21년 1회차

이 화합물에 존재하지 않는 작용기는 에스터기이다.

구조를 보면 나프탈렌 고리에 붙은 메톡시(-OCH(3)), 퀴뉴클리딘 골격의 질소, 고리 사이 탄소에 붙은 -OH, 그리고 말단 비닐기(C=C)가 있다. 에스터기는 -COO- (카보닐 탄소에 산소가 결합한 구조)가 필요한데, 이 분자에는 C=O 결합 자체가 없다.

• 에터기: 방향족 고리의 메톡시기(Ar-O-CH(3))가 C-O-C 결합이므로 존재한다.
• 아민기: 이환 고리 속 질소가 탄소 3개와 결합한 3차 아민이므로 존재한다.
• 하이드록시기: 나프탈렌과 이환 고리를 잇는 탄소에 -OH 가 붙어 있으므로 존재한다.

산화제는 상대를 산화시키면서 자신은 전자를 얻어 환원되므로 산화제의 산화수는 감소한다. 따라서 산화제의 산화수가 증가한다는 설명이 옳지 않다.

산화와 환원은 전자 이동으로 항상 동시에 일어나며, 전자를 잃는 쪽이 환원제(자신은 산화), 전자를 얻는 쪽이 산화제(자신은 환원)이다.

• 반응물 중 하나는 산화되고 다른 하나는 환원된다 — 전자를 주고받으므로 옳다.
• 환원제는 산화된다 — 상대를 환원시키며 자신은 산화되므로 옳다.
• 환원제는 전자를 잃는다 — 전자를 내주어 산화수가 증가하므로 옳다.

X는 질량수 4, 원자번호 2인 헬륨(He) 원자핵(α 입자)이다.

핵반응에서는 질량수 합과 원자번호 합이 보존된다.
질량수: $14 + A = 17 + 1 \Rightarrow A = 4$
원자번호: $7 + Z = 8 + 1 \Rightarrow Z = 2$

• H — 원자번호가 1이라 원자번호 합이 맞지 않는다.
• Li — 원자번호가 3이라 맞지 않는다.
• Be — 원자번호가 4라 맞지 않는다.

$\mathrm{P_4O_6}$의 인만 산화수가 +3이고, 나머지 세 화합물의 인은 모두 +5이다.

O를 −2, H를 +1, Mg를 +2로 두고 전체 전하 합이 0이 되도록 계산한다.
$\mathrm{P_4O_6}: 4x + 6(-2) = 0 \Rightarrow x = +3$

• $\mathrm{Mg_2P_2O_7}$ — $2(+2) + 2x + 7(-2) = 0$ 에서 $x = +5$이다.
• $\mathrm{(NH_4)_2HPO_4}$ — 암모늄 이온(+1) 두 개와 H(+1)를 고려하면 $2(+1) + 1 + x + 4(-2) = 0$ 에서 $x = +5$이다.
• $\mathrm{H_3PO_4}$ — $3(+1) + x + 4(-2) = 0$ 에서 $x = +5$이다.

모든 원자가 팔전자 규칙을 만족하는 분자는 $\mathrm{XeO_3}$이다.

Xe가 O 3개와 각각 단일 결합을 이루고 비공유 전자쌍 1개를 가지면 Xe 주위 전자는 8개가 되고, 각 O도 비공유 전자쌍 3개로 8개를 채운다(형식 전하가 있는 루이스 구조).

• $\mathrm{PCl_5}$ — P 주위에 결합 전자쌍 5개(전자 10개)가 있는 확장 옥텟이다.
• $\mathrm{ClF_3}$ — Cl 주위에 결합 전자쌍 3개와 비공유 전자쌍 2개(전자 10개)가 있어 확장 옥텟이다.
• $\mathrm{BF_3}$ — B 주위 전자가 6개뿐인 전자 부족 분자이다.

