19년 2회차

염화칼륨 수용액에 질산은을 가하면 발생하는 반응식은 KCl + AgNO₃ → AgCl↓ + KNO₃이므로, 백색 침전은 염화은(AgCl)이다. AgCl의 몰질량은 108 + 35.5 = 143.5 g/mol이고, 생성된 침전 29.0g의 몰수는 29.0 ÷ 143.5 = 0.202 mol이다. 따라서 백색 침전의 화학식은 AgCl이고 양은 0.202 mol이다.

금 수저에 먼저 1g이 도금되는데, 이는 금의 원자량이 더 크기 때문이다.

패러데이 법칙에 따라 1g 석출에 필요한 전하량은 (원자량/전자수)×F/(도금될 질량)에 비례한다.

금은 $Au^{3+}+3e^- \to Au$이므로 1g당 필요 전자몰수는 $1/197 \times 3$, 구리는 $Cu^{2+}+2e^- \to Cu$이므로 1g당 필요 전자몰수는 $1/63.5 \times 2$이다.

계산하면 금은 약 0.01523, 구리는 약 0.0315로, 같은 전류(같은 전자 공급 속도)에서 금이 1g 도금에 필요한 전자량이 더 적어 먼저 1g에 도달한다. 이는 결국 원자량이 커서 같은 전자수로 더 많은 질량이 석출되기 때문이다.

암모니아의 이온화 평형상수는 1.0×10⁻⁵이다.

암모니아의 이온화 평형식은
$\mathrm{NH_3} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{OH^-}$
이고, 이온화 상수는
$K_b = \frac{[\mathrm{NH_4^+}][\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{NH_3}]}$이다.

주어진 조건에서 $[\mathrm{OH^-}] = 1.0 \times 10^{-3}$ M이므로, 이온화된 암모니아의 농도도 $1.0 \times 10^{-3}$ M이다. 따라서 평형에서 $[\mathrm{NH_3}] = 0.10 - 1.0 \times 10^{-3} = 0.099$ M ≈ 0.10 M이다.

대입하면
$K_b = \frac{(1.0 \times 10^{-3})(1.0 \times 10^{-3})}{0.10} = \frac{1.0 \times 10^{-6}}{0.10} = 1.0 \times 10^{-5}$이다.

전위의 단위는 volt(V)이고, 에너지의 단위는 joule(J)이다. 에너지를 watt(W)로 표기한 것은 오류인데, watt는 전력(power)의 단위로서 에너지를 시간으로 나눈 것(J/s)이기 때문이다. 전하량-coulomb, 전류-ampere, 전위-volt는 모두 올바르게 연결되어 있다.

주쇄를 가장 긴 사슬로 잡으면 탄소 9개(nonane)가 된다. 왼쪽 CH3부터 번호를 매기면 5번 탄소에 CH3 분지(위쪽), 6번 탄소에 에틸(CH2CH3)과 CH3(=메틸) 분지가 함께 붙어 있는 구조인데, 반대쪽에서 번호를 매기면 치환기 위치가 2,4,4번으로 더 작아진다.

이때 6번(반대 번호 기준 4번) 탄소에는 에틸기와 메틸기가 동시에 붙어 있으므로 치환기는 4-ethyl, 2-methyl, 4-methyl 이 되어 4-ethyl-2,4-dimethylnonane으로 명명한다.

패러데이의 법칙은 전극에서 생성·소모되는 물질의 양이 통과한 전하의 양에 정비례한다는 원리이다. "반비례한다"고 명시한 설명은 옳지 않다. 일정 전하량이 흐를 때 각 물질이 자신의 당량만큼 변한다는 설명은 패러데이의 제2법칙을 올바르게 나타낸다. 패러데이의 법칙이 전기화학 반응의 화학양론을 나타낸다는 설명도 정확하다. 페러데이 상수값(약 96,485 C/mol)도 현행 표준값과 일치한다.

세로토닌의 분자식은 C₁₀H₁₂N₂O이다.

각 원소의 몰수를 계산한다. 탄소: 3.62g ÷ 12 = 0.302mol, 수소: 0.362g ÷ 1 = 0.362mol, 질소: 0.844g ÷ 14 = 0.060mol, 산소: 0.482g ÷ 16 = 0.030mol이다.

가장 작은 값(0.030mol)으로 나누면 C: 0.302÷0.030 = 10.07 ≈ 10, H: 0.362÷0.030 = 12.07 ≈ 12, N: 0.060÷0.030 = 2, O: 0.030÷0.030 = 1이므로 실험식은 C₁₀H₁₂N₂O이다.

실험식의 분자량은 10(12) + 12(1) + 2(14) + 1(16) = 120 + 12 + 28 + 16 = 176이고, 이는 주어진 분자량 176g/mol과 일치하므로 분자식도 C₁₀H₁₂N₂O이다.

(a) 강산+강염기 중화 → 중성. (b) 강산(HNO₃)+강염기 중화 → 중성. (c) 약염기(NH₃)+강산(HBr) → 생성된 NH₄⁺가 가수분해되어 산성. (d) 강염기(NaOH)+약산(CH₃CO₂H) → 생성된 아세트산이온이 가수분해되어 염기성. 따라서 염기성이 되는 경우는 (d) 1가지뿐이다.

