[9급 지방직 화학] 26년 1회차
9급 지방직 화학 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)
9급 지방직 화학 기출문제

26년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
9급 지방직 화학 기출문제모두CBT · moducbt.com

26년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
폴링(Pauling)의 전기음성도와 결합의 극성에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 전기음성도가 작은 원자일수록 전자를 강하게 끌어당긴다.
ㄴ. H-F의 결합 에너지는 H-Br의 결합 에너지보다 크다.
ㄷ. HCl에서 H와 Cl의 결합은 무극성 공유결합이다.
1ㄱ
2ㄴ
3ㄱ, ㄷ
4ㄴ, ㄷ
정답 및 해설

옳은 설명은 H-F 결합 에너지가 H-Br보다 크다는 것 하나뿐이다.

F는 Br보다 원자 반지름이 작아 H와의 결합 길이가 짧고, 결합 극성도 커서 결합이 더 강하다.

  • 전기음성도가 작은 원자일수록 전자를 강하게 끌어당긴다는 설명은 틀렸다. 전기음성도는 공유 전자쌍을 끌어당기는 정도이므로 클수록 강하게 끌어당긴다.
  • HCl의 결합이 무극성이라는 설명은 틀렸다. H와 Cl은 전기음성도 차이가 있으므로 극성 공유결합이다.
문제 2
0.3 mol의 O2(g)\mathrm{O_2}(g)와 0.7 mol의 N2(g)\mathrm{N_2}(g)만으로 구성된 혼합기체의 전체 압력이 2.0 atm일 때, O2(g)\mathrm{O_2}(g)의 부분 압력[atm]은? (단, 모든 기체는 이상기체이고 반응하지 않는다)
10.6
21.0
31.4
42.0
정답 및 해설

부분 압력은 몰분율 × 전체 압력으로 구한다.

XO2=0.30.3+0.7=0.3X_{\mathrm{O_2}} = \dfrac{0.3}{0.3 + 0.7} = 0.3
PO2=0.3×2.0 atm=0.6 atmP_{\mathrm{O_2}} = 0.3 \times 2.0\ \mathrm{atm} = 0.6\ \mathrm{atm}

따라서 산소의 부분 압력은 0.6 atm이다.

문제 3
다음 중 이온 반지름이 가장 작은 것은?
1F−\mathrm{F^-}
2O2−\mathrm{O^{2-}}
3Na+\mathrm{Na^+}
4Al3+\mathrm{Al^{3+}}
정답 및 해설

이온 반지름이 가장 작은 것은 알루미늄 이온이다.

네 이온은 모두 전자 10개(Ne 전자 배치)를 갖는 등전자 이온이다. 등전자 이온에서는 핵전하(양성자 수)가 클수록 전자를 강하게 끌어당겨 반지름이 작아진다.

  • 산화 이온은 양성자 8개로 핵전하가 가장 작아 반지름이 가장 크다.
  • 플루오린화 이온은 양성자 9개로 산화 이온 다음으로 크다.
  • 나트륨 이온은 양성자 11개로, 양성자 13개인 알루미늄 이온보다 크다.
문제 4
2 mol의 C2H4\mathrm{C_2H_4}와 3 mol의 O2\mathrm{O_2}를 반응물로 이용하여, CO2\mathrm{CO_2}와 H2O\mathrm{H_2O}가 생성되는 완전 연소 반응을 진행한다. 한계반응물이 모두 반응할 때, 생성되는 CO2\mathrm{CO_2}의 양[mol]은?
10.5
21
32
44
정답 및 해설

산소가 한계반응물이므로 생성되는 이산화탄소는 2 mol이다.

완전 연소 반응식: C2H4+3O2→2CO2+2H2O\mathrm{C_2H_4} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}

에틸렌 2 mol을 모두 태우려면 산소 6 mol이 필요한데 3 mol뿐이므로 산소가 한계반응물이다.
산소 3 mol은 에틸렌 1 mol과 반응하고, 이때 CO2\mathrm{CO_2}는 1×2=2 mol1 \times 2 = 2\ \mathrm{mol} 생성된다.

문제 5
용액의 총괄성에 해당하지 않는 것은?
1삼투압
2용해도
3증기압 내림
4끓는점 오름
정답 및 해설

총괄성에 해당하지 않는 것은 용해도이다.

총괄성은 용질의 종류와 관계없이 용질 입자 수(농도)에만 의존하는 성질이다. 용해도는 용질과 용매의 종류·온도에 따라 달라지는 고유한 성질이다.

  • 삼투압은 용질 입자의 몰농도에 비례하므로 총괄성이다.
  • 증기압 내림은 용질의 몰분율에 비례하므로 총괄성이다.
  • 끓는점 오름은 용질의 몰랄농도에 비례하므로 총괄성이다.
문제 6
150 K, 1 atm에서 이상기체 A의 부피가 10 L일 때, 300 K, 2 atm에서 A의 부피[L]는?
15
210
320
440
정답 및 해설

보일-샤를 법칙으로 구하면 부피는 변하지 않는다.

P1V1T1=P2V2T2\dfrac{P_1V_1}{T_1} = \dfrac{P_2V_2}{T_2}

V2=10 L×300150×12=10 LV_2 = 10\ \mathrm{L} \times \dfrac{300}{150} \times \dfrac{1}{2} = 10\ \mathrm{L}

절대온도가 2배로 커진 효과와 압력이 2배로 커진 효과가 상쇄되어 10 L이다.

