7급 국가직 화학개론 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

25년 1회차

총 25문항 · 객관식 · A4 약 1장

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7급 국가직 화학개론 기출문제모두CBT · moducbt.com

25년 1회차

총 25문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

산소 원자(O)와 플루오린 원자(F)의 성질에 대한 설명으로 옳은 것은?

1전기 음성도는 O가 F보다 크다.

2원자 반지름은 O가 F보다 크다.

31차 이온화 에너지는 O가 F보다 크다.

4바닥 상태 전자 배치에서 홀전자는 O가 F보다 적다.

정답 및 해설

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.

문제 2

염화 이온(Cl^-)의 전자수, 양성자수, 중성자수를 순서대로 바르게 나열한 것은? (단, Cl의 질량수는 35이다)

117, 17, 18

217, 17, 35

318, 17, 18

418, 18, 17

정답 및 해설

$\mathrm{Cl^-}$ 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.

문제 3

3.0 M C₂H₆O 수용액 200 mL에 포함된 C₂H₆O의 질량[g]은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다)

19.2

218.4

327.6

436.8

정답 및 해설

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

문제 4

C－O 단일 결합을 하나만 가지는 유기 화합물은?

1에탄올(ethanol)

2아세톤(acetone)

3다이에틸 에터(diethyl ether)

4폼알데하이드(formaldehyde)

정답 및 해설

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.

문제 5

국제단위계(SI)의 기본 단위가 아닌 것은?

1초(s)

2그램(g)

3암페어(A)

4칸델라(cd)

정답 및 해설

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.

문제 6

원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 모형에 근거할 때, 중심 원자에 비공유 전자쌍이 가장 많은 화학종은?

1I₃^-

2CO₂

3NO₂^-

4BeCl₂

정답 및 해설

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).

문제 7

착이온 [FeF₆]^3-에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, Fe의 원자 번호는 26이다)

1반자성(diamagnetic)이다.

2중심 금속 Fe의 산화수는 ＋2이다.

3중심 금속에 배위된 리간드 F^-는 강한 장 리간드이다.

4Fe에 배위된 F^-를 CN^-로 바꾸면 결정장 안정화 에너지의 절댓값이 커진다.

정답 및 해설

$\mathrm{F^-}$ 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.

문제 8

온도 300 K인 1 mol의 이상 기체가 등온 가역 과정으로 압력이 2배가 되었을 때, 주위의 엔트로피 변화[J K^-1]는? (단, 기체 상수 R ＝ 8.3 J K^-1 mol^-1이고, ln2 ＝ 0.7이다)

1－1,743

2－5.81

35.81

41,743

정답 및 해설

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.

문제 9

다음 반응에서 공통으로 들어가는 반응물 (가)와 생성물 (나)를 바르게 연결한 것은?

CH₃COCl ＋ (가) → (나) ＋ HCl
CH₃CO₂C₂H₅ ＋ (가) → (나) ＋ C₂H₅OH

(가)　(나)

1H₂O₂　CH₃COCH₃

2H₂O₂　CH₃CHO

3H₂O　CH₃COCH₃

4H₂O　CH₃CO₂H

정답 및 해설

(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.

문제 10

[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl의 기하 이성질체 개수(m)와 Pt(NH₃)₂Cl₂의 기하 이성질체 개수(n)의 합(m ＋ n)은?

정답 및 해설

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.

문제 11

25 °C에서 두 휘발성 액체 A와 B가 1 mol씩 섞인 용액과 그 증기는 평형을 이룬다. 증기 중 A와 B의 부분 압력 P_A[atm], P_B[atm]는? (단, 25 °C에서 순수한 액체 A와 B의 증기 압력은 각각 0.1 atm과 0.2 atm이고, 용액은 이상 용액이다)
P_A　P_B

10.05　0.1

20.1　0.2

30.15　0.3

40.2　0.4

정답 및 해설

부분 압력은 A 0.05 atm, B 0.1 atm이다.

