2011 MEET/DEET 화학
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1. 그림은 주기율표 2주기 원소의 일부에 대하여 원자 번호에 따른 제1 이온화 에너지를 나타낸 것이다. 원소의 바닥 상태 원자에 대한 설명으로 옳은 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ④
○ 고전원자론
① 일반적으로 제1 이온화 에너지는 족이 증가할수록 커지지만, 2족에서 13족으로 갈 때와 15족에서 16족으로 갈 때 제1 이온화 에너지가 감소함. 따라서 n ~ n+4는 모두 2주기이므로 n은 3족 원소인 B. 따라서 n-1번은 2족 원소이므로 n-1번 원자가 n번 원자보다 제1 이온화 에너지가 더 큼
② n번 원자(= B)와 n+1번 원자(= C)의 제4 이온화 에너지의 비교는 He와 Li의 제1 이온화 에너지 비교와 같아서 n+1번 원자가 더 작음
③ n+1번 원자는 탄소이므로 2p 오비탈에 2개의 전자가 있음
④ 최와각 전자의 유효 핵전하는 족이 증가할수록, 주기가 증가할수록 커지는 경향이 있음
⑤ n+4번 원자는 F이므로 1개의 홀전자를 가짐
2. 다음은 중심 원자가 다른 3가지 플루오린화 화합물이다.
BF3, PF3, ClF3
원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 이론과 원자가 결합 이론을 적용한 이 분자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ③
① BF3의 구조 : 입체수가 3이므로 삼각평면 구조
② PF3의 구조
③ ClF3와 같이 입체수가 5라면 수직 방향의 결합 전자쌍은 수평 방향의 결합 전자쌍보다 큰 반발력을 받아 결합길이가 길어짐
④ ∠(F - B - F)는 120°이고 ∠(F - P - F)는 약 109.5°
⑤ BF3에서 B는 sp2 혼성이므로 p 오비탈 기여도가 2/3이고, PF3에서 P는 sp3 혼성이므로 p 오비탈 기여도가 3/4
3. 표는 H2O에 관한 열화학 자료이다.
1기압에서 -50 °C인 일정량의 얼음을 단위 시간당 일정한 열량을 가하여 150 °C까지 변화시킬 때의 가열 곡선으로 가장 적절한 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ②
○ 물질의 상태
○ 수평한 구간은 상태 변화 구간 : 첫 번째 수평 구간(융화)이 두 번째 수평 구간(기화)보다 짧아야 하므로 ③, ④, ⑤ 기각
○ 몰 열용량은 H2O(ℓ)이 가장 크므로 수평이 아는 세 개의 직선 중 가운데 직선의 기울기가 가장 작아야 함 : ① 기각
4. 그림은 C와 O의 원자 오비탈로부터 만들어진 CO의 분자 궤도 함수 에너지 준위의 일부를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ②
○ 오비탈 이론
○ ㄱ : 그림에 표시된 분자 오비탈에 10개의 전자를 채워 넣어야 하므로 결합 차수 = (결합 오비탈 전자 수 - 반결합 오비탈 전자 수) / 2 = 3
○ ㄴ : C의 2s 오비탈보다 O의 2s 오비탈에 가까우므로 맞는 설명
○ ㄷ : 분자 오비탈의 마디 수는 π2p가 1개, π2p*가 2개. 참고로, 일반적으로 반결합 오비탈이 결합 오비탈보다 마디 수가 많음
5. 그림은 A로부터 P가 생성되는 반응에 대하여 촉매를 사용하지 않은 경우(점선)와 촉매 B를 사용한 경우(실선)의 반응 좌표에 따른 퍼텐셜 에너지를 나타낸 것이다. 촉매 B를 사용한 전체 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기> 에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ③
○ 반응속도론
○ ㄱ : 활성화에너지가 크므로 반응이 느림. 그러므로 맞는 설명
○ ㄴ : 반응 다이어그램에서 전이 상태(활성화물)는 극대점과 대응되고, 중간체는 극소점과 대응됨. 그러므로 중간체
○ ㄷ : 맞는 설명. 촉매는 활성화에너지를 낮추기 때문
6. 다음은 기체 A가 2B로 분해되는 열화학 반응식이다.
