25년 1회차

원자 반지름은 O가 F보다 크다.

같은 2주기에서 원자 번호가 커질수록 유효 핵전하가 증가해 전자를 강하게 끌어당기므로 반지름은 O > F 이다.

• 전기 음성도: F가 모든 원소 중 가장 크므로 O < F 이다.
• 1차 이온화 에너지: 유효 핵전하가 큰 F가 더 크다(O < F).
• 홀전자 수: O($2p^4$)는 2개, F($2p^5$)는 1개로 O가 더 많다.

$\mathrm{Cl^-}$은 전자 18, 양성자 17, 중성자 18이다.

양성자수 = 원자 번호 = 17, 중성자수 = 질량수 − 양성자수 = 35 − 17 = 18 이다.

음이온은 전자를 1개 얻은 상태이므로 전자수는 17 + 1 = 18이다.

• 전자 17, 양성자 17, 중성자 18 배열: 중성 원자의 전자수를 쓴 것이다.
• 중성자 자리에 35를 넣은 배열: 질량수와 중성자수를 혼동한 것이다.
• 양성자 18, 중성자 17 배열: 양성자수는 원자 번호 17로 고정이므로 틀리다.

녹아 있는 $\mathrm{C_2H_6O}$의 질량은 27.6 g이다.

몰질량: $2(12)+6(1)+16=46\ \mathrm{g/mol}$

몰수는 몰농도 × 부피: $n = 3.0\ \mathrm{M} \times 0.200\ \mathrm{L} = 0.60\ \mathrm{mol}$

질량: $0.60\ \mathrm{mol} \times 46\ \mathrm{g/mol} = 27.6\ \mathrm{g}$

C−O 단일 결합이 하나뿐인 것은 에탄올이다.

에탄올($\mathrm{CH_3CH_2OH}$)은 C−OH 결합 하나만 가진다.

• 아세톤: C=O 이중 결합만 있고 C−O 단일 결합은 없다.
• 다이에틸 에터: C−O−C 구조로 C−O 단일 결합이 2개이다.
• 폼알데하이드: C=O 이중 결합만 있다.

SI 기본 단위가 아닌 것은 그램(g)이다.

질량의 SI 기본 단위는 킬로그램(kg)이며, 그램은 킬로그램의 1/1000에 해당하는 분량 단위일 뿐 기본 단위가 아니다.

• 초(s): 시간의 기본 단위다.
• 암페어(A): 전류의 기본 단위다.
• 칸델라(cd): 광도의 기본 단위다.

중심 원자의 비공유 전자쌍이 가장 많은 것은 $\mathrm{I_3^-}$로, 3쌍이다.

중심 I 주위 전자 영역은 5개(결합 2 + 비공유 3)이고, 비공유쌍이 적도면에 놓여 분자 모양은 직선형이다.

• $\mathrm{CO_2}$: 중심 C는 이중 결합 2개뿐이라 비공유쌍이 없다.
• $\mathrm{NO_2^-}$: 중심 N에 비공유쌍 1개(굽은형)이다.
• $\mathrm{BeCl_2}$: 중심 Be에 비공유쌍이 없다(직선형).

$\mathrm{F^-}$를 $\mathrm{CN^-}$로 바꾸면 결정장 안정화 에너지의 절댓값이 커진다.

중심 Fe는 +3($d^5$)이다. 약한 장 리간드 $\mathrm{F^-}$에서는 고스핀($t_{2g}^3e_g^2$)으로 CFSE가 0이지만, 강한 장 리간드 $\mathrm{CN^-}$는 $\Delta_o$를 키워 저스핀($t_{2g}^5$)을 만들고 CFSE는 $-2.0\Delta_o$가 된다.

• 반자성: 고스핀 $d^5$로 홀전자 5개인 상자성이다.
• 산화수 +2: 리간드 전하 −6과 착이온 전하 −3에서 Fe는 +3이다.
• 강한 장 리간드: $\mathrm{F^-}$는 분광화학 계열에서 약한 장 리간드다.

주위의 엔트로피 변화는 +5.81 J/K이다.

