[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    1[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    화합물 중 대기압에서 끓는점이 가장 높은 것은?
    1
    HOCH2CH2CH3
    2
    HOCH2CH2OH
    3
    CH3OCH2CH2OCH3
    4
    CH3CH2CH2CH2CH3
    5
    CH3CH2OCH2CH3
    해설

    두 개의 -OH 기를 가진 에틸렌 글리콜 HOCH2CH2OH\mathrm{HOCH_2CH_2OH}의 끓는점이 가장 높다.

    분자당 수소 결합 자리가 두 배라 분자 사이 수소 결합이 가장 많이 형성되고, 비슷한 분자량에서 끓는점을 크게 끌어올린다.

    • 1-프로판올 HOCH2CH2CH3\mathrm{HOCH_2CH_2CH_3}: -OH 가 하나뿐이어서 수소 결합이 다이올보다 적다.
    • 다이메톡시에테인 CH3OCH2CH2OCH3\mathrm{CH_3OCH_2CH_2OCH_3}: 에터 산소에는 H가 붙어 있지 않아 분자끼리 수소 결합을 만들지 못한다.
    • 펜테인 CH3(CH2)3CH3\mathrm{CH_3(CH_2)_3CH_3}: 무극성이라 분산력만 작용한다.
    • 다이에틸 에터 CH3CH2OCH2CH3\mathrm{CH_3CH_2OCH_2CH_3}: 극성이 약하고 수소 결합이 없어 끓는점이 낮다.

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    2[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    화합물 중 격자 에너지가 가장 큰 것은?
    1
    LiF
    2
    MgCl2
    3
    CaO
    4
    Na2O
    5
    MgO
    해설

    MgO의 격자 에너지가 가장 크다.

    격자 에너지는 이온 전하의 곱에 비례하고 이온 사이 거리에 반비례한다. Mg2+\mathrm{Mg^{2+}}와 O2−\mathrm{O^{2-}}는 전하가 모두 2이면서 반지름이 작다.

    • LiF: 이온 전하가 +1, −1 이라 전하 곱이 작다.
    • MgCl2\mathrm{MgCl_2}: 음이온 전하가 −1 이고 Cl−\mathrm{Cl^-}가 커서 MgO보다 작다.
    • CaO: 전하는 같지만 Ca2+\mathrm{Ca^{2+}}가 Mg2+\mathrm{Mg^{2+}}보다 커서 이온 간 거리가 길다.
    • Na2O\mathrm{Na_2O}: 양이온 전하가 +1 이라 MgO보다 작다.

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    3[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    길이가 나머지와 다른 하나는?
    1
    10−17 Tm10^{-17}\,\mathrm{Tm}
    2
    10−8 km10^{-8}\,\mathrm{km}
    3
    10−3 cm10^{-3}\,\mathrm{cm}
    4
    105 A˚10^{5}\,\text{Å}
    5
    1010 pm10^{10}\,\mathrm{pm}
    해설

    1010 pm10^{10}\,\mathrm{pm}만 10−2 m10^{-2}\,\mathrm{m}이고 나머지는 모두 10−5 m10^{-5}\,\mathrm{m}이다.

    모든 값을 미터로 바꾸어 비교한다. 접두어 T는 101210^{12}, k는 10310^{3}, c는 10−210^{-2}, p는 10−1210^{-12}이고 1 Å은 10−10 m10^{-10}\,\mathrm{m}이다.

    • 테라미터 값: 10−17×1012=10−5 m10^{-17}\times10^{12}=10^{-5}\,\mathrm{m}
    • 킬로미터 값: 10−8×103=10−5 m10^{-8}\times10^{3}=10^{-5}\,\mathrm{m}
    • 센티미터 값: 10−3×10−2=10−5 m10^{-3}\times10^{-2}=10^{-5}\,\mathrm{m}
    • 옹스트롬 값: 105×10−10=10−5 m10^{5}\times10^{-10}=10^{-5}\,\mathrm{m}
    • 피코미터 값: 1010×10−12=10−2 m10^{10}\times10^{-12}=10^{-2}\,\mathrm{m}로 나머지보다 1000배 길다.

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    4[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    Zn2+의 바닥상태 전자 배치를 바르게 쓴 것은?
    1
    1s22s22p63s23p63d101s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10}
    2
    1s22s22p63s23p64s23d81s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^8
    3
    1s22s22p63s23p64s23d101s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10}
    4
    1s22s22p63s23p64s24p61s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 4p^6
    5
    1s22s22p63s23p64s24p63d21s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 4p^6 3d^2
    해설

    Zn2+\mathrm{Zn^{2+}}의 바닥상태 전자 배치는 [Ar] 3d10[\mathrm{Ar}]\,3d^{10}이다.

    Zn 원자(전자 30개)는 [Ar] 4s23d10[\mathrm{Ar}]\,4s^2 3d^{10}이고, 전이 금속이 양이온이 될 때는 4s 전자가 먼저 빠진다. 전자 28개가 남으면서 4s 는 비고 3d 는 가득 찬 채로 남는다.

    • 4s23d84s^2 3d^8 배치: 3d 전자를 먼저 뺀 꼴로 이온화 순서와 반대다.
    • 4s23d104s^2 3d^{10} 배치: 전자 30개로 중성 Zn 원자의 배치다.
    • 4s24p64s^2 4p^6 배치: 전자가 26개뿐이고 3d 를 건너뛰어 4p 를 채웠다.
    • 4s24p63d24s^2 4p^6 3d^2 배치: 전자 수는 28개지만 3d 보다 4p 를 먼저 채워 쌓음 원리에 어긋난다.