A (g) ⇄ 2B (g), ΔH > 0
용기의 부피가 V1, 온도가 T1인 평형 Ⅰ에서 부피를 V2로 변화 시켜 평형 Ⅱ에 도달되게 한 후 온도를 T2로 변화시켜 새로운 평형 Ⅲ에 도달되게 하였다. 그림은 평형 상태 Ⅰ~ Ⅲ의 용기 내 A와 B의 입자수를 모형으로 나타낸 것이다. 그림에서 ●●는 A를, ●는 B를 나타낸다. 평형 상태 Ⅰ ~ Ⅲ에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ①
○ ㄱ : Kc,T1 = (6 / V1)2 / (3 / V1) = (4 / V2)2 / (4 / V2) ⇔ 12 / V1 = 4 / V2 ⇔ V2 / V1 = 1/3. 참고로, KP로 풀어도 됨
○ ㄴ : 계의 온도가 높아지면 흡열반응이 우세해 지는데, 정반응이 흡열반응이므로 정반응이 우세해짐. Ⅱ → Ⅲ로 갈 때 정반응이 우세해졌으므로 T2 > T1
○ ㄷ : Kc,T2 = (5 / V2)2 / (3 / V2) > (4 / V2)2 / (4 / V2) = Kc,T1
7. 어떤 아민 화합물 R‐NH2을 HCl 수용액과 반응시키면 R‐NH3+Cl-이 생성된다. 다음은 R‐NH2 수용액의 평형 반응식과 25 °C에서의 염기 해리 상수이다.
R-NH2 (aq) + H2O (ℓ) ⇄ R-NH3+ (aq) + OH- (aq), Kb = 1.0 × 10-5
25°C의 0.10 M R-NH2 수용액과 0.10 M R-NH3+Cl- 수용액에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, R‐NH2은 일양성자 산이다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ②
○ 산·염기 반응
○ ㄱ : Kb = 1.0 × 10-5 = [R-NH3+][OH-] / [R-NH2] = 0.1 × α2로부터 α = 0.01 = 1%를 얻을 수 있음
○ ㄴ : Ka = 10-9 = [R-NH2][H+] / [R-NH3+] = [H+]2 / 0.1로부터 [H+] = 10-5 ⇔ pH = 5
○ ㄷ : 당량점에서 [R-NH2] = 0.05 M이므로 (∵ 부피가 2배 증가), 10-5 = [R-NH3+][OH-] / [R-NH2] = [OH-]2 / 0.05로부터 [OH-] = √(0.05 × 10-5) ⇔ pH = 10.8
8. 그림은 반응 A (g) + 3B(g) ⇄ 2C(g)에 대한 평형 상수 Kp의 온도 의존성을 나타낸 것이다. 이 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체 상수 R는 8.31 J/K·mol이다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ⑤
○ 열역학
○ ㄱ : ΔG° = -RT ln Kp = ΔH° - TΔS° ⇔ ln Kp = ΔS° - ΔH° / RT. 그러므로 ln Kp 축의 절편 b = ΔS°는 음수가 맞음 (∵ 기체수가 감소하는 반응이므로)
○ ㄴ : -ΔH° / R = 9.6 × 103 K ⇔ ΔH° = -9.6 × 8.31 kJ/mol
○ ㄷ : ΔS주위 = -ΔH° / T1 > 0 (∵ ΔH° < 0)
9. 부피가 25 L, 압력이 1.0 atm인 1.0 mol의 이상 기체가 그림과 같은 과정을 거쳐 처음 상태로 돌아온다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ⑤
○ 열역학
○ ㄱ : Q = U + W = (γ/2) nRΔT + PΔV = (γ/2 + 1) nRΔT → ΔS = ∫ dQ/T = (γ/2 + 1) nR ln (TⅡ / TⅠ) > 0
○ ㄴ : W = ∫ PdV = 0 (∵ ΔV = 0)
○ ㄷ : 내부 에너지는 온도에 대한 상태함수이므로 맞는 설명
10. 그림은 온도 T에서 기체상과 평형을 이루고 있는 액체 A와 압력이 P인 기체 B가 두 개의 2L 용기에 각각 들어 있는 상태 Ⅰ을 나타낸 것이다. 두 용기를 연결하는 관은 콕으로 닫혀 있다. 상태 Ⅰ에서 콕을 열어 평형에 도달한 상태 Ⅱ를 얻고, 상태 Ⅱ를 3T/2까지 가열하여 평형에 도달한 상태 Ⅲ을 얻었다. 온도 T와 3T/2에서 A의 증기압은 각각 P와 2P이다. 상태 Ⅰ ~ Ⅲ에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, 액체 A의 부피 변화와 연결관의 부피는 무시하고, B (g)는 A (ℓ)에 용해되지 않으며 A와 B는 서로 반응하지 않는다. B의 압력이 A의 증기압에 주는 영향은 무시하며, 기체는 이상 기체 상태 방정식을 따른다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ④ (ㄷ 보기가 맞으려면 상태 Ⅲ에서 A(g)의 부피가 4 L라는 언급이 있어야 함)
○ ㄱ : n = (압력 × 부피) / (R × 온도)에서 압력, 온도는 동일하고 V는 A(g)가 B(g)보다 작으므로 맞는 설명
○ ㄴ : Ptot = PA + PB = P + P × 2L / 3L = 5P / 5P / 3
○ ㄷ : nA,Ⅰ = (P × 1) / (R × T), nA,Ⅲ = (2P × 3 4) / (R × 2T)
11. 표는 25 °C에서 3가지 수용액의 삼투압을 나타낸 것이다. 25 °C 에서 RT는 24.5 atm·L/mol이다.
