05년 1회차

금속성이 강한 알칼리금속과 비금속성이 강한 할로겐족 원소는 전자를 주고받아 화합물을 만들며, 이때 형성되는 결합은 이온결합이다.

알칼리금속은 전자를 잃어 양이온이 되고 할로겐은 전자를 얻어 음이온이 되어 정전기적 인력으로 결합한다.

산화되면 카르복실산이 되고 환원되면 알코올이 되는 것은 알데히드이다.

아세트알데히드(CH₃CHO)는 산화되면 아세트산(CH₃COOH)이 되고, 환원되면 에탄올(C₂H₅OH)이 된다.

• 에탄올은 이미 알코올이므로 환원 생성물이 될 수 없다.
• 디에틸에테르는 산화·환원 반응성이 거의 없는 에테르이다.
• 아세톤은 케톤으로 더 이상 쉽게 산화되지 않는다.

탄소 간 이중·삼중결합(불포화결합)이 있는 화합물에 브롬(Br₂)을 가하면 첨가반응이 일어나 적갈색이 무색으로 탈색된다.

이 브롬 탈색 반응은 불포화탄화수소를 검출하는 대표적인 정성 시험법으로 이용된다.

탄소-탄소 결합에너지는 결합 차수가 높을수록 커서 삼중결합 > 이중결합 > 단일결합 순서를 따른다.

보기 중 탄소 간 삼중결합을 가진 아세틸렌계 화합물이 결합에너지가 가장 크며, 이중결합인 에틸렌이나 단일결합인 에탄·에탄올보다 결합력이 강하다.

탄소의 동소체는 탄소 원자만으로 이루어져 있으면서 결합 구조가 다른 물질로, 흑연·다이아몬드·활성탄이 이에 해당한다.

원유는 탄화수소를 비롯한 여러 화합물의 혼합물이지 탄소 단일 원소로 이루어진 동소체가 아니다.

포화탄화수소는 탄소 간 결합이 모두 단일결합으로 이루어져 이중·삼중결합이 없는 화합물이다.

시클로헥산(C₆H₁₂)은 고리형이지만 탄소 간 결합이 모두 단일결합인 포화탄화수소이다.

• 요오드값이 큰 것은 불포화도가 높음을 의미한다.
• 건성유는 불포화지방산 함량이 높은 기름이다.
• 생선기름은 불포화지방산 비율이 높은 기름이다.

유리기구에 묻은 기름때(유기물)를 강한 산화력으로 태워 없애는 세정액은 크롬산칼륨과 진한 황산을 섞어 만든 산화성 세정액이다.

크롬 화합물의 강한 산화력과 진한 황산의 탈수·산화 작용이 결합해 유리기구 표면의 유기물을 효과적으로 제거한다.

오비탈에 들어갈 수 있는 전자 수는 부껍질에 따라 정해지며, s는 2개, p는 6개, d는 10개, f는 14개이다.

d 오비탈은 5개의 궤도함수로 이루어져 있고 각 궤도함수에 전자가 2개씩 채워지므로 총 10개의 전자를 수용할 수 있다.

결합력의 세기는 일반적으로 공유결합 ≈ 이온결합 > 금속결합 > 반데르발스결합 순이다.

반데르발스결합은 분자 간에 작용하는 약한 인력으로, 화학결합이라기보다 분자간력에 가까워 결합력이 가장 약하다.

현대의 주기율표는 멘델레예프의 원자량 순 배열을 보완하여 양성자의 수(원자번호) 순서로 원소를 배열한 것이다.

동위원소처럼 중성자 수나 질량수가 달라도 화학적 성질은 양성자 수(=전자 수)에 의해 결정되므로 원자번호가 배열 기준이 된다.

용해도는 용매 100g에 최대로 녹을 수 있는 용질의 g수로 정의한다.

포화용액 84g 중 용질이 24g이므로 용매는 $84-24=60\ \mathrm{g}$이다.

용해도는 $\dfrac{24}{60}\times100=40$으로 계산된다.

염기성의 세기는 수산화이온 농도([OH⁻])가 클수록, 즉 pOH가 작을수록 강해진다.

[OH⁻] = 10⁻¹ M인 용액은 pOH가 1로 pH 13에 해당하는 강한 염기성 용액이다.

