19년 1회차

산화제는 $\mathrm{MnO_4^-}$, 환원제는 $\mathrm{Fe^{2+}}$이다.

$\mathrm{MnO_4^-}$의 Mn 산화수는 $+7 \rightarrow +2$로 감소(환원)하므로 상대를 산화시키는 산화제이고, $\mathrm{Fe^{2+}}$는 $+2 \rightarrow +3$으로 증가(산화)하므로 환원제이다.

H의 산화수는 반응 전후 모두 +1로 변하지 않으므로 $\mathrm{H^+}$는 산성 매질을 제공할 뿐 산화제도 환원제도 아니다.

• 산화제 $\mathrm{H^+}$, 환원제 $\mathrm{MnO_4^-}$: 산화수 변화가 없는 이온을 산화제로 두었고, 환원되는 이온을 환원제로 바꿔 놓았다.
• 산화제 $\mathrm{H^+}$, 환원제 $\mathrm{Fe^{2+}}$: 환원제는 맞지만 산화수가 변하지 않는 이온을 산화제로 두었다.
• 산화제 $\mathrm{MnO_4^-}$, 환원제 $\mathrm{H^+}$: 산화제는 맞지만 실제로 산화되는 것은 철 이온이다.

평형에서 각 농도를 구해 대입하면 평형 상수는 0.5이다.

C가 0.4 몰 생성되었으므로 A·B는 각각 0.4 몰 소모되고 D도 0.4 몰 생성된다(부피 1 L).
평형 농도: $[\mathrm{A}] = 0.4,\ [\mathrm{B}] = 0.8,\ [\mathrm{C}] = 0.4,\ [\mathrm{D}] = 0.4\ \mathrm{M}$

$K = \dfrac{[\mathrm{C}][\mathrm{D}]}{[\mathrm{A}][\mathrm{B}]}$
$= \dfrac{0.4 \times 0.4}{0.4 \times 0.8} = \dfrac{0.16}{0.32} = 0.5$

• 1.0: B의 평형 농도를 0.8이 아닌 0.4로 잘못 잡으면 나오는 값이다.
• 1.5: 위 평형 농도로 계산한 값과 맞지 않는다.
• 2.0: 역반응의 평형 상수(0.5의 역수)에 해당한다.

옳게 짝 지은 것은 $\mathrm{HSO_3^-}$ — 아황산수소 이온이다.

산소 수가 많은 쪽부터 과○산 → ○산 → 아○산 → 하이포아○산 순으로 이름이 붙고, H가 붙으면 '○○수소'라고 부른다. $\mathrm{SO_3^{2-}}$가 아황산 이온이므로 $\mathrm{HSO_3^-}$는 아황산수소 이온이다.

• $\mathrm{ClO_2^-}$: 아염소산 이온이다. 하이포염소산 이온은 $\mathrm{ClO^-}$이다.
• $\mathrm{NO_2^-}$: 아질산 이온이다. 질산 이온은 $\mathrm{NO_3^-}$이다.
• $\mathrm{MnO_4^-}$: 과망가니즈산 이온이다. 망가니즈산 이온은 $\mathrm{MnO_4^{2-}}$이다.

옳지 않은 것은 중성자 수가 5라는 설명이다.

원소 기호 왼쪽 아래는 원자번호(양성자 수) 5, 왼쪽 위는 질량수 11이다.
중성자 수 = 질량수 − 양성자 수 = 11 − 5 = 6

• 양성자 수 5: 원자번호와 같으므로 옳다.
• 전자 수 5: 중성 원자이므로 양성자 수와 같아 옳다.
• 원자번호 5: 기호 왼쪽 아래 숫자 그대로이므로 옳다.

클라우지우스–클래페이론 식에 대입하면 증발열은 4,400 J/mol이다.

