전기산업기사 필기 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

17년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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전기산업기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

17년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

알칼리 금속에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1Cl₂(g)와의 반응성은 Na이 Li보다 크다.

2원자번호가 커질수록 녹는점은 감소한다.

3물과 반응 시 Li이 Na보다 더 센 환원제이다.

4원자 반지름이 커질수록 일차 이온화 에너지 값은 커진다.

정답 및 해설

알칼리 금속은 원자 반지름이 커질수록 일차 이온화 에너지가 작아지므로, 이를 커진다고 한 설명이 옳지 않다.

아래 주기로 갈수록 전자 껍질이 늘어 최외각 전자가 핵에서 멀어지고 가려막기가 커져 전자를 떼어 내기 쉬워진다.

염소 기체와의 반응성: 전자를 잃기 쉬운 Na이 Li보다 크다 — 옳다.
녹는점: 원자가 커질수록 금속 결합이 약해져 감소한다 — 옳다.
물에서의 환원력: Li은 수화 에너지가 매우 커서 표준 환원 전위가 가장 낮아 Na보다 센 환원제이다 — 옳다.

문제 2

NO₃⁻의 Lewis 구조에서 공명구조는 모두 몇 개인가?

정답 및 해설

$\mathrm{NO_3^-}$ 의 공명 구조는 3개이다.

중심 N에 O 세 개가 결합하고 그중 하나와 이중 결합을 이룬다. 이중 결합이 놓일 수 있는 O 자리가 세 군데이므로 동등한 공명 구조가 3개 그려진다.

실제 구조는 이들의 혼성으로, 세 N−O 결합의 길이가 모두 같고 결합 차수는 $\dfrac{4}{3}$ 이며 평면 삼각형이다.

문제 3

다음과 같은 평형상태를 이루고 있는 혼합물에서 평형의 이동 방향이 다른 반응 조건은?

PCl₃(g) + Cl₂(g) ⇌ PCl₅(g)　

\Delta H^\circ = -92.5\,\text{kJ}

1압력을 감소시킨다.

2반응의 온도를 올린다.

3PCl₃(g)를 소량 제거한다.

4염소 기체를 첨가한다.

정답 및 해설

염소 기체를 첨가하면 평형이 정반응(오른쪽) 쪽으로 이동하고, 나머지 조건은 모두 역반응 쪽으로 이동시킨다.

르샤틀리에 원리에 따라 계는 가해진 변화를 줄이는 방향으로 이동한다. 이 반응은 기체 2 mol이 1 mol로 줄고, 발열 반응이다.

압력 감소: 기체 분자 수가 많은 반응물 쪽(역반응)으로 이동한다.
온도 상승: 열을 흡수하는 흡열 방향, 즉 역반응 쪽으로 이동한다.
$\mathrm{PCl_3}$ 일부 제거: 줄어든 반응물을 보충하는 역반응 쪽으로 이동한다.

문제 4

환원 반응이 아닌 것은?

1Fe³⁺가 Fe²⁺로 되었다.

2이황화물(R−S−S−R)이 두 개의 싸이올(R−SH)로 되었다.

3메탄이 이산화탄소로 되었다.

4SnO₂(s)가 Sn(s)으로 되었다.

정답 및 해설

메테인이 이산화 탄소로 되는 변화는 C의 산화수가 증가하는 산화 반응이다.

C의 산화수는 $\mathrm{CH_4}$ 에서 −4, $\mathrm{CO_2}$ 에서 +4로 증가한다. 환원은 산화수가 감소(전자 획득)하는 변화이다.

철 이온이 +3에서 +2로: 산화수가 감소하므로 환원이다.
이황화물에서 싸이올로: S의 산화수가 −1에서 −2로 감소(수소 첨가)하므로 환원이다.
$\mathrm{SnO_2}$ 에서 Sn으로: Sn의 산화수가 +4에서 0으로 감소하므로 환원이다.

문제 5

0.10 M 질산(HNO₃) 용액 400 mL를 완전히 중화시키려면 몇 g의 강염기 M(OH)₂가 필요한가? (단, M(OH)₂의 몰질량은 60 g/mol이다)

10.4

20.6

31.2

42.4

정답 및 해설

완전 중화에 필요한 $\mathrm{M(OH)_2}$ 의 질량은 1.2 g이다.

질산의 몰수: $0.10\,\mathrm{M} \times 0.400\,\mathrm{L} = 0.040\,\mathrm{mol}$

$\mathrm{M(OH)_2}$ 는 1 mol당 $\mathrm{OH^-}$ 를 2 mol 내므로 필요 몰수는 절반: $0.040 \div 2 = 0.020\,\mathrm{mol}$
질량: $0.020\,\mathrm{mol} \times 60\,\mathrm{g/mol} = 1.2\,\mathrm{g}$

문제 6

(가) ~ (다)의 산도(acidity) 세기를 옳게 비교한 것은?