• 0.1M HCl은 강산 용액이다.
• [H⁺]=10⁻³ M은 pH 3의 산성 용액이다.
• pH=4 역시 산성 용액이다.

페놀(C₆H₅OH)은 히드록시기(-OH)를 가진 약산성 물질로, 금속 나트륨과 반응하면 수소 기체를 발생시키며 나트륨페놀레이트를 생성한다.

• 카르복실산과 반응하면 축합에 의해 에스터가 생성될 뿐 에테르는 생기지 않는다.
• FeCl₃과는 정색 반응(보라색 계열 발색)을 일으킬 뿐 수소 기체는 발생하지 않는다.
• 페놀 수용액은 염기성이 아니라 약산성을 나타낸다.

0℃ 얼음을 100℃ 수증기로 만드는 데 필요한 열량은 융해 → 가열 → 기화 세 단계 열량을 더한 1438 ㎈이다.

먼저 0℃ 얼음을 0℃ 물로 녹이는 데 $Q_1 = 2\ \mathrm{g}\times80\ \mathrm{cal/g}=160\ \mathrm{cal}$, 0℃ 물을 100℃까지 데우는 데 $Q_2 = 2\ \mathrm{g}\times1\ \mathrm{cal/g\cdot^\circ C}\times100^\circ C=200\ \mathrm{cal}$가 필요하다.

마지막으로 100℃ 물을 수증기로 기화시키는 데 $Q_3 = 2\ \mathrm{g}\times539\ \mathrm{cal/g}=1078\ \mathrm{cal}$이 필요하므로, 전체 열량은 $Q_1+Q_2+Q_3=160+200+1078=1438\ \mathrm{cal}$이다.

산화나트륨(Na₂O)은 대표적인 염기성 산화물이고, 탄산칼륨(K₂CO₃)은 강염기와 약산의 염이므로 수용액이 염기성을 나타낸다.

• SO₂는 물에 녹아 아황산이 되는 산성 산화물이다.
• KCl은 강산·강염기의 염으로 수용액이 중성이어서, CaO와 짝지어도 모두 염기성이 되지 않는다.
• CO₂는 산성 산화물이고 NaNO₃는 중성 염이다.

양쪽성 원소는 산과 염기 모두와 반응하는 원소로 Al, Zn, Sn이 대표적이다.

구리(Cu)는 이온화경향이 작은 전이금속으로 산화력이 있는 산과만 반응하고 염기와는 반응하지 않아 양쪽성 원소에 해당하지 않는다.

NaCl과 KCl은 둘 다 염화이온을 포함하므로 AgNO₃를 가하면 모두 흰색 AgCl 침전이 생겨 구별할 수 없고, 불꽃반응으로 금속 이온의 종류를 확인해야 한다.

나트륨은 노란색, 칼륨은 보라색(자주색) 불꽃색을 나타내어 두 물질을 명확히 구분할 수 있다.

황산구리 용액에 아연을 넣으면 아연이 산화되어 녹고 구리 이온이 환원되어 구리 금속으로 석출된다.

이는 아연이 구리보다 이온화경향이 커서 전자를 더 쉽게 내놓기 때문에 일어나는 반응이다.

혼합물 분리 원리 중 석유와 벤젠의 조합은 서로 잘 섞이는 유기용매끼리이므로 층이 나뉘지 않아 분액깔때기(액체-액체 분리)로는 분리할 수 없다.

이 둘은 끓는점 차이를 이용한 분별증류로 분리해야 하므로, 적용원리와 분리방법의 연결이 잘못되었다.

• NaCl과 KNO₃는 용해도 차를 이용한 분별결정으로 분리할 수 있다.
• 물과 에탄올은 끓는점 차를 이용한 분별증류로 분리할 수 있다.
• 모래와 요오드는 요오드의 승화성을 이용해 분리할 수 있다.

금(Au)과 백금(Pt)은 반응성이 매우 낮아 질산·염산·황산 단독으로는 녹지 않는다.

진한 질산과 진한 염산을 1:3 부피비로 섞은 왕수(aqua regia)는 강한 산화력과 착이온 형성 능력이 함께 작용해 금과 백금까지 녹일 수 있다.

밑줄 친 과망간산 이온의 Mn은 +7, 일산화질소의 N은 +2이다.