문제 7
평면 구조를 갖는 분자는?
1에틸렌(C2H4\mathrm{C_2H_4})
2에테인(C2H6\mathrm{C_2H_6})
3암모니아(NH3\mathrm{NH_3})
4사이클로헥세인(C6H12\mathrm{C_6H_{12}})
정답 및 해설

평면 구조를 갖는 분자는 에틸렌이다.

에틸렌의 두 탄소는 sp2sp^2 혼성이고, C=C 이중결합의 π 결합 때문에 회전이 막혀 6개 원자가 모두 한 평면에 놓인다.

  • 에테인은 각 탄소가 sp3sp^3 혼성인 사면체 구조라 평면이 아니다.
  • 암모니아는 비공유 전자쌍 1개를 가진 삼각뿔형이다.
  • 사이클로헥세인은 sp3sp^3 탄소로 이루어져 의자형 등 주름진 고리 구조를 이룬다.
문제 8
극성 분자가 아닌 것은?
1H2O\mathrm{H_2O}
2H2S\mathrm{H_2S}
3CO2\mathrm{CO_2}
4NH3\mathrm{NH_3}
정답 및 해설

극성 분자가 아닌 것은 이산화탄소이다.

이산화탄소는 C=O 결합 자체는 극성이지만 직선형 대칭 구조라 두 결합 쌍극자가 상쇄되어 무극성 분자가 된다.

  • 물은 굽은형 구조라 쌍극자가 상쇄되지 않아 극성 분자이다.
  • 황화 수소도 물처럼 굽은형 구조라 극성 분자이다.
  • 암모니아는 삼각뿔형 구조라 극성 분자이다.
문제 9
산과 염기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1순수한 물의 [H3O+]\mathrm{[H_3O^+]}와 [OH−]\mathrm{[OH^-]}는 같다.
2pOH의 정의는 log⁡[H3O+]\log[\mathrm{H_3O^+}]이다.
3물은 브뢴스테드－로우리 산으로 작용할 수 있다.
4물은 브뢴스테드－로우리 염기로 작용할 수 있다.
정답 및 해설

옳지 않은 것은 pOH의 정의를 log⁡[H3O+]\log[\mathrm{H_3O^+}]로 쓴 설명이다.

pOH는 수산화 이온 농도의 음의 상용로그로 정의한다.
pOH=−log⁡[OH−]\mathrm{pOH} = -\log[\mathrm{OH^-}]

  • 순수한 물은 자동 이온화로 두 이온이 1:1로 생기므로 하이드로늄 이온과 수산화 이온의 농도가 같다.
  • 물은 양성자를 내놓을 수 있으므로 브뢴스테드-로우리 산으로 작용한다.
  • 물은 양성자를 받을 수도 있으므로 브뢴스테드-로우리 염기로도 작용하는 양쪽성 물질이다.
문제 10
다음 측정값 중 유효 숫자가 3개인 것은?
10.003
21.352
30.4405
40.00800
정답 및 해설

유효 숫자가 3개인 것은 0.00800이다.

소수점 앞뒤의 앞자리 0은 자리만 나타내므로 유효 숫자가 아니고, 소수점 아래 끝자리 0은 유효 숫자이다. 따라서 8, 0, 0의 3개이다.

  • 0.003은 3만 유효 숫자여서 1개이다.
  • 1.352는 모든 숫자가 유효하여 4개이다.
  • 0.4405는 앞의 0을 제외한 4, 4, 0, 5로 4개이다.
문제 11
다음 균형 반응식에서 반응 계수의 합 a+b+ca + b + c는?
C5H12(g)+aH2O(g)→bH2(g)+cCO(g)\mathrm{C_5H_{12}}(g) + a\mathrm{H_2O}(g) \rightarrow b\mathrm{H_2}(g) + c\mathrm{CO}(g)
115
217
319
421
정답 및 해설

원자 수를 맞추면 계수의 합은 21이다.

원소별 원자 수 보존
C 보존: 탄소 5개 → c=5c = 5
O 보존: CO의 산소 5개 → a=5a = 5
H 보존: 12+2a=2b12 + 2a = 2b → 22=2b22 = 2b → b=11b = 11

C5H12+5H2O→11H2+5CO\mathrm{C_5H_{12}} + 5\mathrm{H_2O} \rightarrow 11\mathrm{H_2} + 5\mathrm{CO}
따라서 a+b+c=5+11+5=21a + b + c = 5 + 11 + 5 = 21이다.

문제 12
중심 원자가 sp2sp^2 혼성궤도함수를 갖는 화합물은?
1BF3\mathrm{BF_3}
2NH3\mathrm{NH_3}
3NH4+\mathrm{NH_4^+}
4BeCl2\mathrm{BeCl_2}
정답 및 해설

중심 원자가 sp2sp^2 혼성인 것은 삼플루오린화 붕소이다.

B는 결합 전자쌍 3개, 비공유 전자쌍 0개로 전자 영역이 3개이므로 sp2sp^2 혼성, 평면 삼각형 구조이다.