(가) H₃C−O−H
(나) H₃C−NH₂
(다) H₃C−CH₃

1(가) > (나) > (다)

2(나) > (가) > (다)

3(나) > (다) > (가)

4(다) > (나) > (가)

정답 및 해설

산도 세기는 메탄올 > 메틸아민 > 에테인 순이다.

산도는 H^+를 내놓은 뒤 남는 짝염기의 안정성으로 정해지며, 음전하를 받는 원자의 전기음성도가 O > N > C 순이므로 CH(3)O^−가 가장 안정하고 탄소 음이온이 가장 불안정하다.

메틸아민을 메탄올보다 강한 산으로 둔 배열은 N−H가 O−H보다 산성이 약하다는 점에 어긋난다.
메탄올을 가장 약한 산으로 둔 배열은 세 물질 중 O−H의 산성이 가장 크다는 점에 어긋난다.
에테인을 가장 강한 산으로 둔 배열은 탄소 음이온이 가장 불안정해 C−H가 사실상 산으로 작용하지 않는다는 점에 어긋난다.

문제 7

동일한 질량의 질소(

{}^{14}_{7}\text{N}

) 원소와 규소(

{}^{28}_{14}\text{Si}

) 원소에 대한 설명으로 옳은 것은?

1질소 원소의 총 원자 수와 규소 원소의 총 원자 수는 동일하다.

2질소 원소의 총 양성자 수는 규소 원소의 총 양성자 수의 절반이다.

3질소 원소의 총 전자 수는 규소 원소의 총 전자 수와 동일하다.

4질소 원소의 총 중성자 수는 규소 원소의 총 중성자 수의 두 배이다.

정답 및 해설

동일 질량에서 질소와 규소의 총 전자 수는 같다.

질량을 28 g으로 두면 질소는 2 mol, 규소는 1 mol이다. 질소 원자는 양성자·전자·중성자가 각 7개, 규소는 각 14개이므로 총량은 $2 \times 7 = 14\,\mathrm{mol}$ 과 $1 \times 14 = 14\,\mathrm{mol}$ 로 같다.

총 원자 수: 질소가 규소의 2배이므로 동일하지 않다.
총 양성자 수: 두 원소가 같으므로 절반이 아니다.
총 중성자 수: 두 원소가 같으므로 두 배가 아니다.

문제 8

다음은 기체 A₂(●●)와 B₂(○○)의 반응을 모형으로 나타낸 것이다.

A₂ 1 mol과 B₂ 2 mol이 충분히 반응하였을 때, 생성물은 몇 몰(mol)인가? (단, A와 B는 임의의 원소 기호이고, 온도는 일정하다)

\frac{1}{3}

\frac{2}{3}

\frac{4}{3}

정답 및 해설

A(2) 1 mol과 B(2) 2 mol이 반응하면 생성물 AB(3)는 $\dfrac{4}{3}\,\mathrm{mol}$ 생긴다.

모형에서 A(2) 2개·B(2) 4개가 AB(3) 2개와 남은 A(2) 1개·B(2) 1개로 바뀌었으므로, 반응식은 A(2) + 3B(2) → 2AB(3)이다.

B(2) 2 mol은 A(2) $\dfrac{2}{3}\,\mathrm{mol}$ 과만 반응하므로 B(2)가 한계 반응물이다.
생성물 $= 2\,\mathrm{mol}\times\dfrac{2}{3}=\dfrac{4}{3}\,\mathrm{mol}$

1 mol은 계수비 B(2) : AB(3) = 3 : 2를 반영하지 않은 값이다.
$\dfrac{2}{3}\,\mathrm{mol}$ 은 반응에 쓰이는 A(2)의 양이지 생성물의 양이 아니다.
$\dfrac{1}{3}\,\mathrm{mol}$ 은 남는 A(2)의 양으로, 생성물의 양이 아니다.

문제 9

1.1 mol의 아세트산(CH₃COOH)을 포함한 수용액 0.9 L에 1 M NaOH 수용액 0.1 L를 첨가하여 완충 용액을 제조하였다. 이 완충 용액의 수소이온 농도(pH)는? (단, 두 용액을 합친 전체 용액의 부피는 정확히 1.0 L이고, 아세트산의

\text{K}_\text{a} = 1.8 \times 10^{-5}

\text{pK}_\text{a} = 4.74

이다)

13.74

24.74

35.74

46.74

정답 및 해설

이 완충 용액의 pH는 3.74이다.

NaOH 0.1 mol이 아세트산과 반응해 아세트산 이온 0.1 mol이 생기고, 남은 아세트산은 $1.1 - 0.1 = 1.0\,\mathrm{mol}$ 이다(부피 1.0 L).

헨더슨-하셀바흐 식: $\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}$
대입: $\mathrm{pH} = 4.74 + \log\dfrac{0.1}{1.0} = 4.74 - 1 = 3.74$

문제 10

원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 이론에 근거할 때, 분자의 기하학적 구조가 서로 다른 것은?

