은 명백히 틀렸습니다)
ㄷ. 휴대용 냉각팩은 염화 마그네슘이 물에 녹는 반응에서의 열출입을 이용하여 만들 수 있다.
→ X(휴대용 냉각팩은 일회용 냉찜질 팩처럼 반응이 일어날 때 주변의 열을 흡수하여 온도를 낮추는 흡열 반응의 원리를 이용해야 합니다. 하지만 실험 결과에서 염화 마그네슘은 물에 녹을 때 온도가 높아지는 발열 반응을 하므로 열을 방출하여 휴대용 냉각팩을 만들 수 없습니다)
정답은 ①입니다.
💡 물질이 물에 녹을 때 나타나는 온도 변화를 통해 발열 반응과 흡열 반응을 명확히 구분하는 것이 출제 의도입니다. 온도가 높아지면 주변으로 열을 방출하는 반응이고 온도가 낮아지면 주변의 열을 흡수하는 반응임을 알아야 합니다. 나아가 온도가 낮아지는 흡열 반응 물질만을 골라내어 냉각팩에 적용할 수 있다는 실생활 활용 능력이 핵심입니다.
17. 물의 순환과 해수의 층상 구조
17. 그림 (가)는 지구 시스템에서 일어나는 물 순환의 일부를, (나)는 해수의 성층 구조를 나타낸 것이다. ⓐ와 ⓑ는 각각 혼합층과 수온 약층 중 하나이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 물의 순환 과정과 깊이에 따른 해수의 층상 구조 특성을 묻고 있습니다. 해수는 깊이에 따른 수온 변화를 기준으로 혼합층 수온 약층 심해층으로 구분합니다. 바다 표면인 ⓐ는 바람에 의해 바닷물이 위아래로 섞여 수온이 일정한 혼합층입니다. 중간층인 ⓑ는 깊이가 깊어질수록 수온이 급격히 낮아져서 층이 매우 안정한 수온 약층입니다. 가장 깊은 곳은 햇빛이 도달하지 않아 수온이 매우 낮고 일정한 심해층입니다.
ㄱ. ㉠ 과정에서 에너지가 해양에서 대기로 이동한다.
→ O(바다의 물이 에너지를 흡수하여 증발하고 다시 기권에서 응결하는 물의 순환 과정을 거칩니다. 이 과정을 통해 물질뿐만 아니라 해양의 에너지가 대기로 함께 이동합니다)
ㄴ. ⓑ에서는 위층과 아래층 사이의 물질 교환이 활발하다.
→ X(ⓑ는 수온 약층입니다. 수온 약층은 위로 올라갈수록 온도가 높고 아래로 갈수록 온도가 낮아 대류 현상 같은 연직 운동이 일어나지 않습니다. 따라서 위층인 혼합층과 아래층인 심해층 사이의 물질 및 에너지 교환을 차단합니다)
ㄷ. ㉡ 과정이 많이 일어날수록 ⓐ의 두께가 두꺼워진다.
→ X(ⓐ는 혼합층입니다. 혼합층의 두께는 태양 에너지의 양이 아니라 주로 바람의 세기에 의해 결정됩니다. 바람이 강하게 불수록 바닷물이 더 깊은 곳까지 섞이게 되어 혼합층이 두꺼워집니다)
정답은 ①입니다.
💡 물의 순환 과정에서 물질과 에너지가 함께 이동한다는 사실을 아는 것이 첫 번째 출제 의도입니다. 나아가 깊이에 따른 해수의 수온 분포 그래프를 보고 혼합층과 수온 약층을 구분해야 합니다. 특히 수온 약층이 안정한 층이라 물질 교환을 차단한다는 점과 혼합층의 두께가 바람의 세기에 비례한다는 것을 알아야 합니다.
18. 효소의 작용 원리
18. 다음은 과산화 수소 분해 반응에서 효소의 작용을 알아보기 위한 실험이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 생명체 내에서 일어나는 물질대사와 효소의 작용 원리를 실험을 통해 묻고 있습니다. 실험 과정 (가)를 보면 감자 조각을 넣은 시험관 B에서만 기포가 활발하게 발생했습니다. 감자 속에는 과산화 수소를 물과 산소로 분해하는 데 관여하는 카탈레이스라는 생체 촉매(효소)가 들어 있습니다. 과정 (나)에서 꺼져 가는 향불을 넣었을 때 시험관 B에서만 불씨가 다시 살아나는 현상이 관찰되었습니다.
ㄱ. B에서 발생한 기포에는 산소가 있다.
→ O(시험관 B에서 발생한 기포에 꺼져 가는 불씨를 넣었을 때 다시 타올랐으므로 물질의 연소를 돕는 조연성 기체인 산소가 발생했음을 정확히 알 수 있습니다)
ㄴ. 과산화 수소 분해 반응의 활성화에너지는 B에서가 A에서보다 크다.
→ X(효소는 화학 반응이 일어나는 데 필요한 최소한의 에너지인 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 촉진합니다. 감자 조각(효소)이 들어 있는 시험관 B에서 반응이 더 빠르게 일어났으므로 활성화 에너지는 효소가 없는 A보다 B에서 더 작게 나타납니다)
ㄷ. 기포 발생이 끝난 B에 3% 과산화 수소수 15 mL를 첨가하면 기포가 다시 발생한다.
→ O(효소는 화학 반응 전후에 자신은 변하거나 소모되지 않고 생성물과 분리된 후 원래 상태로 돌아갑니다. 따라서 기포 발생이 끝난 시험관 B에 반응물인 과산화 수소를 새롭게 첨가해 주면 감자 조각에 남아 있는 효소가 다시 작용하여 기포가 새롭게 발생합니다)
정답은 ③입니다.