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    5[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    특정 원자와 이온을 표시한 것이다.
    511B612C613C919F−{}^{11}_{5}\mathrm{B}\quad {}^{12}_{6}\mathrm{C}\quad {}^{13}_{6}\mathrm{C}\quad {}^{19}_{9}\mathrm{F}^{-}
    이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?<보 기>
    ㄱ. 511B{}^{11}_{5}\mathrm{B}와 612C{}^{12}_{6}\mathrm{C}의 중성자 수가 다르다.
    ㄴ. 612C{}^{12}_{6}\mathrm{C}의 질량수는 12이다.
    ㄷ. 612C{}^{12}_{6}\mathrm{C}와 613C{}^{13}_{6}\mathrm{C}의 전자수가 같다.
    ㄹ. 919F−{}^{19}_{9}\mathrm{F}^{-}의 원자가 전자수는 10이다.
    1
    ㄱ
    2
    ㄱ, ㄷ
    3
    ㄴ, ㄷ
    4
    ㄴ, ㄹ
    5
    ㄴ, ㄷ, ㄹ
    해설

    옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.

    질량수 = 양성자 수 + 중성자 수이고, 중성 원자의 전자 수는 원자 번호와 같다. 원자가 전자는 결합에 관여하는 바깥 껍질 전자를 말한다.

    • ㄱ(틀림): 중성자 수는 B가 11−5=6, 탄소-12가 12−6=6 으로 같다.
    • ㄴ(옳음): 왼쪽 위 숫자가 질량수로 12이다.
    • ㄷ(옳음): 두 동위 원소 모두 원자 번호 6인 중성 원자라 전자가 6개씩이다.
    • ㄹ(틀림): 10은 F−\mathrm{F^-}의 총 전자 수(1s22s22p61s^2 2s^2 2p^6)이며 원자가 전자 수가 아니다.

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    6[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    일차반응을 하는 물질 A(gg)를 서로 다른 온도 T1T_1, T2T_2에서 측정한 분해반응 결과의 일부이다. 시간에 따른 A의 농도는 표와 같다.
    온도\시간0tt2t2t3t3t
    T1T_14aa12\frac{1}{2}
    T2T_22b2baa18b\frac{1}{8}b
    이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 반응 시 온도 변화는 없고, 반응 용기의 부피는 일정하다)<보 기>
    ㄱ. a<2a < 2이다.
    ㄴ. T2T_2보다 T1T_1에서 반감기가 더 길다.
    ㄷ. b>2b > 2이다.
    1
    ㄱ
    2
    ㄴ
    3
    ㄱ, ㄷ
    4
    ㄴ, ㄷ
    5
    ㄱ, ㄴ, ㄷ
    해설

    옳은 것은 ㄱ뿐이다.

    일차 반응은 같은 시간 간격마다 농도가 같은 비율로 줄어든다. T1T_1에서는 2t2t 동안 4가 12\tfrac{1}{2}로 1/8 이 되었으므로 tt마다 222\sqrt{2}배씩 줄고, a=422=2a=\dfrac{4}{2\sqrt{2}}=\sqrt{2}이다.

    T2T_2에서는 3t3t 동안 2b2b가 18b\tfrac{1}{8}b, 즉 1/16 이 되었으므로 tt마다 161/3≈2.5216^{1/3}\approx2.52배씩 준다. 따라서 b=a×161/32≈1.78b=\dfrac{a\times16^{1/3}}{2}\approx1.78이다.

    • ㄱ(옳음): a=2≈1.41<2a=\sqrt{2}\approx1.41\lt 2이다.
    • ㄴ(틀림): 같은 시간에 T1T_1에서 더 큰 비율(약 2.83배)로 줄어 반응이 빠르므로 T1T_1의 반감기가 더 짧다.
    • ㄷ(틀림): b≈1.78b\approx1.78로 2보다 작다.

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    7[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    카이랄 분자를 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?<보 기>

    문제 이미지
    1
    ㄱ
    2
    ㄱ, ㄴ
    3
    ㄱ, ㄷ
    4
    ㄴ, ㄷ
    5
    ㄱ, ㄴ, ㄷ
    해설

    세 분자 중 카이랄 분자는 F·OH·H·CH3\mathrm{CH_3}가 한 탄소에 결합한 분자 하나뿐이다.

    카이랄 분자는 거울상과 겹쳐지지 않는 분자로, 대개 서로 다른 네 원자(단)가 결합한 비대칭 탄소를 가지면서 분자 안에 대칭면이 없다.

    • F·OH·H·CH3\mathrm{CH_3}가 결합한 분자: 중심 탄소의 네 치환기가 모두 달라 비대칭 탄소이며 대칭면이 없으므로 카이랄이다.
    • 메틸사이클로펜테인: 메틸이 붙은 탄소의 고리 양쪽 경로가 같아 비대칭 탄소가 없고, 그 탄소를 지나는 대칭면이 있어 비카이랄이다.
    • 두 메틸기가 같은 쪽(쐐기)에 있는 1,2-다이메틸사이클로펜테인: 비대칭 탄소가 둘 있지만 두 탄소 사이를 가르는 대칭면이 있는 메소 화합물이라 비카이랄이다.

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    8[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    점화장치가 있는 단단한 철제 용기에 수소와 산소가 3:1 부피 비율로 혼합되어 있다. 이때 용기 내부의 압력과 온도는 각각 P0P_0와 273.15K이다. 이 혼합기체를 연소시킨 후 내부 온도를 측정하였더니 546.30K이다. 연소 후 철제 용기의 내부 압력은? (단, 반응 전후의 기체는 이상 기체라고 가정한다)
    1
    0.5 P00.5\,P_0
    2
    1.0 P01.0\,P_0
    3
    1.5 P01.5\,P_0
    4
    2.0 P02.0\,P_0
    5
    2.5 P02.5\,P_0
    해설

    연소 후 내부 압력은 1.5 P01.5\,P_0이다.

    2H2+O2→2H2O2\mathrm{H_2}+\mathrm{O_2}\rightarrow2\mathrm{H_2O}에서 H2\mathrm{H_2} 3 mol, O2\mathrm{O_2} 1 mol 로 두면 O2\mathrm{O_2}가 모두 소모되어 H2O\mathrm{H_2O} 2 mol 과 남은 H2\mathrm{H_2} 1 mol 이 된다. 546.30 K 에서 물은 기체이므로 기체 몰수는 4에서 3으로 준다.