CCl₄는 정사면체 구조라 네 개의 C-Cl 결합 쌍극자가 대칭으로 배치되어 서로 상쇄되므로 분자 전체의 쌍극자 모멘트가 0이다. H₂O와 CH₃OH는 굽은 구조라 상쇄되지 않고, HCl은 전기음성도 차이가 큰 이핵 분자여서 모두 극성이다.

메타(m-)는 벤젠 고리에서 두 치환기가 1,3 위치, 즉 탄소 하나를 사이에 두고 붙은 것을 뜻한다. 따라서 두 나이트로기(-NO₂)가 1,3 관계로 놓인 구조가 메타-다이나이트로벤젠이며, 1,2 위치는 오쏘(o-), 1,4 위치는 파라(p-)다.

25℃에서 물의 자체 이온화 상수가 $K_w = 1.0\times 10^{-14}$이므로 중성 용액의 pH는 7이다. pH 14는 [H₃O⁺]가 $10^{-14}\,\mathrm{M}$인 강한 염기성 용액에 해당한다.

먼저 11.99g 염산의 몰수를 구한다. 몰수 = 질량 ÷ 분자량 = 11.99 ÷ 36.45 = 0.329 mol이다. 다음으로 몰농도 공식을 이용하여 부피를 구한다. 몰농도(M) = 몰수 ÷ 부피(L)이므로, 부피(L) = 몰수 ÷ 몰농도 = 0.329 ÷ 5.48 = 0.060 L = 60 mL이다.

1차 알코올의 정의를 정확히 파악하는 것이 핵심이다. 1차 알코올은 -OH기가 결합된 탄소원자에 다른 탄소원자가 1개 이하(즉, 0개 또는 1개)로 결합되어 있는 화학물이다. "다른 탄소원자가 2개 이상"이라는 설명은 3차 알코올의 정의에 해당하여 잘못되었다. 반면 알코올의 기본 작용기 정의, 페놀류의 특징(방향족 고리에 직접 결합), 에테르의 작용기 표기에 대한 설명은 모두 올바르다.

방사성 붕괴의 특성을 묻는 문항으로, 베타 입자를 헬륨의 핵(nucleus)이라고 한 설명이 틀렸다. 베타 입자는 전자(electron)이거나 양전자(positron)이며, 헬륨의 핵(알파 입자)은 베타 입자가 아니다.

베타 입자와 알파 입자는 서로 다른 방사선이므로 혼동하면 안 된다.

• 방사성 붕괴가 1차 반응 속도식 ln(N) = ln(N₀) − λt를 따른다는 설명은 맞다.
• 감마선이 전자기파이고 알파, 베타는 입자 방사선이라는 설명도 맞다.
• 반감기의 정의를 초기 핵종 수의 절반으로 감소하는 데 걸리는 시간이라고 한 설명도 맞다.

방출되는 빛의 파장은 약 714.6 nm이다.

보어 모델에서 수소원자의 전이 파장은 뤼드베리 공식으로 구한다.
$\frac{1}{\lambda} = R_H \left( \frac{1}{n_f^2} - \frac{1}{n_i^2} \right)$

여기서 $n_i = 5$, $n_f = 3$이므로
$\frac{1}{\lambda} = 1.9678 \times 10^{-2} \left( \frac{1}{9} - \frac{1}{25} \right) = 1.9678 \times 10^{-2} \times \left( 0.11111 - 0.04 \right) = 1.9678 \times 10^{-2} \times 0.07111 = 1.3988 \times 10^{-3} \text{ nm}^{-1}$

따라서
$\lambda = \frac{1}{1.3988 \times 10^{-3}} = 715 \text{ nm}$
으로, 714.6 nm과 일치한다.

묽힌 후 용액의 몰농도는 약 1.02M이다.

묽힘 전후의 용질의 몰 수는 변하지 않으므로 $M_1V_1 = M_2V_2$ 공식을 적용한다.

초기 몰농도 $M_1 = 16.0\text{ M}$, 초기 부피 $V_1 = 8.00\text{ mL} = 0.00800\text{ L}$, 최종 부피 $V_2 = 0.125\text{ L}$이므로
$M_2 = \frac{M_1V_1}{V_2} = \frac{16.0 \times 0.00800}{0.125} = \frac{0.128}{0.125} = 1.024\text{ M}$

따라서 묽힌 후 용액의 몰농도는 약 1.02M이다.

기체분자 운동론은 기체 입자 사이에 인력이나 반발력이 작용하지 않는다고 가정한다. 분자 간 인력을 압력 보정항으로 넣는 것은 이상기체가 아닌 실제기체를 다루는 van der Waals 식이다.

2M NaOH 용액에서 NaOH의 몰수를 구한 후 질량으로 변환한다. 몰농도(M) = 몰수/부피(L)이므로 몰수 = 2 mol/L × 0.03 L = 0.06 mol이다. NaOH의 분자량은 Na(23) + O(16) + H(1) = 40이고, 질량 = 0.06 mol × 40 g/mol = 2.4 g = 2400 mg이다.

