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

20년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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7급 국가직 화공열역학 기출문제모두CBT · moducbt.com

20년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

25℃에서 측정한 용액 A의 [OH^-]가 1.0×10^-6M일 때, pH값은? (단, [OH^-]는 용액 내의 OH^- 몰농도를 나타낸다)

16.0

27.0

38.0

49.0

정답 및 해설

용액 A의 pH는 8.0으로, 염기성 용액이다.

25℃에서 pH + pOH = 14, 즉 $\mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14$ 이다.
$\mathrm{pOH}=-\log(1.0\times10^{-6})=6.0$
$\mathrm{pH}=14-6.0=8.0$

6.0: pOH 값을 그대로 pH로 착각한 값이다.
7.0: 중성 용액의 pH로, 수산화 이온 농도가 $1.0\times10^{-7}\ \mathrm{M}$ 일 때이다.
9.0: 수산화 이온 농도가 $1.0\times10^{-5}\ \mathrm{M}$ 일 때의 pH이다.

문제 2

32g의 메테인(CH₄)이 연소될 때 생성되는 물(H₂O)의 질량[g]은? (단, H의 원자량은 1, C의 원자량은 12, O의 원자량은 16이며 반응은 완전연소로 100% 진행된다)

118

236

372

4144

정답 및 해설

메테인 32 g이 완전연소하면 물 72 g이 생성된다.

반응식: $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$
메테인 몰수: $\dfrac{32}{16}=2\ \mathrm{mol}$
물 몰수: $2\times2=4\ \mathrm{mol}$
물 질량: $4\times18=72\ \mathrm{g}$

18 g: 물 1몰의 질량에 불과하다.
36 g: 메테인 1몰분 또는 계수 2를 빠뜨린 값이다.
144 g: 물 몰수를 두 배로 과대 계산한 값이다.

문제 3

원자 간 결합이 다중 공유결합으로 이루어진 물질은?

1KBr

2Cl₂

3NH₃

4O₂

정답 및 해설

다중 공유결합을 가진 물질은 산소( $\mathrm{O_2)}$ 로, 두 O 원자가 2중 결합을 이룬다.

O는 원자가전자가 6개이므로 옥텟을 채우려면 전자쌍 2개를 공유해야 한다.

KBr: 금속 K와 비금속 Br 사이의 이온 결합 물질이다.
$\mathrm{Cl_2}$ : Cl 원자 사이에 전자쌍 1개를 공유하는 단일 결합이다.
$\mathrm{NH_3}$ : N–H 결합 3개가 모두 단일 공유결합이다.

문제 4

N₂O 분해에 제안된 메커니즘은 다음과 같다.

$\mathrm{N_2O(g)\xrightarrow{k_1}N_2(g)+O(g)}$ (느린 반응)
$\mathrm{N_2O(g)+O(g)\xrightarrow{k_2}N_2(g)+O_2(g)}$ (빠른 반응)

위의 메커니즘으로부터 얻어지는 전체반응식과 반응속도 법칙은?

정답 및 해설

전체 반응은 2 $\mathrm{N_2O}$ → 2 $\mathrm{N_2}$ + $\mathrm{O_2}$ 이고, 속도 법칙은 느린 단계로 정해지는 속도 = $\mathrm{k_1}$ [ $\mathrm{N_2O}$ ]이다.

두 단계를 더하면 중간체 O가 상쇄된다.
$\mathrm{2N_2O(g)\rightarrow 2N_2(g)+O_2(g)}$

전체 속도는 가장 느린 속도 결정 단계가 좌우하며, 1단계는 $\mathrm{N_2O}$ 한 분자의 단분자 반응이므로 속도는 $\mathrm{k_1}$ [ $\mathrm{N_2O}$ ]이다.

$\mathrm{N_2O}$ → $\mathrm{N_2}$ + O로 쓴 것: 1단계 반응식일 뿐 전체 반응식이 아니다.
$\mathrm{N_2O}$ + O → $\mathrm{N_2}$ + $\mathrm{O_2}$ , 속도 = $\mathrm{k_2}$ [ $\mathrm{N_2O}$ ]로 쓴 것: 빠른 2단계는 속도를 결정하지 않는다.
2 $\mathrm{N_2O}$ → $\mathrm{N_2}$ + 2 $\mathrm{O_2}$ 로 쓴 것: 원자 수가 맞지 않고 속도 법칙도 느린 단계와 다르다.

문제 5

일정 압력에서 2몰의 공기를 40℃에서 80℃로 가열할 때, 엔탈피 변화(△H)[J]는? (단, 공기의 정압열용량은 20Jmol^-1℃^-1이다)

1640

2800

31,600

42,400

정답 및 해설

엔탈피 변화는 1,600 J이다.