A와 B가 1 mol씩이므로 액체의 몰분율은 각각 0.5이다.

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

문제 12

착화합물 K₃[Cr(CN)₆]의 Cr에 존재하는 홀전자 개수는? (단, Cr의 원자 번호는 24이다)

정답 및 해설

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.

문제 13

착화합물의 중심 금속 하나에 두자리 리간드(bidentate ligand)로 사용될 수 없는 것은?

1암모니아(ammonia)

2바이피리딘(bipyridine)

3에틸렌다이아민(ethylenediamine)

4오쏘－페난트롤린(o-phenanthroline)

정답 및 해설

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.

문제 14

분자 내 모든 원자가 같은 평면에 있는 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 에테인(ethane)
ㄴ. 에틸렌(ethylene)
ㄷ. 아세틸렌(acetylene)
ㄹ. 사이클로뷰테인(cyclobutane)

1ㄱ, ㄴ

2ㄱ, ㄹ

3ㄴ, ㄷ

4ㄷ, ㄹ

정답 및 해설

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.

문제 15

산화수가 ＋4인 원자는?

1H₂O의 산소(O)

2CO₂의 탄소(C)

3NO₃^-의 질소(N)

4HF의 플루오린(F)

정답 및 해설

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.

문제 16

25 °C 수용액에서 산의 세기가 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

(가) HNO₃　(나) HCl
(다) HF　(라) H₂CO₃

1(가), (나), (다), (라)

2(가), (나), (라), (다)

3(나), (가), (다), (라)

4(나), (가), (라), (다)

정답 및 해설

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.

문제 17

다전자 원자에서 에너지가 증가하는 순서대로 오비탈을 나열하였을 때, (가) ～ (라)에 해당하는 오비탈을 바르게 연결한 것은?

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < (가) < (나) < 4p < (다) < (라)

(가)　(나)　(다)　(라)

13d　4s　4d　5s

23d　4s　5s　4d

34s　3d　4d　5s

44s　3d　5s　4d

정답 및 해설

(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.

문제 18

이산화 탄소(CO₂)의 상평형 그림에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 좌표축 상의 수치 간격은 확대되거나 축소되었다)

1삼중점에서는 고체, 액체, 기체가 공존한다.

2－60 °C에서는 액체 상태가 존재하지 않는다.

3압력이 1 atm일 때에는 액체 상태가 존재하지 않는다.

4온도 40 °C, 압력 77 atm에서는 액체와 기체가 공존한다.

정답 및 해설

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.

문제 19

다음 반응의 환원 반쪽 반응식을 구성하는 화학종이 아닌 것은? (단, 반응은 산성 수용액에서 일어난다)

MnO₄^-(aq) ＋ C₂O₄^2-(aq) → Mn²⁺(aq) ＋ CO₂(aq)

1OH^-(aq)

2MnO₄^-(aq)

3H₂O(l)

4Mn²⁺(aq)

정답 및 해설

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.

문제 20

단일 단계 반응 2A → P는 이차 반응이고, P의 생성 반응 속도 상수는 2 × 10^-5 M^-1 s^-1이며, A의 초기 농도는 0.01 M이다. A의 반감기[s]는? (단, 반응 온도는 일정하다)

12.5 × 10⁶

25.0 × 10⁶

32.5 × 10⁷

45.0 × 10⁷

정답 및 해설

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.

문제 21

비전해질 고분자 물질 100 mg을 물에 완전히 녹여 부피 100 ml인 용액을 만들었다. 300 K에서 이 용액의 삼투압이 4.92 × 10^-4 atm일 때, 이 물질의 몰질량[g mol^-1]은? (단, 기체 상수 R ＝ 0.082 L atm K^-1 mol^-1이다)

1500

25,000

350,000

4500,000

정답 및 해설

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

문제 22

카이랄 중심(chiral center) (가)와 (나)의 배열을 바르게 연결한 것은?