  • 암모니아의 N은 결합 3개와 비공유 전자쌍 1개로 전자 영역이 4개여서 sp3sp^3 혼성이다.
  • 암모늄 이온의 N은 결합 4개로 전자 영역이 4개여서 sp3sp^3 혼성이다.
  • 염화 베릴륨의 Be는 결합 2개로 전자 영역이 2개여서 spsp 혼성이다.
문제 13
주어진 엔탈피 변화(ΔH∘\Delta H^\circ)를 고려할 때, 3C(s)+4H2(g)→C3H8(g)3\mathrm{C}(s) + 4\mathrm{H_2}(g) \rightarrow \mathrm{C_3H_8}(g)의 ΔH∘\Delta H^\circ[kJ]는? (단, 온도는 25 °C이다)
C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(g)\mathrm{C_3H_8}(g) + 5\mathrm{O_2}(g) \rightarrow 3\mathrm{CO_2}(g) + 4\mathrm{H_2O}(g) ΔH∘=−2,000 kJ\Delta H^\circ = -2{,}000\ \mathrm{kJ}
C(s)+O2(g)→CO2(g)\mathrm{C}(s) + \mathrm{O_2}(g) \rightarrow \mathrm{CO_2}(g) ΔH∘=−400 kJ\Delta H^\circ = -400\ \mathrm{kJ}
2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)2\mathrm{H_2}(g) + \mathrm{O_2}(g) \rightarrow 2\mathrm{H_2O}(g) ΔH∘=−500 kJ\Delta H^\circ = -500\ \mathrm{kJ}
H2O(l)→H2O(g)\mathrm{H_2O}(l) \rightarrow \mathrm{H_2O}(g) ΔH∘=40 kJ\Delta H^\circ = 40\ \mathrm{kJ}
1－40
2－200
3－360
4－2860
정답 및 해설

헤스 법칙으로 구하면 프로페인 생성 엔탈피는 -200 kJ이다.

목표식 = (탄소 연소식 × 3) + (수소 연소식 × 2) - (프로페인 연소식)
ΔH∘=3(−400)+2(−500)−(−2000)\Delta H^\circ = 3(-400) + 2(-500) - (-2000)
=−1200−1000+2000=−200 kJ= -1200 - 1000 + 2000 = -200\ \mathrm{kJ}

주어진 반응식이 모두 기체 상태의 물로 정리되므로 액체 물의 증발 엔탈피는 쓰이지 않는다.

문제 14
공명 구조(resonance structure)를 갖지 않는 화합물은?
1벤젠(C6H6\mathrm{C_6H_6})
2메탄올(CH3OH\mathrm{CH_3OH})
3탄산 이온(CO32−\mathrm{CO_3^{2-}})
4아세트산 이온(CH3COO−\mathrm{CH_3COO^-})
정답 및 해설

공명 구조를 갖지 않는 것은 메탄올이다.

메탄올은 모든 결합이 단일결합이고 이동할 수 있는 π 전자가 없어, 전자 배치를 달리 그릴 수 있는 구조가 하나뿐이다.

  • 벤젠은 고리 안 이중결합 위치를 바꾼 두 공명 구조로 표현된다.
  • 탄산 이온은 C=O 이중결합이 세 산소 중 어느 것에 놓이느냐에 따라 세 공명 구조를 갖는다.
  • 아세트산 이온은 음전하와 이중결합이 두 산소 사이에서 바뀌는 두 공명 구조를 갖는다.
문제 15
묽게 희석된 HCl(aq)\mathrm{HCl}(aq)과 NaOH(aq)\mathrm{NaOH}(aq)가 반응하여 H2O\mathrm{H_2O}와 NaCl이 생성되는 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 중화 반응이다.
ㄴ. 침전 반응이다.
ㄷ. 산화－환원 반응이다.
1ㄱ
2ㄴ
3ㄱ, ㄷ
4ㄴ, ㄷ
정답 및 해설

옳은 설명은 중화 반응이라는 것 하나뿐이다.

산의 H+\mathrm{H^+}와 염기의 OH−\mathrm{OH^-}가 결합해 물을 만드는 반응이므로 중화 반응이다.

  • 침전 반응이라는 설명은 틀렸다. 생성되는 NaCl은 물에 잘 녹아 이온 상태로 존재하므로 침전이 생기지 않는다.
  • 산화-환원 반응이라는 설명은 틀렸다. 반응 전후 H, O, Na, Cl의 산화수가 모두 그대로이다.
문제 16
다음 평형 상수(KK)의 온도(TT) 의존성을 고려할 때, 정반응의 표준 반응 엔탈피(ΔH∘\Delta H^\circ)와 표준 반응 엔트로피(ΔS∘\Delta S^\circ)의 부호가 옳은 것은?
1ΔH∘<0\Delta H^\circ \lt 0, ΔS∘<0\Delta S^\circ \lt 0
2ΔH∘<0\Delta H^\circ \lt 0, ΔS∘>0\Delta S^\circ \gt 0
3ΔH∘>0\Delta H^\circ \gt 0, ΔS∘<0\Delta S^\circ \lt 0
4ΔH∘>0\Delta H^\circ \gt 0, ΔS∘>0\Delta S^\circ \gt 0
정답 및 해설

그래프의 기울기와 절편으로부터 ΔH° < 0, ΔS° < 0임을 알 수 있다.