등온에서 압력이 2배면 부피는 절반이므로 계의 변화는 $\Delta S_{sys} = nR\ln\dfrac{P_1}{P_2} = 1 \times 8.3 \times (-0.7) = -5.81\ \mathrm{J\,K^{-1}}$

가역 과정은 $\Delta S_{sys} + \Delta S_{surr} = 0$이므로 $\Delta S_{surr} = +5.81\ \mathrm{J\,K^{-1}}$이다.

• −5.81: 계의 엔트로피 변화로, 주위와 부호가 반대다.
• −1,743: $RT\ln 2$로 구한 열의 크기(J)로 엔트로피 단위가 아니다.
• +1,743: 마찬가지로 열의 크기이며 온도로 나누지 않은 값이다.

(가)는 $\mathrm{H_2O}$, (나)는 아세트산($\mathrm{CH_3CO_2H}$)이다.

두 반응 모두 가수 분해다. 염화 아세틸은 물과 반응해 아세트산과 HCl을, 아세트산 에틸은 물과 반응해 아세트산과 에탄올을 만든다.

• $\mathrm{H_2O_2}$와 아세톤 조합: 아세틸기(C 2개)에서 C 3개인 아세톤이 나올 수 없고 원자 수지도 맞지 않는다.
• $\mathrm{H_2O_2}$와 아세트알데하이드 조합: 양변의 O 원자 수가 맞지 않는다.
• $\mathrm{H_2O}$와 아세톤 조합: 반응물은 맞지만 C 수가 늘어난 아세톤은 생성될 수 없다.

m = 2, n = 2 이므로 m + n 은 4이다.

팔면체 $\mathrm{[Co(NH_3)_4Cl_2]^+}$는 두 Cl이 이웃한 cis와 마주 보는 trans의 2가지(m = 2)이다.

평면 사각형 $\mathrm{Pt(NH_3)_2Cl_2}$도 cis·trans 2가지(n = 2)이므로 합은 4이다.

부분 압력은 A 0.05 atm, B 0.1 atm이다.

A와 B가 1 mol씩이므로 액체의 몰분율은 각각 0.5이다.

라울 법칙: $P_A = x_A P_A^\circ = 0.5 \times 0.1 = 0.05\ \mathrm{atm}$
$P_B = x_B P_B^\circ = 0.5 \times 0.2 = 0.10\ \mathrm{atm}$

Cr의 홀전자는 3개이다.

K 3개(+3)와 CN 6개(−6)에서 Cr은 +3이고, 전자 배치는 $d^3$이다.

팔면체장에서 전자 3개는 $t_{2g}$ 세 오비탈에 하나씩 들어가므로, 강한 장 리간드여도 짝지을 필요가 없어 홀전자는 3개다.

두자리 리간드가 될 수 없는 것은 암모니아이다.

암모니아는 배위 가능한 N의 비공유 전자쌍이 1개뿐인 한자리 리간드다.

• 바이피리딘: 두 피리딘 고리의 N 2개로 킬레이트를 이룬다.
• 에틸렌다이아민: 양 끝 아민의 N 2개로 배위한다.
• o-페난트롤린: 고정된 위치의 N 2개로 배위하는 두자리 리간드다.

모든 원자가 한 평면에 있는 것은 에틸렌과 아세틸렌이다.

에틸렌은 $sp^2$ 탄소로 6개 원자가 한 평면에 있고, 아세틸렌은 $sp$ 탄소로 직선형이라 한 평면에 놓인다.

• 에테인: $sp^3$ 사면체 탄소라 H들이 평면을 벗어난다.
• 사이클로뷰테인: 고리가 주름진 구조이고 $sp^3$ 탄소의 H들이 고리 위아래로 향해 평면이 아니다.

산화수가 +4인 것은 $\mathrm{CO_2}$의 탄소이다.

O의 산화수가 −2이므로 $x + 2(-2) = 0$에서 $x = +4$이다.

• $\mathrm{H_2O}$의 산소: −2이다.
• $\mathrm{NO_3^-}$의 질소: $x + 3(-2) = -1$에서 +5이다.
• HF의 플루오린: 전기 음성도가 가장 커 −1이다.

산의 세기는 HCl > $\mathrm{HNO_3}$ > HF > $\mathrm{H_2CO_3}$ 순이다.