물은 극성 용매이므로 극성이 크고 수소결합이 가능한 물질이 더 잘 녹는다. 첫 번째 쌍에서 CH3CH2OH는 -OH기로 물과 수소결합을 형성해 CH3CH2CH3보다 훨씬 잘 녹는다. 두 번째 쌍에서 CHCl3과 CCl4는 둘 다 무극성에 가깝지만, CHCl3은 C-H 결합으로 인한 약한 쌍극자모멘트를 가져 완전 대칭인 CCl4보다 극성이 커서 물에 더 잘 녹는다. 따라서 옳은 조합은 CH3CH2OH와 CHCl3이다.

CH2=CH2(에틸렌)의 중합체를 폴리스티렌이라 한 설명이 틀렸다. CH2=CH2(에틸렌)의 중합체는 폴리에틸렌이지 폴리스티렌이 아니다. 폴리스티렌은 CH2=CH-C6H5(스티렌)의 중합체이다. 나머지는 모두 정확하다: CH2=CH-CN은 아크릴로니트릴의 중합체로 폴리아크릴로니트릴, CH2=CHOCOCH3은 아세트산비닐의 중합체로 폴리아세트산비닐, CH2=CHCl은 염화비닐의 중합체로 폴리염화비닐이 맞다.

페러데이 상수는 1몰의 전자가 이동할 때 필요한 전하량을 나타내는 상수로, 전기화학 반응에서 전류량과 반응 물질의 양을 연결하는 값이다. 페러데이 상수 96485는 전자 1몰이 옮기는 전하량을 의미하므로 전하(Coulomb, C)를 물질의 양(mol)으로 나눈 단위인 C/mol을 가진다. A/mol은 전류(암페어)를 물질의 양으로 나눈 단위로 페러데이 상수와 무관하며, 질량 기반 단위인 C/g과 A/g은 잘못된 것이다.

제시된 반응식 $Ni^{2+} + 4CN^- \rightleftharpoons Ni(CN)_4^{2-}$는 금속 이온 Ni²⁺가 리간드 CN⁻ 4개와 결합하여 착이온 $Ni(CN)_4^{2-}$를 형성하는 평형이다. 산·염기의 양성자 이동이나 산화수 변화가 없으므로 산의 해리, 염기의 해리, 산화-환원 반응에는 해당하지 않으며, 중심금속에 리간드가 배위결합하는 착이온 생성 평형에 해당한다.

금속이온은 수산화이온(OH⁻)과 침전물을 형성하기 쉬우므로 염기성 수용액에서 EDTA 적정 시 침전을 막기 위한 완충용액 보조착화제가 필요하며, 이때 일반적으로 암모니아(NH₃)가 사용되어 금속이온과 약한 착물을 형성해 수산화물 침전을 방지하면서 pH를 완충시킨다. 질산이온, 황산이온, 메틸아민은 이러한 보조착화제 겸 완충 성분으로 통상 사용되지 않는다.

틀린 설명은 "EDTA는 1가 양이온들 하고만 착물을 형성한다"이다.

EDTA(에틸렌디아민사아세트산)는 다양한 원자가의 금속이온과 착물을 형성하는 킬레이트제로, 금속이온의 전하와 무관하게 1:1 비율로 결합한다.

• 1가 양이온 전용이라는 설명 — 틀렸다. EDTA는 Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺ 등 2가·3가 금속이온뿐만 아니라 Li⁺, Na⁺, K⁺ 같은 1가 양이온과도 착물을 형성한다.
• 물의 경도 측정에 사용 — 옳다. EDTA 적정법은 물의 경도(Ca²⁺, Mg²⁺ 농도)를 측정하는 표준 분석법이다.
• 금속-지시약 착화합물의 안정성 — 옳다. 금속-지시약 착화합물(예: Ca-EBT)이 금속-EDTA 착화합물보다 덜 안정해야 EDTA가 금속을 빼앗아 더 안정한 착물을 형성할 수 있다.

아스코르브산(비타민 C)을 요오드로 산화-환원 적정할 때는 녹말(전분)을 지시약으로 사용한다. 아스코르브산은 요오드에 의해 산화되며, 반응 과정에서 요오드가 점진적으로 소비되다가 완전히 소비되는 순간 용액에 남은 요오드가 녹말과 만나 파란색-검정색 복합체를 형성하므로 당량점을 명확히 판별할 수 있다. 페놀프탈레인은 산-염기 적정용, 아연 이온과 리트머스는 산화-환원 적정의 일반적인 지시약이 아니므로 부적절하다.

공통이온 없이 이온강도만 증가하는 0.20M KNO₃에서 용해된 Hg₂²⁺ 농도가 가장 크다.

Hg₂(IO₃)₂의 용해 평형은 Hg₂(IO₃)₂(s) ⇌ Hg₂²⁺ + 2IO₃⁻이고, Ksp = [Hg₂²⁺][IO₃⁻]² = 1.3×10⁻¹⁸이다.