정압 조건에서 $\Delta H=nC_p\Delta T$ 이다.
$\Delta H=2\times20\times(80-40)$
$\Delta H=1600\ \mathrm{J}$

800 J: 몰수 2를 곱하지 않은 1몰분의 값이다.
640 J: 온도 변화 40℃를 대입하면 나올 수 없는 값이다.
2,400 J: 온도 변화를 60℃로 잘못 잡아야 나오는 값이다.

문제 6

다음은 원자 A～D에 대한 양성자 수와 중성자 수를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A～D 는 임의의 원소기호이다)

원자	A	B	C	D
양성자 수	17	17	18	19
중성자 수	18	20	22	20

1이온 A^- 와 중성원자 C의 전자수는 같다.

2이온 A^- 와 이온 B⁺의 질량수는 같다.

3이온 B^- 와 중성원자 D의 전자수는 같다.

4원자 A～D 중 질량수가 가장 큰 원자는 D이다.

정답 및 해설

옳은 것은 $A^{-}$ 이온과 중성원자 C의 전자 수가 같다는 설명이다.

$A^{-}$ 의 전자 수는 양성자 수 17에 1을 더한 18이고, 중성원자 C의 전자 수는 양성자 수와 같은 18이다. 질량수는 양성자 수 + 중성자 수로 A 35, B 37, C 40, D 39이다.

$A^{-}$ 와 $B^{+}$ 의 질량수: 이온이 되어도 질량수는 변하지 않으므로 35와 37로 다르다.
$B^{-}$ 와 중성원자 D의 전자 수: $B^{-}$ 는 18, D는 19로 다르다.
질량수가 가장 큰 원자: D(39)가 아니라 C(40)이다.

문제 7

단열된 용기 안에 있는 25℃의 물 150g에 60℃의 금속 100g을 넣어 열평형에 도달하였다. 평형 온도가 30℃일 때, 금속의 비열[Jg^-1℃^-1]은? (단, 물의 비열은 4Jg^-1℃^-1이다)

10.5

31.5

정답 및 해설

금속의 비열은 1 J/(g·℃)이다.

단열 용기이므로 금속이 잃은 열 = 물이 얻은 열이다.
물이 얻은 열: $150\times4\times(30-25)=3000\ \mathrm{J}$
금속이 잃은 열: $100\times c\times(60-30)=3000c\ \mathrm{J}$
$3000c=3000 \Rightarrow c=1$

0.5: 금속의 열량이 물의 절반이 되어 열 보존이 성립하지 않는다.
1.5: 금속이 내놓는 열이 4500 J로 물이 얻은 열보다 많아 성립하지 않는다.
2: 금속이 내놓는 열이 6000 J로 물이 얻은 열의 두 배가 되어 성립하지 않는다.

문제 8

주기율표에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1O^2-, F^-, Na⁺ 중에서 이온반지름이 가장 큰 것은 O^2-이다.

2F, O, N, S 중에서 전기음성도는 F가 가장 크다.

3Li과 Ne 중에서 1차 이온화 에너지는 Li이 더 크다.

4Na, Mg, Al 중에서 원자반지름이 가장 작은 것은 Al이다.

정답 및 해설

옳지 않은 설명은 Li의 1차 이온화 에너지가 Ne보다 크다는 것이다.

같은 주기에서 원자번호가 클수록 유효 핵전하가 커져 이온화 에너지가 증가하므로, 2주기 끝의 Ne가 Li보다 훨씬 크다.

$O^{2-}$ , $F^{-}$ , $Na^{+}$ 는 모두 전자 10개인 등전자 이온이며, 핵전하가 가장 작은 $O^{2-}$ 의 반지름이 가장 크다.
F는 모든 원소 중 전기음성도가 가장 크다.
같은 3주기에서 원자번호가 커질수록 원자반지름이 작아지므로 Na, Mg, Al 중 Al이 가장 작다.

문제 9

화합물 A2B의 질량 조성이 원소 A 60%와 원소 B 40%로 구성 될 때, AB₃를 구성하는 A와 B의 질량비는?

110%의 A, 90%의 B

220%의 A, 80%의 B

330%의 A, 70%의 B

440%의 A, 60%의 B

정답 및 해설

$\mathrm{AB_3}$ 의 질량비는 A 20%, B 80%이다.

$\mathrm{A_2B}$ 에서 $2A:B=60:40$ 이므로 원자량 비는 $A:B=3:4$ 이다.
$\mathrm{AB_3}$ 의 질량비: $A:3B=3:12=1:4$
따라서 A는 $\dfrac{1}{5}=20\%$ , B는 80%이다.

A 10%, B 90%: A:B 질량비가 1:9로 원자량 비와 맞지 않는다.
A 30%, B 70%: B 원자 3개의 질량 기여를 과소평가한 값이다.
A 40%, B 60%: $\mathrm{A_2B}$ 의 조성을 그대로 옮긴 것에 가까운 값으로, 원자 수 변화가 반영되지 않았다.

문제 10

25℃ 표준상태에서 다음의 두 반쪽 반응으로 구성된 갈바니 전지의 표준 전위[V]는? (단, E°는 표준 환원 전위 값이다)

$\mathrm{Cu^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Cu(s)}:\ E^{\circ}=0.34\ \mathrm{V}$
$\mathrm{Zn^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Zn(s)}:\ E^{\circ}=-0.76\ \mathrm{V}$

1-0.76

20.34

30.42

41.1

정답 및 해설

이 갈바니 전지의 표준 전위는 1.1 V이다.