    부피가 일정하므로 P∝nTP\propto nT이다.
    P=P0×34×546.30273.15=P0×0.75×2=1.5 P0P=P_0\times\dfrac{3}{4}\times\dfrac{546.30}{273.15}=P_0\times0.75\times2=1.5\,P_0

    • 0.5 P00.5\,P_0: 몰수가 절반이 되고 온도가 그대로여야 나오는 값으로 조건과 맞지 않는다.
    • 1.0 P01.0\,P_0: 압력이 그대로이려면 nTnT가 변하지 않아야 하지만 실제로는 1.5배가 된다.
    • 2.0 P02.0\,P_0: 온도 2배만 반영하고 몰수 감소(3/4배)를 빠뜨린 값이다.
    • 2.5 P02.5\,P_0: 몰수가 줄지 않는다고 해도 온도 2배만으로 2.0 P02.0\,P_0가 상한이라 이 값을 넘을 수 없다.

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    9[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    산화수가 가장 높은 금속 원자를 포함하는 화합물은?
    1
    K4[Fe(CN)6]
    2
    Pt(NH3)2F2
    3
    [Cr(H2O)4Cl2]Cl
    4
    [Ru(NH3)5(H2O)]Cl2
    5
    Fe(CO)5
    해설

    Cr의 산화수가 +3으로 가장 높아 [Cr(H2O)4Cl2]Cl[\mathrm{Cr(H_2O)_4Cl_2}]\mathrm{Cl}가 해당한다.

    중성 리간드(H2O\mathrm{H_2O}, NH3\mathrm{NH_3}, CO)는 0, Cl−\mathrm{Cl^-}·F−\mathrm{F^-}·CN−\mathrm{CN^-}는 −1 로 두고 전체 전하를 맞춘다. Cr 착물은 바깥 Cl−\mathrm{Cl^-} 1개로 착이온이 +1 이고, 안쪽 Cl 2개가 −2 이므로 Cr은 +3 이다.

    • K4[Fe(CN)6]\mathrm{K_4[Fe(CN)_6]}: 착이온 −4, CN 6개가 −6 이므로 Fe는 +2 이다.
    • Pt(NH3)2F2\mathrm{Pt(NH_3)_2F_2}: 전체가 중성이고 F 2개가 −2 이므로 Pt는 +2 이다.
    • [Ru(NH3)5(H2O)]Cl2[\mathrm{Ru(NH_3)_5(H_2O)}]\mathrm{Cl_2}: 착이온 +2 이고 리간드가 모두 중성이므로 Ru는 +2 이다.
    • Fe(CO)5\mathrm{Fe(CO)_5}: CO와 전체가 모두 중성이므로 Fe는 0 이다.

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    10[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    물질 A의 상도표이다.A에 대한 설명으로 옳은 것은?
    문제 이미지
    1
    0.01℃, 1atm에서 A는 기체이다.
    2
    −1℃에서 기체가 응축되는 압력이 존재한다.
    3
    대기압에서 고체가 승화하는 온도가 존재한다.
    4
    T에서 A는 고체와 액체로만 존재한다.
    5
    0.006atm보다 낮은 압력에서 A는 액체로 존재하지 않는다.
    해설

    삼중점 압력인 0.006atm보다 낮은 압력에서는 액체 영역이 없으므로 A는 액체로 존재하지 않는다는 설명이 옳다.

    상도표에서 액체 영역은 삼중점 T(0.01℃, 0.006atm)와 임계점(374.2℃, 218atm) 사이에만 있고, 삼중점 아래 압력에서는 고체와 기체만 존재해 고체가 바로 승화한다.

    • 0.01℃, 1atm: 고체-액체 경계선이 왼쪽으로 기울어(음의 기울기) 1atm에서의 녹는점이 0.01℃보다 낮으므로 이 조건은 액체 영역이다. 기체라는 설명은 틀리다.
    • −1℃에서 기체가 응축되는 압력: −1℃는 삼중점 온도보다 낮아 압력을 높이면 기체가 액체가 아니라 고체로 바뀐다(증착). 응축 압력은 없다.
    • 대기압에서 승화하는 온도: 1atm은 삼중점 압력보다 높아 가열하면 고체가 액체를 거쳐 기체가 되므로 승화 온도가 없다.
    • T에서 고체와 액체로만 존재: T는 삼중점으로 고체·액체·기체 세 상이 함께 평형을 이룬다.

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    11[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    세 반응의 ΔH\Delta H는 다음과 같다.
    2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)ΔH=−113.2 kJ2\mathrm{NO}(g)+\mathrm{O_2}(g)\rightarrow 2\mathrm{NO_2}(g)\quad \Delta H=-113.2\,\mathrm{kJ}
    2NO(g)→N2(g)+O2(g)ΔH=−182.6 kJ2\mathrm{NO}(g)\rightarrow \mathrm{N_2}(g)+\mathrm{O_2}(g)\quad \Delta H=-182.6\,\mathrm{kJ}
    2N2O(g)→2N2(g)+O2(g)ΔH=−163.2 kJ2\mathrm{N_2O}(g)\rightarrow 2\mathrm{N_2}(g)+\mathrm{O_2}(g)\quad \Delta H=-163.2\,\mathrm{kJ}
    다음 반응의 ΔH반응\Delta H_{\text{반응}}는?
    3NO(g)→N2O(g)+NO2(g)ΔH반응=?3\mathrm{NO}(g)\rightarrow \mathrm{N_2O}(g)+\mathrm{NO_2}(g)\quad \Delta H_{\text{반응}}=?
    1
    −157.6kJ
    2
    +157.6kJ
    3
    −315.1kJ
    4
    +315.1kJ
    5
    −614.5kJ
    해설

    반응 엔탈피는 −157.6 kJ이다.

    헤스 법칙으로 목표식 = ½×(첫째 식) + (둘째 식) − ½×(셋째 식)으로 조합하면 O2\mathrm{O_2}와 N2\mathrm{N_2}가 소거되고 3NO→N2O+NO23\mathrm{NO}\rightarrow\mathrm{N_2O}+\mathrm{NO_2}만 남는다.