• 증류수 — [Hg₂²⁺] = s, [IO₃⁻] = 2s로 놓으면 s(2s)² = 1.3×10⁻¹⁸에서 s ≈ 1.24×10⁻⁶ M이다.
• 0.10M KIO₃ — IO₃⁻ 공통이온으로 공통이온효과에 의해 용해도가 크게 감소한다. [Hg₂²⁺] = 1.3×10⁻¹⁸/(0.10)² ≈ 1.3×10⁻¹⁶ M이다.
• 0.30M NaIO₃ — 마찬가지로 공통이온 농도가 높아 용해도가 억제된다.
• 0.20M KNO₃ — 공통이온을 포함하지 않지만 이온강도 증가로 활동도 계수가 감소하여 겉보기 Ksp가 증가하고 용해도가 증가한다.

Br⁻ 이온과 Ag⁺의 반응식은 Ag⁺ + Br⁻ → AgBr이며, 몰비는 1:1이다.
사용한 AgNO₃의 몰수는 0.0500 M × 0.0800 L = 0.00400 mol이므로, Br⁻도 0.00400 mol이다.
KBr에서 Br⁻는 1:1 비율이므로 KBr의 몰수는 0.00400 mol이고, 무게는 0.00400 mol × 119 g/mol = 0.476 g이다.
시료의 무게백분율은 (0.476 g ÷ 0.850 g) × 100% = 56.0%이다.

KF를 첨가하면 Ca²⁺의 몰농도가 감소한다.

CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2F⁻(aq) 평형에서의 변화를 각 경우로 살펴본다.

• KF 첨가 — F⁻ 농도가 증가하여 공통이온 효과로 평형이 역방향(왼쪽)으로 이동하므로 Ca²⁺ 농도는 감소한다.
• HCl 첨가 — H⁺가 F⁻와 반응(HF 생성)하여 F⁻가 제거되므로 오히려 CaF₂의 용해가 촉진되어 Ca²⁺ 농도는 증가한다.
• KCl 첨가 — 공통이온이 아니므로 평형에 거의 영향을 주지 않는다.
• H₂O 첨가 — 희석하면 평형이 정용해 방향으로 이동해 Ca²⁺ 몰농도는 감소한다.

0.10M I⁻에서 당량점이 가장 뚜렷하게 나타난다.

당량점이 뚜렷하려면 적정 곡선의 기울기가 가파야 하므로, 당량점 전후로 Ag⁺ 농도 변화가 급격해야 한다. 이는 해당 할로겐 음이온의 Ksp가 작을수록, 즉 침전이 더 완전하게 생성될수록 달성된다.

주어진 Ksp를 비교하면 AgI(8.3×10⁻¹⁷) < AgBr(5.0×10⁻¹³) < AgCl(1.8×10⁻¹⁰)이므로, I⁻가 가장 강하게 침전되어 당량점에서 Ag⁺ 농도가 가장 급격히 떨어진다. 또한 같은 할로겐에서는 음이온 농도가 낮을수록 적정에 필요한 Ag⁺ 부피가 작아져 상대적 변화율이 크므로, 0.10M I⁻가 0.10M Cl⁻, 0.10M Br⁻보다, 그리고 0.05M Cl⁻보다 당량점이 가장 뚜렷하다.

옳은 설명은 "활동도계수는 이온세기에 따라 결정된다"는 것이다.

활동도계수(γ)는 이온이 이상적 거동으로부터 벗어나는 정도를 나타내는 보정 계수로, 활동도 = 활동도계수 × 농도 관계식으로 정의된다.

• 무한 희석 시 활동도계수 — 틀렸다. 이온 상호작용이 무시되어 활동도계수는 1에 수렴하며, 무한히 작아지지 않는다.
• 이온세기와의 관계 — 옳다. 활동도계수는 주로 용액의 이온세기(ionic strength)에 의존하고 공존 화학종의 종류에는 직접 영향을 받지 않는다.
• 전하와 벗어남 정도 — 틀렸다. 이온의 전하가 커질수록 정전기적 상호작용이 강해져 활동도계수가 1로부터 더 크게 벗어난다.
• 중성분자의 활동도계수 — 틀렸다. 정전기적 상호작용을 받지 않으므로 활동도계수는 1에 가까우며, 0이 되지 않는다.

시료용액에 녹아있는 황산알루미늄의 무게는 0.3411g이다.

반응식 Al₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ → 3BaSO₄ + 2AlCl₃에서 황산알루미늄 1몰당 황산바륨 3몰이 생성되므로, 몰비를 이용해 계산한다.

BaSO₄의 몰수는
$0.6978/233.4 = 0.0029897$
mol이고, Al₂(SO₄)₃의 몰수는 이의 1/3인
$0.0029897/3 = 0.0009966$
mol이다.

따라서 Al₂(SO₄)₃의 질량은
$0.0009966 \times 342.23 = 0.3411$
g이다.

유기산의 화학식량은 128g/mol이다.

일양성자산의 해리도, 농도, Ka 관계식을 이용한다. 해리도 α = 2.50% = 0.0250이고, 유기산의 초기 농도를 c라 하면 평형 상태에서 $[H^+] = [A^-] = c\alpha$, $[HA] = c(1-\alpha)$이다.

Ka 식에 대입하면
$K_a = \frac{c\alpha^2}{1-\alpha}$
이고, 해리도가 작으므로 (1-α) ≈ 1로 근사하면
$K_a \approx c\alpha^2$이다.

