【화학】 2022 MEET/DEET 화학

2022 MEET/DEET 화학

 

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가자가자 님 지적사항 수정 (23.07.11)

에헤이 님 문의사항 반영 (23.11.10)

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1. 그림은 주양자수(n)가 3인 수소 원자 오비탈 ㈎ ~ ㈐의 방사 방향 확률 분포 함수 f(r)를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ① (오비탈 이론)

① 방사방향 마디의 수 = n - ℓ - 1 = 0이고 n = 3이므로, ℓ = 2 (d 오비탈, 구형 아님)

② 전체 마디 개수는 n - 1 = 2

③ 방사방향 마디의 수 = n - ℓ - 1 = 2이고 n = 3이므로, ℓ = 0 → m_ℓ = -(ℓ-1), ···, 0, ···, ℓ-1이 될 수 있으므로 m_ℓ = 0 밖에 없음

④ 수소 원자 오비탈이므로 주양자수가 동일하면 전자는 모두 축퇴돼 있음 (에너지 준위 동일)

 

 

⑤ 각운동량 양자수(ℓ)는 ㈎가 2, ㈐가 0

 

 

2. 그림은 2, 3주기 원소의 일부에 대해 1차 이온화 에너지를 나타낸 것이다. 원소의 바닥 상태 원자에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③ (고전원자론)

① n+2번 원자가 Ne이라는 것을 감안할 때, 유효 핵전하는 같은 주기에서 족이 증가할수록 증가함

② 원자 반지름은 주기가 클수록 족이 작을수록 큼

③ (n+3)번 원자와 (n+4)번 원자의 2차 이온화 에너지 대소관계는 (n+2)번 원자와 (n+3)번 원자의 1차 이온화 에너지 대소관계와 동일함 

④ (n+4)번 원자는 Mg으로 [Ne]3s²의 전자배치를 가짐

⑤ (n+5)번 원자는 Al으로 n번 원자인 O와 안정한 2 : 3 이온 화합물인 Al₂O₃를 만듦

 

 

3. 그림은 SCN^-의 공명 구조를 나타낸 것이다. 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론과 원자가 결합 이론을 적용하여 이에 대해 설명한 것으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

① ㈎에서 σ 결합의 개수는 2. 즉, S-C 결합에서 1개, C≡N 결합에서 1개

② ㈏에서 N의 형식 전하는 5 (원자가 전자수) - 2 (결합 수) - 4 (비공유 전자수) = -1

③ ㈐의 분자 구조는 선형(linear)

④ ㈎, ㈏, ㈐에서 C의 혼성 오비탈은 sp : 공명 구조를 하는 경우 혼성 구조가 바뀌지 않음

⑤ ㈐에서 C≡S 결합과 C-N 결합 모두 불안정하므로 ㈐의 공명 기여도는 낮음 

 

 

4. 그림 ㈎는 뷰타-1,3-다이엔(C₄H₆)의 원자가 결합 모형을 나타낸 것이고, ㈏는 ㈎의 탄소 2p 오비탈로부터 만들어진 π 분자 오비탈 (MO1 ~ MO4)의 에너지 준위와 바닥 상태 전자 배치를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

ㄱ. 공명 구조를 하는 경우 혼성 구조가 바뀌지 않으므로 모든 탄소 원자는 공명으로 이중결합을 할 수 있어 모든 탄소 원자의 혼성 오비탈은 sp² 

ㄴ. MO4는 + | - | + | - 와 같아 마디가 3개이고, MO1은 ++++와 같아 마디가 0개

ㄷ. MO2의 전자를 MO3로 여기하면 결합 차수는 2에서 1이 되고, 따라서 탄소-탄소 결합의 평균 결합 에너지는 감소

 

 

5. 그림은 갈륨(Ga)의 상그림이고, 상 Ⅰ ~ Ⅳ 중 기체상은 1개, 액체상은 1개, 고체상은 2개이다. 제시된 온도와 압력 범위에서 갈륨에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

ㄱ. 온도가 가장 높을 때 기체가 될 텐데 이 때는 상 Ⅳ에 해당함

ㄴ. 삼중점은 상 Ⅰ, 상 Ⅱ, 상 Ⅲ이 만나는 삼중점과 상 Ⅱ, 상 Ⅲ, 상 Ⅳ이 만나는 삼중점으로 총 2개가 있음

ㄷ. a에서 압력이 증가하면 상 Ⅱ에서 상 Ⅲ이 되므로 상 Ⅲ이 상 Ⅱ보다 밀도가 더 큼 

 

 

6. 다음은 기체 X가 Y로 분해되는 반응의 균형 반응식이다.

