[9급 지방직 화학] 14년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

수천 년 전 생물의 연대 측정에는 탄소-14가 가장 적합하다.
살아 있는 식물은 광합성으로 대기 중 $\mathrm{^{14}C}$를 일정 비율로 받아들이다가 죽으면 공급이 끊겨 방사성 붕괴로만 감소한다. 반감기가 수천 년 규모라 수천~수만 년 된 유기물의 연대 측정에 알맞다.
질소-14: 안정 동위원소로 붕괴하지 않으므로 연대 측정에 쓸 수 없다.
산소-17: 역시 안정 동위원소다.
포타슘-40: 반감기가 수십억 년 규모로 너무 길어 암석·광물의 연대 측정에 쓰이며, 수천 년 된 식물에는 적합하지 않다.

네 물질 중 물에 녹아 산성을 띠는 것은 이산화 황 하나뿐이다.
비금속 산화물인 $\mathrm{SO_2}$는 물과 반응해 아황산($\mathrm{H_2SO_3}$)을 만드는 산성 산화물이다. 나머지는 모두 수용액에서 $\mathrm{OH^-}$을 내놓는다.
암모니아: 물에서 $\mathrm{NH_4^+}$과 $\mathrm{OH^-}$을 만드는 약염기이다.
산화 바륨: 금속 산화물로 물과 반응해 수산화 바륨이 되는 염기성 산화물이다.
수산화 바륨: 물에서 해리해 $\mathrm{OH^-}$을 내는 강염기이다.

과염소산과 암모니아가 과염소산암모늄을 만드는 반응은 산화수 변화가 없는 산-염기 반응이다.
$\mathrm{HClO_4 + NH_3 \rightarrow NH_4ClO_4}$에서 양성자만 이동할 뿐 H(+1), N(−3), Cl(+7), O(−2)의 산화수가 반응 전후에 그대로다.
질소와 수소의 암모니아 합성: N은 0 → −3, H는 0 → +1로 변하는 산화-환원 반응이다.
과산화수소의 분해: O가 −1에서 −2(물)와 0(산소)으로 동시에 변하는 불균등화 반응이다.
질산은과 구리의 반응: Cu는 0 → +2로 산화, Ag는 +1 → 0으로 환원된다.

결합의 극성이 가장 작은 것은 $\mathrm{SiH_4}$의 Si-H 결합이다.
결합의 극성은 두 원자의 전기음성도 차이가 클수록 크다. Si와 H는 전기음성도가 서로 매우 비슷해 차이가 가장 작다.
HF의 F-H: F는 전기음성도가 가장 큰 원소라 H와의 차이가 가장 크고 극성도 가장 크다.
$\mathrm{H_2O}$의 O-H: O와 H의 차이가 커서 극성이 크다(F-H 다음).
$\mathrm{NH_3}$의 N-H: N과 H의 차이는 O-H보다 작지만 Si-H보다는 크다.

끓는점 비교가 옳은 것은 HBr < HI와 $\mathrm{O_2}$ < NO이다.
비슷한 구조에서는 분자량이 클수록 분산력이 커지고, 분자량이 비슷하면 극성 분자나 수소 결합을 하는 분자의 끓는점이 높다.
HBr < HI: HI의 분자량이 더 커 분산력이 강하므로 옳다.
$\mathrm{O_2}$ < NO: 분자량이 비슷한데 NO는 극성 분자라 쌍극자 힘이 더해지므로 옳다.
HCOOH < $\mathrm{CH_3CHO}$: 폼산은 카복실기로 수소 결합을 하므로 오히려 아세트알데하이드보다 끓는점이 훨씬 높다.