끓는점이 가장 높은 것은 하이드록시기를 두 개 가진 1,3-프로페인다이올($\mathrm{HOCH_2CH_2CH_2OH}$)이다.

끓는점은 분자 간 수소 결합의 수와 세기에 크게 좌우되며, O−H는 N−H보다 극성이 커서 더 강한 수소 결합을 만든다.

• $\mathrm{NH_2CH_2CH_2CH_2NH_2}$ — 아미노기 두 개로 수소 결합을 하지만 N−H 수소 결합이 O−H보다 약해 다이올보다 낮다.
• $\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2OH}$ — 하이드록시기가 하나뿐이라 수소 결합이 다이올보다 적다.
• $\mathrm{CH_3CH_2OCH_2CH_3}$ — 에터는 분자 간 수소 결합을 하지 못해 가장 낮다.

$\mathrm{S_N2}$ 반응은 중간체 없이 한 단계로 진행하므로 반응 중간체가 있다는 설명이 옳지 않다.

친핵체가 이탈기의 반대쪽에서 공격해 결합 형성과 끊어짐이 동시에 일어나며, 이 과정에는 전이 상태만 존재한다.

• 반응속도식은 2차이다 — $v = k[\mathrm{RX}][\mathrm{Nu^-}]$로 기질과 친핵체 농도에 각각 1차이므로 옳다.
• 친핵성이 반응속도에 영향 — 속도 결정 단계에 친핵체가 참여하므로 친핵성이 클수록 빠르다.
• 1차 할로젠화 알킬의 반응성이 더 큼 — 뒤쪽 공격에 대한 입체 장애가 작아 옳다.

균형 반응식은 $\mathrm{2C_6H_{14} + 19O_2 \rightarrow 12CO_2 + 14H_2O}$이며 계수의 합은 47이다.

C와 H를 먼저 맞추면 다음과 같다.
$\mathrm{C_6H_{14} + \dfrac{19}{2}O_2 \rightarrow 6CO_2 + 7H_2O}$
생성물 쪽 O 원자가 $6 \times 2 + 7 = 19$개이므로 $\mathrm{O_2}$의 계수는 $\dfrac{19}{2}$이다.

분수를 없애려고 전체에 2를 곱하면 최소 정수비 2 : 19 : 12 : 14가 된다.
$2 + 19 + 12 + 14 = 47$

배위수는 금속 이온의 크기와 전하, 리간드의 크기 등에 따라 달라지므로 항상 일정하다는 설명이 옳지 않다.

같은 금속 이온이라도 리간드에 따라 배위수가 달라져, $\mathrm{[Ni(NH_3)_6]^{2+}}$는 6, $\mathrm{[NiCl_4]^{2-}}$는 4이다.

• 착이온과 상대이온으로 구성 — $\mathrm{[Co(NH_3)_6]Cl_3}$처럼 착이온과 염화 이온으로 이루어지므로 옳다.
• 한 자리 리간드 — 주개 원자가 하나라 금속 이온과 결합 하나를 이루므로 옳다.
• 리간드의 정의 — 고립 전자쌍을 내주는 루이스 염기인 중성 분자나 이온이므로 옳다.

표에서 Br−Br 결합이 Cl−Cl보다 길므로 결합에너지는 $\mathrm{Cl_2}$가 $\mathrm{Br_2}$보다 크다. 따라서 $\mathrm{Br_2}$가 더 크다는 설명이 옳지 않다.

같은 족 할로젠에서는 원자가 클수록 결합길이가 길어지고 오비탈 겹침이 줄어 결합이 약해진다.

• 탄소 간 결합수 증가 — 단일·이중·삼중 결합 순으로 결합길이가 짧아지고 결합에너지는 커지므로 옳다.
• HF > HCl > HBr — 할로젠 원자가 작을수록 H−X 결합이 짧고 강하므로 옳다.
• $\mathrm{Cl_2}$의 핵 간 거리 0.199 nm — 결합길이는 퍼텐셜에너지가 최소가 되는 핵 간 거리이므로 옳다.