    12×(−113.2)=−56.6 kJ\tfrac{1}{2}\times(-113.2)=-56.6\,\mathrm{kJ}
    1×(−182.6)=−182.6 kJ1\times(-182.6)=-182.6\,\mathrm{kJ}
    −12×(−163.2)=+81.6 kJ-\tfrac{1}{2}\times(-163.2)=+81.6\,\mathrm{kJ}
    −56.6−182.6+81.6=−157.6 kJ-56.6-182.6+81.6=-157.6\,\mathrm{kJ}

    • +157.6 kJ: 크기는 같지만 부호가 반대여서 발열 반응을 흡열로 본 값이다.
    • −315.1 kJ: 목표 반응의 약 두 배로, 계수 배율(½)을 맞추지 않은 값이다.
    • +315.1 kJ: 배율과 부호가 모두 맞지 않는다.
    • −614.5 kJ: 목표식을 만드는 배율(½, 1, −½)과 맞지 않는 조합에서 나오는 과대값이다.

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    12[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    C4H6의 연소 반응식이다.
    aC4H6(g)+bO2(g)→cCO2(g)+dH2O(g)a\mathrm{C_4H_6}(g)+b\mathrm{O_2}(g)\rightarrow c\mathrm{CO_2}(g)+d\mathrm{H_2O}(g)
    이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다)<보 기>
    ㄱ. a+b+c+d=33a+b+c+d=33이다.
    ㄴ. 총 분자 수는 반응 전이 반응 후보다 작다.
    ㄷ. 온도와 압력이 동일한 C4H6(gg) 1L와 O2(gg) 5L를 반응시킬 때, 한계 반응물은 O2(gg)이다.
    ㄹ. C4H6 1mol이 모두 반응할 때, 생성되는 물의 질량은 108g이다.
    1
    ㄱ, ㄴ
    2
    ㄴ, ㄷ
    3
    ㄷ, ㄹ
    4
    ㄱ, ㄴ, ㄷ
    5
    ㄴ, ㄷ, ㄹ
    해설

    옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.

    원자 수를 맞추면 2C4H6+11O2→8CO2+6H2O2\mathrm{C_4H_6}+11\mathrm{O_2}\rightarrow8\mathrm{CO_2}+6\mathrm{H_2O}이다.

    • ㄱ(틀림): a+b+c+d=2+11+8+6=27a+b+c+d=2+11+8+6=27이다.
    • ㄴ(옳음): 반응 전 13 분자, 반응 후 14 분자로 반응 전이 작다.
    • ㄷ(옳음): C4H6\mathrm{C_4H_6} 1 L 에는 O2\mathrm{O_2} 5.5 L 가 필요한데 5 L 뿐이므로 O2\mathrm{O_2}가 먼저 바닥난다.
    • ㄹ(틀림): C4H6\mathrm{C_4H_6} 1 mol 에서 물 3 mol, 즉 3×18=54 g3\times18=54\,\mathrm{g}이 생긴다.

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    13[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    그림은 25℃, 1atm에서 서로 다른 농도의 NaOH 수용액이다. 농도가 진한 순서대로 나열한 것은? (단, NaOH의 화학식량은 40이고, NaOH 수용액의 밀도는 1g/mL이다)
    ㄱㄴㄷ
    0.1wt% NaOH0.01M NaOH0.02mm NaOH
    1
    ㄱ > ㄴ > ㄷ
    2
    ㄱ > ㄷ > ㄴ
    3
    ㄴ > ㄱ > ㄷ
    4
    ㄴ > ㄷ > ㄱ
    5
    ㄷ > ㄴ > ㄱ
    해설

    농도 순서는 ㄱ > ㄷ > ㄴ이다.

    밀도가 1 g/mL 이므로 모두 몰농도로 바꿔 비교한다.
    ㄱ: 용액 1000 g(1 L)에 NaOH 1 g, 140=0.025 M\dfrac{1}{40}=0.025\,\mathrm{M}
    ㄷ: 물 1 kg에 0.02 mol(0.8 g), 용액 약 1.0008 L 이므로 약 0.020 M
    ㄴ: 0.01 M

    • ㄱ > ㄴ > ㄷ: 몰랄 농도 용액(약 0.020 M)이 0.01 M 보다 진하므로 뒤의 두 순서가 바뀌었다.
    • ㄴ > ㄱ > ㄷ: 0.01 M 용액이 가장 묽은데 맨 앞에 두었다.
    • ㄴ > ㄷ > ㄱ: 가장 묽은 0.01 M 용액을 맨 앞에, 가장 진한 0.1 wt% 용액을 맨 뒤에 두어 순서를 거꾸로 나열했다.
    • ㄷ > ㄴ > ㄱ: 가장 진한 0.1 wt% 용액을 맨 뒤에 두었고, 0.01 M 용액도 0.02 m 용액보다 진하게 보았다.

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    14[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    소금물에 대한 설명으로 옳지 않은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?<보 기>
    ㄱ. 소금물의 증기압력은 순수한 물의 증기압력보다 낮다.
    ㄴ. 묽은 소금물에 소금을 더 녹여주면 용액의 끓는점은 더 낮아진다.
    ㄷ. 묽은 소금물에 증류수를 더 넣어주면 용액의 어는점은 더 높아진다.
    ㄹ. 0.01M 소금물 1L를 만드는 데 필요한 0.2M 소금물의 부피는 0.02L이다.
    1
    ㄴ
    2
    ㄷ
    3
    ㄱ, ㄷ
    4
    ㄴ, ㄹ
    5
    ㄴ, ㄷ, ㄹ
    해설

    옳지 않은 것은 ㄴ, ㄹ이다.

    소금물은 비휘발성 용질이 녹은 용액으로, 총괄성에 따라 농도가 클수록 증기압은 낮아지고 끓는점은 오르며 어는점은 내려간다.

