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

24년 1회차

총 25문항 · 객관식 · A4 약 1장

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7급 국가직 화학개론 기출문제모두CBT · moducbt.com

24년 1회차

총 25문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

탄소 동위원소 중 ¹³C의 중성자 개수는?

정답 및 해설

$\mathrm{^{13}C}$ 의 중성자 수는 7개다.

질량수 = 양성자 수 + 중성자 수이고, 탄소의 원자 번호(양성자 수)는 6이다.
$13 - 6 = 7$

6개는 양성자 수(원자 번호)로, 중성자 수와 혼동한 값이다.
8개는 $\mathrm{^{14}C}$ 의 중성자 수다.

문제 2

8 M 황산 수용액에 증류수를 첨가하여 0.1 M 황산 수용액 2 L를 만들 때 필요한 8 M 황산 수용액의 부피[L]는?

10.025

20.05

30.125

40.5

정답 및 해설

필요한 8 M 황산 수용액의 부피는 0.025 L이다.

희석해도 용질의 몰수는 변하지 않으므로 $M_1V_1 = M_2V_2$ 를 쓴다.
$8 \times V_1 = 0.1 \times 2$
$V_1 = 0.025\ \mathrm{L}$

문제 3

Cu의 산화수가 나머지 셋과 다른 것은?

1Cu₂O

2Cu(OH)₂

3CuCl₂

4CuSO₄

정답 및 해설

Cu의 산화수가 다른 것은 $\mathrm{Cu_2O}$ 로, Cu가 +1이다.

O를 −2로 두면 $2x + (-2) = 0$ 에서 $x = +1$ 이다.

$\mathrm{Cu(OH)_2}$ : $\mathrm{OH^-}$ 두 개(−2)와 결합하므로 Cu는 +2이다.
$\mathrm{CuCl_2}$ : $\mathrm{Cl^-}$ 두 개와 결합하므로 Cu는 +2이다.
$\mathrm{CuSO_4}$ : 황산 이온 $\mathrm{SO_4^{2-}}$ 과 결합하므로 Cu는 +2이다.

문제 4

p－형 반도체에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 양전하를 띤 구멍(hole)으로 전하 운반을 설명한다.
ㄴ. 14족 실리콘(Si)에 미량의 13족 원소를 도핑(doping)하여 만든다.
ㄷ. 14족 실리콘(Si)에 미량의 15족 원소를 도핑(doping)하여 만든다.

1ㄴ

2ㄷ

3ㄱ, ㄴ

4ㄱ, ㄷ

정답 및 해설

p형 반도체에 대한 옳은 설명은 ㄱ, ㄴ이다.

14족 Si에 원자가 전자가 하나 적은 13족 원소(B 등)를 도핑하면 결합 자리에 전자가 빈 곳이 생기고, 이 빈자리가 양전하처럼 움직이는 정공(hole)으로 전하를 운반한다.

ㄱ: 정공이 주된 전하 운반체이므로 옳다.
ㄴ: 13족 원소 도핑으로 p형이 만들어지므로 옳다.
ㄷ: 15족 원소(P, As 등) 도핑은 남는 전자가 운반체가 되는 n형 반도체이므로 틀리다.

문제 5

밀폐된 반응 용기에서 평형에 도달한 후 반응 온도를 일정하게 유지하면서 반응 용기의 부피를 감소시켰을 때, 계의 평형이 오른쪽으로 이동하는 것은?

1CaCO₃(s) ⇄ CaO(s) + CO₂(g)

2N₂(g) + 3H₂(g) ⇄ 2NH₃(g)

3H₂(g) + I₂(g) ⇄ 2HI(g)

4CH₄(g) + H₂O(g) ⇄ CO(g) + 3H₂(g)

정답 및 해설

부피를 줄였을 때 평형이 오른쪽으로 이동하는 것은 암모니아 합성 반응이다.

온도 일정에서 부피를 줄이면 압력이 커지므로 평형은 기체 몰수가 적은 쪽으로 이동한다. $\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3}$ 는 기체가 4 mol에서 2 mol로 줄어든다.

$\mathrm{CaCO_3}$ 분해: 기체가 오른쪽에만 1 mol 있으므로 왼쪽으로 이동한다.
$\mathrm{H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI}$ : 양쪽 기체 몰수가 2 mol로 같아 이동하지 않는다.
메테인의 수증기 개질: 기체가 2 mol에서 4 mol로 늘어나므로 왼쪽으로 이동한다.

문제 6

A 1.0몰과 B 0.6몰을 반응물로 이용하여 부피가 일정한 1 L 반응기에서 다음 평형 반응을 진행하였다. 평형에 도달하였을 때 C가 1.0몰 생성되었다면 이 반응의 평형상수(

K_c

) 값은? (단, 반응 초기에 C는 존재하지 않는다)

A(g) + B(s) ⇄ 2C(g)

10.02

20.2

420

정답 및 해설

이 반응의 평형상수 $K_c$ 는 2이다.

C가 1.0 mol 생성되었으므로 반응한 A는 0.5 mol, 남은 A는 $1.0 - 0.5 = 0.5\ \mathrm{mol}$ 이다(반응기가 1 L이므로 농도도 같다). 반응한 B 0.5 mol은 처음 양 0.6 mol 안에 든다.

B는 고체라 평형상수식에서 빠진다.
$K_c = \dfrac{[\mathrm{C}]^2}{[\mathrm{A}]}$
$K_c = \dfrac{(1.0)^2}{0.5} = 2$

문제 7

일차 이온화 에너지가 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

1O, N, B, Be

2O, N, Be, B

3N, O, B, Be

4N, O, Be, B

정답 및 해설

일차 이온화 에너지는 $\mathrm{N > O > Be > B}$ 순이다.

같은 주기에서 이온화 에너지는 오른쪽으로 갈수록 커지지만, 2주기에는 두 가지 역전이 있다.

