【화학】 2017 MEET/DEET 화학

2017 MEET/DEET 화학

 

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1. 다음은 ¹⁴N의 바닥 상태(N)와 들뜬 상태(N*)의 전자 배치를 나타낸 것이다.

 

N : 1s² 2s² 2p³, N* : 1s² 2s² 2p² 3s¹

 

이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

①, ② 기본적으로 전자 전이가 양성자, 중성자의 개수 변화에 기여하지 못함

③ N 자체는 3개의 p 오비탈에 각각 1개의 전자가 채워져 있어 홀전자가 존재하므로 상자기성

④ N*의 전자 껍질이 더 많으므로 N*가 N보다 큼

⑤ 1차 이온화 에너지 = E_∞ - E_outmost는 N이 더 큼 (∵ E_outmost ∝ 1/n²이 더 작으므로) 

 

 

2. 표는 주기율표 2주기와 3주기 원소의 안정한 이온을 나타낸 것이다.

 

 

이온의 바닥 상태에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

ㄱ. Mg²⁺과 O^2-의 전자 배치는 Ne과 같음

ㄴ. 최외각 전자에 대한 S^2-의 유효 핵전하가 Cl^-보다 작으므로 S^2-가 Cl^-보다 원자 반지름이 더 큼

ㄷ. 최외각 전자에 대한 Be²⁺의 유효 핵전하가 Li⁺보다 크므로 Be²⁺에서 이온화 에너지가 더 큼 

 

 

3. 가장 타당한 루이스 구조를 근거로, 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론과 원자가 결합 이론을 적용하여 다음 화학종에 대해 설명한 것으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

 

NO₂, NO₂⁺, NO₂^-

 

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

ㄱ, ㄴ, ㄷ. 다음은 위에서부터 NO₂, NO₂⁺, NO₂^-의 루이스 구조를 나타냄 

 

 

ㄷ. 비공유전자쌍은 공유전자쌍보다 반발력이 커서 비공유 전자쌍 반대편의 결합각이 작아짐. NO₂^-는 비공유 전자쌍이고, NO₂는 비공유 전자 1개만 있는 상황이므로, NO₂^-에서 ∠ONO가 작아짐

 

 

4. 그림은 이원자 분자 B₂, C₂, N₂의 일반적인 분자 궤도 함수의 에너지 준위 일부를 나타낸 것이다. 아래의 그림에 근거하여 바닥 상태의 B₂, C₂, N₂에 대해 설명한 것으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

ㄱ. B₂는 π_2p 오비탈에 2개의 홀전자가 있으므로 상자기성 

ㄴ. 맞는 설명 

ㄷ. B₂에서 반결합성 궤도 함수에 있는 전자는 0개. N₂도 HOMO가 σ_2p이므로 똑같이 0개임 

 

 

5. 이상 기체(ideal gas)에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, n, P, V, T는 각각 기체의 몰수, 압력, 부피, 절대 온도이다.)

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ③

○ 기체분자운동론

ㄱ. 완전 탄성 충돌이므로 입자의 충돌로 인한 에너지 손실이 없음

ㄴ. 분산력은 기체 입자 간 인력을 암시하는 것으로 기체 입자 간 상호작용이 없다는 가정에 반함 

ㄷ. V = nRT / P 

 

 

6. 그림은 알루미늄(Al) 결정의 입방 단위 세포를 구성하는 모든 원자들의 위치를 나타낸 것이다. A와 C는 단위 세포의 마주보는 두 면이고 B는 단위 세포를 이등분하는 단면이다. Al 결정에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

ㄱ. 원자의 배위수 = 한 원자에 대하여 가장 가까운 원자의 개수 = 12 

ㄴ.  단위 세포 당 원자 개수 = 12 × (1/4) + 1 = 4 

ㄷ. 원자 사이의 최단 거리 = 한 면의 대각선 길이의 반 = √2 a / 2 

 

 

7. 그림은 일정 온도에서 이황화 탄소(CS₂)와 아세톤의 혼합 용액에서 CS₂의 몰분율에 따른 각 성분의 증기압과 혼합 용액의 증기압을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

① 라울의 법칙을 만족하면 혼합 용액은 직선형의 증기압 곡선을 보여주어야 함

② 순수한 아세톤의 증기압 = 250 Torr 

③ 증기에서의 아세톤 몰분율 = 220 / (150 + 220) = 220 / 370 

④ CS₂가 아세톤보다 증기압이 크므로 CS₂가 분자간 인력이 더 작음 

⑤ CS₂-아세톤 간 분자간 인력이 라울의 법칙의 예상치보다 작아 혼합 용액의 증기압 곡선이 위로 볼록함

 

 

8. 그림은 1기압에서 산소(O₂)의 표준 몰 엔트로피(Sº)를 온도에 따라 나타낸 것이다. 50 K에서 고체 상태인 산소가 액체를 거쳐 기체 상태로 변환하는 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

ㄱ. 54 K이 산소의 녹는점, 90 K이 산소의 끓는점임

ㄴ. 평형 반응이므로 ΔG = 0

ㄷ. ΔG = 0 = ΔHº - TΔSº = ΔHº - 90 × 76 (J/mol)

 

 

9. 다음은 25 ℃에서 C₃H₆ (g)의 연소 반응에 대한 열화학 반응식을 나타낸 것이다. 이 반응에 대해 설명한 것으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? 