표준 환원 전위가 큰 Cu가 환원 전극(양극), 작은 Zn이 산화 전극(음극)이 된다.
$E^{\circ}_{\mathrm{cell}}=E^{\circ}_{\mathrm{cathode}}-E^{\circ}_{\mathrm{anode}}$
$=0.34-(-0.76)=1.10\ \mathrm{V}$

-0.76 V: Zn의 표준 환원 전위 값일 뿐 전지 전위가 아니다.
0.34 V: Cu의 표준 환원 전위 값만 쓴 것이다.
0.42 V: 두 전위의 절댓값 차(0.76 − 0.34)로, 산화 전극 전위의 부호를 잘못 처리한 값이며 전위 차는 환원 전위끼리 빼서 구한다.

문제 11

반응식 P₄(s)＋10Cl₂(g)→4PCl₅(s)에서 환원제와 이를 구성하는 원자의 산화수 변화를 옳게 짝 지은 것은? (순서대로 환원제, 반응 전 산화수, 반응 후 산화수)

1P₄(s), 0, ＋5

2P₄(s), 0, ＋4

3Cl₂(g), 0, ＋5

4Cl₂(g), 0, -1

정답 및 해설

환원제는 $\mathrm{P_4(s)}$ 이며, P의 산화수는 0에서 +5로 증가한다.

원소 상태의 $\mathrm{P_4}$ 와 $\mathrm{Cl_2}$ 는 산화수가 0이다. $\mathrm{PCl_5}$ 에서 Cl은 −1이므로 P는 +5가 되어 산화되고, 자신이 산화되는 물질이 환원제이다.

$\mathrm{P_4}$ , 0→+4: $\mathrm{PCl_5}$ 에서 Cl 5개가 −5를 이루므로 P는 +4가 될 수 없다.
$\mathrm{Cl_2}$ , 0→+5: Cl은 오히려 전자를 얻어 산화수가 감소한다.
$\mathrm{Cl_2}$ , 0→−1: 산화수 변화는 맞지만 $\mathrm{Cl_2}$ 는 환원되므로 산화제이다.

문제 12

프로페인(C₃H₈)이 완전연소할 때, 균형 화학 반응식으로 옳은 것은?

1C₃H₈(g)＋3O₂(g)→4CO₂(g)＋2H₂O(g)

2C₃H₈(g)＋5O₂(g)→4CO₂(g)＋3H₂O(g)

3C₃H₈(g)＋5O₂(g)→3CO₂(g)＋4H₂O(g)

4C₃H₈(g)＋4O₂(g)→2CO₂(g)＋H₂O(g)

정답 및 해설

균형 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$ 이다.

C 3개 → $\mathrm{CO_2}$ 3개, H 8개 → $\mathrm{H_2O}$ 4개이다. 생성물의 O 원자는 $3\times2+4=10$ 개이므로 $\mathrm{O_2}$ 는 5개가 필요하다.

3 $\mathrm{O_2}$ → 4 $\mathrm{CO_2}$ + 2 $\mathrm{H_2O}$ : C 원자 수(3 대 4)부터 맞지 않는다.
5 $\mathrm{O_2}$ → 4 $\mathrm{CO_2}$ + 3 $\mathrm{H_2O}$ : C 원자 수가 맞지 않고, H도 8 대 6으로 불균형이다.
4 $\mathrm{O_2}$ → 2 $\mathrm{CO_2}$ + $\mathrm{H_2O}$ : C, H, O 모두 균형이 맞지 않는다.

문제 13

중성원자를 고려할 때, 원자가전자 수가 같은 원자들의 원자번호끼리 옳게 짝 지은 것은?

11, 2, 9

25, 6, 9

34, 12, 17

49, 17, 35

정답 및 해설

원자가전자 수가 같은 조합은 원자번호 9, 17, 35로, 모두 17족 할로젠(F, Cl, Br)이며 원자가전자가 7개이다.

같은 족 원소는 원자가전자 수가 같다.

1, 2, 9: H는 1개, He는 0개(비활성 기체), F는 7개로 서로 다르다.
5, 6, 9: B는 3개, C는 4개, F는 7개이다.
4, 12, 17: Be와 Mg는 2개로 같지만 Cl은 7개이다.

문제 14

물 분자의 결합 모형을 그림처럼 나타낼 때, 결합 A와 결합 B에 대한 설명으로 옳은 것은?

1결합 A는 결합 B보다 강하다.

2액체에서 기체로 상태변화를 할 때 결합 A가 끊어진다.

3결합 B로 인하여 산소 원자는 팔전자 규칙(octet rule)을 만족한다.

4결합 B는 공유결합으로 이루어진 모든 분자에서 관찰된다.

정답 및 해설

옳은 것은 결합 A가 결합 B보다 강하다는 설명이다.

결합 A는 물 분자 안의 O–H 공유 결합이고, 결합 B는 이웃한 물 분자 사이의 수소 결합(분자 간 인력)이다. 공유 결합은 분자 간 인력보다 훨씬 강하다.

