• 4교시 과학탐구 영역 •

[화학Ⅰ]

1	②	2	③	3	④	4	②	5	⑤
6	②	7	①	8	⑤	9	④	10	①
11	②	12	④	13	⑤	14	③	15	③
16	①	17	③	18	④	19	⑤	20	⑤

1. [출제의도] 이온 결합 물질의 특성 이해하기

불꽃 반응의 불꽃색이 노란색인 것은 나트륨([eqn: rm Na]) 때문이며, 전기 분해 시 (+)극에서 [eqn: rmCl _{2}] 기체가 생성되는 것은 염소([eqn: rmCl]) 때문이다. 따라서 물질 (가)로 적절한 것은 금속 [eqn: rmNa]과 비금속 [eqn: rmCl]가 이온 결합하여 생성된 [eqn: rmNaCl]이다.

2. [출제의도] 원자의 바닥 상태 전자 배치 이해하기

전자는 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 채워지며(쌓음 원리), 한 오비탈에 채워지는 전자 수는 최대 2개이다(파울리 배타 원리). 에너지 준위가 같은 오비탈에 전자가 채워질 때는 홀전자 수가 최대가 되도록 배치한다(훈트 규칙).

3. [출제의도] 탄소 동소체 구분하기

동소체는 같은 종류의 한 가지 원소로 이루어져 있지만 구조가 달라 성질이 다른 물질이다. 물질 [eqn: rmX]는 탄소([eqn: rmC])만으로 이루어진 물질이며 풀러렌([eqn: rm C _{60}]), 탄소 나노튜브([eqn: rmC])는 탄소 동소체이다.

4. [출제의도] 원소, 분자, 화합물 구분하기

[eqn: rm Fe _{3} O _{4}]은 2가지 이상의 원소로 이루어진 화합물이며, 분자가 아니다. [eqn: rm CO]는 화합물이며, 분자이다. [eqn: rm Fe]은 원소이며 분자가 아니다. 따라서 기준 Ⅰ~ Ⅲ은 각각 ‘분자인가?’, ‘화합물인가?’, ‘원소인가?’이다.

5. [출제의도] 공유 결합과 분자의 극성 이해하기

극성 공유 결합은 서로 다른 원자 간의 결합이므로 극성 공유 결합이 있는 물질은 [eqn: rm CO _{2}], [eqn: rm H _{2} O]이다. [eqn: rm H _{2} O]은 쌍극자 모멘트가 0이 아닌 분자이므로 극성 분자이다. 따라서 (가)는 [eqn: rm H _{2} O], (나)는 [eqn: rm CO _{2}], (다)는 [eqn: rm N _{2}]이다.

6. [출제의도] 원자의 구성 입자 이해하기

[eqn: rm X]는 [eqn: rm _{``6}^{12} rm C]와 동위 원소이므로 양성자 수는 6이다. 원자에서 전자 수와 양성자 수는 같으므로 [eqn: rm Y]의 양성자 수, 중성자 수, 질량수는 각각 7, 7, 14이다. [eqn: rm X]의 질량수는 [eqn: rm Y]의 양성자 수의 2배이므로 14이고, [eqn: rm X]는 양성자 수가 6이므로 중성자 수는 8이다. 따라서 [eqn: rm X]가 [eqn: rm Y]보다 큰 값을 갖는 것은 중성자 수이다.

7. [출제의도] 주기율표에서 족의 의미 이해하기

같은 족 원소는 원자가 전자 수가 같으며, 원자가 전자 수가 같으면 화학적 성질이 비슷하다. 따라서 같은 족 원소는 화학적 성질이 비슷하다.

8. [출제의도] 루이스 전자점식, 원자의 결합 모형 이해하기

금속 [eqn: rmA]([eqn: rm Mg])와 비금속 [eqn: rmB]([eqn: rmO])의 결합에서 [eqn: rm Mg]은 전자 2개를 잃어 [eqn: rm Mg ^{``2+}]이 되고, [eqn: rmO]는 전자 2개를 얻어 [eqn: rm O ^{2-}]이 되어 이온 결합을 형성한다.