1BF₃, BrF₃

2CH₄, PO₄³⁻

3NH₃, ClO₃⁻

4SF₆, Mo(CO)₆

정답 및 해설

$\mathrm{BF_3}$ 는 평면 삼각형, $\mathrm{BrF_3}$ 는 T자형으로 구조가 서로 다르다.

B는 결합 전자쌍 3개뿐이지만, Br은 결합 전자쌍 3개와 비공유 전자쌍 2개(총 5쌍)를 가져 삼각쌍뿔 배치에서 비공유쌍이 적도 자리를 차지한다.

$\mathrm{CH_4}$ 와 $\mathrm{PO_4^{3-}}$ : 모두 결합 전자쌍 4개로 정사면체이다.
$\mathrm{NH_3}$ 와 $\mathrm{ClO_3^-}$ : 모두 결합 3쌍·비공유 1쌍으로 삼각뿔형이다.
$\mathrm{SF_6}$ 와 $\mathrm{Mo(CO)_6}$ : 모두 중심 원자를 6개가 둘러싼 정팔면체이다.

문제 11

다음은 어떤 결정의 단위 세포(unit cell)이다. 각 꼭짓점과 중심에 있는 원자 수로부터 이 화합물의 화학식을 A_xB_y로 나타낼 수 있다. 이때 x + y의 값은? (단, ○은 양이온 A, ●은 음이온 B를 나타낸다)

정답 및 해설

이 화합물의 화학식은 AB이므로 x + y의 값은 2이다.

양이온 A는 단위 세포 중심에 1개가 온전히 들어 있고, 음이온 B는 꼭짓점 8곳에 있으며 꼭짓점 원자는 이웃한 8개 단위 세포가 나누어 가진다.
A: 1개
B: $8\times\dfrac{1}{8}=1$ 개

합이 3이 되려면 AB(2)나 A(2)B 조성이어야 하는데, 두 이온 수가 1 : 1이라 맞지 않는다.
합이 4가 되려면 AB(3)처럼 B가 3개여야 하는데, 꼭짓점 B의 실제 기여는 1개뿐이다.
합이 5가 되려면 B를 4개로 세야 하는데, 이는 꼭짓점 원자의 공유 비율을 반영하지 않은 계산이다.

문제 12

배위 화합물 [Rh(NH₃)₅I]Br₂에서 Rh와 I의 산화수는?

1Rh +2, I 0

2Rh +2, I −1

3Rh +3, I 0

4Rh +3, I −1

정답 및 해설

Rh의 산화수는 +3, I의 산화수는 −1이다.

바깥 영역의 $\mathrm{Br^-}$ 2개로 착이온의 전하는 +2이다. 착이온 안에서 $\mathrm{NH_3}$ 는 중성 리간드, 아이오딘은 아이오딘화 이온(−1) 리간드이다.

따라서 $x + 5(0) + (-1) = +2$ 에서 $x = +3$ 이다.

문제 13

다음 반응에서 반응속도는

k[\text{A}]^\text{m}[\text{B}]^\text{n}

이다.

aA + bB → 생성물

B의 농도가 일정하고 A의 농도가 2배 증가할 때, 반응속도는 2배 감소하였다. m의 값으로 옳은 것은?

1−2

2−1

정답 및 해설

A에 대한 반응 차수 m은 −1이다.

B 농도가 일정하면 속도는 $[\mathrm{A}]^m$ 에 비례한다. A 농도를 2배로 하자 속도가 절반이 되었으므로 $2^m = \dfrac{1}{2}$ , 즉 $m = -1$ 이다.

차수가 음수라는 것은 A가 반응을 저해하는 방향으로 작용함을 뜻한다.

문제 14

다음 염의 수용액이 염기성인 것은?

1NH₄Cl

2NaF

3CH₃NH₃Br

4Al(ClO₄)₃

정답 및 해설

NaF 수용액이 염기성이다.

$\mathrm{F^-}$ 는 약산 HF의 짝염기라 물과 반응해 $\mathrm{OH^-}$ 를 만들고( $\mathrm{F^- + H_2O \rightleftharpoons HF + OH^-}$ ), $\mathrm{Na^+}$ 는 가수분해하지 않는다.

$\mathrm{NH_4Cl}$ : 약염기의 짝산 $\mathrm{NH_4^+}$ 가 양성자를 내놓아 산성이다.
$\mathrm{CH_3NH_3Br}$ : 메틸암모늄 이온이 약산으로 작용해 산성이다.
$\mathrm{Al(ClO_4)_3}$ : 수화된 $\mathrm{Al^{3+}}$ 가 양성자를 내놓아 산성이다.

문제 15

대표적인 항암제인 시스플라틴(cisplatin)의 화학식과 중심 금속인 백금(Pt)의 산화상태는?