액체에서 기체로 변할 때 끊어지는 결합: 분자 간 수소 결합(B)이 끊어지며, 분자 내 결합 A는 유지된다.
산소의 팔전자 규칙: 분자 내 공유 결합(A)으로 만족하며, 수소 결합과는 무관하다.
수소 결합이 모든 공유 분자에서 나타난다는 설명: F·O·N에 결합한 H가 있는 분자에서만 나타난다.

문제 15

다음 중 산화-환원 반응은?

1HCl(g)＋NH₃(aq)→NH₄Cl(s)

2HCl(aq)＋NaOH(aq)→H₂O(l)＋NaCl(aq)

3Pb(NO₃)₂(aq)＋2KI(aq)→PbI₂(s)＋2KNO₃(aq)

4Cu(s)＋2Ag⁺(aq)→2Ag(s)＋Cu²⁺(aq)

정답 및 해설

산화-환원 반응은 구리와 은 이온의 반응이다.

Cu는 0 → +2로 산화되고, $Ag^{+}$ 는 +1 → 0으로 환원된다.

HCl과 $\mathrm{NH_3}$ 의 반응: $H^{+}$ 가 이동하는 산-염기 반응으로 산화수 변화가 없다.
HCl과 NaOH의 반응: 중화 반응으로 산화수 변화가 없다.
$\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ 와 KI의 반응: $\mathrm{PbI_2}$ 가 생성되는 앙금 생성 반응으로 산화수 변화가 없다.

문제 16

아세트알데하이드(acetaldehyde)에 있는 두 탄소(ⓐ와 ⓑ)의 혼성 오비탈을 옳게 짝 지은 것은? (순서대로 ⓐ, ⓑ)

1sp³, sp²

2sp², sp²

3sp³, sp

4sp³, sp³

정답 및 해설

ⓐ 탄소는 $sp^{3}$ , ⓑ 탄소는 $sp^{2}$ 혼성이다.

ⓐ는 메틸기( $\mathrm{CH_3)}$ 의 탄소로 단일 결합만 4개 이루므로 $sp^{3}$ 이다. ⓑ는 알데하이드기(CHO)의 탄소로 산소와 이중 결합을 이루어 σ 결합 3개만 혼성 오비탈을 쓰므로 $sp^{2}$ 이다.

둘 다 $sp^{2}$ 로 짝지은 것: 메틸기 탄소는 이중 결합이 없어 $sp^{2}$ 가 될 수 없다.
ⓑ를 sp로 짝지은 것: sp는 삼중 결합이나 누적 이중 결합 탄소에 해당한다.
둘 다 $sp^{3}$ 로 짝지은 것: C=O 이중 결합 탄소는 $sp^{3}$ 가 아니다.

문제 17

용액에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1용액의 밀도는 용액의 질량을 용액의 부피로 나눈 값이다.

2용질 A의 몰농도는 A의 몰수를 용매의 부피(L)로 나눈 값이다.

3용질 A의 몰랄농도는 A의 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값이다.

41ppm은 용액 백만 g에 용질 1g이 포함되어 있는 값이다.

정답 및 해설

옳지 않은 설명은 몰농도를 용매의 부피로 나눈 값이라고 한 것이다.

몰농도는 용질의 몰수를 용액의 부피(L)로 나눈 값이다.

밀도는 용액의 질량을 용액의 부피로 나눈 값으로 옳다.
몰랄농도는 용질 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값으로 옳다.
1 ppm은 용액 $10^{6}$ g에 용질 1 g이 포함된 농도로 옳다.

문제 18

바닷물의 염도를 1kg의 바닷물에 존재하는 건조 소금의 질량(g)으로 정의하자. 질량 백분율로 소금 3.5%가 용해된 바닷물의 염도[G/KG]는?

10.35

23.5

335

4350

정답 및 해설

바닷물의 염도는 35 g/kg이다.

바닷물 1 kg = 1000 g 중 소금 질량은 $1000\times0.035=35\ \mathrm{g}$ 이다.

0.35: 실제 값보다 100배 작게 환산한 값이다.
3.5: 질량 백분율 수치를 g/kg으로 그대로 옮겨 10배 작게 환산한 값이다.
350: 1 kg 바닷물의 35%에 해당하여 3.5% 조건과 맞지 않는다.

문제 19

25℃ 표준상태에서 아세틸렌(C₂H₂(g))의 연소열이 －1,300kJmol^-1 일 때, C₂H₂의 연소에 대한 설명으로 옳은 것은?

1생성물의 엔탈피 총합은 반응물의 엔탈피 총합보다 크다.

2C₂H₂ 몰의 연소를 위해서는 1,300kJ이 필요하다.

3C₂H₂ 몰의 연소를 위해서는 O₂ 5몰이 필요하다.

425℃의 일정 압력에서 C₂H₂이 연소될 때 기체의 전체 부피는 감소한다.

정답 및 해설

옳은 설명은 연소 시 기체의 전체 부피가 감소한다는 것이다.

