[9급 지방직 화학] 09년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

그림에서 HX는 전부 이온화했고 HY는 일부가 분자로 남아 있으므로 HX가 HY보다 센 산이며 더 강한 전해질이다.
같은 농도에서 이온화 정도가 클수록 센 산이고, 용액 속 이온 수가 많을수록 전기 전도성이 커서 강전해질이 된다. HX 용액에는 $\mathrm{H^+}$과 $\mathrm{X^-}$만 있고, HY 용액에는 HY 분자가 섞여 있다.
HY가 센 산이라는 설명: 분자로 남은 HY가 있으므로 HY는 약산이다.
HY가 더 강한 전해질이라는 설명: 이온 수가 적은 HY 용액이 전도성이 더 작다.
산의 세기와 전해질 세기의 순서를 서로 반대로 둔 설명: 같은 농도에서는 센 산이 곧 강전해질이므로 두 순서는 일치한다.

자발적인 기화는 $\Delta H>0$, $\Delta S>0$, $\Delta G<0$인 과정이다.
액체가 기체로 되려면 분자 간 인력을 끊어야 하므로 열을 흡수하고(흡열), 분자 배치가 훨씬 무질서해지므로 엔트로피가 증가한다. 자발적이라고 했으므로 $\Delta G=\Delta H-T\Delta S<0$이다.
세 부호가 모두 양수인 조합: $\Delta G>0$이면 비자발적이므로 틀리다.
엔트로피가 감소하는 조합: 기체가 되면 무질서도가 커지므로 틀리다.
세 부호가 모두 음수인 조합: 기화는 흡열이고 엔트로피가 증가하므로 틀리다.

$\mathrm{CCl_4}$는 극성 결합을 가지지만 분자 전체의 쌍극자 모멘트는 0이다.
C–Cl 결합은 전기음성도 차이로 극성이지만, 네 결합이 정사면체로 대칭 배열되어 결합 쌍극자가 서로 상쇄된다.
$\mathrm{H_2}$: 같은 원자끼리의 무극성 결합이라 극성 결합 자체가 없다.
$\mathrm{HCl}$: 극성 결합이 하나뿐이라 상쇄되지 않아 쌍극자 모멘트를 가진다.
$\mathrm{CO}$: 이원자 극성 분자라 쌍극자 모멘트를 가진다.

이온화에너지가 3차에서 4차로 넘어갈 때 급증하므로 원자가 전자가 3개인 붕소(B)이다.
원자가 전자를 모두 떼어 낸 다음에는 안쪽 껍질(1s) 전자를 떼어야 하므로 에너지가 크게 뛴다. $\mathrm{IE_3}$는 3,660 kJ/mol인데 $\mathrm{IE_4}$는 25,025 kJ/mol로 약 7배 증가한다.
탄소(C): 원자가 전자가 4개이므로 4차와 5차 사이에서 급증해야 한다.
질소(N): 원자가 전자가 5개이므로 5차 이후에야 급증한다.
산소(O): 원자가 전자가 6개이므로 6차 이후에야 급증한다.

반응한 산소는 16 g이고 산화칼슘의 화학식은 $\mathrm{CaO}$이다.
질량 보존: $56-40=16\ \mathrm{g}$의 산소가 결합했다.
몰수: $\mathrm{Ca}=\dfrac{40}{40}=1\ \mathrm{mol}$, $\mathrm{O}=\dfrac{16}{16}=1\ \mathrm{mol}$
원자 수 비 1 : 1이므로 $\mathrm{CaO}$이다.
8 g, $\mathrm{CaO_2}$: 산소 질량이 질량 보존과 맞지 않고 원자 수 비도 틀리다.
16 g, $\mathrm{CaO_2}$: Ca : O = 1 : 2가 되려면 산소 32 g이 필요하다.
16 g, $\mathrm{Ca_2O}$: Ca : O = 2 : 1이 되려면 산소 8 g이어야 한다.

결합 형태가 다른 것은 $\mathrm{HCl}$로, 비금속 원소끼리의 공유 결합 화합물이다.
나머지는 금속 양이온과 비금속 음이온이 정전기적 인력으로 결합한 이온 결합 화합물이다.
$\mathrm{CaF_2}$: 금속 Ca와 비금속 F의 이온 결합 화합물이다.
$\mathrm{NaCl}$: 금속 Na와 비금속 Cl의 대표적인 이온 결합 화합물이다.
$\mathrm{ZnS}$: 금속 Zn과 비금속 S로 이루어진 이온성 결정(섬아연석형)으로 분류된다.

pH 1.5의 강한 산성 용액에서 글리신은 아미노기와 카복실기가 모두 양성자화된 양이온 형태($\mathrm{^+NH_3{-}CH_2{-}COOH}$)로 존재한다.
카복실기의 $\mathrm{p}K_a$(약 2)보다 pH가 낮으면 –COOH가 그대로 남고, 아미노기는 산성에서 $\mathrm{-NH_3^+}$로 양성자화된다.
전하가 없는 $\mathrm{NH_2{-}CH_2{-}COOH}$ 형태: 강산성에서는 아미노기가 양성자를 받아 $\mathrm{-NH_3^+}$가 되므로 우세하지 않다.
음이온 $\mathrm{NH_2{-}CH_2{-}COO^-}$: 염기성 용액에서 우세한 형태다.
쯔비터이온 $\mathrm{^+NH_3{-}CH_2{-}COO^-}$: 등전점 부근(중성 근처)에서 우세한 형태다.