9. [출제의도] 주기적 성질로부터 원소 파악하기

2주기 바닥 상태 원자의 원자가 전자 수와 홀전자 수는 각각 다음과 같다.

	[eqn: rm Li]	[eqn: rm Be]	[eqn: rm B]	[eqn: rm C]	[eqn: rm N]	[eqn: rm O]	[eqn: rm F]	[eqn: rm"Ne"]
원자가 전자 수	1	2	3	4	5	6	7	0
홀전자 수	1	0	1	2	3	2	1	0

원자가 전자 수가 홀전자 수의 2배인 원소는 [eqn: rm C]이므로 [eqn: rm X]는 [eqn: rmC]이며, [eqn: a]=2이다. [eqn: rm Z]는 홀전자 수가 3이므로 [eqn: rmN]이다. 2주기 원자들의 제1 이온화 에너지는 그림과 같으므로 [eqn: rm Y]는 [eqn: rm O]이다.

따라서 [eqn: rmX]~[eqn: rmZ]의 원자 번호를 비교하면 [eqn: rm Y]([eqn: rm O])>[eqn: rm Z]([eqn: rm N])>[eqn: rmX]([eqn: rm C])이다.

10. [출제의도] 산화 철의 산화 환원 반응 이해하기

ㄱ. 반응 전후 원소의 종류와 원자의 수는 같으므로　㉠은 [eqn: rmFe]이다. ㄴ. [eqn: rm Fe _{2} O _{3}]은 산소를 잃어 환원되면서 [eqn: rmAl]을 산화시키므로 산화제이다. ㄷ. [eqn: rm Al]의 산화수는 0에서 +3으로 증가한다.

11. [출제의도] 전자쌍 반발 원리와 분자 구조 이해하기

(가)~(라)는 각각 [eqn: rm`NF _{3}], [eqn: rmCF _{4}], [eqn: rmCH _{4}], [eqn: rmBeH _{2}]이다. ㄱ. [eqn: rm`NF _{3}]는 [eqn: rmN] 주위에 공유 전자쌍 수가 3, 비공유 전자쌍 수가 1이므로 입체 구조이다. ㄴ. [eqn: rmCF _{4}]는 [eqn: rmC] 주위에 공유 전자쌍 수가 4이므로 정사면체형이다. ㄷ. 공유 전자쌍 수는 [eqn: rmCH _{4}], [eqn: rmBeH _{2}]이 각각 4, 2이다.

12. [출제의도] 산화수로부터 전기음성도 비교하기

[eqn: rmX]~[eqn: rmZ]의 전기음성도는 서로 다르다. 양(+)의 산화수를 갖는 원자는 [eqn: rmY]뿐이므로 전기음성도는 [eqn: rmX]>[eqn: rmY]이다. 전기음성도가 [eqn: rmX]가 [eqn: rmZ]보다 크다면, [eqn: rm Z]는 양(+)의 산화수를 가지게 되므로 전기음성도는 [eqn: rmZ]>[eqn: rmX]이다. 따라서 전기음성도는 [eqn: rm Z]>[eqn: rm X]>[eqn: rm Y]이다.

13. [출제의도] 탄소 화합물 실험식 구하기

(가) 10 [eqn: rm mg]을 완전 연소시켰을 때 생성물의 질량으로부터 구한 [eqn: rmC]의 질량은 33 [eqn: rm mg]×[eqn: {12} over {44}]=9 [eqn: rm mg]이고, [eqn: rmH]의 질량은 9 [eqn: rm mg]×[eqn: {2} over {18}]=1 [eqn: rm mg]이다. [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 몰수(=[eqn: {질량} over {원자량}]) 비는 [eqn: rmC]:[eqn: rmH]=[eqn: {9} over {12}]:[eqn: {1} over {1}]=3:4이므로 (가)의 실험식은 [eqn: rm C _{3} H _{4}]이다. (가)와 (나)의 연소 생성물의 질량이 같고, (나)에서 [eqn: rmO]의 질량은 2 [eqn: rmmg]이므로 [eqn: rmC], [eqn: rmH], [eqn: rm O]의 몰수 비는 [eqn: rmC]:[eqn: rmH]:[eqn: rm O]=[eqn: {9} over {12}]:[eqn: {1} over {1}]:[eqn: {2} over {16}]=6:8:1이다. 따라서 (나)의 실험식은 [eqn: rm C _{6} H _{8} O]이다.