    • ㄱ(옳음): 증기압 내림으로 순수한 물보다 증기압이 낮다.
    • ㄴ(옳지 않음): 소금을 더 녹이면 농도가 커져 끓는점이 더 높아진다.
    • ㄷ(옳음): 증류수로 묽히면 어는점 내림이 줄어 어는점이 높아진다.
    • ㄹ(옳지 않음): 0.2×V=0.01×10.2\times V=0.01\times1에서 V=0.05 LV=0.05\,\mathrm{L}이다.

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    15[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    표는 1L의 단단한 철제 용기 안에서 일어나는 aA(g)+bB(g)⇌cC(g)a\mathrm{A}(g)+b\mathrm{B}(g)\rightleftharpoons c\mathrm{C}(g) 반응의 반응물과 생성물의 초기 농도와 평형 농도를 나타낸 것이다.
    구분A(gg)B(gg)C(gg)
    초기 농도(M)0.40.40
    평형 농도(M)0.20.20.4
    이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 전체 과정에서 온도는 일정하다)<보 기>
    ㄱ. c=2ac=2a이다.
    ㄴ. 평형 상수(KK)는 8이다.
    ㄷ. 반응 지수(QQ)=3일 때, 정반응이 자발적으로 진행된다.
    ㄹ. 평형 상태에서 기체 B 0.2mol을 첨가하여 새롭게 도달한 평형에서 C의 농도는 0.48M이다.
    1
    ㄱ, ㄴ
    2
    ㄱ, ㄷ
    3
    ㄱ, ㄷ, ㄹ
    4
    ㄴ, ㄷ, ㄹ
    5
    ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
    해설

    옳은 것은 ㄱ, ㄷ, ㄹ이다.

    농도 변화가 A −0.2, B −0.2, C +0.4 이므로 a:b:c=1:1:2a:b:c=1:1:2, 즉 A+B⇌2C\mathrm{A}+\mathrm{B}\rightleftharpoons2\mathrm{C}이다. 평형 상수는 K=0.420.2×0.2=4K=\dfrac{0.4^2}{0.2\times0.2}=4이다.

    • ㄱ(옳음): a=1, c=2a=1,\ c=2이므로 c=2ac=2a이다.
    • ㄴ(틀림): 평형 상수는 8이 아니라 4이다.
    • ㄷ(옳음): Q=3<K=4Q=3\lt K=4이므로 정반응 쪽으로 진행한다.
    • ㄹ(옳음): B를 넣으면 A 0.2, B 0.4, C 0.4 M에서 정반응으로 xx만큼 진행한다. (0.4+2x)2(0.2−x)(0.4−x)=4\dfrac{(0.4+2x)^2}{(0.2-x)(0.4-x)}=4를 풀면 x=0.04x=0.04, C는 0.4+0.08=0.48 M0.4+0.08=0.48\,\mathrm{M}이다.

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    16[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    25℃ 수용액의 pH가 높은 순서대로 나열한 것은? (단, 25℃에서 물의 이온화 상수(KwK_w)는 1.0×10−141.0\times10^{-14}이다)<보 기>
    ㄱ. 0.1M Na2SO4
    ㄴ. 0.1M NaHCO3
    ㄷ. 0.5M HA(Ka=2×10−6)\left(K_{\mathrm{a}}=2\times10^{-6}\right)
    ㄹ. [OH−]=1×10−9 M[\mathrm{OH^-}]=1\times10^{-9}\,\mathrm{M}
    1
    ㄱ > ㄴ > ㄹ > ㄷ
    2
    ㄱ > ㄹ > ㄴ > ㄷ
    3
    ㄴ > ㄱ > ㄹ > ㄷ
    4
    ㄴ > ㄷ > ㄱ > ㄹ
    5
    ㄷ > ㄹ > ㄱ > ㄴ
    해설

    pH 순서는 ㄴ > ㄱ > ㄹ > ㄷ이다.

    ㄴ: HCO3−\mathrm{HCO_3^-}는 산보다 염기로 더 작용해 약한 염기성(pH 약 8)이다.
    ㄱ: 강산과 강염기로 된 염이라 거의 중성(pH 약 7)이다.
    ㄹ: pOH=9\mathrm{pOH}=9이므로 pH 5 이다.
    ㄷ: [H+]=0.5×2×10−6=1×10−3 M[\mathrm{H^+}]=\sqrt{0.5\times2\times10^{-6}}=1\times10^{-3}\,\mathrm{M}이므로 pH 3 이다.

    • ㄱ > ㄴ > ㄹ > ㄷ: 탄산수소나트륨 용액이 중성 염 용액보다 염기성이므로 앞의 두 순서가 바뀌었다.
    • ㄱ > ㄹ > ㄴ > ㄷ: pH 5 인 ㄹ이 염기성인 ㄴ보다 높을 수 없다.
    • ㄴ > ㄷ > ㄱ > ㄹ: pH 3 인 약산 용액이 가장 낮은데 둘째에 두었다.
    • ㄷ > ㄹ > ㄱ > ㄴ: 산성이 강한 순서로 거꾸로 나열했다.

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    17[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    수용액 250mL에 약산 HA와 HB가 섞여 있다. 이 수용액에 증류수를 첨가하여 500mL로 희석한 뒤, 50mL를 취하여 0.1M NaOH(aqaq)으로 적정하였다. 적정 곡선에는 두 개의 뚜렷한 당량점이 나타났고, 각 당량점에서 첨가된 0.1M NaOH(aqaq)의 부피는 각각 V1=10 mLV_1=10\,\mathrm{mL}, V2=30 mLV_2=30\,\mathrm{mL}였다. 초기 250mL 용액에 들어 있던 HB의 몰농도는? (단, HA의 KaK_{\mathrm{a}}가 HB의 KaK_{\mathrm{a}}보다 크고, 온도는 25℃로 일정하며, 각 당량점에서 완전히 중화된다고 가정한다)
    1
    0.002M
    2
    0.008M
    3
    0.02M
    4
    0.04M
    5
    0.08M
    해설

    초기 250 mL 용액의 HB 농도는 0.08 M이다.

    KaK_\mathrm{a}가 큰 HA가 먼저 중화되므로 첫 당량점까지(10 mL)가 HA, 두 당량점 사이 30−10=20 mL30-10=20\,\mathrm{mL}가 HB에 해당한다.