산화－환원 반응이 아닌 것은 착화합물의 형성(ㄴ)과 산성비에 의한 대리석상의 손상(ㅁ)이다.
착화합물 형성은 리간드가 비공유 전자쌍을 금속 이온에 내주는 루이스 산－염기 반응이라 산화수가 변하지 않는다. 대리석 손상도 $\mathrm{CaCO_3} + 2\mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{Ca^{2+}} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}$인 산－염기 반응이다.
프로판의 연소: 탄소가 산화되고 산소가 환원되는 산화－환원 반응이다.
물의 전기분해: 수소는 환원되어 $\mathrm{H_2}$, 산소는 산화되어 $\mathrm{O_2}$가 생긴다.
건전지 반응: 아연이 산화되고 이산화망가니즈가 환원되어 전류를 낸다.

성층권까지 올라가 오존층을 파괴하는 것은 수소가 없는 염화플루오린화탄소인 $\mathrm{CF_2Cl_2}$와 $\mathrm{CFCl_3}$이다.
C－H 결합이 없는 CFC는 대류권에서 거의 분해되지 않아 성층권까지 올라가고, 그곳에서 자외선에 분해되어 Cl 라디칼을 내놓아 오존을 연쇄적으로 분해한다.
$\mathrm{CF_3CHCl_2}$: C－H 결합이 있어 대부분 대류권에서 OH 라디칼과 반응해 분해되므로 성층권 도달이 적은 대체 물질이다.
$\mathrm{CF_3CF_2H}$: 염소가 없으므로 오존을 분해하는 Cl을 내놓지 못한다.

모든 원자가 한 평면에 놓이는 분자는 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠이다.
에틸렌과 벤젠은 탄소가 $\mathrm{sp^2}$ 혼성이라 평면 구조이고, 아세틸렌은 sp 혼성의 직선형이라 당연히 한 평면에 놓인다.
에테인: 탄소가 $\mathrm{sp^3}$ 혼성인 사면체 구조라 수소들이 한 평면에 있지 않다.
시클로헥산: $\mathrm{sp^3}$ 탄소로 이루어져 의자형 등으로 주름진 비평면 고리다.

전해질 세기는 NaCl ＞ $\mathrm{NH_3}$ ＞ $\mathrm{H_2O}$ ＞ $\mathrm{CH_3CH_2OH}$ 순이다.
NaCl은 물에서 완전히 해리하는 강전해질, 암모니아는 일부만 이온화하는 약전해질이다. 순수한 물은 자동이온화가 극히 적어 암모니아 수용액보다 약하고, 에탄올은 이온화하지 않는 비전해질이다.
에탄올을 물보다 앞에 둔 배열: 에탄올은 이온을 만들지 않아 가장 약하다.
물을 암모니아보다 앞에 둔 배열: 물의 이온화는 암모니아보다 훨씬 작다.
에탄올을 맨 앞에 둔 배열: 비전해질을 가장 강한 전해질로 둔 잘못된 순서다.

온도에 따른 설탕의 용해도 증가는 용질 고유의 성질(용해 평형의 온도 의존성)이므로 총괄성과 관련이 없다.
총괄성은 용질의 종류와 무관하게 용질 입자 수에만 의존하는 성질로 증기압 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압이 있다.
증류수 속 적혈구 팽창: 세포 안쪽 농도가 높아 물이 들어가는 삼투 현상이다.
진한 소금물에서 피클이 쭈그러듦: 바깥 농도가 높아 물이 빠져나가는 삼투 현상이다.
에틸렌 글리콜 부동액: 용질 첨가로 인한 어는점 내림을 이용한다.

적용 범위가 가장 넓은 것은 Lewis 이론이다.
Lewis 이론은 산을 전자쌍 받개, 염기를 전자쌍 주개로 정의하므로 양성자($\mathrm{H^+}$)가 없는 반응(예: $\mathrm{BF_3}$와 $\mathrm{NH_3}$)까지 포함한다. 적용 범위는 Arrhenius ⊂ Brønsted-Lowry ⊂ Lewis 순이다.
Arrhenius 이론: 수용액에서 $\mathrm{H^+}$, $\mathrm{OH^-}$를 내는 물질로 한정되어 가장 좁다.
Brønsted 이론: 산을 양성자 주개로 보는 정의로, 양성자 이동이 없는 산·염기 반응은 설명하지 못한다.
Brønsted-Lowry 이론: 같은 양성자 주개·받개 정의이므로 Lewis 이론보다 적용 범위가 좁다.