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ④

ㄱ. 기체 분자 수가 감소하므로 엔트로피는 감소

ㄴ. -390 × 3 - 290 × 3 - ΔHº_C3H6 = -2060. ∴ ΔHº_C3H6 = 20 kJ/mol 

ㄷ. ΔHº = ΔEº + Δ(PV) = ΔEº + (Δn_gas) RT이므로 Δn_gas ＜ 0으로부터 ΔEº ＞ ΔHº을 얻을 수 있음

 

 

10. 다음은 온도 T에서 탄산 칼슘(CaCO₃)의 분해 반응에 대한 열화학 반응식과 평형 상수를 나타낸 것이다. 온도 T와 부피 V에서 이 반응의 평형에 대해 설명한 것으로 옳지 않은 것은? (단, ΔHº와 ΔSº는 온도에 무관하게 일정하다고 가정하고, 전 과정에서 CaCO₃ (s)은 남아 있다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

①, ④, ⑤ K_p = P_CO2 = 1

② 표준상태는 25 ℃, 1 atm이므로 ΔGº = ΔHº - TΔSº = 178 - (273 + 25) × 0.163 = 129.43 kJ ＞ 0

③ ΔG = -RT ln K_p = 0 = ΔH - TΔS. ∴ T = ΔH / ΔS ≃ ΔHº / ΔSº = 178 / 0.163 = 1092 K

 

 

11. 다음은 AgCl (s)의 용해와 관련된 평형 반응식이다. AgCl (s)을 물에 용해시킨 용액 1과 0.10 M NaCl 수용액에 용해시킨 용액 2에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 평형 상태에서 AgCl (s)이 남아 있다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

ㄱ. 용액 1에서의 [Ag⁺] = √ (2.0 × 10^-10) = 1.4 × 10^-5. 용액 2에서의 [Ag⁺] = 2.0 × 10^-10 / 0.10 = 2.0 × 10^-9.

ㄴ. [AgCl (aq)] = [Ag⁺] × [Cl^-] × K₁ = 4 × 10^-7.

ㄷ. [AgCl₂^- (aq)] = [AgCl (aq)] × [Cl^-] × K₂ = 4 × 10^-5 × [Cl^-]이므로 [Cl^-]가 더 큰 용액 2가 더 큰 농도값을 가짐

 

 

12. 다음은 어떤 기체상 반응에 대해 제안된 메커니즘이다. 이 반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

① 최종 반응식 : NO₂ + CO → NO + CO₂ (1 : 1의 몰비로 반응)

② NO₂에 대한 반응 차수는 2 : 단계 1이 속도 결정 단계로서 단일 단계 반응이므로

③ 전체 반응 차수는 2

④ 반응 속도 상수는 k₁ 

⑤ NO는 생성물 

 

 

13. 그림은 반응물 A가 생성물 P로 변환되는 반응에 대해 온도 T₁과 T₂에서 반응물 A의 농도를 시간에 따라 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

ㄱ, ㄴ. 1차 반응의 반응 속도 상수는 k = ln 2 / t_1/2 

ㄷ. T₁에서 10초에서의 반응속도 : T₂에서 10초에서의 반응속도 = 1 × 0.4 : 2 × 0.2 = 1 : 1 

 

 

14. 다음은 0.10 M NH₃ 수용액의 평형 반응식과 평형 상수이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

① NH₄⁺의 짝염기는 NH₃ 

②, ③ NH₄⁺의 pK_a = 14 - pK_b ＜ 14이므로 H₂O보다 강산이 맞음

④ [NH₃] + [NH₄⁺] = [NH₃]₀ = 0.10

⑤ 전하균형에 의해 모든 양이온의 농도의 합과 음이온의 농도의 합은 같음

 

 

15. 일양성자산 HA (pK_a = 3.4)와 HB (pK_a = 8.4)의 혼합 수용액이 있다. 표는 25 ℃에서 혼합 수용액 50.0 mL 씩을 변색 범위가 다른 두 지시약을 각각 사용하여 0.20 M NaOH 표준 용액으로 적정한 결과를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

ㄱ, ㄴ. ㈎로부터 초기 HA의 양 = 10 × 0.2 = 2 mmol임을 알 수 있고, ㈏로부터 초기 HB의 양 = (20 - 10) × 0.2 = 2 mmol임을 알 수 있음. pH = 3.4 + log ([A^-] / [HA]) = 8.4 + log([B^-] / [HB])인데 HA와 HB의 농도가 같으므로 [A^-] ＞ [B^-]를 얻을 수 있음 