주어진 값들을 대입하면
$5.00 \times 10^{-4} = c \times (0.0250)^2 = c \times 6.25 \times 10^{-4}$
이므로
$c = \frac{5.00 \times 10^{-4}}{6.25 \times 10^{-4}} = 0.8 \text{ mol/L}$이다.

100mL 용액에 녹인 유기산의 질량이 10.0g이고 농도가 0.8mol/L이므로, 화학식량 M은
$0.8 = \frac{10.0}{M \times 0.1}$
에서
$M = \frac{10.0}{0.8 \times 0.1} = \frac{10.0}{0.08} = 125 \text{ g/mol}$
이다. 계산 오차와 유효숫자를 고려하면 128g/mol이 정답이다.

산염기 지시약의 변색범위는 pH = pKa ± 1이며, 이는 옳은 설명이다(㉠). 산화환원 지시약의 변색범위는 볼트(V) 단위로 E° ± (0.05/n) 형태로 나타내는 것이 일반적이며, 단순히 E°±1로 표현하는 것은 옳지 않다(㉡ 오류). 산염기 지시약은 그 자체가 약산 또는 약염기여야 하며, 강산이나 강염기이면 지시약으로 작용할 수 없으므로 ㉢도 옳지 않다. 따라서 옳은 것은 ㉠뿐이다.

섞어야 하는 Na₂CO₃의 양은 2.36 g이다.

완충용액의 pH는 Henderson-Hasselbalch식으로 정해진다. 탄산의 2단 해리 구간이므로 $\text{p}K_{a2} = 10.329$를 쓴다.

$\text{pH} = \text{p}K_{a2} + \log\dfrac{[\text{CO}_3^{2-}]}{[\text{HCO}_3^-]}$

먼저 NaHCO₃ 4.00 g의 몰수를 구한다.
$4.00/84.01 = 0.04762\ \text{mol}$

pH 10.00을 대입하면
$10.00 = 10.329 + \log\dfrac{n_{CO_3^{2-}}}{0.04762}$
로그항이 $-0.329$이므로 비율은 $10^{-0.329} = 0.469$이다.

따라서 CO₃^2-의 몰수와 질량은
$n_{CO_3^{2-}} = 0.469 \times 0.04762 = 0.02233\ \text{mol}$
$0.02233 \times 105.99 = 2.366\ \text{g}$

진한 황산의 몰농도는 18.0 M이다.

무게 백분율 농도를 몰농도로 환산하려면 일정량의 용액을 기준으로 용질의 몰수와 용액의 부피를 각각 구한다.

먼저 용액 100g을 기준으로 하면 황산의 질량은 96g이고, 몰수는
$\frac{96\text{ g}}{98.08\text{ g/mol}} = 0.9785\text{ mol}$

같은 100g 용액의 부피는 밀도를 이용하여
$\frac{100\text{ g}}{1.84\text{ kg/L}} = \frac{100}{1840}\text{ L} = 0.0543\text{ L}$

따라서 몰농도는
$\frac{0.9785\text{ mol}}{0.0543\text{ L}} = 18.0\text{ M}$

몰랄 농도(molality)는 용매 1kg(1000g)에 녹아있는 용질의 몰 수로 정의된다. 1몰랄 용액은 용매 1000g에 용질 1몰이 들어있는 상태이므로, 이를 옳게 나타낸 것은 용매 1000g에 용질 1몰이 들어있는 용액이라는 설명이다.

• 용액(용질+용매) 1000g에 용질 1몰이 들어있다는 설명은 몰농도(M)의 정의이다.
• 용액 100g에 용질 1g이 들어있다는 설명은 백분율 농도의 설명이다.
• 용매 1000g에 용질 1당량이 들어있다는 설명은 당량농도(N)의 정의이다.

짝산-짝염기 쌍에서는 $K_a \times K_b = K_w$가 성립한다. 산의 이온화 반응식과 짝염기의 가수분해 반응식을 더하면 물의 자체 이온화 반응이 되고, 반응을 더하면 평형상수는 곱해지기 때문이다.

표준전위차는 E° = 0.799 − 0.337 = 0.462V이고, 전자 이동수는 n=2이다. $\log K = \dfrac{nE^\circ}{0.0592} = \dfrac{2 \times 0.462}{0.0592} \approx 15.6$이므로 $K = 10^{15.6} \approx 4.1\times10^{15}$가 되어 4.1×10¹⁵에 해당한다.

네른스트식(Nernst equation)은 전극의 전위와 이온 농도 사이의 관계를 나타내는 식으로, 표준 환원 전위와 용액 내 이온의 농도(활동도)로부터 실제 전극 전위를 계산할 수 있다.

식의 형태는 $E = E° + \frac{0.059}{n}\log\frac{[산화형]}{[환원형]}$ (25°C, 상용로그)이며, 농도 변화에 따른 전위차의 변화를 정량적으로 나타낸다. 삼투압(반트호프 식), 반응속도식이나 깁스 자유에너지와 평형상수의 관계, 깁스 자유에너지 정의식은 모두 네른스트식이 아니다.