몰랄농도는 용질의 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값이므로, 용액의 kg수로 나눈 식이 옳지 않다.

몰농도는 용액 부피 기준, 몰랄농도는 용매 질량 기준이라는 점이 핵심 차이이며, 질량 기준인 몰랄농도는 온도에 따라 변하지 않는다.

• 십억분율(ppb) — 성분 질량을 용액 총질량으로 나눈 뒤 $10^{9}$을 곱하므로 옳다.
• 몰분율 — 성분의 몰수를 전체 몰수로 나눈 값이므로 옳다.
• 몰농도 — 용질의 몰수를 용액 부피(L)로 나눈 값이므로 옳다.

분자식 C(3)H(6)O 이면서 3300~3500 cm^-1 흡수를 보이는 화합물은 알릴 알코올(CH(2)=CHCH(2)OH)이다.

IR 의 3300~3500 cm^-1 영역 넓은 흡수는 O-H 신축 진동의 특징이므로 하이드록시기가 있어야 한다. 알릴 알코올은 C(3)H(6)O 이고 -OH 를 가져 두 조건을 모두 만족한다.

• 아세톤(CH(3)COCH(3)): 분자식은 같지만 O-H 가 없고, C=O 흡수가 1700 cm^-1 부근에 나타난다.
• 메틸 바이닐 에터(CH(2)=CHOCH(3)): 분자식은 같지만 C-O-C 결합만 있고 O-H 가 없다.
• 아세트산 메틸(CH(3)COOCH(3)): 분자식이 C(3)H(6)O(2) 로 조건에 맞지 않고 O-H 도 없다.

철보다 반응성(이온화 경향)이 큰 마그네슘을 연결하면 마그네슘이 대신 산화되어 철을 보호한다(희생 양극).

음극화 보호에서는 더 활발한 금속이 산화되며 전자를 공급하므로, 철은 환원이 일어나는 전극(cathode)이 되어 부식되지 않는다.

• 니켈 — 철보다 환원 전위가 높아(덜 활발) 철이 먼저 산화된다.
• 구리 — 철보다 훨씬 덜 활발해 오히려 철의 부식을 촉진한다.
• 납 — 철보다 덜 활발해 희생 양극 역할을 할 수 없다.

2차 이온화 에너지가 가장 큰 원자는 (가) Na, 전자친화도가 가장 큰 원자는 (라) Cl이다.

(가)는 전자 하나를 잃으면 네온과 같은 전자 배치가 되므로, 두 번째 전자는 안쪽 2p 껍질에서 떼어내야 해 2차 이온화 에너지가 매우 크다.

(라)는 전자 하나를 얻으면 3p 오비탈이 채워져 아르곤과 같은 안정한 배치가 되므로 전자친화도가 가장 크다.

• (나) Mg — 두 번째 전자도 3s에서 떨어지므로 2차 이온화 에너지가 (가)보다 작다.
• (다) Al — 전자를 얻어도 안정한 배치가 되지 않아 전자친화도가 (라)보다 훨씬 작다.

N은 P보다 전기음성도가 크고 크기가 작아 결합 전자쌍이 중심 원자 가까이 몰리므로, $\mathrm{NCl_3}$의 결합각이 $\mathrm{PCl_3}$보다 크다.

결합 전자쌍이 중심 원자에 가까울수록 서로 강하게 반발해 결합각이 커지고, 주변 원자의 전기음성도가 클수록 결합 전자쌍이 바깥으로 끌려가 결합각이 작아진다.

• $\mathrm{NF_3}$와 $\mathrm{NH_3}$ — F가 결합 전자쌍을 끌어당겨 $\mathrm{NF_3}$의 결합각이 더 작다.
• $\mathrm{H_2S}$와 $\mathrm{H_2O}$ — 중심 원자가 크고 전기음성도가 작은 S 쪽 결합각이 더 작다.
• $\mathrm{SbCl_3}$와 $\mathrm{SbBr_3}$ — 전기음성도가 큰 Cl 쪽 결합각이 더 작다.