판트호프 식은 다음과 같다.
ln⁡K=−ΔH∘R⋅1T+ΔS∘R\ln K = -\dfrac{\Delta H^\circ}{R}\cdot\dfrac{1}{T} + \dfrac{\Delta S^\circ}{R}

그래프에서 ln⁡K\ln K는 1/T1/T가 커질수록 증가하므로 기울기 −ΔH∘/R>0-\Delta H^\circ/R \gt 0, 즉 발열 반응(ΔH° < 0)이다.
세로축 절편(1/T→01/T \to 0)은 음수이므로 ΔS∘/R<0\Delta S^\circ/R \lt 0, 즉 ΔS° < 0이다.

  • ΔH° < 0, ΔS° > 0: 절편이 음수이므로 엔트로피 변화가 양수일 수 없다.
  • ΔH° > 0, ΔS° < 0: 흡열이면 기울기가 음수여야 하는데 그래프는 양의 기울기이다.
  • ΔH° > 0, ΔS° > 0: 기울기와 절편의 부호가 모두 그래프와 반대이다.
문제 17
(가), (나)에 들어갈 입자를 바르게 연결한 것은?
2659Fe→2759Co{}^{59}_{26}\mathrm{Fe} \rightarrow {}^{59}_{27}\mathrm{Co} + (가)
2759Co{}^{59}_{27}\mathrm{Co} + (나) →2760Co\rightarrow {}^{60}_{27}\mathrm{Co}
(가) (나)
1전자 중성자
2전자 양성자
3양전자 중성자
4양전자 양성자
정답 및 해설

(가)는 전자, (나)는 중성자이다.

핵반응에서는 반응 전후 질량수의 합과 원자 번호의 합이 각각 보존된다.

  • (가): 질량수는 59로 같고 원자 번호가 26에서 27로 1 증가하므로, 질량수 0·전하 -1인 입자(전자)가 방출되는 베타 붕괴이다.
  • (나): 원자 번호는 27로 같고 질량수만 59에서 60으로 1 증가하므로, 질량수 1·전하 0인 중성자를 흡수한 것이다.
문제 18
475 °C, 1 atm에서 KClO3\mathrm{KClO_3} 0.4 g이 KCl과 O2\mathrm{O_2}만으로 완전히 열분해될 때, 생성되는 O2\mathrm{O_2}의 부피[mL]는? (단, 475 °C, 1 atm에서 O2\mathrm{O_2} 1 mol의 부피는 61.3 L, KClO3\mathrm{KClO_3}의 분자량은 122.6, 온도와 압력은 일정하다)
1100
2200
3300
4400
정답 및 해설

생성되는 산소의 부피는 300 mL이다.

반응식: 2KClO3→2KCl+3O22\mathrm{KClO_3} \rightarrow 2\mathrm{KCl} + 3\mathrm{O_2}
KClO3\mathrm{KClO_3}의 양: 0.4122.6 mol\dfrac{0.4}{122.6}\ \mathrm{mol}

O2\mathrm{O_2}의 양은 그 1.5배이므로
V=0.4122.6×1.5×61.3 L=0.4×1.5×0.5=0.3 LV = \dfrac{0.4}{122.6} \times 1.5 \times 61.3\ \mathrm{L} = 0.4 \times 1.5 \times 0.5 = 0.3\ \mathrm{L}
즉 300 mL이다.

문제 19
다음 반응 후 남아있는 K+\mathrm{K^+}의 양[mol]은? (단, 한계반응물은 모두 반응한다)
3K+(aq)+PO43−(aq)+3Ag+(aq)+3NO3−(aq)3\mathrm{K^+}(aq) + \mathrm{PO_4^{3-}}(aq) + 3\mathrm{Ag^+}(aq) + 3\mathrm{NO_3^-}(aq)
→Ag3PO4(s)+3K+(aq)+3NO3−(aq)\rightarrow \mathrm{Ag_3PO_4}(s) + 3\mathrm{K^+}(aq) + 3\mathrm{NO_3^-}(aq)
K+\mathrm{K^+}PO43−\mathrm{PO_4^{3-}}Ag+\mathrm{Ag^+}NO3−\mathrm{NO_3^-}
초기 양[mol]6222
10
22
34
46
정답 및 해설

칼륨 이온은 반응에 참여하지 않으므로 초기 양 그대로 6 mol이 남는다.

반응식의 양쪽에 칼륨 이온과 질산 이온이 같은 계수로 나타나는 구경꾼 이온이다. 실제 반응은 인산 이온과 은 이온이 침전을 만드는 것뿐이다.

한계반응물(은 이온 2 mol)이 모두 반응해도 칼륨 이온의 양은 변하지 않는다.

문제 20
수소(H)의 동위원소에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 중수소 원자의 중성자 개수는 1개이다.
ㄴ. 수소의 동위원소는 양성자 개수가 1개이다.
ㄷ. 2개의 중성자를 갖는 수소 원자의 질량수는 2이다.
1ㄱ
2ㄷ
3ㄱ, ㄴ
4ㄴ, ㄷ
정답 및 해설

옳은 설명은 중수소의 중성자 수와 수소 동위원소의 양성자 수에 관한 두 가지이다.

동위원소는 양성자 수(원자 번호)는 같고 중성자 수만 다른 원자이다. 수소의 동위원소는 모두 양성자가 1개이고, 중수소는 질량수 2이므로 중성자가 1개이다.