HCl과 $\mathrm{HNO_3}$는 둘 다 강산이지만 고유 산 세기($K_a$)는 HCl이 더 크다. HF는 약산이지만 $K_a$가 탄산보다 커 HF > 탄산이다.

• 질산을 먼저 두고 HF를 탄산 앞에 둔 배열: 두 강산의 순서가 뒤집혔다.
• 질산을 먼저 두고 탄산을 HF 앞에 둔 배열: 강산 순서와 약산 순서가 모두 뒤집혔다.
• 염산을 먼저 두고 탄산을 HF 앞에 둔 배열: 약산 사이의 순서가 뒤집혔다.

(가)~(라)는 차례로 4s, 3d, 5s, 4d이다.

다전자 원자의 오비탈 에너지는 n + l 규칙(값이 작을수록 낮고, 같으면 n이 작을수록 낮음)을 따른다.

4s(4) < 3d(5) < 4p(5) < 5s(5) < 4d(6) 순이다.

• 3d를 4s 앞, 4d를 5s 앞에 둔 배열: 두 쌍의 순서가 모두 뒤집혔다.
• 3d를 4s 앞에 두고 5s·4d는 바르게 둔 배열: 4s가 3d보다 낮은 점을 어겼다.
• 4s·3d는 바르지만 4d를 5s 앞에 둔 배열: 5s(5)가 4d(6)보다 낮은 점을 어겼다.

온도 40 °C, 압력 77 atm에서 액체와 기체가 공존한다는 설명이 옳지 않다. 이 조건은 임계점(31 °C, 72.8 atm)보다 온도와 압력이 모두 높아 초임계 유체 영역이다.

임계점을 넘으면 액체와 기체의 경계가 사라지므로 두 상이 구분되어 공존할 수 없다. 액체-기체 공존은 삼중점과 임계점을 잇는 증기압 곡선 위에서만 일어난다.

• 삼중점(-56.6 °C, 5.1 atm)은 세 상경계선이 만나는 점으로 고체·액체·기체가 공존한다.
• -60 °C는 삼중점 온도보다 낮아 압력과 관계없이 고체 또는 기체만 존재하고 액체 영역이 없다.
• 1 atm은 삼중점 압력 5.1 atm보다 낮아 액체 영역을 지나지 않으며, -78 °C에서 고체가 바로 승화한다.

환원 반쪽 반응에 들어가지 않는 것은 $\mathrm{OH^-}$이다.

산성 용액의 환원 반쪽 반응: $\mathrm{MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O}$

산성 조건에서는 O를 $\mathrm{H_2O}$로, H를 $\mathrm{H^+}$로 맞추므로 $\mathrm{OH^-}$는 나타나지 않는다.

• $\mathrm{MnO_4^-}$: Mn이 +7에서 +2로 환원되는 반응물이다.
• $\mathrm{H_2O}$: O 수지를 맞추는 생성물이다.
• $\mathrm{Mn^{2+}}$: 환원 생성물이다.

A의 반감기는 $2.5 \times 10^6\ \mathrm{s}$이다.

P 기준 속도는 $\dfrac{d[\mathrm{P}]}{dt} = k[\mathrm{A}]^2$이고 A는 2배 빠르게 소모되므로 A 기준 속도 상수는 $k_A = 2k = 4 \times 10^{-5}\ \mathrm{M^{-1}\,s^{-1}}$이다.

이차 반응 반감기: $t_{1/2} = \dfrac{1}{k_A[\mathrm{A}]_0} = \dfrac{1}{(4 \times 10^{-5})(0.01)} = 2.5 \times 10^6\ \mathrm{s}$

계수 2를 보정하지 않고 k를 그대로 쓰면 $5.0 \times 10^6$이 되어 틀린다.

이 고분자의 몰질량은 50,000 g/mol이다.

