19년 1회차

유효 숫자를 반영한 계산 결과는 7.1이다.

곱셈·나눗셈에서는 결과의 유효 숫자 개수를 유효 숫자가 가장 적은 값에 맞춘다. 13.59는 4개, 6.3과 12는 각각 2개이므로 결과는 2개로 나타낸다.

$13.59\times 6.3=85.617$
$85.617\div 12=7.13475\ldots$
유효 숫자 2개로 반올림하면 $7.1$이다.

• 7.13은 유효 숫자가 3개라 측정 정밀도를 과장한다.
• 7.14는 유효 숫자가 3개이고 반올림 값도 맞지 않는다.
• 7.135는 유효 숫자가 4개로, 가장 덜 정밀한 값의 정밀도를 넘는다.

17족 할로젠 원소는 최외각 전자 배치가 $\mathrm{ns^2np^5}$인 원소로, 3p 오비탈에 전자 5개가 있는 배치(염소)가 해당한다.

할로젠은 원자가 전자가 7개라 전자 1개를 얻어 비활성 기체 배치를 이루려는 경향이 크다.

• 3d에 전자 7개, 4s에 전자 2개가 있는 배치는 원자 번호 27인 코발트로, 전이 금속이다.
• 4s에 전자 1개가 있는 배치는 칼륨으로, 1족 알칼리 금속이다.
• 3p 오비탈이 6개로 꽉 찬 배치는 아르곤으로, 18족 비활성 기체이다.

결합의 극성은 두 원자의 전기 음성도 차이가 클수록 크며, C－H 결합(차이 0.4)이 Si－H 결합(차이 0.3)보다 극성이 크다는 비교가 옳다.

각 결합의 전기 음성도 차이를 계산해 비교하면 된다.

• C－O는 차이 1.0, Si－O는 차이 1.7이므로 Si－O의 극성이 더 크다.
• O－F는 차이 0.5, O－Cl도 차이 0.5로 같아서 어느 한쪽이 크다고 할 수 없다.
• C－F는 차이 1.5, Si－F는 차이 2.2이므로 Si－F의 극성이 더 크다.

샤를의 법칙은 압력과 몰수가 일정할 때 기체의 부피가 절대온도에 비례한다는 법칙으로, 부피가 상수와 절대온도의 곱으로 표현된다.

$V=kT$ ($P,\ n$ 일정)

• 부피가 압력에 반비례하는 식은 보일의 법칙이다.
• 부피가 몰수에 비례하는 식은 아보가드로의 법칙이다.
• 부피가 압력에 비례하는 식은 어떤 기체 법칙에도 해당하지 않는다(실제로는 반비례 관계).

반응한 양의 비로부터 화합물은 $\mathrm{XY_2}$이며, 균형 맞춘 반응식은 $\mathrm{X+2Y\rightarrow XY_2}$이다.

X는 4몰이 모두 반응하고, Y는 10몰 중 2몰이 남았으므로 8몰이 반응했다.
반응 몰비 X : Y : 화합물 = 4 : 8 : 4 = 1 : 2 : 1

화합물 1몰에 X 1개, Y 2개가 들어가므로 화학식은 $\mathrm{XY_2}$이고, 계수는 가장 간단한 정수비로 나타낸다.

• Y 10몰이 모두 반응한 것으로 쓴 식은 남은 Y 2몰을 무시했고, 화합물도 4몰이 아닌 1몰이 된다.
• $\mathrm{X_2Y_8}$을 만드는 식은 X : Y 성분비가 1 : 4로, 실제 반응비 1 : 2와 맞지 않는다.
• 반응물 계수를 4와 10으로 두고 $\mathrm{XY_2}$ 4몰을 만드는 식은 Y 원자 수(10과 8)가 맞지 않아 균형이 맞지 않는다.

질소($\mathrm{N_2}$)는 온실 가스가 아니다.

온실 가스는 지표에서 방출되는 적외선을 흡수하는 기체이다. 같은 원자 2개로 된 $\mathrm{N_2}$는 진동해도 쌍극자 모멘트가 변하지 않아 적외선을 흡수하지 못한다.

• 메테인($\mathrm{CH_4}$)은 적외선을 흡수하는 대표적 온실 가스이다.
• 수증기($\mathrm{H_2O}$)는 온실 효과에 가장 크게 기여하는 온실 가스이다.
• 이산화 탄소($\mathrm{CO_2}$)는 대표적인 온실 가스이다.

옳은 것은 ㄱ과 ㄷ이다.

총괄성은 용질의 종류가 아니라 용질 입자 수에 의존한다. 0.1M NaCl은 $Na^{+}$와 $Cl^{-}$로 해리되어 입자 농도가 약 $0.2\ \mathrm{M}$로, 해리하지 않는 0.1M 설탕 수용액의 약 2배이다.