 

X (g) → 2Y (g)

 

그림은 실린더에 1몰의 X만을 넣은 초기 상태 a로부터 일정 부피에서 분해 반응으로 b와 c에 순차적으로 도달한 후, 일정 온도에서 실린더 부피를 증가시켜 상태 d에 도달한 것을 나타낸 것이다. Y의 몰수는 b에서 1이고, c와 d에서는 2이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체는 이상 기체이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

ㄱ. a → b일 때 X 1몰 중 0.5몰이 반응하여 Y가 1몰이 생성되었으므로 X의 부분 압력은 0.5 / (1 + 0.5) × 0.5 = 1/6 atm

ㄴ. c → d는 등온반응이므로 P × V = (1/3) × V₁ = (1/4) × V₂ ⇔ V₂ = (4/3) V₁ 

ㄷ. 다시 정리하면, a는 n_X = 1 mol, n_Y = 0 mol이고 b는 n_X = 0.5 mol, n_Y = 1 mol이며 c와 d는 n_X = 0 mol, n_Y = 2 mol인 상황. 제곱 평균 제곱근 속력 v_rms = (3RT / M)^0.5를 이용하면 됨. T_d = T_c = T_a/6 (∵ 온도는 부피에 비례하고 몰수에 반비례)이고, M_d = M_Y = M_X/2 = M_a/2이므로 v_rms,d = v_rms,a / √3.

 

 

7. 표는 용매 A 100 g에 용질 X와 Y를 녹인 용액 ㈎ ~ ㈐에 대한 자료이다. A의 몰랄 내림 상수는 K_f (℃·kg/mol)이고, X와 Y의 분자량은 각각 M_X와 M_Y이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, X와 Y는 서로 반응하지 않고 비휘발성 비전해질이며, 용액은 이상 용액이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ① 

ㄱ. 어는점 내림 = K_f × 몰랄 농도이므로, (a / M_X) / 0.1 × K_f = ΔT ⇔ K_f = M_X × ΔT / 10a  

ㄴ, ㄷ. 2 × (a / M_X) / 0.1 × K_f = (b / M_Y) / 0.1 × K_f이고 7 × (a / M_X) / 0.1 × K_f = (b / M_X) / 0.1 × K_f + (2b / M_Y) / 0.1 × K_f이므로, 이 연립방정식을 풀면 M_Y = 1.5 M_X, b = 3a를 얻음 

 

 

8. 다음은 A와 B로부터 C가 생성되는 반응의 균형 반응식과 온도 T에서 농도로 정의된 평형 상수(K_c)를 나타낸 것이다.

 

aA (g) + B (g) ⇄ 2C (g), K_c

 

표는 온도 T의 실험 Ⅰ ~ Ⅲ에서 초기 농도에 따른 평형 농도를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

ㄱ. Ⅰ에서 B의 반응량 : B의 잔존량 : C의 생성량 = 1 : 2 : 2이므로 x = 2 M을 얻을 수 있음. A의 잔존량이 2 M이므로 a = 2이고 K_c = 0.5

ㄴ. y는 3인 경우 B의 농도 = 2 M, C의 농도 = 3 M이므로 반응지수 = 평형상수가 성립함

ㄷ. z가 2y = 6인 경우 B의 농도 = 4, C의 농도 = 6이므로 반응지수 = 0.25 ＜ 평형상수라서 평형이 되려면 반응이 더 일어나야 하고 그러므로 z는 2y보다 작음

 

 

9. 다음은 기체 A로부터 기체 B와 C가 생성되는 반응의 열화학 반응식을 나타낸 것이다.

