[2015 EBS 인터넷 수능] 화법과 작문 & 독서와 문법(A)-05강 창조적 독해(촉매 제조를 위한 촉매 구성 물질의 이해)

[구렛나루]

05강 과학

[01~04] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

촉매란 화학 반응 중에 자신은 소모되지 않으면서 반응 속도를 변화시키는 물질로, 촉매 반응 이 처음 알려졌을 때에는 촉매를 화학 반응의 속도를 빠르게 해 주는 신기한 물질로 생각하였다. 그러나 화학 반응과 표면 현상에 대한 지식이 ⓐ쌓이면서 촉매 반응의 원리를 구체적으로 이해하게 되었고, 이를 바탕으로 촉매를 만들 수 있게 되었다. 촉매의 기능은 일차적으로 화학 반응의 속도를 얼마나 빠르게 하는가로 평가한다. 기체나 액체 촉매는 분자나 이온 상태이므로 비교적 구성 물질이 단순한 데 비해, 고체 촉매는 활성이 높아 반응 속도가 빠르며 사용하기 편리하도록 여러 물질을 섞어서 만들기도 하며, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 만들 수 있다. 고체 촉매를 제조하기 위해서는 구성 요소를 알아야 하는데, 일반적으로 촉매를 만들 때는 ㉠활성 물질, ㉡증진제, ㉢지지체 세 가지를 이용한다.

활성 물질은 촉매 반응의 원인이 되는 물질로, 촉매 제조 시 반드시 필요한 구성 요소이다. 고 체 촉매의 촉매 반응은 반응 물질이 고체 촉매의 표면에 달라붙어 생성 물질로 ⓑ바뀌고, 생성 물질이 촉매에서 다시 떨어지면서 ⓒ끝난다. 그런데 촉매 반응이 표면에서 일어나는 점은 확실 하지만, 표면 전체가 촉매 반응에 관여하는지 여부는 촉매의 종류와 반응 조건에 따라 다르다. 고체 촉매는 표면 전체가 촉매 반응에 관여하는 것이 아니라 표면의 어떤 자리에서만 촉매 반응이 나타나는데, 이때 촉매 표면으로 노출된 활성 물질에서 촉매 반응의 원인이 되는 어떤 특정한 요소나 지점들을 활성점이라고 부른다.

활성 물질과 달리 증진제와 지지체는 촉매에 따라 있어도 되고 없어도 된다. 우선 증진제는 활성점의 개수를 늘리거나 기능을 증진시키는 물질이다. 예를 들어 질소와 수소로부터 암모니아를 합성하기 위해서는 활성 물질인 철이 필요하지만, 철만으로는 활성이 너무 낮다. 그런데 칼륨 등을 증진제로 첨가하여 철 촉매를 만들어 사용하면, 암모니아 합성 반응의 활성이 촉진된다. 증진 제는 소량을 첨가해도 활성이 크게 높아지므로, 촉매 제조에 매우 유용한 물질이다. 지지체는 촉매를 제조할 때 활성 물질의 표면적을 넓히거나, 촉매가 반응 조건에 견디도록 열적·기계적 안정성을 높이는 물질로, 가공이 ⓓ쉬운 지지체를 이용하면 적절한 모양의 촉매를 만들 수 있다.

고체 촉매의 모양은 활성점이 표면에 많이 존재할 수 있도록 만드는 것이 중요하다. 촉매의 모양은 반응 물질의 상태, 발열과 흡열 정도, 표면 반응과 물질 전달의 상대적인 속도 등 반응 조건에 따라 다르다. 예를 들어 기계적 강도를 높이고 압력 손실을 줄이려면 촉매 알갱이가 커야 하지 만, 알갱이가 커지면 반응 물질과 접촉하는 표면적이 작아지고 열과 물질의 이동 거리가 길어져 열과 물질 전달이 반응 속도를 제한하게 된다. 이때 가운데가 비어 있는 고리 모양 촉매를 사용하면 촉매의 겉과 속 표면이 반응 물질과 생성 물질 모두와 접촉하기 때문에 열과 물질 전달이 빨라 져 열과 물질 전달의 제한이 큰 촉매 반응에 효과적이게 된다. 활성을 극대화할 수 있는 우수한 촉매를 만들기 위해서는 여러 물질들 중에서 활성 물질, 증진제, 지지체 세 물질을 ⓔ고르고, 적절한 모양을 선택해서 제조해야 한다.

01 윗글의 내용과 일치하지 않는 것은?

① 촉매는 화학 반응 전후로 양이 변하지 않는다.

② 촉매를 제조할 때 목표 중 하나는 활성이 잘 되는 것이다.

③ 촉매 알갱이가 작을수록 기계적인 힘에 버티는 강도가 강해진다.

④ 촉매가 고체인 경우 촉매 반응은 반응 물질이 촉매에 흡착해야 한다.

⑤ 촉매가 고체인 경우 반응 물질의 화학적 성질에 따라 모양을 다르게 할 수 있다.