• ㄱ: 총괄성의 정의 그대로이므로 옳다.
• ㄴ: 입자 수가 많은 NaCl 수용액은 증기 압력 내림이 더 커서 증기 압력이 설탕 수용액보다 작다.
• ㄷ: 입자 수가 많은 NaCl 수용액의 끓는점 오름이 더 크므로 옳다.
• ㄹ: 어는점 내림도 입자 수에 비례하므로 NaCl 수용액 쪽이 더 크다.

옳은 것은 ㄱ과 ㄴ이다.

폴리에틸렌은 에틸렌의 이중 결합이 열리며 연결되는 첨가 중합체이고, 나일론-66은 헥사메틸렌다이아민과 아디프산이 물을 내놓으며 결합하는 축합 중합체이다.

• ㄱ: 에틸렌의 첨가 중합으로 폴리에틸렌이 생기므로 옳다.
• ㄴ: 다이아민과 다이카복실산 두 단위체의 축합 중합이므로 옳다.
• ㄷ: 테플론은 C-F 결합이 매우 강하고 안정해 화학약품에 강하다(내화학성이 뛰어나다).

팔전자 규칙을 만족하지 않는 분자는 일산화 질소(NO)이다.

NO의 원자가 전자 수는 N 5개 + O 6개 = 11개로 홀수이다. 전자가 홀수이면 짝짓지 않은 전자가 남아 모든 원자가 8전자를 채울 수 없다.

• $\mathrm{F_2}$는 F－F 단일 결합으로 각 F가 8전자를 이룬다.
• $\mathrm{CO_2}$는 O=C=O 이중 결합 2개로 C와 O 모두 8전자를 이룬다.
• $\mathrm{N_2}$는 삼중 결합과 고립 전자쌍으로 각 N이 8전자를 이룬다.

옳은 것은 ㄴ과 ㄷ이다.

$\mathrm{HAuCl_4}$에서 H는 +1, Cl은 −1이므로 Au의 산화수는 $x + 1 - 4 = 0$에서 +3이다. Au가 +3에서 0으로 환원되므로 산화-환원 반응이고, 이를 환원시킨 구연산은 환원제이다.

• ㄱ: Au의 처음 산화수는 +5가 아니라 +3이므로 옳지 않다.
• ㄴ: 산화수 변화가 있으므로 산화-환원 반응이 맞다.
• ㄷ: 구연산은 자신이 산화되면서 Au를 환원시키므로 환원제이다.
• ㄹ: 산과 염기가 반응해 물과 염을 만드는 반응이 아니므로 중화 반응이 아니다.

전해질은 물에 녹아 이온을 내놓아 전기가 통하는 용액을 만드는 물질이라는 설명이 옳다.

전해질은 이온화 정도에 따라 거의 완전히 이온화하는 강전해질과 일부만 이온화하는 약전해질로 나뉜다.

• 설탕은 물에 녹아도 분자 상태로 존재하는 비전해질이므로 전도성 용액이 되지 않는다.
• 아세트산은 일부만 이온화하는 약전해질이고, KCl은 완전히 이온화하는 강전해질이므로 KCl이 더 강한 전해질이다.
• NaCl 수용액에는 $\mathrm{Na^+}$와 $\mathrm{Cl^-}$ 이온이 있어 전기가 통한다.

목표 반응의 엔탈피 변화는 −526.7 kJ이다.

첫째 식과 둘째 식을 더하면 $\mathrm{CH_4}$와 $\mathrm{O_2}$ 하나가 소거되어 $\mathrm{CH_2O(g) + O_2(g) + H_2O(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l)}$이 된다. 여기에 셋째 식을 뒤집어 2배 한 것을 더하면 액체 물 2몰이 기체로 바뀌어 목표 반응이 된다(헤스 법칙).

$\Delta H^\circ = 275.6 + (-890.3) + 2 \times 44.0$
$= -526.7\ \mathrm{kJ}$

이 반응은 산-염기 중화 반응이 아니다.

금속 마그네슘이 산소와 직접 결합해 산화마그네슘을 만드는 반응으로, 산과 염기가 반응해 물과 염을 만드는 과정이 없다.

• 결합 반응: 두 반응물이 하나의 생성물로 합쳐지므로 옳다.
• 산화-환원 반응: Mg의 산화수는 0에서 +2로, O의 산화수는 0에서 −2로 변하므로 옳다.
• 발열 반응: $\Delta H^\circ$가 음수이므로 열을 방출하는 반응이 맞다.

반응 엔탈피의 크기는 반응 속도에 영향을 주는 인자가 아니다.

반응 엔탈피는 반응물과 생성물의 에너지 차이로 열의 출입을 결정할 뿐이고, 반응 속도는 활성화 에너지와 유효 충돌 빈도에 따라 정해진다.

• 반응 온도가 높으면 활성화 에너지 이상의 에너지를 가진 분자 비율이 늘어 속도가 빨라진다.
• 활성화 에너지가 작을수록 넘어야 할 에너지 장벽이 낮아 속도가 빨라진다.
• 반응물들의 충돌 횟수가 많을수록 유효 충돌도 많아져 속도가 빨라진다.