1Pt(NH₃)₂Cl₂, Pt(II)

2Pt(NH₂)₂Cl₂, Pt(IV)

3Pt(NH₃)₄Cl₂, Pt(II)

4Pt(NH₂)₂(NH₃)₂Cl₂, Pt(IV)

정답 및 해설

시스플라틴은 $\mathrm{Pt(NH_3)_2Cl_2}$ 이며 백금의 산화 상태는 Pt(II)이다.

중성 리간드 $\mathrm{NH_3}$ 2개와 $\mathrm{Cl^-}$ 2개가 평면 사각형으로 배위하고 두 Cl이 cis 위치에 있다. 전체가 중성이므로 $x + 2(-1) = 0$ , $x = +2$ 이다.

아마이드( $\mathrm{NH_2^-}$ ) 리간드 2개와 Cl 2개의 Pt(IV) 화학식: 시스플라틴의 리간드는 중성 암민이므로 해당하지 않는다.
암민 4개와 Cl 2개의 화학식: 시스플라틴은 암민을 2개만 가진다.
아마이드·암민·Cl을 2개씩 가진 Pt(IV) 화학식: 6배위 착물로 시스플라틴과 다르다.

문제 16

보레인(BH₃)의 이합체인 디보레인(diborane)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1입체이성질체가 있다.

2공기 중의 산소와 반응하여 열이 발생된다.

3삼중심 이전자 결합이 있다.

4길이가 다른 두 종류의 B−H 결합이 있다.

정답 및 해설

디보레인에는 입체이성질체가 없다.

B(2)H(6)는 두 B가 다리 H 2개로 연결되고 각 B에 말단 H 2개가 붙은 대칭 구조여서, 거울상이나 시스·트랜스 같은 다른 공간 배치가 생기지 않는다.

공기 중 산소와 반응해 열을 낸다는 설명은 옳다 — 디보레인은 자연 발화성이며 연소하면 B(2)O(3)와 물이 생기면서 큰 열을 낸다.
삼중심 이전자 결합이 있다는 설명은 옳다 — B−H−B 다리 결합 2개가 각각 3중심 2전자 결합이다.
길이가 다른 두 종류의 B−H 결합이 있다는 설명은 옳다 — 전자가 세 원자에 나뉜 다리 B−H가 말단 B−H보다 길다.

문제 17

다음은 중성 원자 A와 B의 전자 배치를 나타낸 것이다. B가 A보다 큰 것은? (단, A, B는 임의의 원소 기호이다)

A :

1s^2 2s^2 2p^3

B :

1s^2 2s^2 2p^4

1홀전자 수

2일차 이온화 에너지

3원자 반지름

4원자가 전자의 유효 핵전하

정답 및 해설

B(산소)가 A(질소)보다 큰 것은 원자가 전자의 유효 핵전하이다.

A는 질소, B는 산소이다. 같은 주기에서 원자 번호가 커지면 늘어난 핵전하를 같은 껍질 전자가 충분히 가리지 못해 유효 핵전하가 커진다.

홀전자 수: 질소 3개, 산소 2개로 A가 크다.
일차 이온화 에너지: 산소는 2p 궤도에 짝지은 전자가 생겨 반발이 커지므로 질소보다 작다.
원자 반지름: 유효 핵전하가 큰 산소가 더 작다.

문제 18

C₄H₈의 분자식을 가지는 알켄(alkene)의 이성질체는 모두 몇 개인가?

정답 및 해설

$\mathrm{C_4H_8}$ 알켄의 이성질체는 4개이다.

구조 이성질체는 1-뷰텐, 2-뷰텐, 2-메틸프로펜 3가지이다. 이 중 2-뷰텐은 이중 결합 양쪽 탄소에 서로 다른 기가 붙어 cis·trans 기하 이성질체 2개로 나뉜다.

따라서 1-뷰텐, cis-2-뷰텐, trans-2-뷰텐, 2-메틸프로펜의 4개이다(고리형 사이클로알케인은 알켄이 아니므로 제외).

문제 19

알케인(alkane)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1뷰테인(butane)은 2개의 구조이성질체를 갖는다.

2프로페인(propane)은 뷰테인(butane) 보다 낮은 온도에서 끓는다.

32,2-다이메틸프로페인(2,2-dimethylpropane)에는 카이랄(chiral) 중심이 있다.

42,2-다이메틸프로페인(2,2-dimethylpropane)이 n-펜테인(n-pentane) 보다 낮은 온도에서 끓는다.

정답 및 해설

2,2-다이메틸프로페인에는 카이랄 중심이 없으므로 이 설명이 옳지 않다.

중심 탄소에는 메틸기 4개가 붙어 네 치환기가 모두 같고, 나머지 탄소는 수소를 3개씩 가진다. 카이랄 중심은 서로 다른 네 기가 결합한 탄소여야 한다.