N과 O: N은 $2p^3$ 로 반쯤 채워져 안정하고, O는 $2p^4$ 에서 짝지은 전자끼리 반발해 전자를 떼기 쉬우므로 N이 더 크다.
Be와 B: B의 2p 전자는 2s 전자보다 에너지가 높고 가려막기를 더 받아 떼기 쉬우므로 Be가 더 크다.
O를 N보다 앞에 두거나 B를 Be보다 앞에 둔 나열은 이 역전을 놓친 것이다.

문제 8

다음 화합물의 IUPAC 이름은?

\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}C({=}O){-}O{-}CH_2{-}CH_3}

1ethyl propanoate

2ethyl pentanoate

3dimethyl propanoate

4ethyl pentanoic acid

정답 및 해설

이 화합물은 프로판산과 에탄올이 축합한 에스터로, IUPAC 이름은 ethyl propanoate이다.

에스터는 산소에 붙은 알킬기 이름 + 산 부분(-oate) 순으로 명명한다. 카보닐 탄소를 포함한 산 부분은 $\mathrm{CH_3CH_2CO{-}}$ 로 탄소 3개(propanoate), 산소 쪽 $\mathrm{{-}CH_2CH_3}$ 는 ethyl이다.

ethyl pentanoate: 산 부분 탄소가 5개여야 하는데 실제로는 3개이다.
dimethyl propanoate: 산소 쪽 치환기는 메틸 두 개가 아니라 에틸 하나이다.
ethyl pentanoic acid: 카복실산이 아닌 에스터이고 탄소 수도 맞지 않는다.

문제 9

25 °C 수용액에서 p

K_{\mathrm{a}}

값이 가장 작은 것은?

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

$\mathrm{p}K_{\mathrm{a}}$ 가 가장 작은(산성이 가장 강한) 것은 파라 위치에 나이트로기가 붙은 p-나이트로페놀이다.

페놀류의 산성도는 짝염기인 페녹사이드 음이온의 안정성으로 결정된다. 나이트로기는 강한 전자끌개로, 음전하를 공명과 유도 효과로 나이트로기의 산소까지 분산시켜 짝염기를 크게 안정화한다.

페놀: 벤젠 고리 공명만으로 음전하가 안정화되어 p-나이트로페놀보다 약한 산이다.
벤질 알코올: OH가 고리에 직접 붙지 않아 짝염기가 공명 안정화되지 않으므로 일반 알코올 수준의 약한 산이다.
p-크레솔: 메틸기가 전자주개로 작용해 페녹사이드를 불안정하게 하므로 페놀보다도 산성이 약하다.

문제 10

pH가 가장 낮은 수용액은? (단, NaOH의 분자량은 40이다)

11 N NaOH 수용액

21 M NaOH 수용액

31 m NaOH 수용액

41 wt% NaOH 수용액

정답 및 해설

pH가 가장 낮은 것은 1 wt% NaOH 수용액이다.

NaOH는 강염기이므로 $\mathrm{OH^-}$ 농도가 가장 작은 용액의 pH가 가장 낮다. 1 wt%는 용액 100 g에 NaOH 1 g이므로, 용액 약 1 L(약 1 kg)에 약 10 g, 즉 $10/40 = 0.25\ \mathrm{mol}$ 으로 약 0.25 M이다.

1 N NaOH: NaOH는 1가 염기이므로 1 M과 같다.
1 M NaOH: 용액 1 L에 NaOH 1 mol이 들어 있다.
1 m NaOH: 물 1 kg에 NaOH 1 mol로, 몰농도가 1 M에 가깝다.

문제 11

다음 화합물에서 카이랄 중심(chiral center)의 총 개수는?

\mathrm{HO{-}CH_2{-}CH(OH){-}C({=}O){-}CH_2{-}OH}

정답 및 해설

이 화합물에서 카이랄 중심은 OH가 붙은 CH 탄소 하나뿐이다.

카이랄 중심은 서로 다른 네 원자(단)와 결합한 $sp^{3}$ 탄소이다. CH(OH) 탄소는 H, OH, $\mathrm{CH_2OH}$ , $\mathrm{C({=}O)CH_2OH}$ 의 서로 다른 네 치환기를 가진다.

양 끝의 두 $\mathrm{CH_2}$ 탄소는 수소 두 개가 같은 치환기이므로 카이랄 중심이 아니다.
카보닐 탄소는 $sp^{2}$ 탄소로 치환기가 세 개뿐이어서 카이랄 중심이 될 수 없다.

문제 12

흑연, 풀러렌, 탄소나노튜브에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 탄소 동소체이다.
ㄴ. 모두

sp^2

혼성 탄소로 구성되어 있다.
ㄷ. 모두 이온성 고체로 분류된다.

1ㄱ

2ㄷ

3ㄱ, ㄴ

4ㄴ, ㄷ

정답 및 해설

옳은 설명은 ㄱ, ㄴ이다.

흑연·풀러렌·탄소나노튜브는 모두 탄소만으로 이루어진 동소체이고, 각 탄소가 다른 탄소 셋과 결합한 $sp^2$ 혼성 구조다.

ㄱ: 같은 원소(C)가 서로 다른 구조를 이룬 것이므로 동소체가 맞다.
ㄴ: 흑연의 판, 그 판을 말아 놓은 나노튜브, 공 모양의 풀러렌 모두 $sp^2$ 탄소로 되어 있다.
ㄷ: 이온 결합이 없다. 흑연은 공유 결합 그물 구조(층 사이는 분산력), 풀러렌은 분자성 고체다.

문제 13

암염 구조 화합물의 녹는점이 높은 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

1MgO, LiF, KCl

2MgO, KCl, LiF

3LiF, KCl, MgO

4KCl, LiF, MgO

정답 및 해설

녹는점은 $\mathrm{MgO > LiF > KCl}$ 순이다.