25℃ 표준상태에서 물은 액체이므로 반응식은 $\mathrm{C_2H_2(g)}+\dfrac{5}{2}\mathrm{O_2(g)}\rightarrow2\mathrm{CO_2(g)}+\mathrm{H_2O(l)}$ 이다.
기체 몰수가 3.5에서 2로 줄어 일정 압력에서 부피가 감소한다.

연소열이 음수인 발열 반응이므로 생성물의 엔탈피 총합이 반응물보다 작다.
1,300 kJ은 연소에 필요한 열이 아니라 방출되는 열이다.
$\mathrm{C_2H_2}$ 1몰 연소에 필요한 $\mathrm{O_2}$ 는 2.5몰이다.

문제 20

물질 A, B, C에 대한 다음 그래프의 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

1ㄱ, ㄴ

2ㄱ, ㄷ

3ㄴ, ㄷ

4ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 및 해설

옳은 것은 ㄱ과 ㄴ이다.

같은 온도에서 증기압이 클수록 휘발성이 크고, 증기압이 760 torr가 되는 온도가 정상 끓는점이다. 그래프에서 증기압은 어느 온도에서나 A가 가장 크고 C가 가장 작다.

ㄱ: 30℃에서 곡선 높이가 C, B, A 순으로 커지므로 옳다.
ㄴ: B 곡선이 760 torr에 닿는 온도가 78.4℃이므로 옳다.
ㄷ: 25℃에서 가장 빨리 증발하는 것은 증기압이 가장 큰 A이며, C는 가장 느리다.

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7급 국가직 화공열역학 기출문제모두CBT · moducbt.com

20년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

25℃에서 측정한 용액 A의 [OH^-]가 1.0×10^-6M일 때, pH값은? (단, [OH^-]는 용액 내의 OH^- 몰농도를 나타낸다)

16.0

27.0

38.0

49.0

정답 및 해설

용액 A의 pH는 8.0으로, 염기성 용액이다.

25℃에서 pH + pOH = 14, 즉 $\mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14$ 이다.
$\mathrm{pOH}=-\log(1.0\times10^{-6})=6.0$
$\mathrm{pH}=14-6.0=8.0$

6.0: pOH 값을 그대로 pH로 착각한 값이다.
7.0: 중성 용액의 pH로, 수산화 이온 농도가 $1.0\times10^{-7}\ \mathrm{M}$ 일 때이다.
9.0: 수산화 이온 농도가 $1.0\times10^{-5}\ \mathrm{M}$ 일 때의 pH이다.

문제 2

118

236

372

4144

정답 및 해설

메테인 32 g이 완전연소하면 물 72 g이 생성된다.

반응식: $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$
메테인 몰수: $\dfrac{32}{16}=2\ \mathrm{mol}$
물 몰수: $2\times2=4\ \mathrm{mol}$
물 질량: $4\times18=72\ \mathrm{g}$

18 g: 물 1몰의 질량에 불과하다.
36 g: 메테인 1몰분 또는 계수 2를 빠뜨린 값이다.
144 g: 물 몰수를 두 배로 과대 계산한 값이다.

문제 3

원자 간 결합이 다중 공유결합으로 이루어진 물질은?

1KBr

2Cl₂

3NH₃

4O₂

정답 및 해설

다중 공유결합을 가진 물질은 산소( $\mathrm{O_2)}$ 로, 두 O 원자가 2중 결합을 이룬다.

O는 원자가전자가 6개이므로 옥텟을 채우려면 전자쌍 2개를 공유해야 한다.

KBr: 금속 K와 비금속 Br 사이의 이온 결합 물질이다.
$\mathrm{Cl_2}$ : Cl 원자 사이에 전자쌍 1개를 공유하는 단일 결합이다.
$\mathrm{NH_3}$ : N–H 결합 3개가 모두 단일 공유결합이다.

문제 4

N₂O 분해에 제안된 메커니즘은 다음과 같다.

$\mathrm{N_2O(g)\xrightarrow{k_1}N_2(g)+O(g)}$ (느린 반응)
$\mathrm{N_2O(g)+O(g)\xrightarrow{k_2}N_2(g)+O_2(g)}$ (빠른 반응)

위의 메커니즘으로부터 얻어지는 전체반응식과 반응속도 법칙은?

정답 및 해설

전체 반응은 2 $\mathrm{N_2O}$ → 2 $\mathrm{N_2}$ + $\mathrm{O_2}$ 이고, 속도 법칙은 느린 단계로 정해지는 속도 = $\mathrm{k_1}$ [ $\mathrm{N_2O}$ ]이다.

두 단계를 더하면 중간체 O가 상쇄된다.
$\mathrm{2N_2O(g)\rightarrow 2N_2(g)+O_2(g)}$

전체 속도는 가장 느린 속도 결정 단계가 좌우하며, 1단계는 $\mathrm{N_2O}$ 한 분자의 단분자 반응이므로 속도는 $\mathrm{k_1}$ [ $\mathrm{N_2O}$ ]이다.