산소를 -2로 두면 MnO₄^-는 전체 전하가 -1이므로 $x + 4\times(-2) = -1$, 즉 $x = +7$이 된다.

NO는 전하가 없는 중성 분자이므로 $x + (-2) = 0$에서 $x = +2$다. 산화수는 구성 원소 산화수의 합이 이온의 전하(중성 분자는 0)와 같아야 한다는 원칙으로 구한다.

옥살산 결정 6.3g을 물에 녹여 1000mL의 용액으로 만드는 방법이 올바르다. 표준 산 용액은 정확한 농도 관리를 위해 정용플라스크를 사용하여 정확히 1000mL로 만들어야 한다.

옥살산 결정 C₂H₂O₄·2H₂O의 분자량: (12×2 + 1×2 + 16×4 + 18×2) = 126
옥살산(C₂H₂O₄)은 2가산이므로 0.1N 용액 1L에 필요한 옥살산: 0.1 ÷ 2 = 0.05 mol
옥살산 결정의 필요량: 0.05 mol × 126 g/mol = 6.3g

산소 원자(원자번호 8)는 전자 8개를 가지며, O²⁻ 이온은 전자 2개를 더 얻어 총 10개의 전자를 가진다.

전자 10개는 네온과 같은 안정한 전자배치를 이루므로 바닥상태 전자배치는 $1s^2\,2s^2\,2p^6$이 된다.

중심원자에 비공유전자쌍 없이 4개의 원자(또는 원자단)가 결합한 CH₄, BH₄⁻, NH₄⁺는 정사면체 구조를 가진다.

반면 NH₃는 중심 질소에 비공유전자쌍이 하나 존재하여 전자쌍 배치는 사면체이지만 분자의 실제 모양은 삼각뿔형으로, 정사면체가 아니다.

메스플라스크에 밀봉된 표준용액은 외부와 물질 출입이 없으므로 질량은 변하지 않지만, 온도가 내려가면 액체의 부피가 수축하여 액면이 표선보다 낮아진다.

따라서 표선 아래로 액위가 내려간 원인은 실내온도 하강에 따른 용액의 부피 수축으로 설명할 수 있다.

가수분해되어 산성을 나타내는 염은 강산과 약염기의 염이거나, 이온화 가능한 수소를 남긴 강산의 산성염이다.

NaHSO₄(황산수소나트륨)는 강산인 황산의 산성염으로 물에 녹으면 HSO₄⁻가 다시 H⁺를 내놓아 수용액이 산성을 나타낸다.

• NaHCO₃는 약산(탄산)의 산성염으로 수용액이 약한 염기성이다.
• NaCN은 강염기·약산의 염으로 가수분해되어 염기성을 나타낸다.
• NH₄CN은 약산·약염기의 염이지만 HCN이 NH₃보다 훨씬 약하므로 수용액은 염기성 쪽이다.

메틸 오렌지, 브롬크레졸 그린, 브롬티몰 블루는 모두 pH 변화에 따라 색이 변하는 산염기 지시약이다.

메틸 에테르는 단순한 에테르 화합물로 pH에 따른 색 변화가 없어 지시약으로 사용되지 않는다.

Cd(NO₃)₂ 용액에 KCN을 가하면 시안화카드뮴(Cd(CN)₂) 침전이 생성된다.

Cd(CN)₂은 흰색 침전으로 나타난다. (KCN을 과량으로 더 넣으면 착이온을 만들며 다시 녹는다.)

물은 극성이 크고 수소결합을 형성할 수 있는 용매이므로, 용질이 물과 수소결합을 이룰 수 있을 때 용해도가 가장 커진다.

쌍극자-쌍극자 인력이나 반데르발스 힘, 금속결합에 비해 수소결합은 인력이 훨씬 강하고 물 분자와 직접 결합을 형성할 수 있어 수용성을 크게 높인다.

PbSO₄의 몰질량은 $207.2+32.0+16.0\times4=303.2$이다.

PbSO₄ 중 Pb의 질량비는 $\dfrac{207.2}{303.2}$이므로, PbSO₄ 6g에 들어있는 Pb의 질량은 $6\times\dfrac{207.2}{303.2}\approx4.10\ \mathrm{g}$이다.