 

2A (g) ⇄ B (g) + C (g), ΔHº ＞ 0

 

그림은 A (g), B (g), C (g)의 초기 평형 상태 ㈎로부터 일정 온도에서 부피를 V₂로 변화시켜 평형 상태 ㈏에 도달한 후, 일정 압력에서 온도를 T₂로 변화시켜 평형 상태 ㈐에 도달한 것을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체는 이상 기체이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

ㄱ. 화학평형식은 K_P = P_B × P_C / P_A²으로 표현되는데, 갑작스런 부피 증가로 P_A, P_B, P_C가 동일한 비율로 감소해도 화학평형식 성립 여부에 영향을 주지 않으므로, ㈏에서 C는 3몰 존재하고 C의 부분 압력은 2P × 0.5 = P가 됨

ㄴ. ㈐에서 A의 부분 압력이 P인 것으로 보아 A는 3몰이고 반응식 상으로는 B가 0.5몰, C가 2.5몰이 되어 y = 5x가 성립

ㄷ. T₁이 T₂가 되어 역반응이 진행되었는데, 흡열반응(ΔHº > 0)이므로 온도가 낮아졌다는 것을 암시

 

 

10. 그림은 25 ℃에서 아이오딘화 수소(HI)의 분해와 관련된 반응들의 표준 반응 엔탈피(ΔHº)를 각각 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

① b ＜ 0, c ＞ 0, d ＞ 0이 성립

② 원자 반지름이 클수록 홀전자 원소가 안정화되므로 d가 c보다 작음

③ I₂의 가장 안정한 상태가 고체 상태이므로 HI(g)의 표준 생성 엔탈피는 -(a+b)/2가 되어야 함

④ 결합에너지는 어떤 물질 1몰이 그 물질을 구성하고 있는 원자들의 기체상으로 분해될 때의 반응 엔탈피

⑤ I₂의 표준 승화 엔탈피는 I₂ (s) → I₂ (g)일 때의 반응 엔탈피이므로 -b 

 

 

11. 다음은 H₂O (ℓ)이 증발하는 과정의 반응식과 압력으로 정의된 평형 상수(K_p)를 나타낸 것이다. 

 

H₂O (ℓ) ⇄ H₂O (g), K_p

 

323 K에서 H₂O (ℓ)의 증기압은 0.1 atm이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체 상수 R는 8.32 J/K·mol이고, H₂O의 정상 끓는점은 373 K이며, 온도에 따른 표준 증발 엔탈피(ΔH_증발º)와 표준 증발 엔트로피(ΔS_증발º)의 변화는 없다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

ㄱ. K_p = P_H2O(g) = 0.1 

ㄴ. ΔG_증발º = -RT ln K_p 

ㄷ. 373 K (100 ℃)에서 증기압 = 1기압이 되어 비등 현상이 나타나므로 클라우지우스-클라페이론(Clausius-Clapeyron)에 의해 다음과 같이 표준 증발 엔탈피(ΔH_증발º)를 구할 수 있음

 

 

 

12. 다음은 기체 A로부터 기체 B와 C가 생성되는 반응의 화학반응식과 속도 법칙을 나타낸 것이다.

 

A (g) → B (g) + C (g), 반응속도 = k[A]ⁿ

 

표는 A의 초기 농도([A]₀)가 서로 다른 2가지 조건, ㈎와 ㈏에서 반응을 시작할 때, 생성된 B의 농도([B])와 [A]₀의 비 ([B] / [A]₀)를 반응시간에 따라 각각 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, n은 0, 1, 2 중 하나이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

ㄱ. 2차 반응식 1 / [A]_t = 1 / [A]₀ + kt가 잘 성립하는 것으로 보아 n = 2이고 k의 단위는 M^-1s^-1 

 

○ ㈎에 대한 분석

[B]_t = [A]₀ - [A]_t

⇔ [B]_t / [A]₀ = 1 - [A]_t/[A]₀ = 0 (0 s), 4/9 (1 s), 8/13 (2 s), ∙∙∙

⇔ [A]_t / [A]₀ = 1 (0 s), 5/9 (1 s), 5/13 (2 s), ∙∙∙

⇔ 1 / [A]_t = 5/10 (0 s), 9/10 (1 s), 13/10 (2 s), ∙∙∙

⇔ 초당 일정하게 4/10만큼 증가하므로 2차 반응

 

