21년 1회차

머리카락 탈색은 과산화 수소가 색소를 산화시켜 새로운 물질로 바꾸는 화학 변화이고, 나머지는 모두 물질의 성질이 그대로인 물리 변화이다.

물리 변화는 상태나 모양만 바뀌고 분자 자체는 변하지 않으며, 화학 변화는 원자의 재배열로 성질이 다른 물질이 생긴다.

• 물이 끓는 것은 액체→기체의 상태 변화일 뿐 물 분자는 그대로다.
• 설탕이 물에 녹는 것은 용해로, 물을 증발시키면 설탕을 다시 얻을 수 있다.
• 드라이아이스의 승화는 고체→기체의 상태 변화로 이산화 탄소 분자는 변하지 않는다.

높은 산에서 라면이 설익는 것은 용질 때문이 아니라 외부 기압이 낮아 끓는점이 낮아지는 현상이므로 총괄성이 아니다.

총괄성은 용질의 종류와 무관하게 용질 입자 수에만 의존하는 성질로, 증기 압력 내림·끓는점 오름·어는점 내림·삼투압이 해당한다.

• 도로에 소금을 뿌려 얼음을 녹이는 것은 어는점 내림이다.
• 스프를 먼저 넣으면 면이 빨리 익는 것은 끓는점 오름으로 더 높은 온도에서 끓기 때문이다.
• 반투막을 사이에 둔 두 용액의 농도가 같아지는 방향으로 용매가 이동하는 것은 삼투 현상이다.

생성된 기체의 부분 압력은 질소 225 mmHg, 수소 675 mmHg이다.

분해 반응식은 $\mathrm{2NH_3 \rightarrow N_2 + 3H_2}$이므로 생성되는 $\mathrm{N_2 : H_2}$의 몰비는 1 : 3이다.

같은 용기·같은 온도에서 부분 압력은 몰분율에 비례한다.
$P_{\mathrm{N_2}} = 900 \times \dfrac{1}{4} = 225\ \mathrm{mmHg}$
$P_{\mathrm{H_2}} = 900 \times \dfrac{3}{4} = 675\ \mathrm{mmHg}$

일산화 탄소가 한계 반응물이 되어 메탄올 320 g이 생성된다.

각 반응물의 몰수를 구한다.
$n_{\mathrm{CO}} = \dfrac{280}{28} = 10\ \mathrm{mol}$
$n_{\mathrm{H_2}} = \dfrac{50}{2} = 25\ \mathrm{mol}$

CO 10 mol과 반응하려면 수소 20 mol이 필요한데 25 mol이 있으므로 수소가 남고, CO가 한계 반응물이다.

메탄올은 CO와 같은 10 mol 생성된다.
$10\ \mathrm{mol} \times 32\ \mathrm{g/mol} = 320\ \mathrm{g}$

옳은 설명은 같은 족에서 원자 반지름 증가(ㄱ)와 He의 1차 이온화 에너지가 Li보다 훨씬 큼(ㄹ)이다.

같은 족에서는 아래로 갈수록 전자 껍질 수가 늘어 원자 반지름이 커진다. He은 핵에 가까운 1s 전자를 떼어야 하고, Li은 바깥 2s 전자 하나만 떼면 되므로 He의 이온화 에너지가 훨씬 크다.

• 같은 주기에서 원자 번호가 커질수록 반지름이 증가한다는 설명: 유효 핵전하가 커져 전자를 더 세게 끌어당기므로 반지름은 감소한다.
• 전자친화도가 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 커진다는 설명: 2족·15족·18족처럼 전자를 받아들이기 어려운 예외가 있어 주기 전체에서 일정하게 커지지 않는다.

무극성 분자는 $\mathrm{CCl_4}$와 $\mathrm{SF_6}$이다.

결합에 극성이 있어도 분자 구조가 대칭이면 결합 쌍극자가 상쇄되어 무극성이 된다. $\mathrm{CCl_4}$는 정사면체, $\mathrm{SF_6}$는 정팔면체 구조라 쌍극자 모멘트의 합이 0이다.

• $\mathrm{SO_2}$: 중심 S에 비공유 전자쌍이 있어 굽은형이므로 극성 분자이다.
• HCl: 전기음성도가 다른 두 원자로 된 이원자 분자이므로 극성 분자이다.

원소의 질량을 구해 몰비를 따지면 화합물 X는 $\mathrm{C_2H_6O}$이다.