시료 10g 중 Pb의 함유율은 $\dfrac{4.10}{10}\times100\approx41.0\%$로 계산된다.

바륨, 칼슘, 스트론튬의 탄산염(BaCO₃, CaCO₃, SrCO₃)은 모두 흰색 침전이다.

BaCrO₄(크롬산바륨)는 노란색 침전을 형성하는 대표적인 화합물이다.

K₂CrO₄ 용액에 납이온(Pb²⁺)을 가하면 크롬산납(PbCrO₄)의 노란색 침전이 생성되며, 이는 납이온을 확인하는 대표적인 정성 반응이다.

은이온이나 수은이온이 만드는 크롬산염 침전은 붉은색 계열이어서 납이온의 노란색 침전과 구별된다.

요오드포름 반응은 아세톤이나 에탄올처럼 $\mathrm{CH_3CO-}$ 또는 $\mathrm{CH_3CH(OH)-}$ 구조를 가진 화합물에서 노란색 침전(요오드포름)을 만들어 확인하는 검출 반응이다.

은거울 반응은 알데하이드의 환원성을 확인하는 반응이고, 비누화와 술폰화는 각각 에스터 가수분해와 방향족 치환 반응이므로 아세톤·에탄올 검출과는 관련이 없다.

양이온의 수용액 색상은 d궤도의 전자 배치에 따른 d-d 전이에 의해 결정된다. Cr³⁺은 [Ar]3d³ 배치로 d-d 전이가 불가능하므로 무색이 맞다. Co²⁺은 [Ar]3d⁷ 배치로 적색을 띠고, Mn²⁺은 [Ar]3d⁵의 반충전 상태로 적색을 띠는 것도 정확하다. Fe²⁺은 [Ar]3d⁶ 배치로 황녹색(pale green) 또는 연두색을 띠는데, 보기 4번에서 황색으로 제시한 것이 틀렸다. 황색은 Fe³⁺의 특징이므로 정답은 4번이다.

Warder법은 애초에 침전 적정이 아니라 탄산염·수산화물 혼합물을 정량하는 산-염기 적정법이므로, 과잉의 은 이온과 반응하는 지시약을 쓰는 침전 적정 방식과는 무관하다.

• Mohr법은 크로뮴산칼륨 지시약이 과잉의 $\mathrm{Ag^+}$와 반응해 붉은색 침전을 만든다.
• Volhard법은 철 지시약이 과잉의 $\mathrm{SCN^-}$와 반응해 붉은색 착물을 만든다.
• Fajans법은 흡착 지시약이 침전 표면에서 과잉 적정 시약의 존재에 따라 색이 변한다.

0.1M HA 수용액의 pH가 3.0이라는 것은 $[\mathrm{H^+}] = 10^{-3}\ \mathrm{M}$임을 뜻하며, 이 값으로부터 이온화 상수 $K_a$를 구할 수 있다.

$K_a = \dfrac{[\mathrm{H^+}]^2}{C - [\mathrm{H^+}]}$

$K_a = \dfrac{(10^{-3})^2}{0.1 - 10^{-3}} = \dfrac{10^{-6}}{0.099} \approx 1.01\times10^{-5}$

흡열이면서 기체 몰수가 늘어나는 반응이므로 온도를 높이고 압력을 낮출 때 평형이 오른쪽으로 이동한다.

식 오른쪽의 -40Kcal은 정반응이 열을 40kcal 흡수한다는 뜻이다. 온도를 올리면 가해진 열을 소비하는 방향, 즉 열을 흡수하는 정반응이 촉진된다.

기체 몰수는 왼쪽이 CO₂ 1몰(탄소는 고체라 세지 않는다), 오른쪽이 CO 2몰이다. 압력을 내리면 기체 몰수가 큰 오른쪽으로 평형이 이동하므로, 압력을 가하는 조건은 오히려 역반응을 돕는다.

킬레이트 적정에서 완충용액을 넣는 이유는 적정이 진행되는 동안 알맞은 pH를 일정하게 유지하기 위해서다.

EDTA와 금속 이온의 착물 안정도는 pH에 따라 크게 달라지고, EDTA가 금속과 결합하면서 수소 이온이 방출되어 용액이 산성화되기 때문에, 완충용액으로 pH를 고정해야 착물이 정량적으로 생성되고 정확한 종말점을 얻을 수 있다.