AX는 수용액에서 A+ (aq)과 X- (aq)으로 완전히 해리한다. 수용액에 용해된 비전해질 B (aq)는 A+ (aq)과 다음과 같이 반응하며 25 ℃에서 이 반응의 평형 상수는 KBA+이다.
B (aq) + A+ (aq) ⇄ BA+ (aq)
이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, 전해질 용액에서 이온 사이의 상호 작용은 무시한다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ④
○ 용액의 총괄성
○ ㄱ : 2x RT = 0.0020 × 24.5 ⇔ x = 0.0010
○ ㄴ : 0.40 g / μB g/mol = 0.0020 mol ⇔ μB = 200 g/mol
○ ㄷ : 용질의 몰농도 = 0.005 M = (0.0040 + 0.0020 - y) mol/L ⇔ y = [BA+] = 0.0010 M ⇔ KBA+ = [BA+] / ([B] × [A+]) = 0.0010 / (0.0010 × 0.0010) = 103
12. 다음은 CrCl3·6H2O를 킬레이트 리간드인 acac- (acetylacetonate) 또는 en (ethylenediamine)과 반응시켜 각각 팔면체 Cr 착화합물 A와 B를 합성하는 반응식을 나타낸 것이다. A와 B에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 B의 색은 Cr3+의 d 오비탈 사이의 전자 전이에 의한 것이다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ⑤
○ 착물화학
○ ㄱ : 동일하지는 않지만 다음 구조와 비슷한 상황. 기하 이성질체는 없고 광학이성질체가 존재함
○ ㄴ : A는 중성 착화합물로 물에 잘 안 녹고, B는 이온성 착화합물로 물에 잘 녹음
○ ㄷ : A, B가 각각 자주색, 노란색이므로 다음 보색표에 비추어 B가 A보다 t2g와 eg 간 에너지 준위 차이가 더 큼을 알 수 있음. 결정장 갈라짐이 클수록 형성상수가 크고, 형성상수가 클수록 용해도가 낮으므로 B가 A보다 용해도가 낮음
13. 25 °C에서 1.0 L당 약산과 짝염기가 각각 1.0 mol이 들어 있는 pH가 7.0인 완충 용액이 있다. 그림은 이 용액 1.0 L에 1.0 M HCl 수용액을 가한 경우와 1.0 M NaOH 수용액을 가한 경우의 부피에 따른 용액의 pH를 함께 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ①
○ 산·염기 반응
○ ㄱ : Ka = 7이므로 Kb = Kw - Ka = 14 - 7 = 7
○ ㄴ : A 용액 + C 용액은 2 mol HX, 2 mol X-, OH- 1 mol이라고 할 수 있어서, pH = pKa + log ([X-] / [HX]) = 7 + log 3
○ ㄷ : 짝산과 짝염기가 1 : 1로 존재하는 A 용액이 가장 완충 용량이 큼
14. 표는 25 °C에서의 몇 가지 화학종에 대한 열화학 자료를 나타낸 것이다. 이 자료로부터 25 °C에서의 표준 생성 엔탈피와 표준 반응 엔탈피를 구한 것으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, 25 ℃에서 e- (g)의 표준 생성 엔탈피는 0이다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ④
○ 열역학
○ ㄱ : Na+ (g)의 표준 생성 엔탈피 = Na (s)의 승화 엔탈피 + Na (g)의 제1 이온화 에너지 = 110 + 490 = 600 kJ/mol
○ ㄴ : 격자 에너지는 각 성분 원소가 기체 홑원소로 쪼개질 때 얻어지는 엔탈피를 지칭함. Na2O (s)의 격자 에너지 = 2480 = Na+ (g)의 표준 생성 엔탈피 × 2 + O2- (g)의 표준 생성 엔탈피 - Na2O (s)의 표준 생성 엔탈피 ⇔ Na2O (s)의 표준 생성 엔탈피 = 600 × 2 + 900 - 2480 = -380 kJ/mol
○ ㄷ : 900 - (500 / 2) = 650 kJ/mol
15. 다음은 황산의 제조와 이용에 관련된 반응이다. 이 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ①