  • 중성자 2개를 갖는 수소 원자의 질량수가 2라는 설명은 틀렸다. 질량수는 양성자 수 + 중성자 수이므로 1 + 2 = 3인 삼중수소이다.
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26년 1회차
총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
폴링(Pauling)의 전기음성도와 결합의 극성에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 전기음성도가 작은 원자일수록 전자를 강하게 끌어당긴다.
ㄴ. H-F의 결합 에너지는 H-Br의 결합 에너지보다 크다.
ㄷ. HCl에서 H와 Cl의 결합은 무극성 공유결합이다.
1ㄱ
2ㄴ
3ㄱ, ㄷ
4ㄴ, ㄷ
정답 및 해설

옳은 설명은 H-F 결합 에너지가 H-Br보다 크다는 것 하나뿐이다.

F는 Br보다 원자 반지름이 작아 H와의 결합 길이가 짧고, 결합 극성도 커서 결합이 더 강하다.

  • 전기음성도가 작은 원자일수록 전자를 강하게 끌어당긴다는 설명은 틀렸다. 전기음성도는 공유 전자쌍을 끌어당기는 정도이므로 클수록 강하게 끌어당긴다.
  • HCl의 결합이 무극성이라는 설명은 틀렸다. H와 Cl은 전기음성도 차이가 있으므로 극성 공유결합이다.
문제 2
0.3 mol의 O2(g)\mathrm{O_2}(g)와 0.7 mol의 N2(g)\mathrm{N_2}(g)만으로 구성된 혼합기체의 전체 압력이 2.0 atm일 때, O2(g)\mathrm{O_2}(g)의 부분 압력[atm]은? (단, 모든 기체는 이상기체이고 반응하지 않는다)
10.6
21.0
31.4
42.0
정답 및 해설

부분 압력은 몰분율 × 전체 압력으로 구한다.

XO2=0.30.3+0.7=0.3X_{\mathrm{O_2}} = \dfrac{0.3}{0.3 + 0.7} = 0.3
PO2=0.3×2.0 atm=0.6 atmP_{\mathrm{O_2}} = 0.3 \times 2.0\ \mathrm{atm} = 0.6\ \mathrm{atm}

따라서 산소의 부분 압력은 0.6 atm이다.

문제 3
다음 중 이온 반지름이 가장 작은 것은?
1F−\mathrm{F^-}
2O2−\mathrm{O^{2-}}
3Na+\mathrm{Na^+}
4Al3+\mathrm{Al^{3+}}
정답 및 해설

이온 반지름이 가장 작은 것은 알루미늄 이온이다.

네 이온은 모두 전자 10개(Ne 전자 배치)를 갖는 등전자 이온이다. 등전자 이온에서는 핵전하(양성자 수)가 클수록 전자를 강하게 끌어당겨 반지름이 작아진다.

  • 산화 이온은 양성자 8개로 핵전하가 가장 작아 반지름이 가장 크다.
  • 플루오린화 이온은 양성자 9개로 산화 이온 다음으로 크다.
  • 나트륨 이온은 양성자 11개로, 양성자 13개인 알루미늄 이온보다 크다.
문제 4
2 mol의 C2H4\mathrm{C_2H_4}와 3 mol의 O2\mathrm{O_2}를 반응물로 이용하여, CO2\mathrm{CO_2}와 H2O\mathrm{H_2O}가 생성되는 완전 연소 반응을 진행한다. 한계반응물이 모두 반응할 때, 생성되는 CO2\mathrm{CO_2}의 양[mol]은?
10.5
21
32
44
정답 및 해설

산소가 한계반응물이므로 생성되는 이산화탄소는 2 mol이다.

완전 연소 반응식: C2H4+3O2→2CO2+2H2O\mathrm{C_2H_4} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}

에틸렌 2 mol을 모두 태우려면 산소 6 mol이 필요한데 3 mol뿐이므로 산소가 한계반응물이다.
산소 3 mol은 에틸렌 1 mol과 반응하고, 이때 CO2\mathrm{CO_2}는 1×2=2 mol1 \times 2 = 2\ \mathrm{mol} 생성된다.

문제 5
용액의 총괄성에 해당하지 않는 것은?
1삼투압
2용해도
3증기압 내림
4끓는점 오름
정답 및 해설

총괄성에 해당하지 않는 것은 용해도이다.

총괄성은 용질의 종류와 관계없이 용질 입자 수(농도)에만 의존하는 성질이다. 용해도는 용질과 용매의 종류·온도에 따라 달라지는 고유한 성질이다.

  • 삼투압은 용질 입자의 몰농도에 비례하므로 총괄성이다.
  • 증기압 내림은 용질의 몰분율에 비례하므로 총괄성이다.
  • 끓는점 오름은 용질의 몰랄농도에 비례하므로 총괄성이다.
문제 6
150 K, 1 atm에서 이상기체 A의 부피가 10 L일 때, 300 K, 2 atm에서 A의 부피[L]는?
15
210
320
440
정답 및 해설

보일-샤를 법칙으로 구하면 부피는 변하지 않는다.

P1V1T1=P2V2T2\dfrac{P_1V_1}{T_1} = \dfrac{P_2V_2}{T_2}

V2=10 L×300150×12=10 LV_2 = 10\ \mathrm{L} \times \dfrac{300}{150} \times \dfrac{1}{2} = 10\ \mathrm{L}

절대온도가 2배로 커진 효과와 압력이 2배로 커진 효과가 상쇄되어 10 L이다.

