비문학(과학)                   -2008학년도 수능시험-

● 지문

(1) 촉매는 마법의 돌이라고도 불린다. 화학 공정을 통하여 저렴하고 풍부한 원료로부터 원하는 물질을 제조하고자 할 때, 촉매는 활성화 에너지가 낮은 새로운 반응 경로를 제공하여 마치 마술처럼 원하는 반응이 쉽게 일어나도록 ⓐ돕기 때문이다. 제1차 세계 대전 직전에 수소와 질소로부터 암모니아의 합성을 가능하게 하여 식량 증산에 크게 기여하였던 철 촉매에서부터 최근 배기가스를 정화하는 데 사용되는 백금 촉매에 이르기까지 다양한 촉매가 의식주, 에너지, 환경 등 여러 가지 문제 해결의 핵심 기술이 되고 있다. 그러나 전통적인 공업용 촉매 개발은 시행착오를 반복하다가 요행히 촉매를 발견하는 식이었기 때문에 '촉매가 보였다'고 말하기도 한다.

(2) 이러한 문제점을 해결하기 위해 촉매 설계 방법이 제안되었는데, 이는 표면 화학 기술과 촉매 공학의 발전으로 가능해졌다. 촉매 설계 방법은 회귀 경로를 통하여 오류를 최소 과정 내에서 통제할 수 있는 체계로서 크게 세 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계에서는 대상이 되는 반응을 선정하고, 열역학적 검토와 경제성 평가를 거쳐 목표치를  설정한다. 이 단계에서 열역학적으로 불가능하거나 원하는 수준의 경제성에 도달하기 어렵다고 판단되면 설계의 처음으로 되돌아간다. 두 번째 단계에서는 반응물이 촉매 표면에 흡착되어 생성물로 전환되는 반응 경로 모델을 구상하며, 그 다음에 이 모델대로 반응의 진행을 쉽게 하는 활성 물질, 활성 물질의 기능을 증진시키는 증진제, 그리고 반응에 적합한 촉매 형태를 유지시키는지지체를 선정한다. 마지막 단계에서는 앞에서 선정된 조합으로 촉매 시료를 제조한 후 실험하고, 그 결과를 토대로 촉매의 활성, 선택성, 내구성을 평가한다. 여기서 결과가 목표치에 미달하면 다시 촉매 조합을 선정하는 단계로 돌아가며, 목표치를 달성하는 경우에도 설정된 경로 모델대로 반응이 진행되지 않았다면, 다시 경로 모델을 설정하는 단계로 회귀한다. 설정된 경로 모델에 따라 목표치에 도달하면 촉매 설계는 완료된다.

(3) 미래 사회에서는 에너지 자원의 효율적 사용과 환경 보존을 최우선시하여, 기존 공정을 개선하거나 환경 규제를 충족하기 위해서 다양한 촉매의 개발이 필요하게 될 것이다. 특히 기존 공정을 개선하기 위해서 반응 단계는 줄이면서도 효과적으로 원하는 물질을 생산하고, 낮은 온도에서 선택적으로 빠르게 반응을 진행시킬 수 있는 새로운 촉매가 필요하게 된다. 촉매 설계 방법은 환경 및 에너지 문제를 해결하는 마법의 돌을 만드는 체계적 접근법이다.

● 단락의 요지 파악하기

(1) 촉매의 개념과 역할

(2) 촉매 설계 방법의 과정

(3) 다양한 촉매 개발의 필요성과 촉매 설계 방법의 의의

● 정리하기

주제 → 촉매 설계 방법과 새로운 촉매 개발의 필요성

특성

1) 해제 : 예시를 통해 대상의 개념을 설명함.

2) 독해 : 대상이 개발되는 과정을 세 단계로 나누어 상세히 서술함.

어휘 풀이

* 촉매 → 중심 화제

* 활성화 에너지 → 반응을 일으키는 데 필요한 최소의 에너지

* 촉매가 보였다 → 촉매를 의도적으로 개발한 것이 아니라 우연히 발견했기 때문에

* 마법의 돌 → 촉매

● 출제 문항

1. 위 글의 내용으로 알 수 있는 것은? <개괄적 정보의 확인>

① 촉매 설계법의 회귀 경로를 따라가면 촉매를 재사용할 수 있다.