○ 산화환원반응
○ ㄱ : ㈎에서 S의 산화수가 -2에서 +4로 변하므로, H2S 1몰당 이동한 전자의 몰수는 6
○ ㄴ : S의 산화수가 +6으로 일정함. 산화환원반응이 아니라 산·염기 반응. 참고로, 산화수가 바뀌지 않는 반응을 산·염기 반응으로 정의함
○ ㄷ : Ba의 산화수가 +4에서 +2로 변하므로 Ba는 환원함. 그러므로 다른 물질을 산화한다는 의미이므로 BaO2는 산화제
16. A는 다음 반응식과 같이 분해되어 B와 C를 생성한다.
2A (g) → B (g) + 2C (g)
표는 서로 다른 두 온도에서 반응 용기에 A만을 넣어 시작된 반응의 반응 속도 상수와 시간에 따른 A의 부분 압력을 나타낸 것이다. 각 실험 과정에서 온도와 부피는 일정하게 유지되었다. 이 실험에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, T1과 T2에서 반응 메커니즘은 같다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ⑤
○ 반응속도론
○ ㄱ : 실험 Ⅰ에서 반감기가 일정하므로 1차 반응이 맞음
○ ㄴ : 2분 후 B의 압력은 (3/8)P0, C의 압력은 (3/4)P0이므로, 기체의 전체 압력 = (1/4)P0 + (3/8)P0 + (3/4)P0 = (11/8)P0
○ ㄷ : 실험 Ⅱ가 실험 Ⅰ보다 반감기가 2배 더 긺으로 t1/2 = ln 2 / k로부터 k1 = 2k2을 얻을 수 있음
17. 다음은 두 쌍의 정팔면체 전이 금속 착이온의 홀전자 수를 비교한 것이다. 위의 4가지 착이온과 3가지 리간드에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ③
○ 착물화학
○ ㄱ : 중심금속과 그것의 산화수가 동일할 때 홀전자 수가 차이가 난다면 low-spin인 리간드가 더 리간드 장 갈라짐이 큼. 그러므로 CN-가 Cl-, H2O보다는 더 강한 장 리간드. 참고로, 리간드 장 갈라짐이 가장 큰 몇 개의 리간드는 암기사항
CO, CN- > NO2- > ONO- > en > NH3
○ ㄴ : Mn3+의 d 오비탈 전자는 4개이고, Fe3+의 d 오비탈 전자는 5개. 그러므로 정팔면체 d 오비탈 배열에서 low-spin인 경우 Mn3+는 2개의 홀전자를 가지고, Fe3+는 1개의 홀전자를 가짐. 그러므로 홀전자가 가장 적은 것은 [Fe(CN)6]3-
○ ㄷ : [Mn(CN)6]3-에서 Mn3+는 홀전자가 4개이고, [Fe(CN)6]3-에서 Fe3+는 홀전자가 5개. 그러므로 홀전자가 가장 많은 [Fe(H2O)6]3+이 가장 상자성이 큼
18. 그림은 금속 A와 B로 만든 전극으로 이루어진 전해 전지와 그와 관련된 반쪽 반응식과 표준 환원 전위를 나타낸 것이다. 몰질량은 B가 A의 1.7배이다. 0.5 V의 직류 전원을 연결하여 30 C의 전하량을 흘려주었을 때 전극 A의 질량은 0.010 g 증가하였고 전극 B의 질량은 0.034 g 감소하였다. 이 전지와 전지 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, 전극에서 주어진 전지 반응 이외의 산화.환원 반응은 일어나지 않으며, 패러데이 상수 F 는 9.65 × 104 C/mol이다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ③
○ 전기화학
○ ㄱ : 30 C × 1 mol e- / 96500 C × 1 mol A / 2 mol e- × μA g/mol A = 0.01 g ⇔ μA = 2 × 96500 / 3000 g/mol
○ ㄴ : 몰질량은 B가 A의 1.7배인데 실제로 같은 전하량을 흘렸을 때 질량의 변화는 B가 A의 3.4배이므로 2 : n = 2 : 1이어야 함