같은 암염 구조에서 녹는점은 격자 에너지가 클수록 높고, 격자 에너지는 이온 전하의 곱이 클수록, 이온 사이 거리가 짧을수록 크다.
$U \propto \dfrac{q_+ q_-}{r}$

$\mathrm{MgO}$ : $\mathrm{Mg^{2+}}$ 와 $\mathrm{O^{2-}}$ 로 전하 곱이 가장 커서 녹는점이 가장 높다.
$\mathrm{LiF}$ 와 $\mathrm{KCl}$ : 둘 다 +1/−1 이온이지만 $\mathrm{Li^+}$ 와 $\mathrm{F^-}$ 가 훨씬 작아 LiF가 더 높다.
KCl을 LiF보다 앞에 두거나 MgO를 뒤로 보낸 나열은 이 경향과 반대다.

문제 14

질소(N) 원자의 바닥 상태 전자 배치에 대한 설명으로 옳은 것은?

1모든

s

오비탈에 채워진 전자는 총 4개이다.

2원자가 전자는 4개이다.

3전자가 두 개 채워진

p

오비탈은 하나이다.

4전자가 두 개 채워진 오비탈의 개수는 전자가 한 개 채워진 오비탈의 개수보다 많다.

정답 및 해설

옳은 설명은 s 오비탈에 채워진 전자가 총 4개라는 것이다.

N(원자 번호 7)의 바닥 상태 배치는 $1s^2\,2s^2\,2p^3$ 이고, 훈트 규칙에 따라 2p 전자 3개는 세 p 오비탈에 하나씩 들어간다.

s 전자: 1s 2개 + 2s 2개 = 4개로 옳다.
원자가 전자: 2s 2개 + 2p 3개 = 5개이므로 4개가 아니다.
2p 오비탈은 모두 전자가 1개씩이라 전자 2개가 채워진 p 오비탈은 없다.
전자 2개인 오비탈은 1s·2s의 2개, 1개인 오비탈은 2p의 3개로 오히려 적다.

문제 15

끓는점이 가장 낮은 화합물은?

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

끓는점이 가장 낮은 것은 가지가 가장 많은 2-메틸-2-프로판올(tert-뷰틸 알코올)이다.

네 화합물은 모두 분자식이 같은 뷰탄올 이성질체로 수소 결합을 하지만, 가지가 많아 구형에 가까울수록 분자 표면적이 작아져 분산력이 약해지고, OH 주위가 입체적으로 가려져 수소 결합도 불리해진다.

1-뷰탄올: 곧은 사슬이라 표면적이 가장 크고 OH가 노출되어 있어 끓는점이 가장 높다.
2-메틸-1-프로판올: 가지가 하나 있어 1-뷰탄올보다는 낮지만 1차 알코올이라 끓는점이 비교적 높다.
2-뷰탄올: 2차 알코올로 OH가 일부 가려지지만 3차 알코올보다는 표면적이 커서 끓는점이 더 높다.

문제 16

주양자수

n = 3

인 에너지 준위에 존재하는 오비탈의 총 개수는?

416

정답 및 해설

$n = 3$ 준위의 오비탈 수는 9개다.

주양자수 n인 껍질의 오비탈 수는 $n^2$ 이다. 3s 1개, 3p 3개, 3d 5개를 더한다.
$1 + 3 + 5 = 3^2 = 9$

16개는 $n = 4$ 껍질의 오비탈 수다.
2개는 오비탈 하나에 들어가는 최대 전자 수로 오비탈 총수가 아니다.
1개는 3s 오비탈 하나만 센 값이다.

문제 17

공명 구조가 존재하지 않는 것은?

1O₃

2NO₃^-

3N₂O

4NH₄⁺

정답 및 해설

공명 구조가 존재하지 않는 것은 $\mathrm{NH_4^+}$ 이다.

공명은 다중 결합이나 비공유 전자쌍의 위치만 다른 루이스 구조를 여럿 그릴 수 있을 때 생긴다. $\mathrm{NH_4^+}$ 는 N이 H 4개와 단일 결합만 하고 비공유 전자쌍도 없어 루이스 구조가 하나뿐이다.

$\mathrm{O_3}$ : 이중 결합이 양쪽 O–O 결합 어느 쪽에도 올 수 있다.
$\mathrm{NO_3^-}$ : N=O 이중 결합이 세 O에 번갈아 와 공명 구조가 3개다.
$\mathrm{N_2O}$ : N≡N–O, N=N=O 등 여러 구조가 공명한다.

문제 18

결합 차수가 가장 높은 분자는?

1H₂

2N₂

3O₂

4F₂

정답 및 해설

결합 차수가 가장 높은 분자는 $\mathrm{N_2}$ (결합 차수 3)이다.

분자 오비탈 이론에서 결합 차수 = (결합성 전자 수 − 반결합성 전자 수) ÷ 2이다(원자가 전자 기준).

$\mathrm{H_2}$ : $(2-0)/2 = 1$
$\mathrm{N_2}$ : $(8-2)/2 = 3$
$\mathrm{O_2}$ : $(8-4)/2 = 2$
$\mathrm{F_2}$ : $(8-6)/2 = 1$

문제 19

면심 입방 결정구조를 갖는 금속 원소의 원자량이

M

, 원자 반지름이

r

cm일 때, 이 금속의 밀도[g cm^-3]는? (단, 아보가드로수는

N_{\mathrm{A}}

이다)

\frac{\sqrt{2}}{4}\frac{N_{\mathrm{A}}r^3}{M}

\frac{\sqrt{2}}{8}\frac{N_{\mathrm{A}}r^3}{M}

\frac{\sqrt{2}}{4}\frac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}

\frac{\sqrt{2}}{8}\frac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}

정답 및 해설

이 금속의 밀도는 $\dfrac{\sqrt{2}}{8}\dfrac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}$ 이다.