뷰테인: n-뷰테인과 아이소뷰테인(2-메틸프로페인) 두 구조이성질체가 있다 — 옳다.
프로페인과 뷰테인: 분자량이 작은 프로페인이 분산력이 약해 더 낮은 온도에서 끓는다 — 옳다.
2,2-다이메틸프로페인과 n-펜테인: 공 모양의 가지 구조는 접촉 면적이 작아 분산력이 약하므로 더 낮은 온도에서 끓는다 — 옳다.

문제 20

1,3-부타디엔(1,3-butadiene) 단량체를 이용하여 제조할 수 있는 고분자의 이성질체가 아닌 것은?

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

1,3-부타디엔으로 만들 수 없는 것은 주사슬에 이중 결합이 두 개 있는 −[CH=CH−CH=CH](n)− 구조이다.

부타디엔(C(4)H(6))이 첨가 중합하면 이중 결합 하나가 소모되어 반복 단위에는 이중 결합이 하나만 남는다. 이 구조는 반복 단위가 C(4)H(4)여서 단량체보다 수소가 2개 적어 조성부터 맞지 않는다.

두 CH(2)가 이중 결합의 반대편에 놓인 구조는 1,4-첨가로 생긴 트랜스-폴리부타디엔이다.
CH−CH(2) 주사슬에 비닐기(CH=CH(2))가 곁사슬로 달린 구조는 1,2-첨가로 생긴 폴리부타디엔이다.
두 CH(2)가 이중 결합의 같은 쪽에 놓인 구조는 1,4-첨가로 생긴 시스-폴리부타디엔이다.

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총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

알칼리 금속에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

1Cl₂(g)와의 반응성은 Na이 Li보다 크다.

2원자번호가 커질수록 녹는점은 감소한다.

3물과 반응 시 Li이 Na보다 더 센 환원제이다.

4원자 반지름이 커질수록 일차 이온화 에너지 값은 커진다.

정답 및 해설

알칼리 금속은 원자 반지름이 커질수록 일차 이온화 에너지가 작아지므로, 이를 커진다고 한 설명이 옳지 않다.

아래 주기로 갈수록 전자 껍질이 늘어 최외각 전자가 핵에서 멀어지고 가려막기가 커져 전자를 떼어 내기 쉬워진다.

염소 기체와의 반응성: 전자를 잃기 쉬운 Na이 Li보다 크다 — 옳다.
녹는점: 원자가 커질수록 금속 결합이 약해져 감소한다 — 옳다.
물에서의 환원력: Li은 수화 에너지가 매우 커서 표준 환원 전위가 가장 낮아 Na보다 센 환원제이다 — 옳다.

문제 2

NO₃⁻의 Lewis 구조에서 공명구조는 모두 몇 개인가?

정답 및 해설

$\mathrm{NO_3^-}$ 의 공명 구조는 3개이다.

중심 N에 O 세 개가 결합하고 그중 하나와 이중 결합을 이룬다. 이중 결합이 놓일 수 있는 O 자리가 세 군데이므로 동등한 공명 구조가 3개 그려진다.

실제 구조는 이들의 혼성으로, 세 N−O 결합의 길이가 모두 같고 결합 차수는 $\dfrac{4}{3}$ 이며 평면 삼각형이다.

문제 3

다음과 같은 평형상태를 이루고 있는 혼합물에서 평형의 이동 방향이 다른 반응 조건은?

PCl₃(g) + Cl₂(g) ⇌ PCl₅(g)　

\Delta H^\circ = -92.5\,\text{kJ}

1압력을 감소시킨다.

2반응의 온도를 올린다.

3PCl₃(g)를 소량 제거한다.

4염소 기체를 첨가한다.

정답 및 해설

염소 기체를 첨가하면 평형이 정반응(오른쪽) 쪽으로 이동하고, 나머지 조건은 모두 역반응 쪽으로 이동시킨다.

르샤틀리에 원리에 따라 계는 가해진 변화를 줄이는 방향으로 이동한다. 이 반응은 기체 2 mol이 1 mol로 줄고, 발열 반응이다.

압력 감소: 기체 분자 수가 많은 반응물 쪽(역반응)으로 이동한다.
온도 상승: 열을 흡수하는 흡열 방향, 즉 역반응 쪽으로 이동한다.
$\mathrm{PCl_3}$ 일부 제거: 줄어든 반응물을 보충하는 역반응 쪽으로 이동한다.

문제 4

환원 반응이 아닌 것은?

1Fe³⁺가 Fe²⁺로 되었다.

2이황화물(R−S−S−R)이 두 개의 싸이올(R−SH)로 되었다.

3메탄이 이산화탄소로 되었다.

4SnO₂(s)가 Sn(s)으로 되었다.

정답 및 해설

메테인이 이산화 탄소로 되는 변화는 C의 산화수가 증가하는 산화 반응이다.