    50 mL 속 HB: 0.1×0.020=2.0×10−3 mol0.1\times0.020=2.0\times10^{-3}\,\mathrm{mol}
    희석액 500 mL 전체: 2.0×10−3×50050=2.0×10−2 mol2.0\times10^{-3}\times\dfrac{500}{50}=2.0\times10^{-2}\,\mathrm{mol}
    희석 전 250 mL: 2.0×10−20.250=0.08 M\dfrac{2.0\times10^{-2}}{0.250}=0.08\,\mathrm{M}

    • 0.002 M: 분취한 50 mL 속 몰수(0.002 mol)를 농도로 착각한 값이다.
    • 0.008 M: 분취 비율(10배)을 반영하지 않고 250 mL 로 나눈 값이다.
    • 0.02 M: 전체 몰수(0.02 mol)를 농도로 착각한 값이다.
    • 0.04 M: 희석 후 500 mL 기준 농도로, 희석 전 농도가 아니다.

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    18[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    어떤 소방공무원이 표의 각 항목을 하나씩 선택하여 pH가 5인 완충 용액을 제조할 때, 완충 용량이 가장 큰 것은?
    산의 종류산의 농도완충 성분의 농도 비
    가HA1
    Ka=1×10−4K_{\mathrm{a}}=1\times10^{-4}
    ㄱ0.01Ma[A1−][HA1]=0.1\frac{[\mathrm{A_1^-}]}{[\mathrm{HA_1}]}=0.1
    나HA2
    Ka=1×10−5K_{\mathrm{a}}=1\times10^{-5}
    ㄴ0.1Mb[A2−][HA2]=1\frac{[\mathrm{A_2^-}]}{[\mathrm{HA_2}]}=1
    다HA3
    Ka=1×10−6K_{\mathrm{a}}=1\times10^{-6}
    ㄷ1Mc[A3−][HA3]=10\frac{[\mathrm{A_3^-}]}{[\mathrm{HA_3}]}=10
    (산의 종류 / 산의 농도 / 완충 성분의 농도 비)
    1
    가 / ㄱ / c
    2
    가 / ㄴ / c
    3
    나 / ㄱ / b
    4
    나 / ㄷ / b
    5
    다 / ㄴ / a
    해설

    pKaK_\mathrm{a}가 목표 pH와 같은 산을 가장 진한 농도로, 농도 비 1 로 만든 조합(나 / ㄷ / b)의 완충 용량이 가장 크다.

    pH=pKa+log⁡[A−][HA]\mathrm{pH}=\mathrm{p}K_\mathrm{a}+\log\dfrac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}에서 HA2\mathrm{HA_2}(pKaK_\mathrm{a}=5)는 비 1 일 때 pH 5 가 된다. 완충 용량은 짝산과 짝염기 농도가 같을수록, 전체 농도가 클수록 크다.

    • 가 / ㄱ / c: pH는 4+1=5 로 맞지만 비가 10 으로 치우치고 농도도 가장 묽다.
    • 가 / ㄴ / c: pH는 맞으나 비가 10 이라 산 성분이 적어 용량이 작다.
    • 나 / ㄱ / b: 비는 최적이지만 0.01 M 로 묽어 용량이 작다.
    • 다 / ㄴ / a: pH는 6−1=5 로 맞지만 비가 0.1 로 치우쳐 용량이 작다.

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    19[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    이중 나선 구조의 DNA에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?<보 기>
    ㄱ. DNA가 이중 나선 구조를 형성하는 이유는 염기 간의 이온 결합 때문이다.
    ㄴ. 같은 염기 수를 가진 DNA에서 아데닌(A) – 타이민(T) 결합에 비해 구아닌(G) – 시토신(C) 결합의 수가 많을수록 DNA의 녹는점이 높아진다.
    ㄷ. 아데닌(A) – 타이민(T) 결합은 3개의 수소 결합으로 이루어진다.
    ㄹ. DNA는 유기용매인 벤젠에 잘 녹는다.
    1
    ㄴ
    2
    ㄷ
    3
    ㄱ, ㄹ
    4
    ㄴ, ㄷ
    5
    ㄴ, ㄷ, ㄹ
    해설

    옳은 것은 ㄴ뿐이다.

    DNA 두 가닥은 염기쌍 사이의 수소 결합으로 묶이며, A–T 쌍은 2개, G–C 쌍은 3개의 수소 결합을 이룬다.

    • ㄱ(틀림): 이온 결합이 아니라 염기 간 수소 결합으로 이중 나선을 이룬다.
    • ㄴ(옳음): 수소 결합이 많은 G–C 쌍이 많을수록 두 가닥을 떼는 데 에너지가 더 들어 녹는점이 높다.
    • ㄷ(틀림): A–T 쌍은 수소 결합 2개로 이루어진다.
    • ㄹ(틀림): 인산 골격이 음전하를 띠는 극성 고분자라 물에 녹고, 무극성인 벤젠에는 잘 녹지 않는다.

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    20[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    [FeCl6]3−와 [Fe(CN)6]3−의 dd궤도 함수에 존재하는 전자가 바닥상태일 때 홀전자 수는?([FeCl6]3− / [Fe(CN)6]3−)
    1
    1 / 1
    2
    1 / 5
    3
    3 / 3
    4
    5 / 1
    5
    5 / 3
    해설

    홀전자 수는 [FeCl6]3−[\mathrm{FeCl_6}]^{3-}가 5, [Fe(CN)6]3−[\mathrm{Fe(CN)_6}]^{3-}가 1이다.

    두 착이온 모두 Fe3+\mathrm{Fe^{3+}}(d5d^5)의 팔면체 착물이다. Cl−\mathrm{Cl^-}는 약한 장 리간드라 고스핀(t2g3eg2t_{2g}^3e_g^2), CN−\mathrm{CN^-}는 강한 장 리간드라 저스핀(t2g5t_{2g}^5)이 된다.