$\mathrm{N_2O}$ → $\mathrm{N_2}$ + O로 쓴 것: 1단계 반응식일 뿐 전체 반응식이 아니다.
$\mathrm{N_2O}$ + O → $\mathrm{N_2}$ + $\mathrm{O_2}$ , 속도 = $\mathrm{k_2}$ [ $\mathrm{N_2O}$ ]로 쓴 것: 빠른 2단계는 속도를 결정하지 않는다.
2 $\mathrm{N_2O}$ → $\mathrm{N_2}$ + 2 $\mathrm{O_2}$ 로 쓴 것: 원자 수가 맞지 않고 속도 법칙도 느린 단계와 다르다.

문제 5

일정 압력에서 2몰의 공기를 40℃에서 80℃로 가열할 때, 엔탈피 변화(△H)[J]는? (단, 공기의 정압열용량은 20Jmol^-1℃^-1이다)

1640

2800

31,600

42,400

정답 및 해설

엔탈피 변화는 1,600 J이다.

정압 조건에서 $\Delta H=nC_p\Delta T$ 이다.
$\Delta H=2\times20\times(80-40)$
$\Delta H=1600\ \mathrm{J}$

800 J: 몰수 2를 곱하지 않은 1몰분의 값이다.
640 J: 온도 변화 40℃를 대입하면 나올 수 없는 값이다.
2,400 J: 온도 변화를 60℃로 잘못 잡아야 나오는 값이다.

문제 6

다음은 원자 A～D에 대한 양성자 수와 중성자 수를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A～D 는 임의의 원소기호이다)

원자	A	B	C	D
양성자 수	17	17	18	19
중성자 수	18	20	22	20

1이온 A^- 와 중성원자 C의 전자수는 같다.

2이온 A^- 와 이온 B⁺의 질량수는 같다.

3이온 B^- 와 중성원자 D의 전자수는 같다.

4원자 A～D 중 질량수가 가장 큰 원자는 D이다.

정답 및 해설

옳은 것은 $A^{-}$ 이온과 중성원자 C의 전자 수가 같다는 설명이다.

$A^{-}$ 와 $B^{+}$ 의 질량수: 이온이 되어도 질량수는 변하지 않으므로 35와 37로 다르다.
$B^{-}$ 와 중성원자 D의 전자 수: $B^{-}$ 는 18, D는 19로 다르다.
질량수가 가장 큰 원자: D(39)가 아니라 C(40)이다.

문제 7

10.5

31.5

정답 및 해설

금속의 비열은 1 J/(g·℃)이다.

0.5: 금속의 열량이 물의 절반이 되어 열 보존이 성립하지 않는다.
1.5: 금속이 내놓는 열이 4500 J로 물이 얻은 열보다 많아 성립하지 않는다.
2: 금속이 내놓는 열이 6000 J로 물이 얻은 열의 두 배가 되어 성립하지 않는다.

문제 8

주기율표에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1O^2-, F^-, Na⁺ 중에서 이온반지름이 가장 큰 것은 O^2-이다.

2F, O, N, S 중에서 전기음성도는 F가 가장 크다.

3Li과 Ne 중에서 1차 이온화 에너지는 Li이 더 크다.

4Na, Mg, Al 중에서 원자반지름이 가장 작은 것은 Al이다.

정답 및 해설

옳지 않은 설명은 Li의 1차 이온화 에너지가 Ne보다 크다는 것이다.

같은 주기에서 원자번호가 클수록 유효 핵전하가 커져 이온화 에너지가 증가하므로, 2주기 끝의 Ne가 Li보다 훨씬 크다.

$O^{2-}$ , $F^{-}$ , $Na^{+}$ 는 모두 전자 10개인 등전자 이온이며, 핵전하가 가장 작은 $O^{2-}$ 의 반지름이 가장 크다.
F는 모든 원소 중 전기음성도가 가장 크다.
같은 3주기에서 원자번호가 커질수록 원자반지름이 작아지므로 Na, Mg, Al 중 Al이 가장 작다.

문제 9

화합물 A2B의 질량 조성이 원소 A 60%와 원소 B 40%로 구성 될 때, AB₃를 구성하는 A와 B의 질량비는?

110%의 A, 90%의 B

220%의 A, 80%의 B

330%의 A, 70%의 B

440%의 A, 60%의 B

정답 및 해설

$\mathrm{AB_3}$ 의 질량비는 A 20%, B 80%이다.

$\mathrm{A_2B}$ 에서 $2A:B=60:40$ 이므로 원자량 비는 $A:B=3:4$ 이다.
$\mathrm{AB_3}$ 의 질량비: $A:3B=3:12=1:4$
따라서 A는 $\dfrac{1}{5}=20\%$ , B는 80%이다.

A 10%, B 90%: A:B 질량비가 1:9로 원자량 비와 맞지 않는다.
A 30%, B 70%: B 원자 3개의 질량 기여를 과소평가한 값이다.
A 40%, B 60%: $\mathrm{A_2B}$ 의 조성을 그대로 옮긴 것에 가까운 값으로, 원자 수 변화가 반영되지 않았다.