C의 산화수는 $\mathrm{CH_4}$ 에서 −4, $\mathrm{CO_2}$ 에서 +4로 증가한다. 환원은 산화수가 감소(전자 획득)하는 변화이다.

철 이온이 +3에서 +2로: 산화수가 감소하므로 환원이다.
이황화물에서 싸이올로: S의 산화수가 −1에서 −2로 감소(수소 첨가)하므로 환원이다.
$\mathrm{SnO_2}$ 에서 Sn으로: Sn의 산화수가 +4에서 0으로 감소하므로 환원이다.

문제 5

0.10 M 질산(HNO₃) 용액 400 mL를 완전히 중화시키려면 몇 g의 강염기 M(OH)₂가 필요한가? (단, M(OH)₂의 몰질량은 60 g/mol이다)

10.4

20.6

31.2

42.4

정답 및 해설

완전 중화에 필요한 $\mathrm{M(OH)_2}$ 의 질량은 1.2 g이다.

질산의 몰수: $0.10\,\mathrm{M} \times 0.400\,\mathrm{L} = 0.040\,\mathrm{mol}$

문제 6

(가) ~ (다)의 산도(acidity) 세기를 옳게 비교한 것은?

(가) H₃C−O−H
(나) H₃C−NH₂
(다) H₃C−CH₃

1(가) > (나) > (다)

2(나) > (가) > (다)

3(나) > (다) > (가)

4(다) > (나) > (가)

정답 및 해설

산도 세기는 메탄올 > 메틸아민 > 에테인 순이다.

메틸아민을 메탄올보다 강한 산으로 둔 배열은 N−H가 O−H보다 산성이 약하다는 점에 어긋난다.
메탄올을 가장 약한 산으로 둔 배열은 세 물질 중 O−H의 산성이 가장 크다는 점에 어긋난다.
에테인을 가장 강한 산으로 둔 배열은 탄소 음이온이 가장 불안정해 C−H가 사실상 산으로 작용하지 않는다는 점에 어긋난다.

문제 7

동일한 질량의 질소(

{}^{14}_{7}\text{N}

) 원소와 규소(

{}^{28}_{14}\text{Si}

) 원소에 대한 설명으로 옳은 것은?

1질소 원소의 총 원자 수와 규소 원소의 총 원자 수는 동일하다.

2질소 원소의 총 양성자 수는 규소 원소의 총 양성자 수의 절반이다.

3질소 원소의 총 전자 수는 규소 원소의 총 전자 수와 동일하다.

4질소 원소의 총 중성자 수는 규소 원소의 총 중성자 수의 두 배이다.

정답 및 해설

동일 질량에서 질소와 규소의 총 전자 수는 같다.

총 원자 수: 질소가 규소의 2배이므로 동일하지 않다.
총 양성자 수: 두 원소가 같으므로 절반이 아니다.
총 중성자 수: 두 원소가 같으므로 두 배가 아니다.

문제 8

\frac{1}{3}

\frac{2}{3}

\frac{4}{3}

정답 및 해설

A(2) 1 mol과 B(2) 2 mol이 반응하면 생성물 AB(3)는 $\dfrac{4}{3}\,\mathrm{mol}$ 생긴다.

모형에서 A(2) 2개·B(2) 4개가 AB(3) 2개와 남은 A(2) 1개·B(2) 1개로 바뀌었으므로, 반응식은 A(2) + 3B(2) → 2AB(3)이다.

B(2) 2 mol은 A(2) $\dfrac{2}{3}\,\mathrm{mol}$ 과만 반응하므로 B(2)가 한계 반응물이다.
생성물 $= 2\,\mathrm{mol}\times\dfrac{2}{3}=\dfrac{4}{3}\,\mathrm{mol}$

1 mol은 계수비 B(2) : AB(3) = 3 : 2를 반영하지 않은 값이다.
$\dfrac{2}{3}\,\mathrm{mol}$ 은 반응에 쓰이는 A(2)의 양이지 생성물의 양이 아니다.
$\dfrac{1}{3}\,\mathrm{mol}$ 은 남는 A(2)의 양으로, 생성물의 양이 아니다.

문제 9

\text{K}_\text{a} = 1.8 \times 10^{-5}

\text{pK}_\text{a} = 4.74

이다)

13.74

24.74

35.74

46.74

정답 및 해설

이 완충 용액의 pH는 3.74이다.

NaOH 0.1 mol이 아세트산과 반응해 아세트산 이온 0.1 mol이 생기고, 남은 아세트산은 $1.1 - 0.1 = 1.0\,\mathrm{mol}$ 이다(부피 1.0 L).

헨더슨-하셀바흐 식: $\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\dfrac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}$
대입: $\mathrm{pH} = 4.74 + \log\dfrac{0.1}{1.0} = 4.74 - 1 = 3.74$

문제 10

원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 이론에 근거할 때, 분자의 기하학적 구조가 서로 다른 것은?