문제 7
평면 구조를 갖는 분자는?
1에틸렌(C2H4\mathrm{C_2H_4})
2에테인(C2H6\mathrm{C_2H_6})
3암모니아(NH3\mathrm{NH_3})
4사이클로헥세인(C6H12\mathrm{C_6H_{12}})
정답 및 해설

평면 구조를 갖는 분자는 에틸렌이다.

에틸렌의 두 탄소는 sp2sp^2 혼성이고, C=C 이중결합의 π 결합 때문에 회전이 막혀 6개 원자가 모두 한 평면에 놓인다.

  • 에테인은 각 탄소가 sp3sp^3 혼성인 사면체 구조라 평면이 아니다.
  • 암모니아는 비공유 전자쌍 1개를 가진 삼각뿔형이다.
  • 사이클로헥세인은 sp3sp^3 탄소로 이루어져 의자형 등 주름진 고리 구조를 이룬다.
문제 8
극성 분자가 아닌 것은?
1H2O\mathrm{H_2O}
2H2S\mathrm{H_2S}
3CO2\mathrm{CO_2}
4NH3\mathrm{NH_3}
정답 및 해설

극성 분자가 아닌 것은 이산화탄소이다.

이산화탄소는 C=O 결합 자체는 극성이지만 직선형 대칭 구조라 두 결합 쌍극자가 상쇄되어 무극성 분자가 된다.

  • 물은 굽은형 구조라 쌍극자가 상쇄되지 않아 극성 분자이다.
  • 황화 수소도 물처럼 굽은형 구조라 극성 분자이다.
  • 암모니아는 삼각뿔형 구조라 극성 분자이다.
문제 9
산과 염기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1순수한 물의 [H3O+]\mathrm{[H_3O^+]}와 [OH−]\mathrm{[OH^-]}는 같다.
2pOH의 정의는 log⁡[H3O+]\log[\mathrm{H_3O^+}]이다.
3물은 브뢴스테드－로우리 산으로 작용할 수 있다.
4물은 브뢴스테드－로우리 염기로 작용할 수 있다.
정답 및 해설

옳지 않은 것은 pOH의 정의를 log⁡[H3O+]\log[\mathrm{H_3O^+}]로 쓴 설명이다.

pOH는 수산화 이온 농도의 음의 상용로그로 정의한다.
pOH=−log⁡[OH−]\mathrm{pOH} = -\log[\mathrm{OH^-}]

  • 순수한 물은 자동 이온화로 두 이온이 1:1로 생기므로 하이드로늄 이온과 수산화 이온의 농도가 같다.
  • 물은 양성자를 내놓을 수 있으므로 브뢴스테드-로우리 산으로 작용한다.
  • 물은 양성자를 받을 수도 있으므로 브뢴스테드-로우리 염기로도 작용하는 양쪽성 물질이다.
문제 10
다음 측정값 중 유효 숫자가 3개인 것은?
10.003
21.352
30.4405
40.00800
정답 및 해설

유효 숫자가 3개인 것은 0.00800이다.

소수점 앞뒤의 앞자리 0은 자리만 나타내므로 유효 숫자가 아니고, 소수점 아래 끝자리 0은 유효 숫자이다. 따라서 8, 0, 0의 3개이다.

  • 0.003은 3만 유효 숫자여서 1개이다.
  • 1.352는 모든 숫자가 유효하여 4개이다.
  • 0.4405는 앞의 0을 제외한 4, 4, 0, 5로 4개이다.
문제 11
다음 균형 반응식에서 반응 계수의 합 a+b+ca + b + c는?
C5H12(g)+aH2O(g)→bH2(g)+cCO(g)\mathrm{C_5H_{12}}(g) + a\mathrm{H_2O}(g) \rightarrow b\mathrm{H_2}(g) + c\mathrm{CO}(g)
115
217
319
421
정답 및 해설

원자 수를 맞추면 계수의 합은 21이다.

원소별 원자 수 보존
C 보존: 탄소 5개 → c=5c = 5
O 보존: CO의 산소 5개 → a=5a = 5
H 보존: 12+2a=2b12 + 2a = 2b → 22=2b22 = 2b → b=11b = 11

C5H12+5H2O→11H2+5CO\mathrm{C_5H_{12}} + 5\mathrm{H_2O} \rightarrow 11\mathrm{H_2} + 5\mathrm{CO}
따라서 a+b+c=5+11+5=21a + b + c = 5 + 11 + 5 = 21이다.

문제 12
중심 원자가 sp2sp^2 혼성궤도함수를 갖는 화합물은?
1BF3\mathrm{BF_3}
2NH3\mathrm{NH_3}
3NH4+\mathrm{NH_4^+}
4BeCl2\mathrm{BeCl_2}
정답 및 해설

중심 원자가 sp2sp^2 혼성인 것은 삼플루오린화 붕소이다.

B는 결합 전자쌍 3개, 비공유 전자쌍 0개로 전자 영역이 3개이므로 sp2sp^2 혼성, 평면 삼각형 구조이다.