면심 입방 단위세포에는 원자가 4개 들어 있고, 면 대각선 방향으로 원자가 접하므로 $\sqrt{2}\,a = 4r$ , 곧 $a = 2\sqrt{2}\,r$ 이다.

$a^3 = 16\sqrt{2}\,r^3$
$d = \dfrac{4M/N_{\mathrm{A}}}{16\sqrt{2}\,r^3} = \dfrac{M}{4\sqrt{2}\,N_{\mathrm{A}}r^3} = \dfrac{\sqrt{2}}{8}\dfrac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}$

$N_{\mathrm{A}}r^3/M$ 꼴은 밀도의 역수로, 부피÷질량이 되어 단위가 맞지 않는다.
$\sqrt{2}/4$ 계수는 올바른 계수의 두 배로, 원자 수나 $a$ 와 $r$ 의 관계를 잘못 쓴 값이다.

문제 20

다음 화합물 중 중심 원자의 고립 전자쌍 개수와 기하 구조를 바르게 연결한 것은?

	중심 원자의 고립 전자쌍 개수	기하 구조

1CF₄ 1 정사면체

2PF₃ 1 삼각 피라미드

3SO₂ 1 선형

4SF₂ 1 굽은형

정답 및 해설

바르게 연결된 것은 $\mathrm{PF_3}$ – 고립 전자쌍 1개 – 삼각 피라미드이다.

P는 원자가 전자 5개 중 3개로 F와 결합하고 비공유 전자쌍 1개가 남는다. 전자쌍 4개가 사면체로 배치되고 그중 하나가 고립쌍이므로 분자 모양은 삼각 피라미드다.

$\mathrm{CF_4}$ : C의 원자가 전자 4개가 모두 결합에 쓰여 고립 전자쌍은 0개다(정사면체).
$\mathrm{SO_2}$ : S에 고립 전자쌍이 1개 있어 선형이 아니라 굽은형이다.
$\mathrm{SF_2}$ : S에 고립 전자쌍이 2개 있다(굽은형).

문제 21

다음 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단,

a

b

c

d

는 최소 정수비를 가진다)

a

Pb(NO₃)₂(aq) +

b

KI(aq) →

c

KNO₃(aq) +

d

PbI₂(s)

ㄱ.

a + b + c + d = 6

이다.
ㄴ. 알짜이온 반응식에서 생성물은 KNO₃이다.
ㄷ. Pb(NO₃)₂(aq) 2몰과 KI(aq) 2몰이 완전히 반응해서 생성되는 PbI₂(s)는 1몰이다.

1ㄱ

2ㄴ

3ㄱ, ㄷ

4ㄴ, ㄷ

정답 및 해설

옳은 설명은 ㄱ, ㄷ이다.

균형 반응식은 $\mathrm{Pb(NO_3)_2 + 2KI \rightarrow 2KNO_3 + PbI_2}$ 이고, 알짜 이온 반응식은 $\mathrm{Pb^{2+} + 2I^- \rightarrow PbI_2}$ 이다.

ㄱ: $1 + 2 + 2 + 1 = 6$ 이므로 옳다.
ㄴ: $\mathrm{K^+}$ 와 $\mathrm{NO_3^-}$ 는 반응 전후 그대로인 구경꾼 이온이라 알짜 이온 반응식에 나오지 않는다. 생성물은 $\mathrm{PbI_2}$ 이므로 틀리다.
ㄷ: KI 2 mol은 $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ 1 mol과만 반응하므로(KI가 한계 반응물) $\mathrm{PbI_2}$ 는 1 mol 생성되어 옳다.

문제 22

전해질 A 2몰이 물 1 kg에 이온으로 완전히 해리된 용액의 끓는점 오름은 4 °C이다. 20 mg의 A가 완전히 해리된 수용액 5 mL를 만든 후 300 K에서 삼투압을 측정한 값이 0.24 atm일 때, A의 분자량은? (단, A의 끓는점 오름 상수는 1 °C kg mol^-1이고 기체상수

R

= 0.08 L atm K^-1 mol^-1이다)

1400

2800

31,600

42,400

정답 및 해설

A의 분자량은 800이다.

먼저 끓는점 오름으로 반트호프 인자 $i$ 를 구한다.
$\Delta T_b = iK_bm$
$4 = i \times 1 \times 2,\ i = 2$

삼투압으로 몰농도를 구한다.
$\pi = iMRT$
$0.24 = 2 \times M \times 0.08 \times 300,\ M = 0.005\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$

5 mL 속 몰수: $0.005 \times 0.005 = 2.5 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol}$
분자량: $\dfrac{0.020\ \mathrm{g}}{2.5 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol}} = 800\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$

문제 23

유전 정보를 저장하고 전달하는 물질인 DNA(deoxyribonucleic acid)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1이중 나선 구조이다.

2당, 염기, 인산기로 구성되어 있다.

3구성 염기의 종류는 아데닌(A), 구아닌(G), 유라실(U) 3가지이다.

44가지 종류의 뉴클레오타이드(nucleotide)로 구성된다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 구성 염기가 A, G, U 3가지라는 설명이다.

DNA의 염기는 A, G, C, T의 4가지이며, 유라실(U)은 RNA에서 T 대신 쓰이는 염기다.

DNA는 두 가닥이 상보적 염기쌍(A–T, G–C)으로 결합한 이중 나선 구조다.
뉴클레오타이드는 디옥시리보스(당)·염기·인산기로 구성된다.
염기가 4종이므로 뉴클레오타이드도 4종이다.

문제 24

착이온 [Fe(CN)₆]^4-에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, Fe의 원자 번호는 26이다)

1중심 금속 Fe의 산화수는 ＋2이다.

