【화학】 2018 MEET/DEET 화학

2018 MEET/DEET 화학

 

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1. 바닥 상태의 ¹⁶O 원자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

①, ②, ③ 원자 표현

 

 

○ A : 원자량

○ B : 원자번호

○ C : 전하량

○ D : 원자의 개수

④, ⑤ 오비탈 전자 배치

 

 

2. 표는 2주기 원소인 Li, Be, B의 원자 반지름, 최외각 전자의 유효 핵전하, 1차 이온화 에너지, 2차 이온화 에너지, 전기음성도를 각각 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

① 같은 주기에서 원자번호가 증가할수록 원자 반지름은 감소함

② 같은 주기에서 원자번호가 증가함에 따라 원자반지름이 작아지므로 유효핵전하 증가

③ 1차 이온화 에너지는 2족 ↔ 13족, 15족 ↔ 16족 관계를 제외하고는 같은 주기에서 원자번호가 증가할수록 증가

④ 2차 이온화 에너지는 1차 이온화 에너지의 평행이동 성격

⑤ 전기음성도는 F와 가까워질수록 커짐 

 

 

3. 가장 타당한 루이스 구조를 근거로, 원자가 껍질 전자쌍 반발 이론을 적용하여 XeF₂와 XeF₄에 대해 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

① F의 산화수는 -1이지만 형식전하는 0

② XeF₂의 구조 

 

 

③, ④ XeF4의 구조

 

 

⑤ 두 분자 모두 대칭성이 있으므로 비극성

 

 

4. 그림은 붕소(B)의 원자 오비탈로부터 만들어진 B₂의 분자 오비탈 에너지 준위의 일부를 나타낸 것이다. 바닥 상태의 B₂에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

ㄱ. 전자는 σ_2s에 2개, σ_2s*에 2개, 각 π_2p에 1개씩 총 6개가 MO에 채워져 있음 

ㄴ. π2p에 홀전자 2개가 존재하므로 상자기성

ㄷ. B₂의 1차 이온화 에너지 = E_∞ - E_π2p ＞ E_∞ - E_2p = B의 1차 이온화 에너지 

 

 

5. 그림은 244 K에서 콕으로 분리된 두 용기에 H₂와 1.2 g의 기체 A를 각각 채운 상태를 나타낸 것이다. 콕을 열고 기체의 이동을 허용하여 244 K에서 평형에 도달하게 하였을 때, 이 평형 상태에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 두 기체는 서로 반응하지 않는 이상 기체이며, 244 K에서 RT = 20 atm·L/mol이다.)

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ③

ㄱ. A의 분자량 = mRT / PV = 1.2 × 20 / 0.6 = 40 g/mol

ㄴ. P'V' = PV로부터, P' = 2 × 1.2 ÷ 3 = 0.8 atm

ㄷ. n = PV / RT로부터, n = n_H2 + n_A = 2.4 / 20 + 0.6 / 20 = 0.15 mol 

 

 

6. 그림은 298 K에서 A, B, C의 혼합 용액이 증기와 평형을 이루고 있는 상태를 나타낸 것이다. 평형의 용액에서 몰비 A : B : C는 2 : 3 : 5이며 전체 증기압은 310 Torr이다. 298 K에서 순수한 A, B의 증기압은 각각 300 Torr와 500 Torr이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, 혼합 용액은 이상 용액이며, 증기는 이상 기체 상태 방정식을 따른다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

ㄱ. 증기 속 A의 분압 = 300 × 20% = 60 Torr

ㄴ. 310 = 300 × 20% + 500 × 30% + P_C × 50%로부터 순수한 C의 증기압 = P_C = 200 Torr를 얻음

ㄷ. 증기 속 B의 몰분율 = 500 × 30% / 310 ＞ 30% = 액체 속 B의 몰분율  

 

 

7. 그림은 섬아연석 ZnS 결정의 입방 단위 세포를 구성하는 모든 이온들의 위치를 나타낸 것이다. 섬아연석 ZnS에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