ㄷ. ㈏에서 가해진 NaOH가 15 mL이면 HA의 양 = 0 mmol, A^-의 양 = 2 mmol, HB의 양 = 1 mmol, B^-의 양 = 1 mmol. 가해진 NaOH가 10 mL이면 HA의 양 = 0 mmol, A^-의 양 = 2 mmol, HB의 양 = 2 mmol, B^-의 양 = 0 mmol. 완충 능력은 짝산과 짝염기가 1 : 1로 있을 때 가장 큼 

 

 

16. 다음은 에탄올(C₂H₅OH) 검출 장치에서 일어나는 수용액에서의 산화-환원 반응과, 관련된 반쪽 반응 및 25 ℃에서의 표준 환원 전위(Eº)를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

ㄱ, ㄴ. C₂H₅OH (C의 산화수 : -2) → CH₃COOH (C의 산화수 : 0). Cr₂O₇^2- (Cr의 산화수 : +6) → 2Cr³⁺ (Cr의 산화수 : +3). 따라서 산화반응의 산화수 변화와 환원반응의 산화수 변화의 합이 0이 되려면 C₂H₅OH 3몰 당 Cr₂O₇^2- 2몰이 반응함 

ㄷ. 네른스트 방정식의 유도 : ΔG = ΔGº + RT ln K = 0. ∴ ΔGº = -nF ΔEº = -RT ln K. ∴ 1.3 = (RT / nF) × log K = (0.0592 / 12) × log K  

 

 

17. 그림은 구리(Cu)를 전극으로 사용한 두 반쪽 전지를 염다리로 연결한 갈바니 전지를 나타낸 것이다. 왼쪽 비커에는 0.10 M Cu²⁺ 수용액 100 mL를, 오른쪽 비커에는 0.20 M Cu²⁺ 수용액 100 mL를 넣었다. 다음은 반쪽 전지의 반응식과 25 ℃에서의 표준 환원 전위이다.

 

Cu²⁺ (aq) + 2e^- ⇄ Cu (s),   Eº = 0.339 V

 

25 ℃에서 이 전지에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ②

① E = Eº - (0.0592 / n) × log Q = 0 - (0.0592 / 2) × log (1/2) = (0.0592 / 2) × log 2

②, ③, ④ 왼쪽은 더 양전하를 띠고 오른쪽은 더 음전하를 띠어서 엔트로피를 증가시켜야 하므로, 맞는 설명

⑤ 초기 기전력은 오직 반응상수에 영향을 주는 농도와만 관련이 있음  

 

 

18. 그림은 평면 사각형 구조를 갖는 [PtCl₄]^2-에서 중심 금속 Pt²⁺의 5d 오비탈 에너지 갈라짐을 결정장 이론을 적용하여 나타낸 것이다. ㈎ ~ ㈐에 해당하는 오비탈을 옳게 짝을 지은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

○ 필수 암기 사항 

 

 

19. 그림은 수용액에서 [Co(H₂O)₆]²⁺으로부터 화합물 ㈎ ~ ㈐를 합성하는 반응을, 표는 관련 착이온의 결정장 갈라짐을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

① 산염기 반응이 일어나므로 [Co(OH)₆]^4-와 같은 착물이 만들어짐. 단, NH₃가 과량이 아니므로 모든 리간드가 OH^-는 아님 

② 산염기 반응은 산화수를 바꾸지 않음

③ 중심 금속의 산화수가 바뀌므로 산화 반응. free electron이 유리되는 간단한 반응으로 보임

④ NH₃가 배위된 경우에서 결정장 갈라짐이 더 크므로 NH₃가 더 강한 장 리간드

⑤ 중심 금속의 산화수가 클수록 전자를 더 강하게 끌어당겨 전자 간 반발이 갈라지고, 이로 인해 결정장 갈라짐이 커짐 

 

 

20. 다음과 같이 EDTA 역적정 방법으로 수용액 시료의 Ni²⁺ 농도를 결정하였다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

①, ②, ③ 기본적으로 Ni²⁺와 ETDA^2-가 1 : 1로 결합하고, 남은 EDTA^2-가 Mg²⁺와 결합하게 되고 남은 Mg²⁺의 양을 정량하게 됨. 이때 강하게 결합할수록 착물 형성 상수가 크므로, EDTA와의 착물 형성 상수는 Ni²⁺이 Mg²⁺보다 크고 Mg²⁺ 과의 착물 형성 상수는 EDTA가 EBT보다 큼  

④ 반응하고 남은 Mg²⁺이 EBT와 착물을 형성하면서 자주색으로의 변색이 일어나게 됨 

⑤ Ni²⁺와 반응 후 남아 있는 EDTA의 양 = 0.5 mmol. 그러므로 Ni²⁺의 양은 1.5 mmol - 0.5 mmol = 1 mmol로서 농도는 1 mmol × / 20 mL = 0.05 M  

 

입력 : 2023.07.22 16:10