2중심 금속 Fe의 배위수는 6이다.

3상자성(paramagnetic)이다.

4기하 구조는 정팔면체이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 상자성이라는 설명으로, 이 착이온은 반자성이다.

$\mathrm{Fe^{2+}}$ 는 $3d^6$ 이고, $\mathrm{CN^-}$ 는 강한 장 리간드라 저스핀 배치가 되어 전자 6개가 모두 $t_{2g}$ 오비탈에 짝지어 들어간다. 홀전자가 없으므로 반자성이다.

산화수: $x + 6(-1) = -4$ 에서 $x = +2$ 이다.
배위수: $\mathrm{CN^-}$ 6개가 배위하므로 6이다.
기하 구조: 배위수 6인 이 착물은 정팔면체다.

문제 25

다음은 반응물 A와 B의 초기 농도와 반응 온도를 변화시키면서 기상반응 A + B → C의 초기 반응속도를 측정한 결과이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 기체상수

R

= 8 J mol^-1 K^-1이다)

실험	온도 [K]	A의 초기 농도 [M]	B의 초기 농도 [M]	초기 반응속도 [M s^-1]
1	400	1	1	0.001
2	400	2	1	0.004
3	400	1	2	0.002
4	500	1	2	0.040

1A에 대한 반응차수는 1차이다.

2B에 대한 반응차수는 2차이다.

3활성화 에너지는 16,000 ln10 J mol^-1이다.

4500 K에서 반응속도상수(

k

)는 0.02 M^-2 s^-1이다.

정답 및 해설

옳은 설명은 500 K에서 $k = 0.02\ \mathrm{M^{-2}\,s^{-1}}$ 라는 것이다.

400 K에서 A만 2배로 하면 속도가 4배(실험 1과 2)이므로 A에 2차, B만 2배로 하면 속도가 2배(실험 1과 3)이므로 B에 1차다. 속도식은 $v = k[\mathrm{A}]^2[\mathrm{B}]$ 이다.

500 K(실험 4): $k = \dfrac{0.040}{1^2 \times 2} = 0.02\ \mathrm{M^{-2}\,s^{-1}}$

A의 반응차수는 1차가 아니라 2차다.
B의 반응차수는 2차가 아니라 1차다.
활성화 에너지: 400 K의 $k = 0.001$ 이므로 $\ln\dfrac{0.02}{0.001} = \dfrac{E_a}{8}\left(\dfrac{1}{400} - \dfrac{1}{500}\right)$ 에서 $E_a = 16000\ln 20\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$ 이므로 ln10이 아니다.

7급 국가직 화학개론 기출문제모두CBT · moducbt.com

24년 1회차

총 25문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

탄소 동위원소 중 ¹³C의 중성자 개수는?

정답 및 해설

$\mathrm{^{13}C}$ 의 중성자 수는 7개다.

질량수 = 양성자 수 + 중성자 수이고, 탄소의 원자 번호(양성자 수)는 6이다.
$13 - 6 = 7$

6개는 양성자 수(원자 번호)로, 중성자 수와 혼동한 값이다.
8개는 $\mathrm{^{14}C}$ 의 중성자 수다.

문제 2

8 M 황산 수용액에 증류수를 첨가하여 0.1 M 황산 수용액 2 L를 만들 때 필요한 8 M 황산 수용액의 부피[L]는?

10.025

20.05

30.125

40.5

정답 및 해설

필요한 8 M 황산 수용액의 부피는 0.025 L이다.

희석해도 용질의 몰수는 변하지 않으므로 $M_1V_1 = M_2V_2$ 를 쓴다.
$8 \times V_1 = 0.1 \times 2$
$V_1 = 0.025\ \mathrm{L}$

문제 3

Cu의 산화수가 나머지 셋과 다른 것은?

1Cu₂O

2Cu(OH)₂

3CuCl₂

4CuSO₄

정답 및 해설

Cu의 산화수가 다른 것은 $\mathrm{Cu_2O}$ 로, Cu가 +1이다.

O를 −2로 두면 $2x + (-2) = 0$ 에서 $x = +1$ 이다.

$\mathrm{Cu(OH)_2}$ : $\mathrm{OH^-}$ 두 개(−2)와 결합하므로 Cu는 +2이다.
$\mathrm{CuCl_2}$ : $\mathrm{Cl^-}$ 두 개와 결합하므로 Cu는 +2이다.
$\mathrm{CuSO_4}$ : 황산 이온 $\mathrm{SO_4^{2-}}$ 과 결합하므로 Cu는 +2이다.

문제 4

p－형 반도체에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

1ㄴ

2ㄷ

3ㄱ, ㄴ

4ㄱ, ㄷ

정답 및 해설

p형 반도체에 대한 옳은 설명은 ㄱ, ㄴ이다.

ㄱ: 정공이 주된 전하 운반체이므로 옳다.
ㄴ: 13족 원소 도핑으로 p형이 만들어지므로 옳다.
ㄷ: 15족 원소(P, As 등) 도핑은 남는 전자가 운반체가 되는 n형 반도체이므로 틀리다.

문제 5

1CaCO₃(s) ⇄ CaO(s) + CO₂(g)

2N₂(g) + 3H₂(g) ⇄ 2NH₃(g)

3H₂(g) + I₂(g) ⇄ 2HI(g)

4CH₄(g) + H₂O(g) ⇄ CO(g) + 3H₂(g)

정답 및 해설

부피를 줄였을 때 평형이 오른쪽으로 이동하는 것은 암모니아 합성 반응이다.

$\mathrm{CaCO_3}$ 분해: 기체가 오른쪽에만 1 mol 있으므로 왼쪽으로 이동한다.
$\mathrm{H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI}$ : 양쪽 기체 몰수가 2 mol로 같아 이동하지 않는다.
메테인의 수증기 개질: 기체가 2 mol에서 4 mol로 늘어나므로 왼쪽으로 이동한다.