○ ㄷ : A가 환원되고 B가 산화하므로, 네른스트 식에 의해 ΔE = EA° - EB° + 0.5 - (0.0592 / 2) log ([2B+] / [A2+]) = EA° - EB° + 0.5 > 0 ⇔ EA° - EB° > -0.5. 주어진 보기가 맞으려면 전원 공급 장치를 뒤집어야 함
19. 스테아르산은 적절한 조건에서 그림과 같이 물 표면에 단분자막을 형성한다. 다음은 스테아르산을 이용하여 아보가드로 수를 대략적으로 결정하는 실험 과정이다. 이 실험으로 아보가드로 수를 결정할 때 사용할 자료가 아닌 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ①
○ 페트리 접시의 내부 지름 / 스테아르산 1개당 단면적 ≒ 헥산의 방울 수 × 헥산 한 방울당 부피 × 헥산 용액 단위 부피당 스테아르산의 질량 / 스테아르산의 몰질량 × 아보가드로수
○ 단, 이때 스테아르산은 형태가 유동적이어서 페트리 접시를 빈틈 없이 채운다고 가정
○ 이 실험은 스테아르산이 방울을 유지하지 못하고 떠내려가는 것을 이용한 것이며, 용매인 헥산은 다른 소수성 용매로 대체 가능
(DEET) 8. 그림은 반응 A (g) + 3B (g) ⇄ 2C (g)에 대한 평형 상수 Kp의 온도 의존성을 나타낸 것이다. 이 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, 기체 상수 R는 8.31 J/K·mol이다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ⑤
○ 열역학
○ ㄱ, ㄴ : ΔG = -RT ln Kp = ΔH - TΔS ⇔ ln Kp = (-ΔH/R) (1/T) + ΔS / R. 그런데 주어진 반응은 기체 분자 수가 줄어드는 반응이므로 엔트로피가 음수라서 b 또한 음의 값을 가짐
○ ㄷ : ΔS주위 = -ΔH / T1 > 0 (∵ ΔH < 0)
(DEET) 9. 부피가 25 L, 압력이 1.0 atm인 1.0 mol의 이상 기체가 그림과 같은 과정을 거쳐 처음 상태로 돌아온다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은?
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ⑤
○ 열역학
○ ㄱ : 맞는 설명. 부피가 증가하면 엔트로피가 커짐
○ ㄴ : W = ∫ PdV = 0
○ ㄷ : 내부 에너지는 온도에 대한 상태함수이므로 등온 과정에서 일정하게 유지됨
(DEET) 10. 그림은 온도 T에서 기체상과 평형을 이루고 있는 액체 A와 압력이 P인 기체 B가 두 개의 2 L 용기에 각각 들어 있는 상태 Ⅰ을 나타낸 것이다. 두 용기를 연결하는 관은 콕으로 닫혀 있다. 상태 Ⅰ에서 콕을 열어 평형에 도달한 상태 Ⅱ를 얻고, 상태 Ⅱ를 3T/2까지 가열하여 평형에 도달한 상태 Ⅲ을 얻었다. 온도 T와 3T/2에서 A의 증기압은 각각 P와 2P이다. 상태 Ⅰ~Ⅲ에 대한 설명으로 옳은 것만을 ⟨보기⟩에서 있는 대로 고른 것은? (단, 액체 A의 부피 변화와 연결관의 부피는 무시하고, B (g)는 A (ℓ)에 용해되지 않으며 A와 B는 서로 반응하지 않는다. B의 압력이 A의 증기압에 주는 영향을 무시하며, 기체는 이상 기체 상태 방정식을 따른다.)
⑴ 문제
⑵ 풀이 : ④
○ ㄱ : n = PV / RT인데 P, T는 동일하므로 몰수는 부피에 비례함
○ ㄴ : Ⅱ에서 A (g)의 압력은 P, B (g)의 압력은 0.5P이므로 전체 압력은 1.5P
○ ㄷ : n = PV / RT인데 Ⅰ에 비해 Ⅲ에서 P가 2배, V가 3배, T가 1.5배 증가했으므로 맞는 설명
입력: 2025.05.17 01:42
수정: 2025.05.20 00:18
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