(가)　(나)

1S　S

2S　R

3R　S

4R　R

정답 및 해설

(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.

문제 23

다음 화합물에서 sp³ 혼성 궤도함수를 가지는 원자의 총 개수는?

114

215

316

417

정답 및 해설

$sp^3$ 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.

문제 24

다음 알켄(alkene) 화합물이 첨가반응을 일으킬 때, 주생성물은?

(가)　(나)

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

(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.

문제 25

다음은 수소 원자의 ns 오비탈에 대한 방사 방향 확률 분포 함수이다. 이 오비탈에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, n은 주양자수이다)

1구형이다.

2주양자수(n)는 3이다.

3각운동량 양자수(l)는 0이다.

4방사 방향 마디 개수는 1이다.

정답 및 해설

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.

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25년 1회차

총 25문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

산소 원자(O)와 플루오린 원자(F)의 성질에 대한 설명으로 옳은 것은?

1전기 음성도는 O가 F보다 크다.

2원자 반지름은 O가 F보다 크다.

31차 이온화 에너지는 O가 F보다 크다.

4바닥 상태 전자 배치에서 홀전자는 O가 F보다 적다.

정답 및 해설

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.

문제 2

염화 이온(Cl^-)의 전자수, 양성자수, 중성자수를 순서대로 바르게 나열한 것은? (단, Cl의 질량수는 35이다)

117, 17, 18

217, 17, 35

318, 17, 18

418, 18, 17

정답 및 해설

$\mathrm{Cl^-}$ 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.

문제 3

3.0 M C₂H₆O 수용액 200 mL에 포함된 C₂H₆O의 질량[g]은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다)

19.2

218.4

327.6

436.8

정답 및 해설

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

문제 4

C－O 단일 결합을 하나만 가지는 유기 화합물은?

1에탄올(ethanol)

2아세톤(acetone)

3다이에틸 에터(diethyl ether)

4폼알데하이드(formaldehyde)

정답 및 해설

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.

문제 5

국제단위계(SI)의 기본 단위가 아닌 것은?

1초(s)

2그램(g)

3암페어(A)

4칸델라(cd)

정답 및 해설

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.

문제 6

원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 모형에 근거할 때, 중심 원자에 비공유 전자쌍이 가장 많은 화학종은?

1I₃^-

2CO₂

3NO₂^-

4BeCl₂

정답 및 해설

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).

문제 7

착이온 [FeF₆]^3-에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, Fe의 원자 번호는 26이다)

1반자성(diamagnetic)이다.

2중심 금속 Fe의 산화수는 ＋2이다.

3중심 금속에 배위된 리간드 F^-는 강한 장 리간드이다.

4Fe에 배위된 F^-를 CN^-로 바꾸면 결정장 안정화 에너지의 절댓값이 커진다.

정답 및 해설

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

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.

문제 8

1－1,743

2－5.81

35.81

41,743

정답 및 해설

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.

문제 9

다음 반응에서 공통으로 들어가는 반응물 (가)와 생성물 (나)를 바르게 연결한 것은?

CH₃COCl ＋ (가) → (나) ＋ HCl
CH₃CO₂C₂H₅ ＋ (가) → (나) ＋ C₂H₅OH

(가)　(나)

1H₂O₂　CH₃COCH₃

2H₂O₂　CH₃CHO

3H₂O　CH₃COCH₃

4H₂O　CH₃CO₂H

정답 및 해설

(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.

문제 10

[Co(NH₃)₄Cl₂]Cl의 기하 이성질체 개수(m)와 Pt(NH₃)₂Cl₂의 기하 이성질체 개수(n)의 합(m ＋ n)은?

정답 및 해설

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.

문제 11

10.05　0.1

20.1　0.2

30.15　0.3

40.2　0.4

정답 및 해설

부분 압력은 A 0.05 atm, B 0.1 atm이다.

A와 B가 1 mol씩이므로 액체의 몰분율은 각각 0.5이다.