14. [출제의도] 아보가드로 법칙 이해하기

온도와 압력이 같을 때, 기체의 부피 비는 분자 수 비와 같다. ㄱ. 실린더 속 기체의 분자 수 비는 (가):(나)=2:3이므로 [eqn: h]=9이다. ㄴ. (가)와 (나)의 실린더 속 기체의 원자의 종류와 수가 같으므로 기체의 질량이 같다. ㄷ. 질량이 같을 때 밀도는 부피에 반비례하므로 실린더 속 기체의 밀도 비는 (가):(나)=3:2이다.

15. [출제의도] 수소 원자에서 에너지 준위와 전자 전이 이해하기

ㄱ. [eqn: n _{전이``전} LEQ 4]이고, [eqn: E _{Ⅰ}]>[eqn: E _{Ⅱ}]>[eqn: E _{Ⅲ}]이다. [eqn: a]=4라면 [eqn: E _{Ⅱ}]=[eqn: E _{Ⅲ}]이고, [eqn: a]=2라면 [eqn: E _{Ⅰ}]=[eqn: E _{Ⅲ}]이다. 따라서 [eqn: a]는 3이다. ㄴ. [eqn: b]=1이라면 [eqn: E _{Ⅰ}]=[eqn: E _{Ⅲ}]이므로 [eqn: b]는 2이다. 따라서 선 Ⅲ은 [eqn: n]=3→[eqn: n]=2인 전자 전이로 가시광선 영역의 빛을 방출한다. ㄷ. [eqn: □E _{Ⅰ}]([eqn: n]=3→[eqn: n]=1)-[eqn: E _{Ⅲ}]([eqn: n]=3→[eqn: n]=2)[eqn: □]는 [eqn: n]=2→[eqn: n]=1인 전자 전이에 해당하는 에너지이므로 [eqn: □E _{Ⅱ}]([eqn: n]=4→[eqn: n]=2)[eqn: □]보다 크다.

16. [출제의도] 원소의 주기적 성질 이해하기

3주기에서 홀전자 수가 3인 원소는 [eqn: rm Z]([eqn: rm P])이며 같은 주기에서 원자 번호가 증가할수록 원자 반지름이 작아지므로 [eqn: rm W]([eqn: rm Cl]), [eqn: rm X]([eqn: rm S]), [eqn: rm Y]([eqn: rm Si])이다. ㄱ. [eqn: rm X]([eqn: rm S])는 16족이다. ㄴ. 같은 주기에서 전기음성도는 원자 번호가 클수록 증가하므로 [eqn: rm Z]([eqn: rm P])>[eqn: rm Y]([eqn: rm Si])이다. ㄷ. 전자 수가 같을 때 유효 핵전하가 클수록 이온 반지름은 작아지므로 [eqn: rm X]([eqn: rm S])>[eqn: rm W]([eqn: rm Cl])이다.

17. [출제의도] 탄화수소의 구조적 특징 이해하기

탄화수소	(가)	(나)	(다)
구조식

ㄱ. (가)의 분자 구조는 직선형이다. ㄴ. (나)는 3중 결합이 있다. ㄷ. (다)의 분자식은 [eqn: rmC _{4} H _{10}]이다.

18. [출제의도] 전자의 이동으로 산화 환원 반응 이해하기

(가)에서 반응하지 않은 [eqn: rm A ^{2+} ``]이 존재하므로 [eqn: rm B]는 모두 반응하였고, (가) 반응에서 각 물질의 몰수 변화는 다음과 같다.