① 면심 입방 구조 

② Zn²⁺의 배위수 = Zn²⁺가 가장 가까운 원자, 즉 S^2-의 개수 = 4

③ S^2-의 배위수 = S^2-와 가장 가까운 원자, 즉 Zn²⁺의 개수 = 4 

④ 단위 세포 당 S^2-의 개수 = 8 × 1/8 + 6 × 1/2 = 4 

⑤ 한 S^2-를 기준으로 인접한 12개의 S^2-와의 각 거리는 모두 동일하고, 그 값은 √2 a / 2 

 

 

8. 그림은 CO₂ (g)와 CaCO₃ (s)가 물에 녹는 과정을 나타낸 것이다. 표는 298 K에서 이 수용액에서의 평형 반응식과 평형 상수이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

ㄱ. 첫 번째 식과 두 번째 식을 더한 뒤, 세 번째 식을 빼어 줌 : ㈎ = (2 × 10^-3) × (2 × 10^-4) ÷ (5 × 10^-11) = 8 × 10³ 

ㄴ. 대기의 CO₂ 압력이 높아지면 CO₃^2-와 더 많이 반응하므로, 용해도 평형을 이루는 CaCO₃가 더 많이 용해돼야 함

ㄷ. pH가 낮아지면 CO₃^2-가 적어지므로, 용해도 평형을 이루는 CaCO₃가 더 많이 용해돼야 함 

 

 

9. 두 온도 200 K와 400 K에서 반응물 A가 생성물 P로 변환되는 반응에 대하여 표는 A의 농도 [A]를 반응 시간에 따라 나타낸 것이고, 그림은 1 / [A]을 반응 시간에 따라 나타낸 것이다. 이 반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 기체 상수 R는 8.31 J/mol·K이다.)

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ④

① 2차 반응 

② 1 / [A] = kt + 1 / [A]₀로부터 t_1/2 = 1 / k[A]₀를 얻게 됨

③ k_{200 K} = 1 / (1.00 × 20) = 0.05 M^-1s^-1 

④ k_{400 K} = 1 / (1.00 × 10) = 0.1 M^-1s^-1. v_{200 K, 20 s} = 0.05 × 0.50² = 1/80 M/s. v_{400 K, 20 s} = 0.1 × 0.33² = 1/90 M/s

⑤ 아레니우스 식 ln k = ln A - E_a / RT로부터, ln (k₂ / k₁) = (E_a / R) × (1/T₁ - 1/T₂)를 얻을 수 있음 

 

 

10. 그림은 반응물 A가 생성물 D로 변환되는 과정의 반응 좌표에 따른 퍼텐셜 에너지를 나타낸 것이다. A → D 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

ㄱ. 생성물 D의 에너지가 반응물 A의 에너지보다 낮으므로 발열 반응 

ㄴ. B는 중간체이고 전이 상태는 그래프 상의 극대점을 의미함 

ㄷ. 속도 결정 단계는 활성화 에너지가 가장 큰 B → C 단계 

 

 

11. 다음은 298 K의 표준 상태에서 이산화탄소(CO₂)와 관련된 열화학 반응식이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ②

① C(s)의 표준 연소 엔탈피는 -390 kJ/mol

②, ④ CO₂(g)와 CO₂(s)의 표준 생성 엔탈피는 각각 -390, -415 (= -390-25) kJ/mol

③ CO₂(s)의 표준 승화 엔탈피는 25 kJ/mol

⑤ C와 O 원자 간의 평균 결합 에너지를 알려면 CO₂(g)와 C(g), O(g)를 비교해야 함 

 

 

12. 그림은 298 K에서 플루오린화 소듐(NaF)이 물에 용해되는 과정을, 표는 ㈎ ~ ㈑ 과정의 엔탈피 변화(ΔH)와 엔트로피 변화(ΔS)를 각각 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

① ㈏ 과정은 엔탈피가 음수이므로 열이 방출됨 

② ㈐ 과정은 ΔG = ΔH - TΔS = -523 + 47 ＜ 0이므로 자발적으로 진행됨

③ ㈐ 과정에서 TΔS ＜ 0이므로 F^-(g)의 수화 엔트로피는 음수

④ NaF(s)의 용해 엔트로피는 -2 / 298 kJ/mol·K

⑤ 격자 에너지는 각 성분 원소가 기체 홑원소로 쪼개질 때 얻어지는 엔탈피를 지칭함  

 

 