  • 암모니아의 N은 결합 3개와 비공유 전자쌍 1개로 전자 영역이 4개여서 sp3sp^3 혼성이다.
  • 암모늄 이온의 N은 결합 4개로 전자 영역이 4개여서 sp3sp^3 혼성이다.
  • 염화 베릴륨의 Be는 결합 2개로 전자 영역이 2개여서 spsp 혼성이다.
문제 13
주어진 엔탈피 변화(ΔH∘\Delta H^\circ)를 고려할 때, 3C(s)+4H2(g)→C3H8(g)3\mathrm{C}(s) + 4\mathrm{H_2}(g) \rightarrow \mathrm{C_3H_8}(g)의 ΔH∘\Delta H^\circ[kJ]는? (단, 온도는 25 °C이다)
C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(g)\mathrm{C_3H_8}(g) + 5\mathrm{O_2}(g) \rightarrow 3\mathrm{CO_2}(g) + 4\mathrm{H_2O}(g) ΔH∘=−2,000 kJ\Delta H^\circ = -2{,}000\ \mathrm{kJ}
C(s)+O2(g)→CO2(g)\mathrm{C}(s) + \mathrm{O_2}(g) \rightarrow \mathrm{CO_2}(g) ΔH∘=−400 kJ\Delta H^\circ = -400\ \mathrm{kJ}
2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)2\mathrm{H_2}(g) + \mathrm{O_2}(g) \rightarrow 2\mathrm{H_2O}(g) ΔH∘=−500 kJ\Delta H^\circ = -500\ \mathrm{kJ}
H2O(l)→H2O(g)\mathrm{H_2O}(l) \rightarrow \mathrm{H_2O}(g) ΔH∘=40 kJ\Delta H^\circ = 40\ \mathrm{kJ}
1－40
2－200
3－360
4－2860
정답 및 해설

헤스 법칙으로 구하면 프로페인 생성 엔탈피는 -200 kJ이다.

목표식 = (탄소 연소식 × 3) + (수소 연소식 × 2) - (프로페인 연소식)
ΔH∘=3(−400)+2(−500)−(−2000)\Delta H^\circ = 3(-400) + 2(-500) - (-2000)
=−1200−1000+2000=−200 kJ= -1200 - 1000 + 2000 = -200\ \mathrm{kJ}

주어진 반응식이 모두 기체 상태의 물로 정리되므로 액체 물의 증발 엔탈피는 쓰이지 않는다.

문제 14
공명 구조(resonance structure)를 갖지 않는 화합물은?
1벤젠(C6H6\mathrm{C_6H_6})
2메탄올(CH3OH\mathrm{CH_3OH})
3탄산 이온(CO32−\mathrm{CO_3^{2-}})
4아세트산 이온(CH3COO−\mathrm{CH_3COO^-})
정답 및 해설

공명 구조를 갖지 않는 것은 메탄올이다.

메탄올은 모든 결합이 단일결합이고 이동할 수 있는 π 전자가 없어, 전자 배치를 달리 그릴 수 있는 구조가 하나뿐이다.

  • 벤젠은 고리 안 이중결합 위치를 바꾼 두 공명 구조로 표현된다.
  • 탄산 이온은 C=O 이중결합이 세 산소 중 어느 것에 놓이느냐에 따라 세 공명 구조를 갖는다.
  • 아세트산 이온은 음전하와 이중결합이 두 산소 사이에서 바뀌는 두 공명 구조를 갖는다.
문제 15
묽게 희석된 HCl(aq)\mathrm{HCl}(aq)과 NaOH(aq)\mathrm{NaOH}(aq)가 반응하여 H2O\mathrm{H_2O}와 NaCl이 생성되는 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 중화 반응이다.
ㄴ. 침전 반응이다.
ㄷ. 산화－환원 반응이다.
1ㄱ
2ㄴ
3ㄱ, ㄷ
4ㄴ, ㄷ
정답 및 해설

옳은 설명은 중화 반응이라는 것 하나뿐이다.

산의 H+\mathrm{H^+}와 염기의 OH−\mathrm{OH^-}가 결합해 물을 만드는 반응이므로 중화 반응이다.

  • 침전 반응이라는 설명은 틀렸다. 생성되는 NaCl은 물에 잘 녹아 이온 상태로 존재하므로 침전이 생기지 않는다.
  • 산화-환원 반응이라는 설명은 틀렸다. 반응 전후 H, O, Na, Cl의 산화수가 모두 그대로이다.
문제 16
다음 평형 상수(KK)의 온도(TT) 의존성을 고려할 때, 정반응의 표준 반응 엔탈피(ΔH∘\Delta H^\circ)와 표준 반응 엔트로피(ΔS∘\Delta S^\circ)의 부호가 옳은 것은?
1ΔH∘<0\Delta H^\circ \lt 0, ΔS∘<0\Delta S^\circ \lt 0
2ΔH∘<0\Delta H^\circ \lt 0, ΔS∘>0\Delta S^\circ \gt 0
3ΔH∘>0\Delta H^\circ \gt 0, ΔS∘<0\Delta S^\circ \lt 0
4ΔH∘>0\Delta H^\circ \gt 0, ΔS∘>0\Delta S^\circ \gt 0
정답 및 해설

그래프의 기울기와 절편으로부터 ΔH° < 0, ΔS° < 0임을 알 수 있다.