이온화 에너지가 가장 큰 원소는 네온(Ne)이다.
이온화 에너지는 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록, 같은 족에서 위로 갈수록 커진다. Ne은 2주기 18족의 안정한 전자 배치를 가져 전자를 떼어내기 가장 어렵다.
칼륨(K): 4주기 1족 알칼리 금속으로 원자 반지름이 커서 이온화 에너지가 작다.
실리콘(Si): 3주기 14족으로 Ne보다 주기가 아래이고 족이 왼쪽이라 작다.
세슘(Cs): 6주기 1족으로 넷 중 이온화 에너지가 가장 작다.

클로로벤젠 2 mol이 클로랄 1 mol과 반응해 DDT는 1 mol만 생기므로, DDT 2 mol이 얻어진다는 설명이 옳지 않다.
클로로벤젠: $\dfrac{226}{113} = 2\ \mathrm{mol}$
클로랄: $\dfrac{157}{147} \approx 1.07\ \mathrm{mol}$
계수비 2 : 1이므로 클로로벤젠 2 mol은 클로랄 1 mol만 필요하고 DDT 1 mol(354 g)이 이론 수득량이다.
한계시약이 클로로벤젠이라는 설명: 클로랄이 남으므로 먼저 소진되는 클로로벤젠이 한계시약이다.
클로랄 10 g이 남는다는 설명: $157 - 147 = 10\ \mathrm{g}$으로 옳다.
실제 수득량 177 g이면 수득률 50%라는 설명: $\dfrac{177}{354} \times 100 = 50\%$로 옳다.

Hess의 법칙이 필요한 것은 흑연→다이아몬드 전환(ㄴ)과 흑연이 CO로 되는 반응(ㄷ)이다.
흑연을 다이아몬드로 바꾸는 반응은 보통 조건에서 거의 진행되지 않고, 흑연을 태우면 CO에서 멈추지 않고 $\mathrm{CO_2}$가 함께 생겨 열을 직접 측정할 수 없다. 그래서 각 물질의 연소열 등을 조합해 간접적으로 구한다.
드라이아이스의 승화: 상변화 열은 열량계로 직접 측정할 수 있다.
CO의 연소: CO는 산소와 완전히 반응해 $\mathrm{CO_2}$만 생기므로 연소열을 직접 잴 수 있다.

온도가 오르면 pH는 감소하지만 용액은 여전히 중성이다.
흡열 반응이므로 온도가 오르면 평형이 정반응 쪽으로 이동해 $K_w$가 커진다. 이때 $[\mathrm{H_3O^+}]$와 $[\mathrm{OH^-}]$가 같은 양씩 늘어나므로 pH는 7보다 작아져도 두 농도가 같아 중성이다.
pH가 변하지 않는다는 설명: $[\mathrm{H_3O^+}]$가 증가하므로 pH는 낮아진다.
pH가 증가한다는 설명: 정반응이 진행되어 수소 이온 농도가 커지므로 반대다.
더 산성이 된다는 설명: 수산화 이온도 같은 양만큼 늘어 산성으로 기울지 않는다.

세기 성질은 밀도, 농도, 온도이다.
세기 성질은 물질의 양에 관계없이 일정한 성질이고, 크기 성질은 양에 비례해 커지는 성질이다. 밀도와 농도는 크기 성질끼리의 비율이라 양이 달라져도 변하지 않는다.
질량: 물질의 양이 두 배가 되면 두 배가 되는 크기 성질이다.
부피: 양에 비례하는 크기 성질이다.

$\mathrm{XeF_2}$의 Xe 주위에는 전자쌍이 5개 있고 분자 구조는 선형이다.
Xe 원자가 전자 8개 중 2개는 F 두 개와 결합(결합 전자쌍 2), 남은 6개는 비공유 전자쌍 3개가 된다. 전자쌍 5개는 삼각쌍뿔로 배열되는데, 비공유 전자쌍 3개가 반발이 적은 적도 위치를 차지하고 F 두 개가 축 방향에 놓여 F–Xe–F가 일직선이 된다.
전자쌍 4개·굽은 형: 물처럼 결합 2·비공유 2인 경우로, Xe의 비공유 전자쌍 수와 맞지 않다.
전자쌍 4개·피라미드 형: 암모니아처럼 결합 3·비공유 1인 경우다.
전자쌍 6개·선형: 전자쌍은 결합 2와 비공유 3을 합한 5개이다.

실험 3과 4를 비교하면 [C]가 3배일 때 속도도 3배이므로 z＝1이고, [C]에 대해 3차라는 설명이 옳지 않다.
실험 1과 3: [B]만 0.20M→0.30M인데 속도가 같으므로 y＝0이다.
실험 3과 2: [A]만 2배가 되었고 속도가 $\dfrac{9.6}{2.4} = 4$배이므로 x＝2이다.
실험 3과 4: [C]가 3배, 속도가 $\dfrac{7.2}{2.4} = 3$배이므로 z＝1이다.
x＝2로 [A]에 대해 2차라는 설명: 위 비교대로 옳다.
반응속도가 [B]에 무관해 y＝0이라는 설명: 실험 1과 3의 속도가 같으므로 옳다.
속도상수가 $3.0\times10^{-4}\,\mathrm{M^{-2}\,min^{-1}}$라는 설명: $k = \dfrac{2.4\times10^{-6}}{(0.20)^2(0.20)} = 3.0\times10^{-4}$로 옳다.