반응물인 HF가 소모되면 이를 보충하는 방향, 즉 역반응 쪽으로 평형이 이동한다.
르샤틀리에 원리에 따라 평형은 가해진 변화를 줄이는 방향으로 움직인다. 이 반응은 열을 내놓는 발열 반응이다.
$\mathrm{UO_2(s)}$ 첨가: 고체는 평형 상수식에 들어가지 않으므로 평형이 이동하지 않는다.
Ar 첨가: 반응에 참여하지 않는 기체로, 부피가 일정하면 각 성분의 분압이 변하지 않아 평형이 이동하지 않는다.
온도 낮춤: 발열 반응이므로 열을 내놓는 정반응 쪽으로 이동한다.

균형 반응식은 $\mathrm{2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O}$이므로 a=2, b=13, c=8, d=10이다.
탄소와 수소부터 맞춘다. 부탄 1개당 $\mathrm{CO_2}$ 4개와 $\mathrm{H_2O}$ 5개가 생기므로 산소 원자는 8+5=13개, 즉 $\mathrm{O_2}$ 6.5개가 필요하다.
분수를 없애려 전체에 2를 곱하면 2, 13, 8, 10이 된다.
a=1, b=5, c=4, d=10인 짝: 수소가 좌변 10개, 우변 20개로 맞지 않는다.
a=2, b=10, c=8, d=10인 짝: 산소가 좌변 20개, 우변 26개로 맞지 않는다.
a=2, b=13, c=8, d=5인 짝: 수소가 좌변 20개, 우변 10개로 맞지 않는다.

전기도금에 이용되는 것은 볼타 전지가 아니라 전해 전지이므로 이 설명이 옳지 않다.
볼타(갈바니) 전지는 자발적 산화-환원 반응으로 전기를 만들고, 전기도금은 외부 전원으로 비자발적 반응을 일으켜 금속 이온을 환원·석출시키는 전기분해 과정이다.
자발적 산화-환원 반응으로 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾼다는 설명: 볼타 전지의 정의 그대로다.
다니엘 전지가 볼타 전지의 한 예라는 설명: 아연-구리 전지는 대표적인 볼타 전지다.
Zn|$Zn^{2+}$∥$Cu^{2+}$|Cu 전지에서 산화전극 질량이 감소한다는 설명: 산화전극인 Zn이 $\mathrm{Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-}$로 녹아 나가므로 질량이 줄어든다.

전체 반응은 $\mathrm{2NO + Cl_2 \rightarrow 2NOCl}$이고 속도 법칙은 $\mathrm{k[NO]^2[Cl_2]}$이다.
두 단계를 더하면 중간체 $\mathrm{NOCl_2}$가 상쇄된다. 속도는 느린 단계가 결정하므로 $\mathrm{v = k_2[NOCl_2][NO]}$이다.
앞선 빠른 평형에서 $\mathrm{[NOCl_2] = K[NO][Cl_2]}$를 대입하면 $\mathrm{v = k[NO]^2[Cl_2]}$가 된다.
NO와 $\mathrm{Cl_2}$에 각각 1차인 속도식: 중간체 대입 과정에서 생기는 NO의 차수 1이 빠졌다.
$\mathrm{NOCl_2 + NO}$를 전체 반응으로 쓴 것: 중간체는 전체 반응식에 나타나지 않는다.
$\mathrm{Cl_2}$에 2차인 속도식: $\mathrm{Cl_2}$는 빠른 단계에 한 번만 관여하므로 1차이다.

(가)는 서로 다른 원소 X와 Y 사이의 결합이므로 극성 공유 결합을 갖는다.
(가)의 중심 원자 X는 공유 전자쌍 2개와 비공유 전자쌍 2개를 가져 굽은형이다. (나)의 중심 원자 Z는 공유 전자쌍 3개만 있고 비공유 전자쌍이 없다.
(나)가 정사면체형이라는 설명: 중심 원자의 전자쌍이 3개뿐이므로 평면 삼각형이다.
(나)의 중심 원자가 옥텟을 만족한다는 설명: Z 주위의 전자는 6개로 옥텟에 못 미친다.
결합각이 (가)가 더 크다는 설명: 굽은형인 (가)는 약 104° 안팎, 평면 삼각형인 (나)는 120°이므로 (나)가 더 크다.