02 ㉠~㉢에 대한 이해로 적절하지 않은 것은?

① ㉠은 ㉡, ㉢과 달리 촉매 제조에 꼭 필요하다.

② ㉠이 고체인 경우 촉매 반응은 표면에서 일어난다.

③ ㉡은 ㉠에서 촉매 반응이 더 잘 일어나도록 돕는다.

④ ㉡은 ㉢과 달리 첨가 양과 상관없이 활성을 촉진한다.

⑤ ㉢은 활성 물질의 표면적을 넓히거나 촉매가 반응 조건에 잘 견디도록 한다.

03 윗글을 읽은 학생이 다음 기사에 대해 보인 반응으로 적절하지 않은 것은?

수소 생산 비용을 줄일 수 있는 촉매 개발

미래형 에너지로 꼽히는 수소를 생산하는 방법은 물을 전기로 분해해 산소와 수소로 나누는 것이다. 이때 촉매로 이용하는 백금은, 생산 비용이 비싸서 백금 촉매의 양을 줄이는 연구가 지속적으로 이루어졌다.

최근 ○○ 연구 팀은 태양광 수소 생산 비용을 줄일 수 있는 단원자층 백금 촉매를 개발 했다. 연구 팀은 백금을 반구(半球) 모양으로 반도체에 부착하는 기존 방식 대신, 반도체 위에 백금보다 저렴한 금으로 나노 구조물을 만들고 그 위에 두께 0.22㎚(나노미터)의 단원자층으로 된 백금을 얇게 도포하였다. 백금을 단원자층으로 도포하면 반응이 일어나는 백금 원자가 더 많이 물에 노출된다. 이 연구는 지금보다 1/200 정도의 백금으로 같은 양의 수소를, 지금보다 3배 더 빨리 생산할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

① 물은 반응 물질, 산소와 수소는 생성 물질이군.

② 백금 촉매의 표면에 노출된 백금 원자가 활성점에 해당하는군.

③ 반구 모양의 백금 촉매는 단원자층으로 도포된 백금 촉매보다 활성이 더 높군.

④ 금으로 만든 나노 구조물은 백금 촉매의 표면적을 넓히는 지지체 역할을 하는군.

⑤ 촉매를 제조할 때 화학 반응 속도 외에도 생산 비용이 얼마나 적게 드는가도 촉매의 중 요한 평가 요소군.

04 문맥상 ⓐ~ⓔ와 바꿔 쓰기에 적절하지 않은 것은?

① ⓐ: 축적되면서   ② ⓑ: 전환되고

③ ⓒ: 완결된다      ④ ⓓ: 용이한

⑤ ⓔ: 선임하고

도움자료

[2015 EBS 인터넷 수능]

화법과 작문 & 독서와 문법 - A

과학 01 ③ 02 ④ 03 ③ 04 ⑤

■ ‘촉매 제조를 위한 촉매 구성 물질의 이해’

이 글은 촉매에 대한 정의와 촉매 제조의 목적을 밝히고, 촉매 제조에 필요한 촉매의 구성 요소에 대해 각각 소개하고 있다. 촉매 제조에는 활성 물질, 증진제, 지지체가 필요한데, 이 중 활성 물질은 촉매 반응의 원인이 되기 때문에 반드시 필요한 물질이다. 이에 반해 증진제와 지지체는 촉매에 따라 임의적으로 필요한데, 증진제는 활성점의 개수를 늘리거나 기능을 증진시키는 역할을 하며, 지지체는 활성 물질의 표면적을 넓히거나 촉매가 반응 조건에 견디도록 돕는 물질이다. 촉매를 제조할 때는 촉매의 모양에 따라 반응 속도에 영향을 줄 수 있으므로 적절한 모양을 선택해야 한다.

촉매 제조를 위한 촉매 구성 물질의 이해

1문단: 촉매의 정의와 구성 요소

2문단: 활성 물질과 활성점

3문단: 증진제와 지지체의 역할

4문단: 촉매 모양이 반응 속도에 미치는 영향

01 세부 정보, 핵심 정보 파악 ③

③ 확인 알갱이가 작을수록 기계적인 힘에 버티는 강도가 강해짐

기계적인 강도를 높이고 압력 손실을 줄이려면 알갱이가 커야 한다고 했으므로, 알갱이가 작을수록 기계적인 힘에 버티는 강도가 약할 것임을 알 수 있다.

① 확인 화학 반응 전후로 양이 변하지 않음

촉매란 화학 반응 중에 소모되지 않으면서 반응 속도를 변화시키는 물질이라고 하였으므로, 촉매를 사용해도 반응 전후 물질의 양에는 영향을 주지 않는다고 할 수 있다.

② 확인 활성이 잘 되는 것임

활성을 극대화할 수 있는 우수한 촉매를 만들기 위해서는 활성 물질, 증진제, 지지체를 고르고 적절한 모양을 선택해서 제조해야 한다고 했으므로, 촉매를 제조할 때의 목표는 활성이 최대치가 되는 것도 있음을 알 수 있다.