문제 6

K_c

) 값은? (단, 반응 초기에 C는 존재하지 않는다)

A(g) + B(s) ⇄ 2C(g)

10.02

20.2

420

정답 및 해설

이 반응의 평형상수 $K_c$ 는 2이다.

B는 고체라 평형상수식에서 빠진다.
$K_c = \dfrac{[\mathrm{C}]^2}{[\mathrm{A}]}$
$K_c = \dfrac{(1.0)^2}{0.5} = 2$

문제 7

일차 이온화 에너지가 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

1O, N, B, Be

2O, N, Be, B

3N, O, B, Be

4N, O, Be, B

정답 및 해설

일차 이온화 에너지는 $\mathrm{N > O > Be > B}$ 순이다.

같은 주기에서 이온화 에너지는 오른쪽으로 갈수록 커지지만, 2주기에는 두 가지 역전이 있다.

N과 O: N은 $2p^3$ 로 반쯤 채워져 안정하고, O는 $2p^4$ 에서 짝지은 전자끼리 반발해 전자를 떼기 쉬우므로 N이 더 크다.
Be와 B: B의 2p 전자는 2s 전자보다 에너지가 높고 가려막기를 더 받아 떼기 쉬우므로 Be가 더 크다.
O를 N보다 앞에 두거나 B를 Be보다 앞에 둔 나열은 이 역전을 놓친 것이다.

문제 8

다음 화합물의 IUPAC 이름은?

\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}C({=}O){-}O{-}CH_2{-}CH_3}

1ethyl propanoate

2ethyl pentanoate

3dimethyl propanoate

4ethyl pentanoic acid

정답 및 해설

이 화합물은 프로판산과 에탄올이 축합한 에스터로, IUPAC 이름은 ethyl propanoate이다.

ethyl pentanoate: 산 부분 탄소가 5개여야 하는데 실제로는 3개이다.
dimethyl propanoate: 산소 쪽 치환기는 메틸 두 개가 아니라 에틸 하나이다.
ethyl pentanoic acid: 카복실산이 아닌 에스터이고 탄소 수도 맞지 않는다.

문제 9

25 °C 수용액에서 p

K_{\mathrm{a}}

값이 가장 작은 것은?

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

$\mathrm{p}K_{\mathrm{a}}$ 가 가장 작은(산성이 가장 강한) 것은 파라 위치에 나이트로기가 붙은 p-나이트로페놀이다.

페놀: 벤젠 고리 공명만으로 음전하가 안정화되어 p-나이트로페놀보다 약한 산이다.
벤질 알코올: OH가 고리에 직접 붙지 않아 짝염기가 공명 안정화되지 않으므로 일반 알코올 수준의 약한 산이다.
p-크레솔: 메틸기가 전자주개로 작용해 페녹사이드를 불안정하게 하므로 페놀보다도 산성이 약하다.

문제 10

pH가 가장 낮은 수용액은? (단, NaOH의 분자량은 40이다)

11 N NaOH 수용액

21 M NaOH 수용액

31 m NaOH 수용액

41 wt% NaOH 수용액

정답 및 해설

pH가 가장 낮은 것은 1 wt% NaOH 수용액이다.

1 N NaOH: NaOH는 1가 염기이므로 1 M과 같다.
1 M NaOH: 용액 1 L에 NaOH 1 mol이 들어 있다.
1 m NaOH: 물 1 kg에 NaOH 1 mol로, 몰농도가 1 M에 가깝다.

문제 11

다음 화합물에서 카이랄 중심(chiral center)의 총 개수는?

\mathrm{HO{-}CH_2{-}CH(OH){-}C({=}O){-}CH_2{-}OH}

정답 및 해설

이 화합물에서 카이랄 중심은 OH가 붙은 CH 탄소 하나뿐이다.

양 끝의 두 $\mathrm{CH_2}$ 탄소는 수소 두 개가 같은 치환기이므로 카이랄 중심이 아니다.
카보닐 탄소는 $sp^{2}$ 탄소로 치환기가 세 개뿐이어서 카이랄 중심이 될 수 없다.

문제 12

흑연, 풀러렌, 탄소나노튜브에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 탄소 동소체이다.
ㄴ. 모두

sp^2

혼성 탄소로 구성되어 있다.
ㄷ. 모두 이온성 고체로 분류된다.

1ㄱ

2ㄷ

3ㄱ, ㄴ

4ㄴ, ㄷ

정답 및 해설

옳은 설명은 ㄱ, ㄴ이다.

흑연·풀러렌·탄소나노튜브는 모두 탄소만으로 이루어진 동소체이고, 각 탄소가 다른 탄소 셋과 결합한 $sp^2$ 혼성 구조다.

ㄱ: 같은 원소(C)가 서로 다른 구조를 이룬 것이므로 동소체가 맞다.
ㄴ: 흑연의 판, 그 판을 말아 놓은 나노튜브, 공 모양의 풀러렌 모두 $sp^2$ 탄소로 되어 있다.
ㄷ: 이온 결합이 없다. 흑연은 공유 결합 그물 구조(층 사이는 분산력), 풀러렌은 분자성 고체다.

문제 13

암염 구조 화합물의 녹는점이 높은 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

1MgO, LiF, KCl

2MgO, KCl, LiF

3LiF, KCl, MgO

4KCl, LiF, MgO

정답 및 해설

녹는점은 $\mathrm{MgO > LiF > KCl}$ 순이다.

$\mathrm{MgO}$ : $\mathrm{Mg^{2+}}$ 와 $\mathrm{O^{2-}}$ 로 전하 곱이 가장 커서 녹는점이 가장 높다.
$\mathrm{LiF}$ 와 $\mathrm{KCl}$ : 둘 다 +1/−1 이온이지만 $\mathrm{Li^+}$ 와 $\mathrm{F^-}$ 가 훨씬 작아 LiF가 더 높다.
KCl을 LiF보다 앞에 두거나 MgO를 뒤로 보낸 나열은 이 경향과 반대다.