몰수가 가장 적은 것은 2.0×$10^{23}$개의 NO이다.
몰수 = 질량 ÷ 분자량, 또는 입자 수 ÷ 아보가드로수로 구한다.
$\mathrm{N_2}: \dfrac{14}{28} = 0.5\ \mathrm{mol}$
$\mathrm{NO_2}: \dfrac{23}{46} = 0.5\ \mathrm{mol}$
$\mathrm{OF_2}: \dfrac{54}{54} = 1.0\ \mathrm{mol}$
$\mathrm{NO}: \dfrac{2.0\times10^{23}}{6.02\times10^{23}} \approx 0.33\ \mathrm{mol}$
14 g의 질소: 0.5 mol로 NO보다 많다.
23 g의 이산화질소: 0.5 mol로 NO보다 많다.
54 g의 이플루오린화 산소: 1.0 mol로 가장 많다.

양성자 수 8인 원자는 산소(O)이므로 주기율표 2주기 원소라는 설명이 옳다.
원자 번호 = 양성자 수 = 8이고, 중성 원자이므로 전자 수도 8이다. 전자 배치가 $1s^2 2s^2 2p^4$로 바깥 전자 껍질이 두 번째이므로 2주기 16족이다.
중성자 개수가 8이라는 설명: 중성자 수 = 질량수 − 양성자 수 = 17 − 8 = 9이다.
전자 개수가 9라는 설명: 중성 원자의 전자 수는 양성자 수와 같은 8이다.
8족 원소라는 설명: 산소는 16족 원소다.

우유가 부패하는 것은 새로운 물질이 생성되는 화학적 변화이다.
부패는 미생물에 의해 단백질·당 등이 분해되어 산·기체 등 성질이 다른 물질로 바뀌는 과정이다. 나머지는 물질의 종류는 그대로이고 상태나 분포만 바뀌는 물리적 변화다.
설탕이 물에 녹음: 설탕 분자가 그대로 물속에 흩어지는 용해로, 물을 증발시키면 설탕을 되찾을 수 있다.
물이 끓어 수증기가 됨: 액체에서 기체로의 상태 변화일 뿐 여전히 물 분자다.
나프탈렌의 승화: 고체에서 기체로 바로 바뀌는 상태 변화다.

엔트로피가 증가하는 과정은 소금의 용해와 얼음의 융해이다.
입자가 더 넓게 퍼지거나 움직임이 자유로워질수록 무질서도가 커진다.
소금의 용해: 결정 속에 고정된 이온이 물속으로 흩어지므로 증가한다.
공기에서 질소 분리: 섞여 있던 기체를 순수한 성분으로 나누는 것이므로 감소한다.
기체의 냉각과 부피 감소: 분자 운동이 둔해지고 차지하는 공간이 줄어 감소한다.
얼음이 녹아 물이 됨: 고체가 액체가 되어 분자 배열이 흐트러지므로 증가한다.

반응 전후 수용액에 그대로 남는 $\mathrm{Na^+(aq)}$과 $\mathrm{NO_3^-(aq)}$이 구경꾼 이온이다.
알짜 이온 반응식은 $\mathrm{Pb^{2+}(aq) + 2Cl^-(aq) \rightarrow PbCl_2(s)}$로, 앙금을 만드는 이온만 반응에 참여한다. 질산 나트륨은 물에 녹아 이온으로 남는다.
$\mathrm{Pb^{2+}}$과 $\mathrm{Cl^-}$의 조합: 둘 다 앙금 $\mathrm{PbCl_2}$를 만드는 반응 이온이다.
$\mathrm{Pb^{2+}}$과 $\mathrm{NO_3^-}$의 조합: 납 이온은 앙금으로 빠져나가므로 구경꾼이 아니다.
$\mathrm{Na^+}$과 $\mathrm{Cl^-}$의 조합: 염화 이온은 앙금 생성에 쓰이므로 구경꾼이 아니다.