    • 1 / 1: 염화 착물까지 저스핀으로 본 것으로, 약한 장 리간드와 맞지 않는다.
    • 1 / 5: 두 리간드의 장 세기를 뒤바꾼 조합이다.
    • 3 / 3: 팔면체 d5d^5의 고스핀·저스핀 어느 배치에서도 홀전자 3개는 나오지 않는다.
    • 5 / 3: 사이안화 착물의 저스핀 배치는 t2g5t_{2g}^5로 홀전자가 1개다.

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    메모
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    21[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    <보기>에서 카르복실산의 pKaK_{\mathrm{a}} 값을 작은 것부터 순서대로 나열한 것은?<보 기>

    문제 이미지
    1
    ㄱ < ㄴ < ㄷ
    2
    ㄱ < ㄷ < ㄴ
    3
    ㄴ < ㄱ < ㄷ
    4
    ㄴ < ㄷ < ㄱ
    5
    ㄷ < ㄴ < ㄱ
    해설

    pKaK_{\mathrm{a}}는 나이트로기 치환체 < 벤조산 < 메톡시기 치환체 순으로 커진다.

    pKaK_{\mathrm{a}}가 작을수록 강한 산이며, 짝염기(카복실레이트 음이온)를 안정화하는 전자 끄는 기는 산성을 키우고 전자 주는 기는 산성을 낮춘다.

    • 파라 자리에 NO2\mathrm{NO_2}가 있는 벤조산: 나이트로기가 유발·공명 효과로 전자를 끌어 음이온을 안정화하므로 가장 강한 산, 즉 pKaK_{\mathrm{a}}가 가장 작다.
    • 치환기 없는 벤조산: 기준 물질로 두 치환체의 중간 산성을 보인다.
    • 파라 자리에 OCH3\mathrm{OCH_3}가 있는 벤조산: 메톡시기가 공명으로 고리에 전자를 주어 음이온을 불안정하게 하므로 가장 약한 산, 즉 pKaK_{\mathrm{a}}가 가장 크다.

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    22[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    두 반쪽 반응과 표준 환원 전위(EoE^{\mathrm{o}}), 표준 전지 전위(E전지oE^{\mathrm{o}}_{\text{전지}})와 평형 상수(KK)의 관계식이다.
    Cu2+(aq, 1.0 M)+xe−⇌Cu(s)Eo=0.34 V\mathrm{Cu^{2+}}(aq,\,1.0\,\mathrm{M})+x\mathrm{e^-}\rightleftharpoons \mathrm{Cu}(s)\qquad E^{\mathrm{o}}=0.34\,\mathrm{V}
    MnO4−(aq, 0.1 M)+4H+(aq, 1.0 M)+ye−\mathrm{MnO_4^-}(aq,\,0.1\,\mathrm{M})+4\mathrm{H^+}(aq,\,1.0\,\mathrm{M})+y\mathrm{e^-}
    ⇌MnO2(s)+2H2O(l)Eo=1.68 V\rightleftharpoons \mathrm{MnO_2}(s)+2\mathrm{H_2O}(l)\qquad E^{\mathrm{o}}=1.68\,\mathrm{V}
    E전지o=0.06nlog⁡KE^{\mathrm{o}}_{\text{전지}}=\frac{0.06}{n}\log K
    25℃에서 두 반쪽 반응을 연결하고 염다리를 설치하여 갈바닉 전지를 구성할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 온도는 일정하며, 제시된 반응 이외의 반응은 고려하지 않는다)<보 기>
    ㄱ. x+y=6x+y=6이다.
    ㄴ. Cu(ss)는 산화되고, MnO4−는 환원된다.
    ㄷ. 갈바닉 전지의 E전지E_{\text{전지}}는 1.32V이다.
    1
    ㄱ
    2
    ㄴ
    3
    ㄱ, ㄴ
    4
    ㄱ, ㄷ
    5
    ㄴ, ㄷ
    해설

    옳은 것은 ㄴ, ㄷ이다.

    Cu는 +2에서 0 이 되므로 x=2x=2, Mn은 MnO4−\mathrm{MnO_4^-}(+7)에서 MnO2\mathrm{MnO_2}(+4)가 되므로 y=3y=3이다. 환원 전위가 큰 MnO4−\mathrm{MnO_4^-}가 환원되고 Cu가 산화된다.

    3Cu+2MnO4−+8H+→3Cu2++2MnO2+4H2O, n=63\mathrm{Cu}+2\mathrm{MnO_4^-}+8\mathrm{H^+}\rightarrow3\mathrm{Cu^{2+}}+2\mathrm{MnO_2}+4\mathrm{H_2O},\ n=6
    Eo=1.68−0.34=1.34 VE^{\mathrm{o}}=1.68-0.34=1.34\,\mathrm{V}
    Q=[Cu2+]3[MnO4−]2[H+]8=10.12=100Q=\dfrac{[\mathrm{Cu^{2+}}]^3}{[\mathrm{MnO_4^-}]^2[\mathrm{H^+}]^8}=\dfrac{1}{0.1^2}=100
    네른스트 식: E=1.34−0.066log⁡100=1.32 VE=1.34-\dfrac{0.06}{6}\log100=1.32\,\mathrm{V}

    • ㄱ(틀림): x+y=2+3=5x+y=2+3=5이다.
    • ㄴ(옳음): Cu는 Cu2+\mathrm{Cu^{2+}}로 산화되고 MnO4−\mathrm{MnO_4^-}는 MnO2\mathrm{MnO_2}로 환원된다.
    • ㄷ(옳음): MnO4−\mathrm{MnO_4^-} 0.1 M 을 반영한 전지 전위가 1.32 V 이다.