판트호프 식은 다음과 같다.
ln⁡K=−ΔH∘R⋅1T+ΔS∘R\ln K = -\dfrac{\Delta H^\circ}{R}\cdot\dfrac{1}{T} + \dfrac{\Delta S^\circ}{R}

그래프에서 ln⁡K\ln K는 1/T1/T가 커질수록 증가하므로 기울기 −ΔH∘/R>0-\Delta H^\circ/R \gt 0, 즉 발열 반응(ΔH° < 0)이다.
세로축 절편(1/T→01/T \to 0)은 음수이므로 ΔS∘/R<0\Delta S^\circ/R \lt 0, 즉 ΔS° < 0이다.

  • ΔH° < 0, ΔS° > 0: 절편이 음수이므로 엔트로피 변화가 양수일 수 없다.
  • ΔH° > 0, ΔS° < 0: 흡열이면 기울기가 음수여야 하는데 그래프는 양의 기울기이다.
  • ΔH° > 0, ΔS° > 0: 기울기와 절편의 부호가 모두 그래프와 반대이다.
문제 17
(가), (나)에 들어갈 입자를 바르게 연결한 것은?
2659Fe→2759Co{}^{59}_{26}\mathrm{Fe} \rightarrow {}^{59}_{27}\mathrm{Co} + (가)
2759Co{}^{59}_{27}\mathrm{Co} + (나) →2760Co\rightarrow {}^{60}_{27}\mathrm{Co}
(가) (나)
1전자 중성자
2전자 양성자
3양전자 중성자
4양전자 양성자
정답 및 해설

(가)는 전자, (나)는 중성자이다.

핵반응에서는 반응 전후 질량수의 합과 원자 번호의 합이 각각 보존된다.

  • (가): 질량수는 59로 같고 원자 번호가 26에서 27로 1 증가하므로, 질량수 0·전하 -1인 입자(전자)가 방출되는 베타 붕괴이다.
  • (나): 원자 번호는 27로 같고 질량수만 59에서 60으로 1 증가하므로, 질량수 1·전하 0인 중성자를 흡수한 것이다.
문제 18
475 °C, 1 atm에서 KClO3\mathrm{KClO_3} 0.4 g이 KCl과 O2\mathrm{O_2}만으로 완전히 열분해될 때, 생성되는 O2\mathrm{O_2}의 부피[mL]는? (단, 475 °C, 1 atm에서 O2\mathrm{O_2} 1 mol의 부피는 61.3 L, KClO3\mathrm{KClO_3}의 분자량은 122.6, 온도와 압력은 일정하다)
1100
2200
3300
4400
정답 및 해설

생성되는 산소의 부피는 300 mL이다.

반응식: 2KClO3→2KCl+3O22\mathrm{KClO_3} \rightarrow 2\mathrm{KCl} + 3\mathrm{O_2}
KClO3\mathrm{KClO_3}의 양: 0.4122.6 mol\dfrac{0.4}{122.6}\ \mathrm{mol}

O2\mathrm{O_2}의 양은 그 1.5배이므로
V=0.4122.6×1.5×61.3 L=0.4×1.5×0.5=0.3 LV = \dfrac{0.4}{122.6} \times 1.5 \times 61.3\ \mathrm{L} = 0.4 \times 1.5 \times 0.5 = 0.3\ \mathrm{L}
즉 300 mL이다.

문제 19
다음 반응 후 남아있는 K+\mathrm{K^+}의 양[mol]은? (단, 한계반응물은 모두 반응한다)
3K+(aq)+PO43−(aq)+3Ag+(aq)+3NO3−(aq)3\mathrm{K^+}(aq) + \mathrm{PO_4^{3-}}(aq) + 3\mathrm{Ag^+}(aq) + 3\mathrm{NO_3^-}(aq)
→Ag3PO4(s)+3K+(aq)+3NO3−(aq)\rightarrow \mathrm{Ag_3PO_4}(s) + 3\mathrm{K^+}(aq) + 3\mathrm{NO_3^-}(aq)
K+\mathrm{K^+}PO43−\mathrm{PO_4^{3-}}Ag+\mathrm{Ag^+}NO3−\mathrm{NO_3^-}
초기 양[mol]6222
10
22
34
46
정답 및 해설

칼륨 이온은 반응에 참여하지 않으므로 초기 양 그대로 6 mol이 남는다.

반응식의 양쪽에 칼륨 이온과 질산 이온이 같은 계수로 나타나는 구경꾼 이온이다. 실제 반응은 인산 이온과 은 이온이 침전을 만드는 것뿐이다.

한계반응물(은 이온 2 mol)이 모두 반응해도 칼륨 이온의 양은 변하지 않는다.

문제 20
수소(H)의 동위원소에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 중수소 원자의 중성자 개수는 1개이다.
ㄴ. 수소의 동위원소는 양성자 개수가 1개이다.
ㄷ. 2개의 중성자를 갖는 수소 원자의 질량수는 2이다.
1ㄱ
2ㄷ
3ㄱ, ㄴ
4ㄴ, ㄷ
정답 및 해설

옳은 설명은 중수소의 중성자 수와 수소 동위원소의 양성자 수에 관한 두 가지이다.

동위원소는 양성자 수(원자 번호)는 같고 중성자 수만 다른 원자이다. 수소의 동위원소는 모두 양성자가 1개이고, 중수소는 질량수 2이므로 중성자가 1개이다.

  • 중성자 2개를 갖는 수소 원자의 질량수가 2라는 설명은 틀렸다. 질량수는 양성자 수 + 중성자 수이므로 1 + 2 = 3인 삼중수소이다.