1BF₃, BrF₃

2CH₄, PO₄³⁻

3NH₃, ClO₃⁻

4SF₆, Mo(CO)₆

정답 및 해설

$\mathrm{BF_3}$ 는 평면 삼각형, $\mathrm{BrF_3}$ 는 T자형으로 구조가 서로 다르다.

B는 결합 전자쌍 3개뿐이지만, Br은 결합 전자쌍 3개와 비공유 전자쌍 2개(총 5쌍)를 가져 삼각쌍뿔 배치에서 비공유쌍이 적도 자리를 차지한다.

$\mathrm{CH_4}$ 와 $\mathrm{PO_4^{3-}}$ : 모두 결합 전자쌍 4개로 정사면체이다.
$\mathrm{NH_3}$ 와 $\mathrm{ClO_3^-}$ : 모두 결합 3쌍·비공유 1쌍으로 삼각뿔형이다.
$\mathrm{SF_6}$ 와 $\mathrm{Mo(CO)_6}$ : 모두 중심 원자를 6개가 둘러싼 정팔면체이다.

문제 11

정답 및 해설

이 화합물의 화학식은 AB이므로 x + y의 값은 2이다.

합이 3이 되려면 AB(2)나 A(2)B 조성이어야 하는데, 두 이온 수가 1 : 1이라 맞지 않는다.
합이 4가 되려면 AB(3)처럼 B가 3개여야 하는데, 꼭짓점 B의 실제 기여는 1개뿐이다.
합이 5가 되려면 B를 4개로 세야 하는데, 이는 꼭짓점 원자의 공유 비율을 반영하지 않은 계산이다.

문제 12

배위 화합물 [Rh(NH₃)₅I]Br₂에서 Rh와 I의 산화수는?

1Rh +2, I 0

2Rh +2, I −1

3Rh +3, I 0

4Rh +3, I −1

정답 및 해설

Rh의 산화수는 +3, I의 산화수는 −1이다.

바깥 영역의 $\mathrm{Br^-}$ 2개로 착이온의 전하는 +2이다. 착이온 안에서 $\mathrm{NH_3}$ 는 중성 리간드, 아이오딘은 아이오딘화 이온(−1) 리간드이다.

따라서 $x + 5(0) + (-1) = +2$ 에서 $x = +3$ 이다.

문제 13

다음 반응에서 반응속도는

k[\text{A}]^\text{m}[\text{B}]^\text{n}

이다.

aA + bB → 생성물

B의 농도가 일정하고 A의 농도가 2배 증가할 때, 반응속도는 2배 감소하였다. m의 값으로 옳은 것은?

1−2

2−1

정답 및 해설

A에 대한 반응 차수 m은 −1이다.

B 농도가 일정하면 속도는 $[\mathrm{A}]^m$ 에 비례한다. A 농도를 2배로 하자 속도가 절반이 되었으므로 $2^m = \dfrac{1}{2}$ , 즉 $m = -1$ 이다.

차수가 음수라는 것은 A가 반응을 저해하는 방향으로 작용함을 뜻한다.

문제 14

다음 염의 수용액이 염기성인 것은?

1NH₄Cl

2NaF

3CH₃NH₃Br

4Al(ClO₄)₃

정답 및 해설

NaF 수용액이 염기성이다.

$\mathrm{F^-}$ 는 약산 HF의 짝염기라 물과 반응해 $\mathrm{OH^-}$ 를 만들고( $\mathrm{F^- + H_2O \rightleftharpoons HF + OH^-}$ ), $\mathrm{Na^+}$ 는 가수분해하지 않는다.

$\mathrm{NH_4Cl}$ : 약염기의 짝산 $\mathrm{NH_4^+}$ 가 양성자를 내놓아 산성이다.
$\mathrm{CH_3NH_3Br}$ : 메틸암모늄 이온이 약산으로 작용해 산성이다.
$\mathrm{Al(ClO_4)_3}$ : 수화된 $\mathrm{Al^{3+}}$ 가 양성자를 내놓아 산성이다.

문제 15

대표적인 항암제인 시스플라틴(cisplatin)의 화학식과 중심 금속인 백금(Pt)의 산화상태는?

1Pt(NH₃)₂Cl₂, Pt(II)

2Pt(NH₂)₂Cl₂, Pt(IV)

3Pt(NH₃)₄Cl₂, Pt(II)

4Pt(NH₂)₂(NH₃)₂Cl₂, Pt(IV)

정답 및 해설

시스플라틴은 $\mathrm{Pt(NH_3)_2Cl_2}$ 이며 백금의 산화 상태는 Pt(II)이다.

중성 리간드 $\mathrm{NH_3}$ 2개와 $\mathrm{Cl^-}$ 2개가 평면 사각형으로 배위하고 두 Cl이 cis 위치에 있다. 전체가 중성이므로 $x + 2(-1) = 0$ , $x = +2$ 이다.