생성물에서 C와 H의 질량을 구한다.
$\mathrm{C}: 44 \times \dfrac{12}{44} = 12\ \mathrm{g}\ (1\ \mathrm{mol})$
$\mathrm{H}: 27 \times \dfrac{2}{18} = 3\ \mathrm{g}\ (3\ \mathrm{mol})$

산소는 나머지 질량이다.
$\mathrm{O}: 23 - 12 - 3 = 8\ \mathrm{g}\ (0.5\ \mathrm{mol})$

몰비는 $\mathrm{C : H : O} = 1 : 3 : 0.5 = 2 : 6 : 1$이므로 실험식은 $\mathrm{C_2H_6O}$이고, 보기 중 이에 맞는 화학식은 이것뿐이다.

이온 결합 화합물 중 녹는점이 가장 높은 것은 $\mathrm{MgO}$이다.

이온 결합의 세기는 쿨롱 힘에 따라 이온 전하의 곱이 클수록, 이온 사이 거리가 짧을수록 커지고, 결합이 셀수록 녹는점이 높다.

• $\mathrm{MgO}$는 +2와 −2 이온으로 이루어져 전하의 곱이 나머지(+1, −1)의 4배이므로 압도적으로 강하다.
• $\mathrm{NaF}$, $\mathrm{NaCl}$, $\mathrm{KCl}$은 모두 +1, −1 이온이라 거리 차이만 작용하며, 그 영향은 전하 차이보다 훨씬 작다.

균형 반응식은 $\mathrm{4NO_2 + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4HNO_3}$이므로 계수의 합 a+b+c는 10이다.

원자 수 보존식을 세운다.
N: $a = c$, H: $2b = c$, O: $2a + b + 2 = 3c$

$a = c$와 $b = \dfrac{c}{2}$를 O 식에 대입하면 $2c + \dfrac{c}{2} + 2 = 3c$에서 $c = 4$이다.
따라서 $a = 4, b = 2, c = 4$이고 합은 $4 + 2 + 4 = 10$이다.

가능하지 않은 조합은 n=3, l=0, $m_l$=-1인 조합이다.

양자수 규칙은 $l = 0, 1, \ldots, n-1$, $m_l = -l, \ldots, 0, \ldots, +l$, $m_s = \pm\dfrac{1}{2}$이다. l=0(s 오비탈)이면 $m_l$은 0만 가질 수 있으므로 -1은 불가능하다.

• n=2, l=1, $m_l$=0 조합: l이 n-1 이하이고 $m_l$이 범위 안에 있어 가능하다(2p).
• n=3, l=2, $m_l$=0 조합: 3d 오비탈로 가능하다.
• n=4, l=3, $m_l$=-2 조합: 4f 오비탈이며 $m_l$은 -3~+3 범위라 가능하다.

옳지 않은 설명은 구리가 아연보다 산화력이 약하다는 것이다.

구리는 아연보다 표준 환원 전위가 높아 환원되려는 경향(산화력)이 더 크다. 그래서 아연을 구리 이온 수용액에 넣으면 아연이 산화되고 구리가 석출된다.

• 바닥 상태 전자 배치는 3d 오비탈이 완전히 채워진 $\mathrm{[Ar]4s^1 3d^{10}}$로, 예외적인 배치가 맞다.
• 4s에 짝짓지 않은 전자 1개가 있으므로 원자 상태의 구리는 상자성을 띤다.
• 구리는 가열하면 산소와 반응해 산화 구리를 형성한다.

옳지 않은 설명은 하이드록시 라디칼의 반응성이 약하다는 것으로, 하이드록시 라디칼은 반응성이 매우 큰 중간체이다.

광화학 스모그는 자동차 배기가스의 질소 산화물과 탄화수소가 햇빛을 받아 연쇄 반응하면서 오존 등 2차 오염 물질을 만드는 과정이다.

• NO는 연소 과정에서 배출되는 주요 원인 물질이다.
• $\mathrm{NO_2}$는 빛을 흡수해 NO와 산소 원자로 분해된다.
• 생성된 산소 원자가 $\mathrm{O_2}$와 결합해 $\mathrm{O_3}$가 생기므로 오존은 최종 생성물 중 하나다.

체심 입방 구조의 단위 세포에 들어 있는 입자는 2개이다.

꼭짓점 입자는 8개의 단위 세포가 공유하므로 각각 $\dfrac{1}{8}$개, 중심 입자는 단위 세포 하나에 온전히 속한다.

$8 \times \dfrac{1}{8} + 1 = 2$

옳지 않은 설명은 모든 원자가 팔전자 규칙을 만족한다는 것으로, 중심 원자 I는 팔전자 규칙을 넘어선 확장된 원자가 껍질을 가진다.