문제 14

질소(N) 원자의 바닥 상태 전자 배치에 대한 설명으로 옳은 것은?

1모든

s

오비탈에 채워진 전자는 총 4개이다.

2원자가 전자는 4개이다.

3전자가 두 개 채워진

p

오비탈은 하나이다.

4전자가 두 개 채워진 오비탈의 개수는 전자가 한 개 채워진 오비탈의 개수보다 많다.

정답 및 해설

옳은 설명은 s 오비탈에 채워진 전자가 총 4개라는 것이다.

N(원자 번호 7)의 바닥 상태 배치는 $1s^2\,2s^2\,2p^3$ 이고, 훈트 규칙에 따라 2p 전자 3개는 세 p 오비탈에 하나씩 들어간다.

s 전자: 1s 2개 + 2s 2개 = 4개로 옳다.
원자가 전자: 2s 2개 + 2p 3개 = 5개이므로 4개가 아니다.
2p 오비탈은 모두 전자가 1개씩이라 전자 2개가 채워진 p 오비탈은 없다.
전자 2개인 오비탈은 1s·2s의 2개, 1개인 오비탈은 2p의 3개로 오히려 적다.

문제 15

끓는점이 가장 낮은 화합물은?

1[그림]

2[그림]

3[그림]

4[그림]

정답 및 해설

끓는점이 가장 낮은 것은 가지가 가장 많은 2-메틸-2-프로판올(tert-뷰틸 알코올)이다.

1-뷰탄올: 곧은 사슬이라 표면적이 가장 크고 OH가 노출되어 있어 끓는점이 가장 높다.
2-메틸-1-프로판올: 가지가 하나 있어 1-뷰탄올보다는 낮지만 1차 알코올이라 끓는점이 비교적 높다.
2-뷰탄올: 2차 알코올로 OH가 일부 가려지지만 3차 알코올보다는 표면적이 커서 끓는점이 더 높다.

문제 16

주양자수

n = 3

인 에너지 준위에 존재하는 오비탈의 총 개수는?

416

정답 및 해설

$n = 3$ 준위의 오비탈 수는 9개다.

주양자수 n인 껍질의 오비탈 수는 $n^2$ 이다. 3s 1개, 3p 3개, 3d 5개를 더한다.
$1 + 3 + 5 = 3^2 = 9$

16개는 $n = 4$ 껍질의 오비탈 수다.
2개는 오비탈 하나에 들어가는 최대 전자 수로 오비탈 총수가 아니다.
1개는 3s 오비탈 하나만 센 값이다.

문제 17

공명 구조가 존재하지 않는 것은?

1O₃

2NO₃^-

3N₂O

4NH₄⁺

정답 및 해설

공명 구조가 존재하지 않는 것은 $\mathrm{NH_4^+}$ 이다.

$\mathrm{O_3}$ : 이중 결합이 양쪽 O–O 결합 어느 쪽에도 올 수 있다.
$\mathrm{NO_3^-}$ : N=O 이중 결합이 세 O에 번갈아 와 공명 구조가 3개다.
$\mathrm{N_2O}$ : N≡N–O, N=N=O 등 여러 구조가 공명한다.

문제 18

결합 차수가 가장 높은 분자는?

1H₂

2N₂

3O₂

4F₂

정답 및 해설

결합 차수가 가장 높은 분자는 $\mathrm{N_2}$ (결합 차수 3)이다.

분자 오비탈 이론에서 결합 차수 = (결합성 전자 수 − 반결합성 전자 수) ÷ 2이다(원자가 전자 기준).

$\mathrm{H_2}$ : $(2-0)/2 = 1$
$\mathrm{N_2}$ : $(8-2)/2 = 3$
$\mathrm{O_2}$ : $(8-4)/2 = 2$
$\mathrm{F_2}$ : $(8-6)/2 = 1$

문제 19

면심 입방 결정구조를 갖는 금속 원소의 원자량이

M

, 원자 반지름이

r

cm일 때, 이 금속의 밀도[g cm^-3]는? (단, 아보가드로수는

N_{\mathrm{A}}

이다)

\frac{\sqrt{2}}{4}\frac{N_{\mathrm{A}}r^3}{M}

\frac{\sqrt{2}}{8}\frac{N_{\mathrm{A}}r^3}{M}

\frac{\sqrt{2}}{4}\frac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}

\frac{\sqrt{2}}{8}\frac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}

정답 및 해설

이 금속의 밀도는 $\dfrac{\sqrt{2}}{8}\dfrac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}$ 이다.

면심 입방 단위세포에는 원자가 4개 들어 있고, 면 대각선 방향으로 원자가 접하므로 $\sqrt{2}\,a = 4r$ , 곧 $a = 2\sqrt{2}\,r$ 이다.

$a^3 = 16\sqrt{2}\,r^3$
$d = \dfrac{4M/N_{\mathrm{A}}}{16\sqrt{2}\,r^3} = \dfrac{M}{4\sqrt{2}\,N_{\mathrm{A}}r^3} = \dfrac{\sqrt{2}}{8}\dfrac{M}{N_{\mathrm{A}}r^3}$

$N_{\mathrm{A}}r^3/M$ 꼴은 밀도의 역수로, 부피÷질량이 되어 단위가 맞지 않는다.
$\sqrt{2}/4$ 계수는 올바른 계수의 두 배로, 원자 수나 $a$ 와 $r$ 의 관계를 잘못 쓴 값이다.

문제 20

다음 화합물 중 중심 원자의 고립 전자쌍 개수와 기하 구조를 바르게 연결한 것은?