문제 10

25℃ 표준상태에서 다음의 두 반쪽 반응으로 구성된 갈바니 전지의 표준 전위[V]는? (단, E°는 표준 환원 전위 값이다)

$\mathrm{Cu^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Cu(s)}:\ E^{\circ}=0.34\ \mathrm{V}$
$\mathrm{Zn^{2+}(aq)+2e^{-}\rightarrow Zn(s)}:\ E^{\circ}=-0.76\ \mathrm{V}$

1-0.76

20.34

30.42

41.1

정답 및 해설

이 갈바니 전지의 표준 전위는 1.1 V이다.

-0.76 V: Zn의 표준 환원 전위 값일 뿐 전지 전위가 아니다.
0.34 V: Cu의 표준 환원 전위 값만 쓴 것이다.
0.42 V: 두 전위의 절댓값 차(0.76 − 0.34)로, 산화 전극 전위의 부호를 잘못 처리한 값이며 전위 차는 환원 전위끼리 빼서 구한다.

문제 11

1P₄(s), 0, ＋5

2P₄(s), 0, ＋4

3Cl₂(g), 0, ＋5

4Cl₂(g), 0, -1

정답 및 해설

환원제는 $\mathrm{P_4(s)}$ 이며, P의 산화수는 0에서 +5로 증가한다.

$\mathrm{P_4}$ , 0→+4: $\mathrm{PCl_5}$ 에서 Cl 5개가 −5를 이루므로 P는 +4가 될 수 없다.
$\mathrm{Cl_2}$ , 0→+5: Cl은 오히려 전자를 얻어 산화수가 감소한다.
$\mathrm{Cl_2}$ , 0→−1: 산화수 변화는 맞지만 $\mathrm{Cl_2}$ 는 환원되므로 산화제이다.

문제 12

프로페인(C₃H₈)이 완전연소할 때, 균형 화학 반응식으로 옳은 것은?

1C₃H₈(g)＋3O₂(g)→4CO₂(g)＋2H₂O(g)

2C₃H₈(g)＋5O₂(g)→4CO₂(g)＋3H₂O(g)

3C₃H₈(g)＋5O₂(g)→3CO₂(g)＋4H₂O(g)

4C₃H₈(g)＋4O₂(g)→2CO₂(g)＋H₂O(g)

정답 및 해설

균형 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$ 이다.

C 3개 → $\mathrm{CO_2}$ 3개, H 8개 → $\mathrm{H_2O}$ 4개이다. 생성물의 O 원자는 $3\times2+4=10$ 개이므로 $\mathrm{O_2}$ 는 5개가 필요하다.

3 $\mathrm{O_2}$ → 4 $\mathrm{CO_2}$ + 2 $\mathrm{H_2O}$ : C 원자 수(3 대 4)부터 맞지 않는다.
5 $\mathrm{O_2}$ → 4 $\mathrm{CO_2}$ + 3 $\mathrm{H_2O}$ : C 원자 수가 맞지 않고, H도 8 대 6으로 불균형이다.
4 $\mathrm{O_2}$ → 2 $\mathrm{CO_2}$ + $\mathrm{H_2O}$ : C, H, O 모두 균형이 맞지 않는다.

문제 13

중성원자를 고려할 때, 원자가전자 수가 같은 원자들의 원자번호끼리 옳게 짝 지은 것은?

11, 2, 9

25, 6, 9

34, 12, 17

49, 17, 35

정답 및 해설

원자가전자 수가 같은 조합은 원자번호 9, 17, 35로, 모두 17족 할로젠(F, Cl, Br)이며 원자가전자가 7개이다.

같은 족 원소는 원자가전자 수가 같다.

1, 2, 9: H는 1개, He는 0개(비활성 기체), F는 7개로 서로 다르다.
5, 6, 9: B는 3개, C는 4개, F는 7개이다.
4, 12, 17: Be와 Mg는 2개로 같지만 Cl은 7개이다.

문제 14

물 분자의 결합 모형을 그림처럼 나타낼 때, 결합 A와 결합 B에 대한 설명으로 옳은 것은?

1결합 A는 결합 B보다 강하다.

2액체에서 기체로 상태변화를 할 때 결합 A가 끊어진다.

3결합 B로 인하여 산소 원자는 팔전자 규칙(octet rule)을 만족한다.

4결합 B는 공유결합으로 이루어진 모든 분자에서 관찰된다.

정답 및 해설

옳은 것은 결합 A가 결합 B보다 강하다는 설명이다.

액체에서 기체로 변할 때 끊어지는 결합: 분자 간 수소 결합(B)이 끊어지며, 분자 내 결합 A는 유지된다.
산소의 팔전자 규칙: 분자 내 공유 결합(A)으로 만족하며, 수소 결합과는 무관하다.
수소 결합이 모든 공유 분자에서 나타난다는 설명: F·O·N에 결합한 H가 있는 분자에서만 나타난다.

문제 15

다음 중 산화-환원 반응은?