$\ln\dfrac{P_2}{P_1} = \dfrac{\Delta H_{vap}}{R}\left(\dfrac{1}{T_1} - \dfrac{1}{T_2}\right)$

$\ln\dfrac{900}{300} = \ln 3 = 1.1$
$\dfrac{1}{250} - \dfrac{1}{500} = \dfrac{1}{500}\ \mathrm{K^{-1}}$
$\Delta H_{vap} = 1.1 \times 8 \times 500 = 4400\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$

• 1,100: 위 식으로 계산한 값의 1/4로 맞지 않는다.
• 2,200: 온도 역수 차를 1/500 대신 1/250로 잘못 잡으면 나오는 값이다.
• 6,600: 위 식으로 계산한 값보다 크며 맞지 않는다.

옳지 않은 진술은 지점 ⓑ보다 지점 ⓒ의 핵간 전자밀도가 더 낮다는 것이다.

ⓒ는 퍼텐셜 에너지가 최저인 결합 길이로, 두 원자 오비탈이 가장 효과적으로 겹쳐 핵 사이 전자밀도가 ⓑ보다 높다. 따라서 ⓒ의 전자밀도가 더 낮다는 설명은 틀렸다.

• ⓐ에서 ⓑ로 핵간 거리가 줄면 한 원자의 핵이 다른 원자의 전자를 끌어당기는 인력이 커져 에너지가 낮아지므로 옳다.
• ⓐ(완전히 떨어진 두 원자, 에너지 0)와 ⓒ(최저점)의 에너지 차이는 결합을 끊는 데 필요한 에너지, 곧 결합 에너지이므로 옳다.
• ⓒ보다 거리가 짧아지는 ⓓ 쪽으로 가면 핵-핵 반발이 급격히 커져 에너지가 다시 올라가므로 옳다.

옳지 않은 것은 4f 오비탈의 자기 양자수가 −4부터 4까지라는 설명이다.

자기 양자수는 $m_l = -l, \dots, 0, \dots, +l$이며, f 오비탈은 $l = 3$이므로 $m_l = -3 \sim +3$의 7개뿐이다.

• 오비탈 총수 16개: $n^2 = 4^2 = 16$이므로 옳다.
• 부껍질 4개: 부껍질 수는 n과 같아 4s, 4p, 4d, 4f 네 개이므로 옳다.
• 각운동량 양자수 0, 1, 2, 3: $l = 0 \sim n-1$이므로 옳다.

중심 원자의 비공유 전자쌍이 가장 많은 분자는 $\mathrm{XeF_2}$(3쌍)이다.

중심 원자의 비공유 전자쌍 수 = (원자가 전자 수 − 결합에 쓴 전자 수) ÷ 2로 구한다. Xe는 원자가 전자 8개 중 2개를 결합에 쓰므로 $(8-2) \div 2 = 3$쌍이다.

• $\mathrm{XeF_4}$: $(8-4) \div 2 = 2$쌍이다.
• $\mathrm{ClF_3}$: Cl은 원자가 전자 7개이므로 $(7-3) \div 2 = 2$쌍이다.
• $\mathrm{SF_2}$: S는 원자가 전자 6개이므로 $(6-2) \div 2 = 2$쌍이다.

표준 전지 전위가 1.10 V이고 전자 2몰이 이동하므로 $|\Delta G^\circ|$는 212.30 kJ이다.

$E^\circ_{cell} = E^\circ_{cathode} - E^\circ_{anode} = 0.34 - (-0.76) = 1.10\ \mathrm{V}$

$\Delta G^\circ = -nFE^\circ$
$= -2 \times 96500 \times 1.10 = -212300\ \mathrm{J} = -212.30\ \mathrm{kJ}$

• 106.15: 이동 전자 수 n을 1로 잡은 값이다.
• 81.06: 두 전극 전위를 더하지 않고 빼서 0.42 V로 계산하고 n = 2를 적용한 값이다.
• 40.53: 전위 0.42 V에 n = 1을 적용한 값이다.

이 착화합물은 $\mathrm{[Fe(NH_3)_4Cl_2]Cl}$이며 중심 금속이 $\mathrm{Fe^{3+}}$($d^5$)이므로 상자기성이다.