② 전통적인 촉매 개발 과정에서는 개발 완료 시점을 예측할 수 있다.

③ 전통적인 촉매 개발은 시각적 방법에 의존하기 때문에 비효율적이다.

④ 설계를 통한 촉매 개발은 에너지의 효율적 사용에 도움을 줄 수 있다.

⑤ 반응이 열역학적으로 가능하도록 돕는 촉매는 원하는 수준의 경제성에 도달하게 한다.

 

2. ㉠과 가장 가까운 사례는? <구체적 사례에의 적용> 

① 영수는 사물함의 비밀 번호를 잊어 버려 고민하다가 여러 번호를 입력해 보았다. 그 결과 운 좋게 세 번 만에 사물함을 열었다.

② 영희는 중학생 때 「데미안」을 반복해서 읽었으나 잘 이해되지 않았다. 그 후 고등학생이 되어 다시 읽어 보니 내용이 쉽게 이해되었다.

③ 민수는 좋은 시어를 찾기 위해 사전을 뒤졌으나 적절한 시어를 발견할 수 없었다. 그러더 어느 날 소설을 읽다가 멋진 시어가 떠올랐다.

④ 유진은 방송국 홈페이지에 열심히 글을 올리다가 우연히 경품 응모에 당첨되었다. 그 후 유진은 계속해서 글을 올렸고, 경품을 타는 횟수가 더욱 늘어났다.

⑤ 철수는 수영 실력이 늘지 않아 코치의 조언에 따라 기본 자세를 고쳐 기록을 향상시켰다. 그 후 기록이 정체되어 다시 코치의 조언을 받아 턴하는 법을 고쳐 기록을 더욱 향상시켰다.

 

3. <보기>는 촉매 설계법에 따라 촉매를 개발한 사례의 일부이다. 위 글로 보아 <보기>에 이어질 과정으로 가장 적절한 것은?  <다른 상황에의 적용>

<보기>

M사는 염화수소로부터 염소를 생산하는 공정에 사용될 새로운 촉매를 설계하려고 한다. 먼저 열역학적 검토와 경제성 평가를 거쳤다. 그 결과를 바탕으로, 중형 규모의 공장의 경우, 조업 온도 350℃에서 촉매 1kg이 시간당 400L의 염화수소를 처리하고 염화수소의 전환율이 70%가 되도록 목표치를 설정하였다. 다음은 관련 사항을 검토하여 두 개의 반응식으로 구성된 반응 경로 모델을 설정하고, 설정된 경로대로 반응을 진행시키는 데 도움을 줄 수 있는 촉매 조합인 '크롬 조합-1'을 선정하였다. 그 다음은 선정된 촉매 조합의 평가 실험을 수행하였다. 실험 결과를 분석해 보니 염화수소의 전환율이 65%였다.

① 다른 반응 경로 모델을 구상한다.

② 개발 목표 전환율을 하향 조정한다.

③ 촉매의 시간당 염화수소 처리량 목표치를 낮춘다.

④ 선정된 촉매 조합을 다른 촉매 조합으로 변경한다.

⑤ 설정된 반응 경로 모델대로 진행되었는지 점검한다.

 

4. ⓐ와 관련하여 '돕다'가 쓰인 다양한 예문을 찾아보았다. 각 예문에 쓰인 '돕다'의 유의어로 적절하지 않은 것은? <어휘 간의 관계 파악>

 

예문

유의어

수재 의연금을 내서 수재민을 도왔다.

구명하다.

임금님을 도와 좋은 나라를 만들었다.

보필하다.

친구가 임무를 마칠 수 있도록 도왔다.

조력하다.

이 약은 원기를 돕는 효과가 매우 크다.

증진하다.

두 회사는 그 사업을 위해 회사끼리 돕기로 했다.

제휴하다.

 

<정답> ④⑤④①

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