I는 Cl 4개와 결합하고 비공유 전자쌍 2개를 가져 주위에 전자 12개가 있다. 전자쌍 6개는 팔면체로 배열되고, 비공유 전자쌍이 서로 마주 보아 분자 모양은 사각 평면형이 된다.

• 사각 평면형은 대칭이라 결합 쌍극자가 상쇄되므로 무극성이다.
• 중심 원자 I의 형식 전하는 $7 - 4 - \dfrac{8}{2} = -1$이다.
• 비공유 전자쌍 2개가 축 방향에 놓이는 사각 평면형이 가장 안정한 구조이다.

알짜 이온 반응식은 $\mathrm{CH_3COOH + OH^- \rightarrow CH_3COO^- + H_2O}$이다.

아세트산은 약산이라 수용액에서 거의 이온화하지 않으므로 분자 상태로 쓰고, NaOH는 강염기라 완전히 이온화하며 $\mathrm{Na^+}$은 구경꾼 이온으로 빠진다.

• $\mathrm{H_3O^+}$와 $\mathrm{OH^-}$의 반응식은 강산–강염기 중화의 알짜 반응식이라 약산에는 맞지 않는다.
• NaOH와 $\mathrm{CH_3COONa}$를 분자식으로 쓴 식은 전체 반응식이지 알짜 이온 반응식이 아니다.
• $\mathrm{CH_3COO^-}$과 $\mathrm{Na^+}$이 결합하는 식은 수용액에서 일어나지 않으며 중화 반응도 아니다.

평형의 위치를 오른쪽으로 옮기지 못하는 방법은 정촉매를 가하는 것이다.

촉매는 정반응과 역반응의 활성화 에너지를 똑같이 낮춰 평형에 빨리 도달하게 할 뿐, 평형 상수와 평형 위치는 바꾸지 않는다.

• $\mathrm{O_2}$를 제거하는 방법: 생성물 농도가 줄어 이를 보충하는 정반응 쪽으로 이동한다.
• 온도를 낮추는 방법: $\Delta H^\circ < 0$인 발열 반응이므로 열을 내놓는 정반응 쪽으로 이동한다.
• 부피를 두 배로 늘리는 방법: 압력이 낮아져 기체 몰수가 많은 쪽(2몰→3몰)인 정반응 쪽으로 이동한다.

시료 속 HA의 질량 백분율은 36%이다.

HA는 1가 산이므로 중화점에서 HA의 몰수 = NaOH의 몰수이다.
$n = 0.15\ \mathrm{M} \times 0.010\ \mathrm{L} = 1.5 \times 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

HA의 질량을 구한다.
$1.5 \times 10^{-3}\ \mathrm{mol} \times 120\ \mathrm{g/mol} = 0.18\ \mathrm{g}$

질량 백분율을 구한다.
$\dfrac{0.18}{0.5} \times 100 = 36\%$

A~D는 차례로 F, Ne, Na, Mg이며, 옳은 설명은 $\mathrm{A_2}$($\mathrm{F_2}$) 분자가 반자기성이라는 것이다.

B에서 이온화 에너지가 가장 크고 바로 다음 C에서 급감하므로 B는 18족 Ne, C는 1족 Na이다. $\mathrm{F_2}$는 분자 오비탈에 전자가 모두 쌍을 이루고 있어 반자기성이다.

• B의 원자 반지름이 C보다 크다는 설명: Ne(2주기)보다 전자 껍질이 하나 더 많은 Na(3주기)의 반지름이 크다.
• A와 C의 화합물이 공유 결합 화합물이라는 설명: NaF는 금속 양이온과 비금속 음이온으로 된 이온 결합 화합물이다.
• C의 2차 이온화 에너지가 D보다 작다는 설명: Na은 2차 이온화에서 안쪽 껍질 전자를 떼어야 하므로 Mg보다 훨씬 크다.

옳지 않은 설명은 (다)에서 Ca의 산화수가 변한다는 것이다.

(다)는 열분해 반응으로 Ca은 $\mathrm{CaCO_3}$와 $\mathrm{CaO}$에서 모두 +2이며, C(+4)와 O(-2)의 산화수도 변하지 않는다.

• (가)에서 C의 산화수가 증가한다는 설명: C는 0에서 CO의 +2로 증가하여 산화된다.
• 산화－환원 반응이 2가지라는 설명: 산화수 변화가 있는 것은 (가)와 (나)뿐이고, (다)와 (라)는 산화수 변화가 없다.
• (나)에서 CO가 환원제라는 설명: CO의 C는 +2에서 +4로 산화되면서 Fe를 +3에서 0으로 환원시킨다.