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    23[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    단위격자당 원자 수가 1이고, 입방격자 구조를 가진 고체 A, B의 결정에 X−ray를 입사시켜 다음과 같은 결과를 얻었다.
    X−ray
    파장(pm)
    최대
    회절 각도(°)
    원자층
    간격(pm)
    A 결정150aabb
    B 결정20045cc
    회절차수가 1일 때, 실험 결과에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?<보 기>
    ㄱ. a=45a=45이면, bc=34\frac{b}{c}=\frac{3}{4}이다.
    ㄴ. b=cb=c이면, a<45a < 45이다.
    ㄷ. B 결정을 150pm X−ray로 측정했다면 최대 회절 각도는 감소한다.
    ㄹ. A, B의 단위격자 한 변의 길이는 각각 2b3\frac{2b}{\sqrt{3}}, 2c3\frac{2c}{\sqrt{3}}이다.
    1
    ㄱ, ㄴ
    2
    ㄱ, ㄹ
    3
    ㄷ, ㄹ
    4
    ㄱ, ㄴ, ㄷ
    5
    ㄴ, ㄷ, ㄹ
    해설

    옳은 것은 ㄱ, ㄴ, ㄷ이다.

    브래그 식 nλ=2dsin⁡θn\lambda=2d\sin\theta(n=1n=1)를 쓴다. B는 200=2csin⁡45∘200=2c\sin45^\circ에서 c=1002≈141 pmc=100\sqrt{2}\approx141\,\mathrm{pm}이다.

    • ㄱ(옳음): 각도가 같으면 d∝λd\propto\lambda이므로 bc=150200=34\dfrac{b}{c}=\dfrac{150}{200}=\dfrac{3}{4}이다.
    • ㄴ(옳음): b=cb=c이면 sin⁡a=1502c=34sin⁡45∘≈0.53\sin a=\dfrac{150}{2c}=\dfrac{3}{4}\sin45^\circ\approx0.53이므로 a≈32∘<45∘a\approx32^\circ\lt 45^\circ이다.
    • ㄷ(옳음): 같은 dd에서 파장이 짧아지면 sin⁡θ\sin\theta가 작아져 회절 각도가 감소한다.
    • ㄹ(틀림): 단위격자당 원자 수가 1 인 입방격자는 단순 입방이고, 이때 원자층 간격이 곧 단위격자 한 변의 길이이므로 각각 bb, cc이다.

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    24[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    방사성 물질 Po와 Ra의 핵반응식이다.
    84216Po→baPb+z{}^{216}_{84}\mathrm{Po}\rightarrow {}^{a}_{b}\mathrm{Pb}+z
    88224Ra→86220Rn+z{}^{224}_{88}\mathrm{Ra}\rightarrow {}^{220}_{86}\mathrm{Rn}+z
    이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?<보 기>
    ㄱ. a+b=294a+b=294이다.
    ㄴ. zz는 알파 입자이다.
    ㄷ. zz는 양성자 2개와 중성자 2개로 이루어진 원자이다.
    ㄹ. zz는 방사선 중에 투과력이 가장 큰 입자이다.
    1
    ㄱ, ㄴ
    2
    ㄴ, ㄷ
    3
    ㄴ, ㄹ
    4
    ㄱ, ㄴ, ㄷ
    5
    ㄱ, ㄷ, ㄹ
    해설

    옳은 것은 ㄱ, ㄴ이다.

    둘째 식에서 질량수는 4, 원자 번호는 2 줄었으므로 zz는 알파 입자(24He{}^{4}_{2}\mathrm{He} 원자핵)이다. 첫째 식에 적용하면 a=216−4=212a=216-4=212, b=84−2=82b=84-2=82이다.

    • ㄱ(옳음): a+b=212+82=294a+b=212+82=294이다.
    • ㄴ(옳음): 질량수 4, 원자 번호 2가 줄어드는 붕괴는 알파 붕괴다.
    • ㄷ(틀림): 알파 입자는 양성자 2개·중성자 2개로 된 헬륨 원자핵이며, 전자가 없어 원자가 아니다.
    • ㄹ(틀림): 알파선은 질량과 전하가 커서 투과력이 가장 작고 종이 한 장에도 막힌다.

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    25[소방간부후보생 화학개론] 26년 1회차
    동일한 재질의 금속판 A, B에 각각 금과 은을 도금하려고 한다. 금속판 A를 Au3+ 수용액에 넣고 576초 동안 일정한 전류를 흘려주었을 때, 3.92mg의 금이 도금되었다. 금속판 B를 Ag+ 수용액에 넣고 동일한 전류로 480초 동안 도금할 경우, 도금된 은의 양은? (단, 금의 원자량은 196, 은의 원자량은 107, 패러데이 상수는 96,000C/mol이고, 전류는 금속 도금에만 쓰였다고 가정한다)
    1
    2.67mg
    2
    5.35mg
    3
    8.02mg
    4
    10.7mg
    5
    16.1mg
    해설

    도금되는 은의 양은 5.35 mg이다.

    금 도금 결과로 전류를 구한다. Au3+\mathrm{Au^{3+}}는 원자 하나에 전자 3개가 필요하다.
    nAu=3.92×10−3196=2.0×10−5 moln_{\mathrm{Au}}=\dfrac{3.92\times10^{-3}}{196}=2.0\times10^{-5}\,\mathrm{mol}
    Q=3×2.0×10−5×96000=5.76 CQ=3\times2.0\times10^{-5}\times96000=5.76\,\mathrm{C}
    I=5.76576=0.01 AI=\dfrac{5.76}{576}=0.01\,\mathrm{A}

    같은 전류로 480 초 흘리면 Q=0.01×480=4.8 CQ=0.01\times480=4.8\,\mathrm{C}이고, Ag+\mathrm{Ag^+}는 전자 1개로 석출된다.
    nAg=4.896000=5.0×10−5 moln_{\mathrm{Ag}}=\dfrac{4.8}{96000}=5.0\times10^{-5}\,\mathrm{mol}
    m=5.0×10−5×107=5.35×10−3 gm=5.0\times10^{-5}\times107=5.35\times10^{-3}\,\mathrm{g}

    • 2.67 mg: 은을 2가 이온처럼 계산한 절반 값이다.
    • 8.02 mg: 1가 은 이온의 화학량론과 맞지 않는 1.5배 값이다.
    • 10.7 mg: 필요한 몰수의 두 배로 계산한 값이다.
    • 16.1 mg: 금의 전자 수 3을 은에 잘못 곱한 값이다.

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