옳은 것은 ㄴ과 ㄷ이다.

그래프에서 (가)는 농도 0에서 시작해 증가하므로 생성물 NOCl이고, (나)는 감소하므로 반응물 $\mathrm{NOCl_2}$이다. 반응식의 계수비가 $\mathrm{NOCl_2}$ : NOCl = 1 : 2이므로 같은 시간 동안 NOCl의 농도 변화량이 $\mathrm{NOCl_2}$의 2배이다.

• ㄱ: (가)와 (나)를 반대로 짝지었으므로 옳지 않다.
• ㄴ: 순간 속도는 곡선의 접선 기울기이며, (나)의 기울기는 반응이 진행될수록 완만해지므로 두 시점에서 다르다.
• ㄷ: 계수비 때문에 같은 구간에서 (가)의 농도 변화량이 (나)의 2배이므로 평균 속도 크기는 (가)가 더 크다.

옳지 않은 설명은 $\mathrm{XeF_2}$의 Xe가 sp 혼성이라는 내용이다.

$\mathrm{XeF_2}$의 Xe 주위에는 결합 전자쌍 2개와 고립 전자쌍 3개, 모두 5개의 전자쌍이 있으므로 혼성 오비탈은 $\mathrm{sp^3d}$이다. 고립 전자쌍 3개가 적도면에 놓여 분자 모양은 선형이 된다.

• $\mathrm{CH_4}$는 결합 전자쌍 4개로 사면체이며 C는 $\mathrm{sp^3}$ 혼성이다.
• $\mathrm{NH_3}$는 결합 전자쌍 3개와 고립 전자쌍 1개로 삼각뿔형이며 N은 $\mathrm{sp^3}$ 혼성이다.
• $\mathrm{CO_2}$는 C 주위 전자 영역이 2개로 선형이며 C는 sp 혼성이다.

$\mathrm{KMnO_4}$에서 Mn의 산화수는 +7이다.

화합물 전체 산화수의 합은 0이고, K는 +1, O는 −2이다.

$(+1)+x+4\times(-2)=0$
$x=+7$

• +1은 K의 산화수로, Mn의 값이 아니다.
• +3으로 두면 $1+3-8=-4$로 전체 산화수 합이 0이 되지 않는다.
• +5로 두면 $1+5-8=-2$로 역시 합이 0이 되지 않는다.

옳은 것은 ㄱ과 ㄴ이다.

(가)는 구리 금속 결정, (나)는 탄소 원자가 공유 결합한 다이아몬드 구조, (다)는 염화나트륨 이온 결정이다. 다이아몬드에서 각 탄소는 4개의 탄소와 정사면체 배치로 결합한다.

• ㄱ: 구리는 자유 전자가 있어 전기를 잘 통하고 다이아몬드는 부도체이므로 옳다.
• ㄴ: 정사면체 결합각은 약 $109.5^\circ$로 $\mathrm{CH_4}$의 H-C-H 결합각과 같으므로 옳다.
• ㄷ: 다이아몬드 단위 세포의 C는 $8 \times \tfrac{1}{8} + 6 \times \tfrac{1}{2} + 4 = 8$개, NaCl 단위 세포의 $Na^{+}$는 4개이므로 개수 비는 2 : 1이다.

염기 세기는 작은 것부터 $\mathrm{H_2O\lt CH_3COO^-\lt CN^-}$ 순이다.

짝산이 강할수록 그 짝염기는 약하다. 산의 세기는 $\mathrm{H_3O^+\gt CH_3COOH\gt HCN}$이므로, 짝염기의 세기는 그 역순인 $\mathrm{H_2O\lt CH_3COO^-\lt CN^-}$이다.

• 아세트산 이온이 물보다 약하다고 한 순서는 짝산의 세기 관계를 거꾸로 적용했다.
• 사이안화 이온을 가장 약한 염기로 둔 순서는 가장 약한 산(HCN)의 짝염기가 가장 강하다는 점에 어긋난다.
• 사이안화 이온이 아세트산 이온보다 약하다고 한 순서는 아세트산이 더 강산이라는 조건과 모순된다.

ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳다.

세 착이온 모두 Fe의 산화수가 +3이므로 중심 이온은 d 전자 5개를 갖는다. 전자가 홀수이므로 스핀 상태와 관계없이 홀전자가 남는다.

• ㄱ: $CN^{-}$는 강한 장 리간드라 저스핀이 되어도 홀전자 1개가 남으므로 상자기성이다.
• ㄴ: 두 자리 리간드 en 3개가 팔면체를 감싸는 구조는 서로 겹치지 않는 좌선형·우선형 배치를 가지므로 거울상 이성질체가 있다.
• ㄷ: 두 Cl이 마주 보는 trans형 1개와, 이웃한 cis형의 거울상 한 쌍 2개를 합해 입체이성질체 3개이다.