④ 확인 촉매에 흡착

촉매 반응에서 반응 물질은 고체 촉매의 표면에 달라붙어 생성 물질로 바뀐다고 하였으므로, 촉매가 고체인 경우 촉매 반응은 반응 물질이 촉매에 흡착하는 과정이 있어야 한다.

⑤ 확인 화학적 성질에 따라 모양을 다르게 함

촉매의 모양은 반응 물질의 상태와 발열과 흡열 정도, 표면 반응과 물질 전달의 상대적인 속도 등 반응 조건에 따라 다르다고 했으므로, 반응 물질의 화학적 성질에 따라 모양을 달리 할 수 있음을 알 수 있다.

02 세부 정보, 핵심 정보 파악 ④

④ 확인 첨가 양과 상관없이 활성을 촉진함

3문단에서 증진제는 소량을 첨가해도 활성이 크게 높아진다고 하였으나 첨가 양과 촉매 반응과의 상관성에 대해서는 서술하지 않으며, 지지체는 첨가 양과의 관련성을 알 수 없으므로 적절하지 않다.

① 확인 촉매 제조에 꼭 필요함

2문단에서 활성 물질은 촉매 반응의 원인이 되는 물질로, 촉매 제조 시 반드시 필요하다고 한 부분과 3문단에서 증진제와 지지체는 촉매에 따라 있어도 되고 없어도 된다는 부분에서 알 수 있다.

② 확인 고체인 경우 촉매 반응은 표면에서 일어남

2문단에서 고체 촉매의 촉매 반응은 표면에 반응 물질이 달라붙어 생성 물질로 바뀐다고 한 부분에서 고체 촉매의 촉매 반응은 표면에서 일어난다는 것을 알 수 있다.

③ 확인 촉매 반응이 더 잘 일어나도록 도움

3문단에서 증진제는 활성점의 개수를 늘리거나 기능을 증진시키는데, 활성점은 촉매 반응의 원인이 되므로 증진제를 사용하면 활성 물질에서 촉매가 더 잘 일어날 수 있다는 것을 알 수 있다.

⑤ 확인 활성 물질의 표면적을 넓힘

3문단에서 지지체는 촉매를 제조할 때 활성 물질의 표면적을 넓히거나, 촉매가 반응 조건에 견디도록 열적·기계적 안정성을 높인다고 하였으므로 적절한 진술임을 알 수 있다.

03 구체적 상황에 적용하기 ③

③ 확인 활성이 더 높군.

활성이 높은 촉매는 화학 반응 속도를 빠르게 하는데, 반구 모양의 백금보다 도포된 백금을 촉매로 사용할 때 반응 속도가 더 빠르므로 반구 모양의 백금 촉매를 사용하면 활성이 더 높다는 것은 적절하지 않다.

① 확인 반응 물질, 생성 물질

촉매 반응에서 처음 존재하는 물질이 반응 물질이고, 이 물질이 촉매에 붙어서 생성 물질로 바뀐다. 따라서 물은 반응 물질, 산소와 수소는 생성 물질이라 할 수 있다.

② 확인 백금 원자가 활성점에 해당

활성점은 촉매 반응이 나타나는 표면의 특정 요소나 지점들인데, 백금 원자에서 반응이 일어난다고 하였으므로, 표면에 노출된 백금 원자가 활성점에 해당한다고 할 수 있다.

④ 확인 지지체 역할을 함

지지체는 활성 물질의 표면적을 넓히는 물질로, 금으로 만든 나노 구조물은 백금 촉매의 표면적을 넓히고 있으므로 지지체 역할을 한다고 할 수 있다.

⑤ 확인 생산 비용이 얼마나 적게 드는가도 촉매의 중요한 평가 요소

이 글에서 촉매는 화학 반응의 속도를 얼마나 빠르게 하는가로 평가한다고 하였는데, 기사에서는 백금 촉매가 비싸서 양을 줄이는 연구가 계속 되었다고 하였으므로, 생산 비용이 적게 드는 것도 촉매 제조에 중요한 평가 요소라 할 수 있다.

04 어휘의 문맥적 의미 파악 ⑤

⑤ 확인 선임하고

‘선임하다’는 ‘어떤 임무나 직무 따위를 먼저 맡다.’라는 의미로, 여기에는 ‘여럿 가운데서 어떤 것을 뽑아 정하다.’라는 의미를 지닌 ‘선정하다’가 더 적절하다.

① 확인 축적되면서

‘축적되다’는 ‘지식, 경험, 자금 따위가 모여서 쌓이다.’라는 의미이다.

② 확인 전환되고

‘전환되다’는 ‘다른 방향이나 상태로 바뀌다.’라는 의미이다.

③ 확인 완결된다

‘완결되다’는 ‘완전하게 끝이 맺어지다.’라는 의미이다.

④ 확인 용이한

‘용이하다’는 ‘어렵지 아니하고 매우 쉽다.’라는 의미이다.