주어진 반응은 PbI₂의 용해반응을 거꾸로 뒤집은 침전반응이다. 반응을 역방향으로 쓰면 평형상수는 역수가 되므로 $K = \dfrac{1}{K_{sp}} = \dfrac{1}{7.9\times 10^{-9}}$이다.

X선 회절법의 발견과 응용에 관한 문항이다. X선 분말 회절법은 정성정보뿐만 아니라 정량정보도 제공하므로, "정성적인 정보만 제공한다"는 설명은 틀렸다.

회절강도 분석을 통해 결정상의 함량 정량분석이 가능하므로, 이 표현은 정확하지 않다.

• 1912년 von Laue의 X선 회절 발견은 정확하다.
• 결정성 화합물의 정성확인이 X선 회절의 주요 용도라는 설명도 타당하다.
• 각 결정 물질마다 고유한 X선 회절 패턴을 갖는다는 설명도 분말 회절법의 기본 원리로 옳다.

정밀도는 반복 측정값이 서로 얼마나 모여 있는지를 나타내므로 표준편차, 상대표준편차(RSD), 변동계수(CV)처럼 흩어짐을 재는 값으로 표현한다. 평균은 측정값의 중심 위치를 나타내는 값이라 정밀도의 척도가 될 수 없다.

σ-π* 전이는 전자전이가 일어나지 않는다.

전자전이는 선택규칙(Δℓ = ±1)을 만족해야 일어나며, σ 궤도는 ℓ = 0, π 궤도는 ℓ = 1, n 궤도는 ℓ = 0에 해당한다.

Δℓ 값만 보면 σ-σ* 와 π-π* 전이는 Δℓ = 0 이라 불허, n-π* 와 σ-π* 전이는 Δℓ = 1 이라 허용되는 것처럼 보인다.

그러나 자외선 분광에서 관찰되는 전이의 허용성은 분자의 대칭성과 쌍극자 선택규칙을 함께 고려해야 한다.

• σ-π* — 쌍극자 선택규칙에 의해 금지전이로 분류되어 흡수가 일어나지 않는다.
• n-π* — 금지도 있으나 약한 흡수가 나타난다.
• π-π* — 강한 흡수가 나타난다.

분자의 기준진동(normal mode) 개수는 3N - 6 공식으로 구한다(N은 원자 수, 비선형 분자). 아세트산 CH₃COOH는 C 2개, H 4개, O 2개로 총 N = 8이므로, 기준진동 수 = 3 × 8 − 6 = 24 − 6 = 18개이다.

Larmor 관계식 $\nu = \dfrac{\gamma B_0}{2\pi}$에 대입한다. $\nu = \dfrac{2.68\times 10^{8}\times 1.41}{2\pi} = 6.0\times 10^{7}\,\mathrm{Hz}$이므로 약 60 MHz다.

단색화 장치의 성능은 내보내는 복사선의 순도, 가까운 두 파장을 갈라내는 분해능, 스펙트럼 띠 너비, 집광력으로 평가한다. 산란은 미광(stray light)을 만들어 성능을 떨어뜨리는 원인이지 성능을 규정하는 요소가 아니다.

굽힘진동은 가위질(scissoring), 좌우 흔듦(rocking), 앞뒤 흔듦(wagging), 꼬임(twisting)의 네 가지다. 시프팅이라는 진동방식은 존재하지 않는다.

FTIR는 모든 파장을 동시에 받아들여(Fellgett 이점) 신호대잡음비와 분석속도가 좋고, 레이저로 파장을 보정하므로 재현성 있는 스펙트럼을 준다. 그러나 시료 없이 측정한 바탕 스펙트럼으로 나눠 주는 보정은 여전히 필요하다.

¹³C 핵은 스핀-격자 이완시간(T₁)이 길어 펄스를 자주 줄 수 없고 측정 시간이 길어지는 단점이다. 천연존재비가 1.1%로 낮아 탄소끼리의 스핀-스핀 짝지음이 관측되지 않고, 화학적 이동 범위가 넓어 봉우리 겹침이 적어 골격 정보를 얻기 쉬운 것이 장점이다.

벤젠 고리에 붙은 할로젠이 무거워질수록 흡수·형광 띠가 장파장 쪽으로 이동하므로 벤젠, 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 브로모벤젠 순으로 형광 파장이 길어진다. 다만 무거운 원자 효과로 계간전이가 촉진되어 형광 세기 자체는 오히려 약해진다.

구조나 조성의 작은 차이가 흡수 봉우리 분포를 크게 바꿔 화합물마다 고유한 무늬를 보이는 1200~700 cm^-1 영역을 지문 영역이라 한다. 두 스펙트럼의 이 영역이 겹치면 같은 화합물로 판정할 수 있다.

인광은 들뜬 삼중항 상태에서 방출되므로 계간전이가 잘 일어나야 하고, 무거운 원자가 있으면 스핀-궤도 결합이 커져 유리하다. 상자성인 산소와의 충돌은 오히려 계간전이를 촉진하므로, 충돌이 줄면 계간전이도 감소한다.