💡 감자 속에 포함된 카탈레이스 효소가 활성화 에너지를 낮추어 과산화 수소 분해 반응을 촉진한다는 사실을 아는 것이 출제 의도입니다. 나아가 반응을 돕는 효소는 한 번 반응에 참여한 후에도 소멸하지 않고 지속해서 재사용된다는 것을 실험 결과와 명확히 연결해야 합니다.
19. 감염병 진단 기술과 빅데이터의 활용
19. 다음은 사람의 감염병 X에 대한 자료이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 감염병을 진단하는 원리와 수집된 정보를 빅데이터로 분석하여 활용하는 과정 그리고 그에 수반되는 과학 윤리를 종합적으로 묻고 있습니다. 제시문의 ㉠ 중합효소연쇄반응(PCR)은 환자의 검체에서 병원체의 특정 유전물질을 아주 짧은 시간에 대량으로 증폭시켜 감염 여부를 정확하게 판별하는 진단 기술입니다. ㉡과 같이 수집된 방대한 양의 감염병 발생 현황 자료는 빅데이터가 되며 이를 분석하면 질병의 전파 경로나 유행 시기 등을 과학적으로 예측할 수 있습니다.
ㄱ. ㉠은 핵산을 이용한다.
→ O(㉠ 중합효소연쇄반응(PCR)은 병원체가 가진 고유한 유전물질인 '핵산'을 여러 차례 반복적으로 증폭하는 기술입니다)
ㄴ. ㉡을 이용하여 X를 연구할 때 윤리적 원칙과 기준이 필요하다.
→ O(㉡과 같이 특정 시기 지역 연령대별 발병 현황을 조사하여 연구할 때 수집된 정보로 인해 특정 집단에 대한 오해나 차별적 시선 등이 형성될 우려가 있습니다. 따라서 개인 정보 유출을 막고 사회적 편견을 방지하기 위한 확고한 윤리적 원칙과 기준 마련이 필요합니다)
ㄷ. 빅데이터 분석 결과를 X의 유행 시기 예측에 이용할 수 있다.
→ O(수많은 환자의 발생 데이터가 축적된 빅데이터를 인공지능 등으로 분석하면 앞으로 감염병 X가 언제 다시 크게 유행할지 그 시기와 규모를 과학적으로 예측해 볼 수 있습니다)
정답은 ⑤입니다.
💡 감염병 진단 검사 중 중합효소연쇄반응(PCR)이 병원체의 핵산을 증폭하는 원리임을 아는 것이 첫 번째 출제 의도입니다. 나아가 감염병 관련 대규모 정보를 다루는 빅데이터 기술의 유용성(예측 가능성)과 더불어 데이터 수집 및 활용 과정에서 반드시 지켜야 할 윤리적 책임 의식을 알아야 합니다.
20. 스펙트럼과 별의 대기를 구성하는 원소
20. 다음은 서로 다른 원소 X와 Y의 스펙트럼을 관찰하고, 스펙트럼을 이용하여 별의 대기를 구성하는 원소를 알아보기 위한 탐구이다. 이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 기체 방전관과 별빛의 스펙트럼을 관찰하여 물질과 천체를 구성하는 원소를 알아내는 원리를 묻고 있습니다. 탐구 I에서 기체 방전관에 고전압을 걸어주면 고온의 기체가 특정 파장의 빛만 방출하여 어두운 바탕에 몇 개의 밝은 선이 나타나는 ㉠ 방출 스펙트럼을 관찰할 수 있습니다. 원소의 종류가 다르면 선 스펙트럼에 나타나는 선의 위치와 개수 및 굵기가 ㉡ 다릅니다. 탐구 II에서 별 A의 스펙트럼에 나타난 검은색 흡수선들의 위치를 수소와 헬륨의 방출선 위치와 비교해 보면 정확히 일치하므로 별 A의 대기에는 ㉢ 수소와 헬륨이 포함되어 있음을 알 수 있습니다.
ㄱ. ㉠은 방출 스펙트럼이다.
→ O(기체 방전관 내부의 고온 기체에서 에너지가 빛의 형태로 방출되면서 특정 파장의 밝은 선이 나타나므로 방출 스펙트럼이라는 설명은 정확히 맞습니다)
ㄴ. ‘같다’는 ㉡으로 적절하다.
→ X(서로 다른 원소인 X와 Y는 물질을 이루는 고유한 특성이 다르기 때문에 스펙트럼을 구성하는 선의 위치와 개수 역시 명확히 다르게 나타납니다. 따라서 ㉡에는 '다르다'가 들어가야 하므로 틀린 설명입니다)
ㄷ. ‘수소와 헬륨이 포함되어 있다’는 ㉢으로 적절하다.
→ O(그림에서 수소와 헬륨 스펙트럼의 모든 선 위치가 별 A의 스펙트럼 선 위치에 그대로 포함되어 나타납니다. 따라서 별 A의 대기 성분에 수소와 헬륨이 존재한다는 결론인 ㉢은 완벽히 올바른 설명입니다)
정답은 ④입니다.
💡 기체 방전관에서 관찰되는 방출 스펙트럼의 원리와 원소마다 선 스펙트럼의 위치와 개수가 고유하다는 특징을 명확히 이해하는 것이 출제 의도입니다. 나아가 미지의 별빛 스펙트럼에 나타난 선의 위치를 이미 알고 있는 원소의 스펙트럼과 대조하여 우주를 구성하는 천체의 성분을 정확히 추론해 내는 탐구 능력을 갖추어야 합니다.