6배위를 채우려면 $\mathrm{NH_3}$ 4개와 Cl 2개가 리간드가 되고 남은 Cl 1개가 상대 이온이 된다. $d^5$는 고스핀이면 홀전자 5개, 저스핀이어도 1개가 남으므로 어느 경우든 상자기성이다.

• 산화수 +2: $x + 4(0) + 2(-1) = +1$에서 $x = +3$이다.
• 거울상 이성질체: $\mathrm{MA_4B_2}$형 팔면체는 cis·trans 기하 이성질체만 있고, 두 형태 모두 대칭면이 있어 거울상 이성질체가 없다.
• 이온 3 몰: 착이온 1개와 $\mathrm{Cl^-}$ 1개로 해리되어 이온 2 몰이 생긴다.

네온의 몰분율이 0.2이므로 부분 압력은 0.20 atm이다.

돌턴의 부분 압력 법칙: $P_{\mathrm{Ne}} = X_{\mathrm{Ne}} \times P_{total}$
$X_{\mathrm{Ne}} = \dfrac{0.01}{0.01 + 0.04} = 0.2$
$P_{\mathrm{Ne}} = 0.2 \times 1.0 = 0.20\ \mathrm{atm}$

• 0.40: 네온 몰분율 0.2와 맞지 않는 값이다.
• 0.80: 헬륨의 부분 압력에 해당한다.
• 1.00: 전체 압력이며 네온 한 성분의 압력이 아니다.

두 화합물 모두 크로뮴의 산화수는 +6이다.

K는 +1, O는 −2로 두고 전체 산화수 합 = 0을 적용한다.
$\mathrm{K_2Cr_2O_7}: 2(+1) + 2x + 7(-2) = 0 \Rightarrow x = +6$
$\mathrm{K_2CrO_4}: 2(+1) + x + 4(-2) = 0 \Rightarrow x = +6$

• +6, +5 조합: 크롬산포타슘에서도 계산값은 +6이다.
• +8, +5 조합: 6족인 Cr의 최고 산화수는 +6이므로 +8은 불가능하고, 크롬산포타슘도 +6이다.
• +8, +6 조합: 크롬산포타슘은 맞지만 중크롬산포타슘의 계산값도 +6이며 +8은 Cr의 최고 산화수를 넘는다.

ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳은 설명이다.

세 설명이 각각 가황, 곁가지와 밀도의 관계, 공중합체의 정의를 정확히 서술한다.

• ㄱ: 천연고무를 황과 가열하면 사슬 사이에 황 다리(가교)가 생겨 탄성과 강도가 커진다(가황).
• ㄴ: 저밀도 폴리에틸렌은 곁가지가 많아 사슬이 촘촘히 쌓이지 못하므로 밀도와 결정성이 낮다.
• ㄷ: ABS는 아크릴로나이트릴·뷰타다이엔·스타이렌 세 단위체로 만든 공중합체이다.

산소가 한계 반응물이 되어 반응 후 에탄올 1 몰이 남는다.

$\mathrm{C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O}$
에탄올 10 몰을 모두 태우려면 산소 30 몰이 필요한데 27 몰뿐이므로 산소가 먼저 소진된다.

산소 27 몰 → 에탄올 9 몰 소모(1 몰 남음), $\mathrm{CO_2}$ 18 몰, $\mathrm{H_2O}$ 27 몰 생성.

• 한계 반응물 에탄올: 한계 반응물은 산소이다.
• 물 25 몰: 산소 27 몰과 같은 27 몰이 생성된다.
• 이산화탄소 20 몰: 에탄올 9 몰만 반응하므로 18 몰이다.

이 화합물의 IUPAC명은 (E)-3,6,6-trimethylhept-2-ene이다.

이중결합을 포함한 가장 긴 사슬은 탄소 7개(hept)이며, 이중결합에 가장 작은 번호가 오도록 오른쪽 끝 메틸부터 번호를 매기면 이중결합은 C2, 메틸기는 C3·C6·C6에 놓인다.