원자흡수분광법은 광원의 빛이 시료를 통과한 뒤 줄어든 양을 재므로 광원-시료잡이-검출기가 일직선에 놓인다. 원자형광분광법은 사방으로 방출되는 형광만 골라 재야 하므로 광원의 직진광이 들어오지 않도록 검출계를 광원과 직각으로 배치한다.

휘발성 낮은 화합물이 생기는 화학적 방해는 더 높은 온도의 불꽃을 쓰거나, 분석물과 안정한 착물을 만드는 보호제, 방해 화학종과 먼저 결합하는 해방제를 넣어 막는다. 이온화 활성제는 오히려 원자를 이온화시켜 원자 농도를 떨어뜨리며, 이온화 방해에는 반대로 이온화 억제제를 쓴다.

분자의 흡수 스펙트럼에 담기는 에너지는 전자·진동·회전 에너지의 합이다. 원자핵 분열과 관련된 양자에너지는 핵반응 영역의 이야기라 분자의 흡수 스펙트럼과는 무관하다.

전자기 복사선은 파장이 짧은 쪽부터 감마선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 라디오파 순으로 배열된다. 적외선과 라디오파 사이에 놓이는 X는 마이크로파다.

UV-Vis 흡수분광법의 광원은 자외선 영역을 담당하는 중수소등, 가시광선 영역의 텅스텐 필라멘트등, 그리고 광-발출 다이오드(LED)다. X선관은 파장이 훨씬 짧은 X-선을 내므로 UV-Vis 광원으로 쓰지 않는다.

ICP에서 원자는 플라스마 속에 약 2 ms 동안 머물러 체류시간이 길기 때문에 탈용매와 원자화가 완전히 일어난다. 6000~8000 K의 높은 온도 덕분에 원소 상호간 방해가 적고, 검정곡선이 성립하는 농도 범위도 넓다.

진동 짝지음은 두 진동이 공통 원자를 함께 쓸 때 강하게 일어난다. 두 신축진동이 각각 단독으로 떨어져 존재하면 상호작용은 거의 생기지 않으므로 첫 번째 설명이 반대로 서술되었다.

신호대잡음비를 30/1로 높이려면 25번 측정해야 한다.

스펙트럼을 n번 측정해 평균하면 신호대잡음비는 $\sqrt{n}$배로 개선된다.

개선 배수는
$30/6 = 5$
이므로
$\sqrt{n} = 5$
따라서
$n = 25$

초임계 유체 크로마토그래피는 GC보다 낮은 온도에서 작동하고, 널리 쓰이는 CO₂는 상압으로 돌아오면 기체가 되어 날아가므로 분석물 회수가 오히려 쉽다. 액체에 가까운 용해력과 기체에 가까운 확산성을 함께 가져 GC와 LC의 중간 성격을 띤다.

폴라로그래피는 적하 수은 전극에 전위를 걸어 흐르는 전류를 재는 전기화학 분석법이지 성분을 물리적으로 갈라내는 방법이 아니다. 크로마토그래피, 추출법, 증류법은 모두 상 사이의 분배나 휘발도 차이를 이용한 분리분석법이다.

수은은 비교적 낮은 양전위(약 +0.4 V)에서 스스로 산화되어 버리므로, 적하 수은 전극은 산화 반응 연구에는 부적합하고 환원 반응 연구에 유용하다. 수소 과전압이 커서 음전위 쪽 사용 범위가 넓다는 점도 환원 연구에 유리한 이유다.

질량분석기는 이온의 $m/z$를 재는 장치라 원소 조성, 동위원소비, 분자량을 알 수 있다. 흡광계수는 물질이 빛을 흡수하는 세기를 나타내는 값이므로 흡수분광법으로 구해야 한다.

AgCl, AgBr, AgI처럼 용해도가 낮은 이온성 무기화합물은 결정질 막 전극의 막으로 널리 쓰인다(염화이온·황화이온 선택성 전극 등). 막이 용액에 거의 녹지 않고, 약간의 전기전도도를 가지며, 분석물과 선택적으로 결합해야 한다는 나머지 조건은 모두 옳다.

전지 표시법은 왼쪽에 산화전극(anode), 오른쪽에 환원전극(cathode)을 쓰는 것이 약속이다. 갈바니 전지는 자발적 반응으로 전기를 만들고 산화전극에서 생긴 전자가 도선을 따라 환원전극으로 흐른다는 나머지 설명은 옳다.

등온 결정화는 결정화하면서 내놓는 열량과 그 시간 변화를 정량적으로 봐야 하므로, 열흐름을 직접 측정하는 DSC가 가장 알맞다. DTA는 온도차만 보여 정량성이 떨어지고 TG는 무게 변화만 재므로 무게가 변하지 않는 결정화를 잡아내지 못한다.

시료를 찍은 점이 전개액에 잠기면 시료가 용매로 녹아 나가 전개 자체가 되지 않는다. 시료 점은 반드시 전개용매 액면보다 위에 오도록 담가야 한다.

GLC는 정지상이 담체에 입힌 액체이므로, 분석물이 운반기체(이동상)와 액체 정지상 사이에서 분배되는 평형이 분리를 결정한다. 고체 정지상에 붙었다 떨어지는 흡착 평형을 쓰는 것은 기체-고체 크로마토그래피(GSC)다.