삼투압 $\Pi = MRT$에서 $M = \dfrac{4.92 \times 10^{-4}}{0.082 \times 300} = 2.0 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol/L}$

0.100 L 속 몰수: $2.0 \times 10^{-5} \times 0.100 = 2.0 \times 10^{-6}\ \mathrm{mol}$

몰질량: $\dfrac{0.100\ \mathrm{g}}{2.0 \times 10^{-6}\ \mathrm{mol}} = 5.0 \times 10^4\ \mathrm{g/mol}$

(가)와 (나)는 모두 R 배열이다. 두 탄소 모두 Br이 쐐기(앞쪽)이고 H가 뒤쪽을 향하므로 평면 그림에서 우선순위 방향을 그대로 읽으면 된다.

(가) 탄소: 우선순위는 Br > Br이 붙은 이웃 탄소(나) > 메틸 > H이다. 위쪽 Br → 오른쪽 아래 탄소 → 왼쪽 아래 메틸 순서가 시계 방향이므로 R이다.

(나) 탄소: 우선순위는 Br > Br이 붙은 탄소(가) > 에틸 쪽 탄소 > H이다. 아래쪽 Br → 왼쪽 위 탄소 → 오른쪽 위 탄소 순서도 시계 방향이므로 R이다.

• (가)를 S로 본 짝은 메틸과 Br이 붙은 탄소의 우선순위를 뒤바꾼 경우이다.
• (나)를 S로 본 짝은 Br 치환 탄소가 에틸 쪽 탄소보다 높다는 점을 놓친 경우이다.
• 양쪽 모두 S인 짝은 H가 뒤에 있는데도 방향을 반대로 읽은 결과이다.

$sp^3$ 원자는 모두 16개이다. 단일결합만으로 네 방향(전자 영역 4개, 고립 전자쌍 포함)을 가진 탄소·질소·산소를 센다.

탄소: 산소가 붙은 고리 접합 탄소, 다이메틸아미노가 붙은 탄소, H가 붙은 고리 접합 탄소 2개, CH(2) 탄소, OH와 메틸이 붙은 탄소, 그 메틸, N에 붙은 메틸 2개로 9개이다.

질소·산소: 다이메틸아미노 N과 아마이드의 NH(2) N 2개(결합 3개 + 고립 전자쌍 1개)와 OH 산소 5개(결합 2개 + 고립 전자쌍 2개)가 모두 전자 영역 4개를 가져 7개이다. 합계 $9 + 2 + 5 = 16$이다.

• 벤젠 고리 탄소, C=C 및 C=O 탄소, 아마이드 카보닐 탄소는 $sp^2$라 제외한다.
• C=O의 산소 3개도 이중결합에 참여하므로 $sp^2$로 보아 제외한다.
• 14나 15는 아마이드 N이나 OH 산소 일부를 빠뜨린 값이고, 17은 $sp^2$ 탄소를 하나 더 센 값이다.

(가)는 trans-1,2-다이브로모사이클로헥세인(Br 하나는 쐐기, 하나는 점선), (나)는 cis-1,2-다이메틸사이클로헥세인(두 메틸 모두 쐐기)이다.

Br(2) 첨가는 고리형 브로모늄 이온을 거쳐 Br^-이 반대쪽에서 공격하므로 anti 첨가가 되어 trans 생성물이 나온다.

H(2)/Pd-C 수소화는 금속 표면에서 두 H가 같은 면으로 들어가는 syn 첨가이므로, 이중결합 탄소의 두 메틸이 같은 쪽에 남는 cis 생성물이 된다.

• (가)를 두 Br 모두 쐐기(cis)로 그린 조합은 브로모늄 이온을 거치는 anti 첨가와 맞지 않는다.
• (나)를 쐐기·점선(trans)으로 그린 조합은 촉매 수소화의 syn 첨가와 맞지 않는다.

주양자수가 3이라는 설명이 옳지 않다. 그래프에 극대가 2개, 방사 방향 마디가 1개이므로 이 오비탈은 2s이다.

방사 방향 마디 수는 $n - l - 1$이다. s 오비탈은 $l = 0$이므로 $n - 1 = 1$에서 n = 2이다. 3s라면 마디가 2개, 극대가 3개 나타나야 한다.

• s 오비탈은 각 방향 의존성이 없어 구형이다.
• s 오비탈의 각운동량 양자수는 0이다.
• 그래프에서 확률이 0이 되는 지점(원점 제외)이 한 곳이므로 방사 방향 마디는 1개이다.