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

문제 12

착화합물 K₃[Cr(CN)₆]의 Cr에 존재하는 홀전자 개수는? (단, Cr의 원자 번호는 24이다)

정답 및 해설

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.

문제 13

착화합물의 중심 금속 하나에 두자리 리간드(bidentate ligand)로 사용될 수 없는 것은?

1암모니아(ammonia)

2바이피리딘(bipyridine)

3에틸렌다이아민(ethylenediamine)

4오쏘－페난트롤린(o-phenanthroline)

정답 및 해설

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.

문제 14

분자 내 모든 원자가 같은 평면에 있는 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 에테인(ethane)
ㄴ. 에틸렌(ethylene)
ㄷ. 아세틸렌(acetylene)
ㄹ. 사이클로뷰테인(cyclobutane)

1ㄱ, ㄴ

2ㄱ, ㄹ

3ㄴ, ㄷ

4ㄷ, ㄹ

정답 및 해설

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.

문제 15

산화수가 ＋4인 원자는?

1H₂O의 산소(O)

2CO₂의 탄소(C)

3NO₃^-의 질소(N)

4HF의 플루오린(F)

정답 및 해설

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.

문제 16

25 °C 수용액에서 산의 세기가 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

(가) HNO₃　(나) HCl
(다) HF　(라) H₂CO₃

1(가), (나), (다), (라)

2(가), (나), (라), (다)

3(나), (가), (다), (라)

4(나), (가), (라), (다)

정답 및 해설

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.

문제 17

다전자 원자에서 에너지가 증가하는 순서대로 오비탈을 나열하였을 때, (가) ～ (라)에 해당하는 오비탈을 바르게 연결한 것은?

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < (가) < (나) < 4p < (다) < (라)

(가)　(나)　(다)　(라)

13d　4s　4d　5s

23d　4s　5s　4d

34s　3d　4d　5s

44s　3d　5s　4d

정답 및 해설

(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.

문제 18

이산화 탄소(CO₂)의 상평형 그림에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 좌표축 상의 수치 간격은 확대되거나 축소되었다)

1삼중점에서는 고체, 액체, 기체가 공존한다.

2－60 °C에서는 액체 상태가 존재하지 않는다.

3압력이 1 atm일 때에는 액체 상태가 존재하지 않는다.

4온도 40 °C, 압력 77 atm에서는 액체와 기체가 공존한다.

정답 및 해설

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.

문제 19

다음 반응의 환원 반쪽 반응식을 구성하는 화학종이 아닌 것은? (단, 반응은 산성 수용액에서 일어난다)

MnO₄^-(aq) ＋ C₂O₄^2-(aq) → Mn²⁺(aq) ＋ CO₂(aq)

1OH^-(aq)

2MnO₄^-(aq)

3H₂O(l)

4Mn²⁺(aq)

정답 및 해설

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.

문제 20

12.5 × 10⁶

25.0 × 10⁶

32.5 × 10⁷

45.0 × 10⁷

정답 및 해설

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

문제 21

1500

25,000

350,000

4500,000

정답 및 해설

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

문제 22

카이랄 중심(chiral center) (가)와 (나)의 배열을 바르게 연결한 것은?

(가)　(나)

1S　S

2S　R

3R　S

4R　R

정답 및 해설

(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.

문제 23

다음 화합물에서 sp³ 혼성 궤도함수를 가지는 원자의 총 개수는?

114

215

316

417

정답 및 해설

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

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.

문제 24

다음 알켄(alkene) 화합물이 첨가반응을 일으킬 때, 주생성물은?

(가)　(나)

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

(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.

문제 25

다음은 수소 원자의 ns 오비탈에 대한 방사 방향 확률 분포 함수이다. 이 오비탈에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, n은 주양자수이다)

1구형이다.

2주양자수(n)는 3이다.

3각운동량 양자수(l)는 0이다.

4방사 방향 마디 개수는 1이다.

정답 및 해설

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.