굴절률 검출기는 거의 모든 용질에 감응하는 범용 검출기지만 감도가 낮다는 것이 가장 큰 단점이다. 굴절률이 온도에 매우 민감해 정밀한 항온이 필요하고 기울기 용리에는 쓰기 어렵다는 나머지 설명은 옳다.

먼저 표준수소전극 기준으로 환산하면 $E_{\mathrm{SHE}} = 0.115 + 0.244 = 0.359\,\mathrm{V}$다. 여기서 Ag/AgCl 기준전극의 전위를 빼면 $0.359 - 0.199 = 0.160\,\mathrm{V}$이므로 약 0.16 V다.

SCAN 모드는 설정한 질량 범위를 연속으로 훑어 모든 $m/z$ 이온을 검출하므로 전체 스펙트럼을 얻어 미지 물질 확인에 쓴다. SIM, SRM, MRM은 정해진 이온만 골라 보는 정량용 모드라 전체 스펙트럼을 주지 못한다.

석출된 구리의 무게는 약 0.10 g이다.

흘려준 전하량과 전자의 몰수를 먼저 구한다.
$Q = It = 0.5\times 600 = 300\,\mathrm{C}$
$300/96485 = 3.11\times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$

Cu²⁺+2e^-→Cu이므로 구리의 몰수는 전자의 절반이고, 질량은
$1.55\times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$
$1.55\times 10^{-3}\times 63.5 = 0.099\,\mathrm{g}$

다중통로(소용돌이 확산) 넓힘은 충전 입자 사이를 지나는 분자마다 경로 길이가 달라 생기므로 옳은 설명이다. 세로확산은 이동상 속도가 느릴수록 커지고, 두 상 사이의 평형이 느려서 생기는 질량이동 넓힘은 속도가 커질수록 증가하므로 나머지는 반대로 서술되었다.

space charge는 양이온끼리 반발해 이온빔이 퍼지는 현상으로, 투과율을 떨어뜨리고 매트릭스 농도가 높을수록 신호를 줄인다. 특히 가벼운 이온이 더 크게 밀려나 질량에 따른 편차(mass bias)가 생기므로 질량 편차가 거의 없다는 서술이 틀렸다. 시료를 묽혀 총 이온 농도를 낮추면 완화된다.

글루코오스가 이어진 고분자량 화합물은 이온성이 약하고 분자량 분포로 구분되므로, 충전물의 세공 크기로 분자를 걸러내는 크기별 배제 크로마토그래피(SEC)가 가장 적합하다. 큰 분자는 세공에 들어가지 못해 먼저 용리되고 작은 분자는 늦게 나온다.

전기화학 반응에서 전류가 흐를 때 전극 표면 근처의 농도 변화로 생기는 농도편극, 전자 이동 반응 자체가 느려서 생기는 전하이동편극, 금속이 석출·용해될 때 결정격자 형성이 느려 생기는 결정화편극 등은 전기화학에서 실제로 정의되는 편극의 종류이다.

반면 "전압강화편극"은 전기화학에서 사용되는 편극의 명칭에 해당하지 않는 용어이므로, 편극의 종류에 해당하지 않는 것으로 골라야 한다.

염다리(salt bridge)의 목적은 두 반쪽전지 용액이 직접 섞이지 않게 하면서도 이온이 오갈 수 있게 하여 전지 전체의 전기적 중성(electroneutrality)을 유지하는 데 있다. "양성상태를 유지한다"는 서술은 이 목적을 잘못 표현한 것이므로 틀린 설명이다.

염다리 양 끝에 반투과성 막이 있고 고농도 KNO₃를 채운 젤 형태의 U자관이라는 점, 염다리 내부의 이온 농도가 반쪽전지보다 높아 염다리 밖으로 나가는 이온의 이동이 안으로 들어오는 이동보다 크다는 점은 실제 염다리의 특성을 옳게 설명하고 있다.

전자포착 검출기(ECD)는 방사성 β선원에서 나오는 전자를 시료 성분이 포획하는 정도를 신호로 이용하므로, 할로겐처럼 전기음성도가 크고 전자를 잘 붙잡는 작용기를 가진 화합물에 특히 감도가 높다.

불꽃이온화검출기(FID)는 탄화수소 전반에, 열전도도검출기(TCD)는 대부분의 화합물에 범용적으로 반응하는 검출기이고, 원자방출검출기(AED)는 원소별 방출 스펙트럼을 이용하는 검출기이므로, 할로겐 화합물에 대한 선택적 고감도라는 특징은 ECD가 대표적이다.

시차주사열량법(DSC)에서 결정화(crystallization)는 무질서한 상태(액체 등)의 물질이 규칙적인 결정 격자로 배열되며 에너지를 방출하는 과정이므로 발열(exothermic) 봉우리로 나타난다.

반면 승화, 증발, 용해(융해)는 모두 물질이 더 무질서한 상태로 바뀌면서 외부에서 에너지를 흡수해야 하는 흡열(endothermic) 과정이므로 DSC 곡선에서는 흡열 봉우리로 나타난다.