주어진 조건에서 몰수를 구하면 이 산 1몰의 질량(분자량)을 계산할 수 있다.

$n = M \times V = 0.5\ \mathrm{mol/L} \times 0.2\ \mathrm{L} = 0.1\ \mathrm{mol}$

$\text{1몰의 질량} = \dfrac{10\ \mathrm{g}}{0.1\ \mathrm{mol}} = 100\ \mathrm{g/mol}$

산성 용액에서는 $[\mathrm{H^+}]$가 $[\mathrm{OH^-}]$보다 크다는 것이 옳은 설명이므로, 산성에서 $[\mathrm{H^+}]$가 더 작다고 반대로 말한 진술이 잘못된 것이다.

중성에서 두 값이 같고, 물의 이온곱 $K_w \approx 1\times10^{-14}$(상온)이며, 알칼리성에서 $[\mathrm{OH^-}]$가 더 크다는 나머지 설명은 모두 옳다.

산-염기 적정을 전위차법으로 수행할 때는 유리전극(지시전극)과 포화 칼로멜 전극(기준전극)을 조합해 pH에 비례하는 전위를 측정한다.

금·팔라듐 같은 귀금속 전극은 산화-환원 적정에서 지시전극으로 쓰이는 것이지, 산-염기 적정의 전위차 측정에는 사용하지 않는다.

이 문제의 비점도는 같은 점도계에서 물을 기준으로 한 상대점도로, 두 액체의 밀도와 유출시간의 곱의 비로 구한다.

$\eta_{rel} = \dfrac{\rho_2 t_2}{\rho_1 t_1} = \dfrac{0.887 \times 56}{0.999 \times 20}$

$\eta_{rel} = \dfrac{49.67}{19.98} \approx 2.49$

적외선 흡수는 분자 내 원자들 사이의 결합이 진동(신축·굽힘)하면서 특정 파장의 적외선을 흡수하는 현상에 기초한다.

핵자기공명은 핵스핀에, 전하이동전이와 분자전이현상은 주로 자외선-가시광선 영역의 전자전이에 관련된 원리이므로 적외선 스펙트럼의 원리와는 다르다.

얇은막 크로마토그래피(TLC)는 흡착층이 얇아 전개 속도가 빨라, 같은 조건의 종이크로마토그래피보다 전개시간이 더 짧다. 따라서 TLC가 더 느리다는 설명이 틀린 것이다.

점적의 직경, 시약량, 전개 방식(상승·하강·다차원)에 관한 나머지 설명은 실제 TLC 조작법과 일치한다.

이온화 검출기(불꽃이온화 검출기 등)는 기체크로마토그래피(GC)에서 사용하는 검출기이며, 액체크로마토그래피(LC)에는 쓰이지 않는다.

LC에서는 UV 흡수, IR 흡수, 전도도 검출기처럼 액체 상태로 흐르는 용리액을 그대로 검출할 수 있는 방식을 사용한다.

분석법을 선택할 때 고려하는 특성은 신속성, 시료당 비용, 장치의 가격과 이용 가능성 같은 객관적 요소이며, 조작자의 연령은 분석법 선택 기준과 무관하다.

pH 미터의 Adjustment(또는 Correction) 손잡이는 표준 완충용액에서 측정된 일정한 전위차를 정해진 pH 눈금에 맞추는 교정(표준화)을 위한 것이다.

전극에서 발생하는 기전력 자체를 증폭하거나 낮추는 것이 목적이 아니라, 이미 발생한 전위를 눈금과 일치시키는 조정이라는 점이 핵심이다.

이온크로마토그래피(IC)는 시료 중 이온성 물질을 분리해 정량하므로, 이온의 존재에 따라 값이 변하는 전기전도도 검출기가 가장 널리 쓰인다.

UV·형광·굴절율 검출기도 LC에서 쓰이지만, 무기 이온처럼 흡광이나 형광이 거의 없는 성분에는 감도가 떨어져 IC의 주 검출기로는 적합하지 않다.

GC(가스크로마토그래피)의 대표적 검출기는 불꽃이온화, 전자포획, 열전도도 검출기이며, 자외/가시광선 검출기는 주로 액체크로마토그래피(LC)에서 사용하는 검출기다.