	[eqn: b][eqn: rm A ^{2+} ``] + 2[eqn: rm B] → [eqn: b][eqn: rm A] + 2[eqn: rm `B ^{itb+}]
반응 전	2	2
반응	-[eqn: b]	-2	+[eqn: b]	+2
반응 후	2-[eqn: b]	0	[eqn: b]	2

[eqn: rm A ^{2+} ``]:[eqn: rm A]:[eqn: rm `B ^{itb+}]=(2-[eqn: b]):[eqn: b]:2=1:1:2이므로 [eqn: b]=1이다.

(나) 반응에서 각 물질의 몰수 변화는 다음과 같다.

	[eqn: rm A ^{2+} ``] + 2[eqn: rm B] → [eqn: rm A] + 2[eqn: rm `B ^{+}]
반응 전	2	[eqn: ```x]
반응	-2	-4	+2	+4
반응 후	0	[eqn: x]-4	2	4

[eqn: rmA]와 [eqn: rm B ^{+}]의 비율이 1:2이므로 [eqn: rmB]:[eqn: rmA]:[eqn: rm B ^{+}]=([eqn: x-4]):2:4=3:1:2이다. 따라서 [eqn: x]=10이므로 [eqn: b TIMES x]=10이다.

19. [출제의도] 물질을 구성하는 원자 수 이해하기

ㄱ, ㄴ. 한 분자를 구성하는 원자 수 비는 [eqn: rm AB _{2}]에서 [eqn: RMA]:[eqn: RMB]=1:2, [eqn: rm AB _{3}]에서 [eqn: RMA]:[eqn: RMB]=1:3이므로 (가)는 [eqn: rm AB _{3}], (나)는 [eqn: rm AB _{2}]이다. 따라서 [eqn: x]=10, [eqn: y]=12이다. ㄷ. [eqn: RMA], [eqn: RMB]의 원자량을 각각 [eqn: a], [eqn: b]라 하면, (가)와 (나)에서 [eqn: RMA]의 원자 수 비는 [eqn: {1} over {a+3b} `]:[eqn: {1} over {a+2b}]=4:5이므로 [eqn: a]:[eqn: b]=2:1이다.

20. [출제의도] 화학 반응에서 양적 관계 파악하기

ㄱ. 실험 Ⅰ에서 각 물질의 질량 변화는 다음과 같다.

	2[eqn: rm A](g) + [eqn: rm B](g) → 2[eqn: rm C](g)
반응 전	8	22
반응	-8	-[eqn: m]	+(8+[eqn: m])
반응 후	0	22-[eqn: m]	8+[eqn: m]

[eqn: {8+m} over {22-m}]=0.5이므로 [eqn: m]=2이고, 반응 질량 비는  A:B:C=4:1:5이다. 실험 Ⅱ에서 각 물질의 질량 변화는 다음과 같다.

	2[eqn: rm A](g) + [eqn: rm B](g) → 2[eqn: rm C](g)
반응 전	8	4
반응	-8	-2	+10
반응 후	0	2	10

따라서 [eqn: x]=[eqn: {10} over {2}]=5이다. ㄴ. 몰수=[eqn: {질량} over {분자량}]이므로 반응 몰수 비는 [eqn: rmA]:[eqn: rmB]:[eqn: rmC]=2:1:2=[eqn: {8} over {rm A의``분자량 it}]:[eqn: {2} over {rm B의``분자량 it}]:[eqn: {10} over {rm C의``분자량 it}]이고, [eqn: rmA]의 분자량:[eqn: rmB]의 분자량:[eqn: rm C]의 분자량=4:2:5이다. ㄷ. 온도와 압력이 같을 때 전체 기체의 부피는 몰수에 비례하므로 [eqn: rmB]와 [eqn: rm C]의 분자량을 각각 2[eqn: k], 5[eqn: k]라 하면, [eqn: a]:[eqn: b]=([eqn: {20} over {2k} + {10} over {5k}]):([eqn: {2} over {2k} + {10} over {5k}])=4:1이다.