○ ㈏에 대한 분석

[B]_t = [A]₀ - [A]_t

⇔ [B]_t / [A]₀ = 1 - [A]_t/[A]₀ = 0 (0 s), 1/6 (1 s), 2/7 (2 s), ∙∙∙

⇔ [A]_t / [A]₀ = 1 (0 s), 5/6 (1 s), 5/7 (2 s), ∙∙∙

⇔ 1 / [A]_t = 10/5 (0 s), 12/5 (1 s), 14/5 (2 s), ∙∙∙

⇔ 초당 일정하게 2/5만큼 증가하므로 2차 반응

 

ㄴ. 1 / [A]₁ = 9 / 10 = 1 / [A]₀ + k_t = 1/2 + k로부터 k = 0.4가 성립하므로, ㈎에서 초기 반응 속도는 0.4 × 22 = 1.6 MS^-1 

ㄷ. t_1/2 = 1 / k[A]₀이므로 반감기는 5 s

 

 

13. 다음은 2NO₂ (g) + F₂ (g) → 2NO₂F (g) 반응에 대해 제안된 반응 메커니즘과, 이에 근거한 속도 법칙을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

ㄱ. 단계 (1)이 속도 결정 단계이므로 m = n = 1

ㄴ. k = k₁ 

ㄷ. 일반적인 반응은 반응물 → 전이상태 → 중간체 → ···  → 중간체 → 전이상태 → 생성물와 같이 이루어짐

 

 

14. 표는 25 ℃ 수용액에서 3가지 약산의 이온화 상수(K_a)를 나타낸 것이다. 25 ℃에서 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25 ℃에서 물의 자체 이온화 상수(K_w)는 1.0 × 10^-14이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

ㄱ. K_a가 낮을수록 산의 세기가 강하고 짝염기의 세기가 약하므로 선지는 맞는 설명

ㄴ. K_b = 1.0 × 10^-8이고 pOH = -0.5 log K_b = 4이므로 pH = 14 - pOH = 10 

ㄷ. K = KHONH₃⁺ / KHNO₂ = 10^-2 / 5 

 

 

15. 그림은 25 ℃에서 아세트산(CH₃COOH) 용액을 0.1 M NaOH 용액으로 적정할 때, 첨가한 NaOH 용액의 부피 (V_NaOH)에 따라 혼합 용액에 들어 있는 이온 중 ㈎와 ㈏ 이온의 몰수를 각각 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25 ℃에서 아세트산의 산 해리 상수(K_a)는 1.0 × 10^-5이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

ㄱ. a = 0.1 M × 100 mL = 10 mmol = 0.01 mol

ㄴ. ㈎는 CH₃COO^-이고 ㈏는 OH^- 

ㄷ. 핸더슨-하셀바흐 식에 따라, pH = pK_a + log ([CH₃COO^-] / [CH₃COOH]) = pKa = 5

 

 

16. 다음은 25 ℃에서 구리(Cu)와 은(Ag)이 질산(HNO₃) 수용액에 녹는 반응의 균형 반응식과 평형 상수(K₁, K₂)를 각각 나타낸 것이고, 표는 관련 반쪽 반응의 표준 환원 전위(Eº)이다. 25 ℃에서 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

ㄱ. NO₃^-에서 산소의 산화수는 -2이므로 N의 산화수는 +5 

ㄴ. 산화 반응은 Cu (Cu의 산화수 : 0) → Cu(NO₃)₂ (Cu의 산화수 : +2)이고 환원 반응은 HNO₃ (N의 산화수 : +5) → NO (N의 산화수 : +3)이므로 산화수법에 따라 3 × 2 = b × 3 ⇔ b = 2가 성립. 질소 개수를 맞추려면 a = 6 + 2 = 8. c = a / 2 = 4

ㄷ. ΔG₁º = -6F(-0.34 + 0.96) = -RT ln K₁, ΔG₂º = -3F(-0.80 + 0.96) = -RT ln K₂이므로, log (K₁ / K₂) = [6 × (-0.34 + 0.96) - 3 × (-0.80 + 0.96)] / 0.0592 = 3.24 / 0.0592

 

 