1g당량에 해당하는 전기량은 패러데이 법칙에 따라 1F(패러데이) = 96500C이다.

이는 전자 1몰이 운반하는 전하량이자, 전기분해에서 물질 1g당량을 석출·용해시키는 데 필요한 전기량이기도 하다.

물의 이온곱 관계식 $\mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14$를 이용하면 pH가 5일 때 pOH는 9이다.

계산하면 $\mathrm{pOH}=14-5=9$이며, 이는 25℃ 수용액에서 성립하는 일반적인 관계식이다.

전해질 용액의 전기전도도는 단위 부피 속 이온의 수(농도)에 비례한다. 이온이 많을수록 전류를 운반할 수 있는 하전 입자가 많아지기 때문이다.

전도도는 전극 넓이에 비례하고 전극 간 거리에 반비례하며 이온의 이동도가 클수록 커지므로, 나머지 설명은 비례 관계가 반대로 서술된 것이다.

적외선 분광광도계의 광원으로는 희토류 산화물(지르코늄·이트륨·토륨 산화물)을 소결해 만든 네른스트 램프(Nernst glower)가 널리 쓰인다. 전류로 가열하면 중적외선 영역의 연속 복사선을 강하게 낸다.

나트륨 램프는 굴절률·선광도 측정에 쓰이는 단색 광원이고, 텅스텐 램프와 할로겐 램프는 가시광선~근적외선 영역의 광원이어서 중적외선 광원으로는 적합하지 않다.

GC의 정성분석은 미지 성분에 표준물질을 추가로 넣었을 때 특정 봉우리가 겹쳐 커지는지를 확인하는 내부표준물첨가법으로 수행할 수 있다. 머무름 시간이 같아 봉우리가 하나로 커지면 그 성분이 표준물질과 같은 물질임을 알 수 있다.

내부표준법, 면적측정법, 절대검량선법은 모두 봉우리 면적(또는 높이)으로 농도를 구하는 정량분석 방법이라는 점에서 이 문제의 답과 구분된다.

브롬수가 피부에 묻었을 때는 다량의 글리세린으로 문질러 닦아내는 응급처치가 권장된다. 글리세린이 브로민을 흡수·희석시켜 조직 손상을 줄여주기 때문이다.

염기로 세척하거나 아세톤으로 닦는 것, 방치하는 것은 오히려 자극을 심화시키거나 효과가 없으므로 적절한 처리가 아니다.

이상적인 기준전극은 Nernst식에 따라 가역적으로 거동해야 하므로, "가역적이지 말아야 한다"는 진술은 조건과 반대로 서술되어 틀렸다.

시간에 대해 일정한 전위를 유지하고, 작은 전류가 흐른 뒤에도 본래 전위로 돌아오며, 온도 사이클에 대해 히스테리시스를 나타내지 않아야 한다는 나머지 조건은 모두 기준전극이 갖추어야 할 요건과 일치한다.

투광도 $T = 0.40$에서 흡광도를 먼저 구한다.

$A = -\log T = -\log 0.40 \approx 0.40$

Beer-Lambert 법칙 $A = \varepsilon b c$에 대입하면

$\varepsilon = \dfrac{A}{bc} = \dfrac{0.40}{1.5\ \mathrm{cm} \times 1.0\times10^{-4}\ \mathrm{M}} \approx 2.6\times10^{3}$

따라서 보기 중 이 값에 가장 가까운 $2.5\times10^{3}$이 답이 된다.

기기분석은 신속성, 높은 감도, 소량 시료 분석이 가능하다는 장점이 있지만, 시료의 전처리가 불필요하다는 것은 사실이 아니다.

많은 기기분석법도 여전히 추출·정제·농축 같은 전처리를 거쳐야 정확한 결과를 얻을 수 있으므로, 이는 기기분석의 장점으로 볼 수 없다.

자외선 분광분석에서 용매를 선택할 때는 측정하려는 파장 영역에서 용매 자체가 자외선을 흡수하지 않고 잘 투과시키는지(복사선의 투과능력)가 가장 중요한 기준이다. 용매가 흡수를 하면 시료의 흡수 스펙트럼이 가려져 측정이 불가능해지기 때문이다.