아마이드( $\mathrm{NH_2^-}$ ) 리간드 2개와 Cl 2개의 Pt(IV) 화학식: 시스플라틴의 리간드는 중성 암민이므로 해당하지 않는다.
암민 4개와 Cl 2개의 화학식: 시스플라틴은 암민을 2개만 가진다.
아마이드·암민·Cl을 2개씩 가진 Pt(IV) 화학식: 6배위 착물로 시스플라틴과 다르다.

문제 16

보레인(BH₃)의 이합체인 디보레인(diborane)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1입체이성질체가 있다.

2공기 중의 산소와 반응하여 열이 발생된다.

3삼중심 이전자 결합이 있다.

4길이가 다른 두 종류의 B−H 결합이 있다.

정답 및 해설

디보레인에는 입체이성질체가 없다.

B(2)H(6)는 두 B가 다리 H 2개로 연결되고 각 B에 말단 H 2개가 붙은 대칭 구조여서, 거울상이나 시스·트랜스 같은 다른 공간 배치가 생기지 않는다.

공기 중 산소와 반응해 열을 낸다는 설명은 옳다 — 디보레인은 자연 발화성이며 연소하면 B(2)O(3)와 물이 생기면서 큰 열을 낸다.
삼중심 이전자 결합이 있다는 설명은 옳다 — B−H−B 다리 결합 2개가 각각 3중심 2전자 결합이다.
길이가 다른 두 종류의 B−H 결합이 있다는 설명은 옳다 — 전자가 세 원자에 나뉜 다리 B−H가 말단 B−H보다 길다.

문제 17

다음은 중성 원자 A와 B의 전자 배치를 나타낸 것이다. B가 A보다 큰 것은? (단, A, B는 임의의 원소 기호이다)

A :

1s^2 2s^2 2p^3

B :

1s^2 2s^2 2p^4

1홀전자 수

2일차 이온화 에너지

3원자 반지름

4원자가 전자의 유효 핵전하

정답 및 해설

B(산소)가 A(질소)보다 큰 것은 원자가 전자의 유효 핵전하이다.

A는 질소, B는 산소이다. 같은 주기에서 원자 번호가 커지면 늘어난 핵전하를 같은 껍질 전자가 충분히 가리지 못해 유효 핵전하가 커진다.

홀전자 수: 질소 3개, 산소 2개로 A가 크다.
일차 이온화 에너지: 산소는 2p 궤도에 짝지은 전자가 생겨 반발이 커지므로 질소보다 작다.
원자 반지름: 유효 핵전하가 큰 산소가 더 작다.

문제 18

C₄H₈의 분자식을 가지는 알켄(alkene)의 이성질체는 모두 몇 개인가?

정답 및 해설

$\mathrm{C_4H_8}$ 알켄의 이성질체는 4개이다.

따라서 1-뷰텐, cis-2-뷰텐, trans-2-뷰텐, 2-메틸프로펜의 4개이다(고리형 사이클로알케인은 알켄이 아니므로 제외).

문제 19

알케인(alkane)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1뷰테인(butane)은 2개의 구조이성질체를 갖는다.

2프로페인(propane)은 뷰테인(butane) 보다 낮은 온도에서 끓는다.

32,2-다이메틸프로페인(2,2-dimethylpropane)에는 카이랄(chiral) 중심이 있다.

42,2-다이메틸프로페인(2,2-dimethylpropane)이 n-펜테인(n-pentane) 보다 낮은 온도에서 끓는다.

정답 및 해설

2,2-다이메틸프로페인에는 카이랄 중심이 없으므로 이 설명이 옳지 않다.

뷰테인: n-뷰테인과 아이소뷰테인(2-메틸프로페인) 두 구조이성질체가 있다 — 옳다.
프로페인과 뷰테인: 분자량이 작은 프로페인이 분산력이 약해 더 낮은 온도에서 끓는다 — 옳다.
2,2-다이메틸프로페인과 n-펜테인: 공 모양의 가지 구조는 접촉 면적이 작아 분산력이 약하므로 더 낮은 온도에서 끓는다 — 옳다.

문제 20

1,3-부타디엔(1,3-butadiene) 단량체를 이용하여 제조할 수 있는 고분자의 이성질체가 아닌 것은?

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

1,3-부타디엔으로 만들 수 없는 것은 주사슬에 이중 결합이 두 개 있는 −[CH=CH−CH=CH](n)− 구조이다.

두 CH(2)가 이중 결합의 반대편에 놓인 구조는 1,4-첨가로 생긴 트랜스-폴리부타디엔이다.
CH−CH(2) 주사슬에 비닐기(CH=CH(2))가 곁사슬로 달린 구조는 1,2-첨가로 생긴 폴리부타디엔이다.
두 CH(2)가 이중 결합의 같은 쪽에 놓인 구조는 1,4-첨가로 생긴 시스-폴리부타디엔이다.