17. 그림은 납(Pb) 전극이 사용된 2개의 반쪽 전지를 염다리로 연결한 갈바니 전지의 초기 상태와, 25 ℃에서 반쪽 반응의 표준 환원 전위(Eº)를 나타낸 것이다. 25 ℃에서 이 전지에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ①

ㄱ. Pb²⁺ (고농도) → Pb²⁺ (저농도)가 되는 반응에 대하여, E = Eº - 0.0592 / 2 log Q = 0 - 0.0592 / 2 log (0.01) = 0.0592

ㄴ. 엔트로피의 원리에 따라 오른쪽 비커에서 [Pb²⁺]의 농도는 줄어듦

ㄷ. 왼쪽 비커에 NaI를 가하여 [Pb²⁺]를 감소시키면 농도차가 심해지므로 전지 기전력은 증가함

 

 

18. 다음 화학 반응식은 Ni²⁺ 착물의 리간드 치환 반응 ㈎와 ㈏를 나타낸 것이고, 표는 300 K에서 반응 ㈎와 ㈏의 표준 반응 엔탈피(ΔHº)와 표준 반응 엔트로피(ΔSº)를 나타낸 것이다. 300 K에서 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, en은 에틸렌다이아민이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

ㄱ. 반응물에 한 개의 en이 더 첨가되어 2개의 NH₃가 더 생성되었으므로 엔트로피적으로 더 무질서해짐 (a ＞ 70). 이를 킬레이트 효과라고 함

ㄴ. ΔGº = ΔHº - TΔSº = -10 - 300 × 0.07 = -32 (kJ)

ㄷ. [Ni(en₂)(H₂O)₂]²⁺는 cis/trans 이성질체가 존재하고, [Ni(en)₃]²⁺는 Λ / Δ 이성질체가 존재함 

 

출처 : 이미지 클릭

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19. 표는 바닥 상태에 있는 3가지 팔면체 착이온의 색, 가시 영역의 최대 흡수 파장(λ_최대), 자기적 성질을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 착이온의 색은 Co의 d 오비탈 사이의 전자 전이에 의한 것이고, en은 에틸렌다이아민이다.) 

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

① 보색의 색상표 원리에 따라 [CoF₆]^3-의 흡수색은 빨강이고 [Co(en)₃]³⁺의 흡수색은 파랑이므로 ㈎는 700보다 작음

② [Co(H₂O)₆]³⁺이 high spin이므로 최대 흡수 파장이 더 긴 [CoF₆]^3-도 high spin이 되어 ㈏는 상자기성

③ F^-는 H₂O보다 리간드 장 갈라짐이 적으므로 더 약한 장 리간드 (리간드장 이론)

④ [Co(en)₃]³⁺과 [CoF₆]^3-에서 Co의 산화수는 +3으로 동일함

⑤ 고스핀에서도 에너지 준위차가 있으므로 d_x²-y², d_z² 오비탈에 가장 마지막으로 전자가 배치하므로 [CoF₆]^3-에서 Co의 d 오비탈 전자는 6개이고 3d_x²-y²과 3d_z²는 각각 1개의 전자가 채워져 있음

 

 

20. 다음은 HCl 표준 용액을 제조하는 실험이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

⑵ 풀이 : ④

① 탄산 소듐은 조해성이 있으므로 잔존하는 수분을 제거하여 정확한 질량임을 담보할 필요가 있음. 실제로 100 ℃보다 더 높은 110 ℃로 한 이유는 수분을 제거하기 위함이라는 증거

② ㈐에서 가해지는 증류수의 부피는 종말점까지 가해지는 HCl 용액의 부피와 관련 없음

③ 페놀프탈레인이라면 산성일 때 무색이고 염기성일 때 붉은색이므로 ㈒의 설명과 일치하지 않음

④ "푸른색이 될 때까지"이므로 pH는 높아진다는 증거 : 용액을 가열하는 것은 H₂CO₃ → H₂O + CO₂인 반응으로 보임

⑤ CO₃^2- + 2H⁺ → H₂CO₃로부터, 1.06 g  × 1 mol / 106 g × 2 = 25 mL × x mol / L로부터 x = 0.8 M

 

입력 : 2022.11.19 11:18