C2에서는 메틸기가 수소보다, C3에서는 사슬 쪽 $\mathrm{CH_2}$기가 메틸기보다 우선순위가 높은데, 구조식에서 두 우선 치환기가 이중결합의 반대편에 있으므로 E 배치이다.

• 번호를 반대 방향에서 매긴 5-ene 명명은 이중결합 위치 번호가 더 커지므로 IUPAC 규칙에 어긋난다.
• Z 배치는 두 우선 치환기가 같은 편에 있을 때이므로 이 구조와 맞지 않는다.

옳지 않은 것은 서로 수직인 $p_x$와 $p_y$ 궤도함수 간의 π 결합이다.

π 결합은 서로 평행한 p 궤도함수가 옆으로 겹쳐야 생긴다. 수직인 두 궤도함수는 겹침이 0이라 결합을 만들지 못하며, 아세틸렌의 두 π 결합은 $p_x$–$p_x$, $p_y$–$p_y$ 쌍으로 각각 형성된다.

• H 1s와 C sp 간 σ 결합: C–H 결합이므로 존재한다.
• 두 C의 sp 혼성 궤도함수 간 σ 결합: 삼중 결합 중 하나인 σ 결합이다.
• 평행한 $p_x$ 궤도함수 간 π 결합: 삼중 결합의 π 결합 중 하나이다.

알코올과 카복실산이 물을 내놓고 축합하면 에스터가 생성된다.

에스터화 반응: $\mathrm{ROH + R'COOH \rightarrow R'COOR + H_2O}$

• 케톤: 2차 알코올의 산화 등으로 얻는 R–CO–R′ 구조이며 이 반응의 생성물이 아니다.
• 에터: 알코올 두 분자의 탈수 축합으로 생기는 R–O–R′ 구조이다.
• 알데하이드: 1차 알코올의 부분 산화로 얻는 –CHO 구조이다.

정반응이 흡열 반응($\Delta H^\circ > 0$)이므로 온도를 낮추면 발열 방향인 왼쪽으로 평형이 이동한다.

르 샤틀리에 원리에 따라 계는 가해진 변화를 줄이는 방향으로 이동한다.

• $\mathrm{N_2O_4}$ 첨가: 반응물이 늘어 오른쪽으로 이동한다.
• $\mathrm{NO_2}$ 제거: 생성물이 줄어 오른쪽으로 이동한다.
• $\mathrm{N_2}$ 첨가로 전체압력 증가: 반응에 참여하지 않는 기체이므로 부피가 일정하면 각 성분의 부분 압력이 변하지 않아 평형이 이동하지 않는다.

같은 족에서 아래로 갈수록 이온 반지름이 커지므로 $\mathrm{Be^{2+} < Mg^{2+} < Ca^{2+} < Sr^{2+}}$이다.

모두 같은 +2 전하이며, 주기가 커질수록 전자 껍질 수가 늘어 반지름이 커진다.

• $\mathrm{Mg^{2+}}$가 가장 작고 $\mathrm{Ca^{2+}}$가 가장 큰 순서: Be 이온이 가장 작고 Sr 이온이 가장 크다.
• $\mathrm{Ca^{2+}}$가 가장 작은 순서: 족 내 순서를 뒤섞은 것이다.
• $\mathrm{Sr^{2+}}$가 가장 작은 순서: 족 내 크기 경향과 정반대이다.

옳지 않은 것은 F 이온의 배위수가 6이라는 설명이다.

형석 구조에서 F 이온은 Ca 이온이 만든 면심 입방 격자의 사면체 구멍을 모두 채우므로 배위수는 4이고, Ca 이온의 배위수는 8이다.

• Ca 이온의 입방 조밀쌓임 배열: Ca 이온이 면심 입방(fcc)으로 배열하므로 옳다.
• 단위 세포당 화학식 단위 4개: Ca 이온 4개, F 이온 8개이므로 옳다.
• F 이온의 원시 입방 격자: 8개의 F 이온이 단위 세포 안에서 작은 단순 입방 배열을 이루므로 옳다.