방향족 고리는 첨가반응을 하면 방향족성(공명 안정화)을 잃으므로 첨가보다 치환반응이 주로 일어난다. 따라서 첨가반응이 더 잘 일어난다는 설명이 옳지 않다.

벤젠은 나이트로화·할로젠화 같은 친전자성 치환반응을 통해 고리의 안정한 π 전자계를 유지한다.

• 에탄올의 산화 — 1차 알코올을 산화하면 알데하이드인 아세트알데하이드가 생성되므로 옳다.
• 에스터 형성 — 카복실산과 알코올이 물을 내놓으며 축합해 에스터를 만드므로 옳다.
• 알켄의 수화 — 산 촉매 하에서 이중결합에 물이 첨가되어 알코올이 생성되므로 옳다.

옳은 것은 촉매가 새로운 반응 경로를 통해 반응속도를 빠르게 한다는 설명 하나뿐이다.

촉매는 활성화 에너지가 낮은 경로를 제공할 뿐, 반응물과 생성물의 에너지 차이(반응 엔탈피)는 바꾸지 않는다.

• 반응물과 생성물의 에너지 준위 차이를 작게 한다 — 반응열은 촉매와 무관하므로 옳지 않다.
• 균일 촉매는 흡착과 탈착을 수반한다 — 흡착·탈착은 반응물과 상이 다른 불균일 촉매(고체 표면)의 특징이므로 옳지 않다.

옳은 것은 면심 입방 구조라는 설명과 단위세포당 각 이온이 4개라는 설명이다.

NaCl은 $\mathrm{Cl^-}$이 면심 입방으로 배열되고 그 팔면체 빈자리를 $\mathrm{Na^+}$이 채운 구조이다.
$\mathrm{Cl^-}: 8 \times \dfrac{1}{8} + 6 \times \dfrac{1}{2} = 4$
$\mathrm{Na^+}: 12 \times \dfrac{1}{4} + 1 = 4$

• 각 $\mathrm{Cl^-}$를 둘러싼 $\mathrm{Na^+}$의 수 — 팔면체 배위로 6개이므로 4개라는 설명은 옳지 않다.
• CuCl과 같은 구조 — CuCl은 배위수 4인 섬아연석(zinc blende)형 구조라 NaCl형과 다르다.

HCl 수용액의 농도 X는 0.25 M이다.

생성된 물의 몰수 = 반응열 ÷ 중화열
$n = \dfrac{2.81\ \mathrm{kJ}}{56.2\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}} = 0.05\ \mathrm{mol}$

NaOH는 $0.5\ \mathrm{M} \times 0.2\ \mathrm{L} = 0.1\ \mathrm{mol}$으로 0.05 mol보다 많으므로 HCl이 한계 반응물이다.
$X = \dfrac{0.05\ \mathrm{mol}}{0.2\ \mathrm{L}} = 0.25\ \mathrm{M}$

제시된 네 설명이 모두 옳다.

콜로이드는 용액의 용질보다 큰 입자가 매질에 고르게 분산된 계로, 입자의 표면 전하와 운동 상태가 안정성을 좌우한다.

• 틴들 효과 — 콜로이드 입자가 빛을 산란해 빛의 경로가 보이므로 옳다.
• 안개·우유·치즈 — 각각 기체 속 액체(에어로졸), 액체 속 액체(에멀션), 고체 속 액체(겔)가 분산된 콜로이드이므로 옳다.
• 정전기적 반발 — 입자 표면이 같은 부호의 전하를 띠어 서로 밀어내므로 응집되지 않는다.
• 가열 시 응집 — 온도가 오르면 입자 충돌이 잦고 세져 반발을 넘어서 응집되므로 옳다.