13. 그림은 두 액체 A와 B의 온도에 따른 증기압(P_증기)을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 표준 기화 엔탈피(ΔH_기화°)는 온도에 무관하게 일정하고, 기체 상수 R는 8.31 J/mol·K이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

① B는 A보다 y 값이 높으므로 휘발성이 더 큼

② A가 B보다 휘발성이 작으므로 분자 간 인력이 더 큼 

③ P증기 = 1 atm이 되면 대기압과 증기압이 같아져 끓음 현상이 나타나고, 이 경우 A는 373 K일 때 일어남

④, ⑤ 클라우지우스-클라페이론(Clausius-Clapeyron)에 따르면 ΔH기화º는 기울기의 절댓값에 비례함

 

 

 

14. 질량 백분율 36.5%의 진한 염산 V mL를 물로 묽혀 0.10 M의 묽은 염산 100 mL를 만들었다. 36.5% 염산의 밀도는 1.2 g/mL이며 HCl의 몰질량 36.5 g/mol이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ①

ㄱ. 원래 용액의 총 무게는 1.2 V (g), 염산의 무게는 1.2 × 0.365 V (g), 염산의 몰수는 1.2V / 100 (mol). 따라서 염산의 몰농도는 1.2 V / 100 (mol) / V (mL) × 1000 (mL/L) = 12 (mol/L) = 12 (M).

ㄴ. 묽힘 전후로 HCl의 총량은 동일하므로, 1.2 V / 100 = 0.10 × 0.1 (mol). 즉, V = 1/1.2 (mol)

ㄷ. 36.5% 염산의 몰랄 농도 = 1.2V / 100 (mol) / (1.2 V - 1.2 × 0.365 V) (g) × 1000 (g/kg) = 10 / 0.635 m

 

 

15. 표는 298 K에서 인산(H₃PO₄)의 산 해리 반응식과 산 해리 상수 pK_a를 나타낸 것이다. 298 K에서 NaH₂PO₄ 0.5 mol과 Na₂HPO₄ 0.5 mol을 물에 녹여 1 L의 혼합 용액을 만들었다. 이 용액에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, log 2 = 0.3이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ⑤

① 핸더슨-하셀바흐 식에 따르면, pH는 6.7 

② pH = 6.7 = 1.9 + log ([H₂PO₄^-] / [H₃PO₄]). ∴ [H₂PO₄^-] / [H₃PO₄] = 10^4.8 

③ 물을 가해서 전체 부피를 바꾸더라도 용질비가 유지되어서 핸더슨-하셀바흐 식에 따라 pH는 일정

④ H₂PO₄^-가 (0.5 + 1/3) mol, HPO₄^2-가 (0.5 - 1/6) mol인 상황과 동일해서 pH = 6.7 + log (1 / 2.5)가 됨

⑤ H₂PO₄^-가 (0.5 - 1/6) mol, HPO₄^2-가 (0.5 + 1/6) mol인 상황과 동일해서 pH = 6.7 + log 2 = 7.0이 됨 

 

 

16. 그림은 표준 수소 전극과 Cu²⁺ / Cu 반쪽 전지로 구성된 갈바니 전지와, 298 K에서 관련 반응의 표준 환원 전위(E°)를 나타낸 것이다. 왼쪽 비커에는 H⁺의 농도가 1.0 M인 수용액이, 오른쪽 비커에는 푸른색의 1.0 M Cu²⁺ 수용액이 들어있다. 298 K에서 이 전지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제

 

 

 

⑵ 풀이 : ④

① E = 0.34 - 0 = 0.34 (V)

② 전자가 H₂에서 나와 도선을 타고 이동한 뒤, Cu²⁺를 환원시켜 Cu를 침전시킴 

③ 준식 = 두 번째 식 - 첫 번째 식

④ E = Eº - (0.0592 / 2) log ([H⁺]² / P_H2·[Cu²⁺])인데, pH를 높이면 [H⁺]가 낮아져서 기전력은 높아짐

⑤ 반응이 진행되면 파란색을 내는 Cu²⁺의 농도가 낮아져 수용액의 색깔이 옅어짐 

 

 