화합물은 두 종류 이상의 원소가 결합한 물질이므로 원자 형태로 존재하는 화합물은 없다. 따라서 이 설명이 옳지 않다.
원자 단위로 존재하는 것은 He, Ne 같은 비활성 기체나 금속 등의 원소이며, 화합물은 반드시 분자나 이온 결합체 등으로 존재한다.
용액이 균일한 혼합물이라는 설명: 용액은 성분이 고르게 섞인 균일 혼합물이다.
분자 형태로 존재하는 원소가 있다는 설명: $\mathrm{H_2,\ O_2,\ N_2}$ 등은 같은 원소로 이루어진 분자다.
수소와 중수소가 서로 다른 원자라는 설명: 양성자 수는 같지만 중성자 수가 달라 질량이 다른 동위원소, 즉 서로 다른 원자다.

옳은 설명은 (가)와 (나)의 부피가 같다는 것 하나이다.
몰수가 같으므로 $\mathrm{V \propto \dfrac{T}{P}}$이다.
(가) 100/1=100, (나) 200/2=100, (다) 400/2=200이므로 부피 비는 1 : 1 : 2이다.
부피가 (가)와 (나)에서 같다: 위 계산대로 옳다.
단위 부피당 입자 수가 (가)와 (다)에서 같다: (다)의 부피가 (가)의 2배이므로 입자 밀도는 절반이다.
평균 속력이 (다)가 (나)의 2배: 평균 속력은 $\mathrm{\sqrt{T}}$에 비례하므로 온도가 2배이면 $\mathrm{\sqrt{2}}$배이다.

음의 편차는 용질-용매 인력이 더 강해 증기압이 이상 용액보다 낮아지는 현상이다.
서로 다른 분자 사이의 인력이 강하면 분자가 액체에서 빠져나가기 어려워 실제 증기압이 라울의 법칙 예측값보다 작아진다.
증기압이 예측값보다 작다: 음의 편차의 정의 그대로이므로 옳다.
증기압이 용질 입자 수와 무관하다: 증기압은 성분의 몰분율, 즉 입자 수에 따라 달라지므로 틀리다.
용질-용매 인력이 용매-용매 인력보다 강하다: 음의 편차의 원인이므로 옳다.

1기압에서 액체-기체 경계선과 만나는 온도가 60℃와 70℃ 사이이므로 정상 끓는점은 60℃보다 높다.
상 그림에서 정상 끓는점은 1기압 선과 증기 압력 곡선의 교점이다. 세 곡선이 만나는 삼중점은 약 25℃ 부근에 있다.
고체의 밀도가 액체보다 낮다는 설명: 고체-액체 경계선이 오른쪽으로 기울어 있어 압력을 높이면 고체가 되므로 고체가 더 조밀하다.
세 상이 공존하는 온도가 30℃보다 높다는 설명: 삼중점은 30℃보다 낮은 약 25℃ 부근이다.
20℃ 기체를 압축하면 액체가 된다는 설명: 삼중점보다 낮은 온도이므로 압력을 높이면 액체를 거치지 않고 고체가 된다.

염기의 세기는 $\mathrm{Cl^- < H_2O < F^-}$ 순이다.
짝산이 강할수록 그 짝염기는 약하다. 각 짝산의 세기는 HCl > $\mathrm{H_3O^+}$ > HF 순이다.
염화 이온이 가장 강하다는 배열: HCl은 강산이므로 $\mathrm{Cl^-}$는 물보다도 약한 염기이다.
물이 가장 약하다는 배열: $\mathrm{H_3O^+}$보다 강한 산인 HCl의 짝염기 $\mathrm{Cl^-}$가 물보다 약하다.
플루오린화 이온을 가장 약하게 둔 배열: HF는 약산이므로 $\mathrm{F^-}$는 세 화학종 중 가장 강한 염기이다.