1HCl(g)＋NH₃(aq)→NH₄Cl(s)

2HCl(aq)＋NaOH(aq)→H₂O(l)＋NaCl(aq)

3Pb(NO₃)₂(aq)＋2KI(aq)→PbI₂(s)＋2KNO₃(aq)

4Cu(s)＋2Ag⁺(aq)→2Ag(s)＋Cu²⁺(aq)

정답 및 해설

산화-환원 반응은 구리와 은 이온의 반응이다.

Cu는 0 → +2로 산화되고, $Ag^{+}$ 는 +1 → 0으로 환원된다.

HCl과 $\mathrm{NH_3}$ 의 반응: $H^{+}$ 가 이동하는 산-염기 반응으로 산화수 변화가 없다.
HCl과 NaOH의 반응: 중화 반응으로 산화수 변화가 없다.
$\mathrm{Pb(NO_3)_2}$ 와 KI의 반응: $\mathrm{PbI_2}$ 가 생성되는 앙금 생성 반응으로 산화수 변화가 없다.

문제 16

아세트알데하이드(acetaldehyde)에 있는 두 탄소(ⓐ와 ⓑ)의 혼성 오비탈을 옳게 짝 지은 것은? (순서대로 ⓐ, ⓑ)

1sp³, sp²

2sp², sp²

3sp³, sp

4sp³, sp³

정답 및 해설

ⓐ 탄소는 $sp^{3}$ , ⓑ 탄소는 $sp^{2}$ 혼성이다.

둘 다 $sp^{2}$ 로 짝지은 것: 메틸기 탄소는 이중 결합이 없어 $sp^{2}$ 가 될 수 없다.
ⓑ를 sp로 짝지은 것: sp는 삼중 결합이나 누적 이중 결합 탄소에 해당한다.
둘 다 $sp^{3}$ 로 짝지은 것: C=O 이중 결합 탄소는 $sp^{3}$ 가 아니다.

문제 17

용액에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1용액의 밀도는 용액의 질량을 용액의 부피로 나눈 값이다.

2용질 A의 몰농도는 A의 몰수를 용매의 부피(L)로 나눈 값이다.

3용질 A의 몰랄농도는 A의 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값이다.

41ppm은 용액 백만 g에 용질 1g이 포함되어 있는 값이다.

정답 및 해설

옳지 않은 설명은 몰농도를 용매의 부피로 나눈 값이라고 한 것이다.

몰농도는 용질의 몰수를 용액의 부피(L)로 나눈 값이다.

밀도는 용액의 질량을 용액의 부피로 나눈 값으로 옳다.
몰랄농도는 용질 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값으로 옳다.
1 ppm은 용액 $10^{6}$ g에 용질 1 g이 포함된 농도로 옳다.

문제 18

바닷물의 염도를 1kg의 바닷물에 존재하는 건조 소금의 질량(g)으로 정의하자. 질량 백분율로 소금 3.5%가 용해된 바닷물의 염도[G/KG]는?

10.35

23.5

335

4350

정답 및 해설

바닷물의 염도는 35 g/kg이다.

바닷물 1 kg = 1000 g 중 소금 질량은 $1000\times0.035=35\ \mathrm{g}$ 이다.

0.35: 실제 값보다 100배 작게 환산한 값이다.
3.5: 질량 백분율 수치를 g/kg으로 그대로 옮겨 10배 작게 환산한 값이다.
350: 1 kg 바닷물의 35%에 해당하여 3.5% 조건과 맞지 않는다.

문제 19

25℃ 표준상태에서 아세틸렌(C₂H₂(g))의 연소열이 －1,300kJmol^-1 일 때, C₂H₂의 연소에 대한 설명으로 옳은 것은?

1생성물의 엔탈피 총합은 반응물의 엔탈피 총합보다 크다.

2C₂H₂ 몰의 연소를 위해서는 1,300kJ이 필요하다.

3C₂H₂ 몰의 연소를 위해서는 O₂ 5몰이 필요하다.

425℃의 일정 압력에서 C₂H₂이 연소될 때 기체의 전체 부피는 감소한다.

정답 및 해설

옳은 설명은 연소 시 기체의 전체 부피가 감소한다는 것이다.

연소열이 음수인 발열 반응이므로 생성물의 엔탈피 총합이 반응물보다 작다.
1,300 kJ은 연소에 필요한 열이 아니라 방출되는 열이다.
$\mathrm{C_2H_2}$ 1몰 연소에 필요한 $\mathrm{O_2}$ 는 2.5몰이다.

문제 20

물질 A, B, C에 대한 다음 그래프의 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

1ㄱ, ㄴ

2ㄱ, ㄷ

3ㄴ, ㄷ

4ㄱ, ㄴ, ㄷ

정답 및 해설

옳은 것은 ㄱ과 ㄴ이다.

ㄱ: 30℃에서 곡선 높이가 C, B, A 순으로 커지므로 옳다.
ㄴ: B 곡선이 760 torr에 닿는 온도가 78.4℃이므로 옳다.
ㄷ: 25℃에서 가장 빨리 증발하는 것은 증기압이 가장 큰 A이며, C는 가장 느리다.