17. 그림은 산성 조건에서 0.200 M의 과망가니즈산 포타슘(KMnO₄) 수용액으로 미지 농도의 과산화수소(H₂O₂) 수용액 100 mL를 산화-환원 적정하는 실험과 두 반쪽 반응식을 나타낸 것이다. 종말점까지 사용된 KMnO₄ 수용액의 부피는 5.00 mL이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

⑴ 문제 

 

 

⑵ 풀이 : ②

① MnO₄^-에서 Mn의 산화수가 +7이고 Mn²⁺에서 Mn의 산화수가 +2이므로 산화수가 감소함. 따라서 MnO₄^-는 다른 화학종의 산화수를 높이므로 산화제가 맞음 

② MnO₄^- → Mn²⁺에서 Mn의 산화수 변화는 -5. H₂O₂ → O₂에서 O₂의 산화수 변화는 총 +2. 따라서 전하 균형을 위해 MnO₄^-와 H₂O₂는 2 : 5의 몰비로 반응해야 함

③ 과망가니즈산 포타슘은 산화수가 매우 높아 환원하는 게 자연스러움. 따라서 H₂O₂는 환원제로 작용함 

④ H-O-O-H의 구조에서 각 산소는 H로부터 전자를 1개 가져오는 식므로 산화수가 -1이 됨 (cf. 산화수 계산하는 법)

⑤ 초기 H₂O₂ 수용액의 농도 = 0.200 M × 5 mL × 5/2 ÷ 100 mL = 0.025 M

 

 

18. 착이온 [FeCl₄]^-의 분자 구조는 정사면체이고 착이온 [Ni(CN)₄]^2-의 분자 구조는 평면 사각형이다. 중심 금속의 3d 오비탈 결정장 갈라짐을 고려할 때 바닥 상태에서 두 착이온의 홀전자 개수가 옳게 짝지어진 것은?

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

○ [FeCl₄]^-

○ 중심금속(Fe)의 산화수 = +3

○ 4s 오비탈이 먼저 제거되고, 그 뒤 3d⁶가 3d⁵가 됨 

○ Cl^-의 리간드장 갈라짐이 약해 high-spin으로 보면 홀전자의 개수 = 5가 됨

○ [Ni(CN)4]2- 

○ 중심금속(Ni)의 산화수 = +2

○ 4s 오비탈이 먼저 제거되고, 3d⁸은 그대로 3d⁸이 됨

○ CN^-의 리간드장 갈라짐이 강해 low-spin으로 보면 홀전자의 개수 = 0이 됨 

 

 

19. 팔면체 코발트 착이온, [Co(CN)₆]^3-, [Co(en)₃]³⁺, [Co(en)₂Cl₂]⁺에 대한 설명으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은? (단, en은 NH₂CH₂CH₂NH₂이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ④

○ Co가 d 오비탈 전자 7개를 가지고 있는데 세 화학종 모두 Co의 산화수가 +3. 그러므로 d 오비탈 전자 6개를 고려해야 함

ㄱ. CN^-는 센 장 리간드로서 d_xy, d_yz, d_xz에 d 오비탈 전자 6개가 모두 채워져 [Co(CN)₆]^3-는 반자기성이 됨 

ㄴ. [Co(en)₃]³⁺의 거울상 이성질체 

 

 

ㄷ. [Co(en)₂Cl₂]⁺의 이성질체

 

 

 

20. 다음은 황산 구리(Ⅱ) 수화물의 화학식 CuSO₄·nH₂O에서 정수 n을 결정하기 위한 실험이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, CuSO₄와 H₂O의 화학식량은 각각 160과 18이다.)

⑴ 문제

 

 

⑵ 풀이 : ③

① 물질의 분류 : 불균일 혼합물이 아니라 화합물 

② H₂O는 중성 리간드이기 때문에 중심금속(Cu)의 산화수에 영향을 미치지 않음 

③ 맞는 설명 

④ 과정 ㈏의 푸른색 시료에서 H₂O의 질량 백분율은 (5.02 - 3.23) / 5.02 × 100 (%)

⑤ n = m_H2O ÷ m_CuSO4 = [(5.02 - 3.23) / 18] ÷ [3.23 / 160] = (160 / 18) × (5.02 - 3.23) / 3.23 

 

입력: 2023.06.03 13:13