	중심 원자의 고립 전자쌍 개수	기하 구조

1CF₄ 1 정사면체

2PF₃ 1 삼각 피라미드

3SO₂ 1 선형

4SF₂ 1 굽은형

정답 및 해설

바르게 연결된 것은 $\mathrm{PF_3}$ – 고립 전자쌍 1개 – 삼각 피라미드이다.

$\mathrm{CF_4}$ : C의 원자가 전자 4개가 모두 결합에 쓰여 고립 전자쌍은 0개다(정사면체).
$\mathrm{SO_2}$ : S에 고립 전자쌍이 1개 있어 선형이 아니라 굽은형이다.
$\mathrm{SF_2}$ : S에 고립 전자쌍이 2개 있다(굽은형).

문제 21

다음 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단,

a

b

c

d

는 최소 정수비를 가진다)

a

Pb(NO₃)₂(aq) +

b

KI(aq) →

c

KNO₃(aq) +

d

PbI₂(s)

ㄱ.

a + b + c + d = 6

이다.
ㄴ. 알짜이온 반응식에서 생성물은 KNO₃이다.
ㄷ. Pb(NO₃)₂(aq) 2몰과 KI(aq) 2몰이 완전히 반응해서 생성되는 PbI₂(s)는 1몰이다.

1ㄱ

2ㄴ

3ㄱ, ㄷ

4ㄴ, ㄷ

정답 및 해설

옳은 설명은 ㄱ, ㄷ이다.

균형 반응식은 $\mathrm{Pb(NO_3)_2 + 2KI \rightarrow 2KNO_3 + PbI_2}$ 이고, 알짜 이온 반응식은 $\mathrm{Pb^{2+} + 2I^- \rightarrow PbI_2}$ 이다.

ㄱ: $1 + 2 + 2 + 1 = 6$ 이므로 옳다.
ㄴ: $\mathrm{K^+}$ 와 $\mathrm{NO_3^-}$ 는 반응 전후 그대로인 구경꾼 이온이라 알짜 이온 반응식에 나오지 않는다. 생성물은 $\mathrm{PbI_2}$ 이므로 틀리다.
ㄷ: KI 2 mol은 $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ 1 mol과만 반응하므로(KI가 한계 반응물) $\mathrm{PbI_2}$ 는 1 mol 생성되어 옳다.

문제 22

R

= 0.08 L atm K^-1 mol^-1이다)

1400

2800

31,600

42,400

정답 및 해설

A의 분자량은 800이다.

먼저 끓는점 오름으로 반트호프 인자 $i$ 를 구한다.
$\Delta T_b = iK_bm$
$4 = i \times 1 \times 2,\ i = 2$

삼투압으로 몰농도를 구한다.
$\pi = iMRT$
$0.24 = 2 \times M \times 0.08 \times 300,\ M = 0.005\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$

5 mL 속 몰수: $0.005 \times 0.005 = 2.5 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol}$
분자량: $\dfrac{0.020\ \mathrm{g}}{2.5 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol}} = 800\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$

문제 23

유전 정보를 저장하고 전달하는 물질인 DNA(deoxyribonucleic acid)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1이중 나선 구조이다.

2당, 염기, 인산기로 구성되어 있다.

3구성 염기의 종류는 아데닌(A), 구아닌(G), 유라실(U) 3가지이다.

44가지 종류의 뉴클레오타이드(nucleotide)로 구성된다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 구성 염기가 A, G, U 3가지라는 설명이다.

DNA의 염기는 A, G, C, T의 4가지이며, 유라실(U)은 RNA에서 T 대신 쓰이는 염기다.

DNA는 두 가닥이 상보적 염기쌍(A–T, G–C)으로 결합한 이중 나선 구조다.
뉴클레오타이드는 디옥시리보스(당)·염기·인산기로 구성된다.
염기가 4종이므로 뉴클레오타이드도 4종이다.

문제 24

착이온 [Fe(CN)₆]^4-에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, Fe의 원자 번호는 26이다)

1중심 금속 Fe의 산화수는 ＋2이다.

2중심 금속 Fe의 배위수는 6이다.

3상자성(paramagnetic)이다.

4기하 구조는 정팔면체이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 상자성이라는 설명으로, 이 착이온은 반자성이다.

산화수: $x + 6(-1) = -4$ 에서 $x = +2$ 이다.
배위수: $\mathrm{CN^-}$ 6개가 배위하므로 6이다.
기하 구조: 배위수 6인 이 착물은 정팔면체다.

문제 25

R

= 8 J mol^-1 K^-1이다)

실험	온도 [K]	A의 초기 농도 [M]	B의 초기 농도 [M]	초기 반응속도 [M s^-1]
1	400	1	1	0.001
2	400	2	1	0.004
3	400	1	2	0.002
4	500	1	2	0.040

1A에 대한 반응차수는 1차이다.

2B에 대한 반응차수는 2차이다.

3활성화 에너지는 16,000 ln10 J mol^-1이다.

4500 K에서 반응속도상수(

k

)는 0.02 M^-2 s^-1이다.

정답 및 해설

옳은 설명은 500 K에서 $k = 0.02\ \mathrm{M^{-2}\,s^{-1}}$ 라는 것이다.

500 K(실험 4): $k = \dfrac{0.040}{1^2 \times 2} = 0.02\ \mathrm{M^{-2}\,s^{-1}}$

A의 반응차수는 1차가 아니라 2차다.
B의 반응차수는 2차가 아니라 1차다.
활성화 에너지: 400 K의 $k = 0.001$ 이므로 $\ln\dfrac{0.02}{0.001} = \dfrac{E_a}{8}\left(\dfrac{1}{400} - \dfrac{1}{500}\right)$ 에서 $E_a = 16000\ln 20\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$ 이므로 ln10이 아니다.