• 4교시 과학탐구 영역 •

[화학Ⅰ]

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

1. [출제의도] 탄소 동소체와 탄소 화합물 구분하기

동소체는 동일한 한 종류의 원소로 이루어져 있지만 구조가 달라 성질이 다른 물질이다. (가)는 탄소 동소체이고, (나)와 (다)는 탄소 화합물이다.

2. [출제의도] 원소, 분자, 화합물 구분하기

(가)는 원소이면서 분자인 [eqn: rmAr], (나)는 화합물이면서 분자인 [eqn: rm H _{2} O], (다)는 원소인 [eqn: rmFe]이고, [eqn: rmFe]은 분자로 존재하지 않는다.

3. [출제의도] 원자의 표시 방법과 구성 입자 이해하기

ㄱ. 원자에서 양성자 수와 전자 수는 같으므로 ㉠은 중성자이다. 따라서 (가)~(다)는 각각 [eqn: {}_{````6}^{14} rm C], [eqn: {}_{````7}^{14} rm N], [eqn: {}_{````7}^{15} rm N]이다. ㄴ. (다)의 중성자 수는 8, 전자 수는 7이므로 [eqn: a]=1이다. ㄷ. (나)와 (다)는 양성자 수는 같고 중성자 수가 다른 동위 원소이다.

4. [출제의도] DNA의 구성 물질과 아미노산 이해하기

DNA는 인산, 당(디옥시리보스), 염기로 구성된 뉴클레오타이드의 중합체이다. 디옥시리보스는 DNA에서 염기와 공유 결합한다. 따라서 (가)는 디옥시리보스, (나)는 인산, (다)는 발린이다.

5. [출제의도] 아보가드로 법칙과 몰의 정의 이해하기

ㄱ. 온도, 압력이 같을 때 기체의 몰수는 부피에 비례하므로 실린더 속 혼합 기체의 전체 몰수는 (가):(나)=1:2 …①이고, 분자의 몰수는 B>A이다. ㄴ, ㄷ. [eqn: rmH]의 몰수가 같을 때 분자의 몰수 비는 [eqn: rmC _{2} H _{2}]:[eqn: rmC _{3} H _{8}]=4:1이므로 A는 [eqn: rm C _{3} H _{8}], B는 [eqn: rmC _{2} H _{2}]이고 [eqn: y]=4[eqn: x] …②이다. ①, ②에서 (1+[eqn: x]):(1+4[eqn: x])=1:2이므로 [eqn: x]=0.5, [eqn: y]=2이다. 따라서 (나)에 들어 있는 탄소([eqn: rm C])는 4몰이다.

6. [출제의도] 이온 결합 물질의 성질 확인하기

ㄱ은 충격에 의한 모양 변화를, ㄴ은 금속 원소의 불꽃 반응색을, ㄷ은 용융액(액체)의 전기 전도성을 확인하는 실험 장치이다.

7. [출제의도] 전기음성도 차이로부터 산화수 구하기

공유 결합 화합물에서 산화수는 공유 결합하는 두 원자 중 전기음성도가 큰 원자가 공유 전자쌍을 모두 가져간다고 가정할 때 각 원자가 산화 또는 환원된 정도를 나타내는 값이다. 전기음성도가 [eqn: rmO]>[eqn: rmC]>[eqn: rmH]이므로 에탄올의 구성 원자의 산화수는 [eqn: rmH]는 +1, [eqn: rmO]는 -2, [eqn: rmC]는 –3(왼쪽 [eqn: rmC]), -1(오른쪽 [eqn: rmC])이다.

8. [출제의도] 주기율표의 족과 주기 이해하기

원자가 전자 수는 족의 일의 자리와 같고, 바닥 상태에서 전자가 들어 있는 전자 껍질 수는 주기와 같다. 주기율표 (가)~(마) 위치의 원소 중 바닥 상태에서 원자가 전자 수가 전자가 들어 있는 전자 껍질 수보다 큰 원소는 (라) 위치의 [eqn: rmSi](3주기, 14족)이다.

9. [출제의도] 실험식과 분자식 구하기

(가)를 구성하는 원자의 질량비에 따라 (가)에서 [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 몰수(=[eqn: {질량} over {원자량`}]) 비는 [eqn: rm C]:[eqn: rmH]=[eqn: rm {75} over {12}]:[eqn: {25} over {1}]=1:4이므로 (가)의 실험식은 [eqn: rmCH _{4}]이다. (나)에서 [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 몰수 비는 [eqn: rm C]:[eqn: rmH]=[eqn: rm {90} over {12}]:[eqn: {10} over {1}]=3:4이므로 (나)의 실험식은 [eqn: rmC _{3} H _{4}]이다. 탄소 수가 2이상일 때 실험식이 [eqn: rmCH _{4}]인 탄화수소는 존재하지 않으므로 (가)의 분자식은 [eqn: rmCH _{4}]이다. [eqn: rmCH _{4}] 1몰의 완전 연소에 필요한 [eqn: rmO _{2}]의 최소 몰수는 2몰([eqn: rm CH _{4}]+2[eqn: rmO _{2}][eqn: ->][eqn: rmCO _{2}]+2[eqn: rmH _{2} O])이므로 (나) 1몰의 완전 연소에는 [eqn: rmO _{2}]가 최소 8몰([eqn: rm C _{6} H _{8}]+8[eqn: rmO _{2}][eqn: ->]6[eqn: rmCO _{2}]+4[eqn: rmH _{2} O])이 필요하다. 따라서 (나)의 분자식은 [eqn: rm C _{6} H _{8}]이다.

10. [출제의도] 원소의 주기적 성질 이해하기

원자 반지름은 [eqn: rmK]>[eqn: rmS]>[eqn: rmCl]이고, 전기음성도는 [eqn: rmCl]>[eqn: rmS]>[eqn: rmK]이므로 X~Z는 각각 [eqn: rm _{19} RMK], [eqn: rm _{16} RMS], [eqn: rm _{17} RMCl]이다.

11. [출제의도] 전자쌍 반발 원리와 분자 구조 이해하기

(가)는 [eqn: rm CF _{4}], (나)는 [eqn: rm CNF]([eqn: RMN]≡[eqn: RMC]-[eqn: RMF]), (다)는 [eqn: rm NOF]([eqn: RMO]=[eqn: RMN]-[eqn: RMF])이다. ㄱ. (가)는 [eqn: rmC] 주위에 공유 전자쌍이 4개이므로 정사면체형이다. ㄴ. (나)의 중심 원자는 [eqn: rmF]과 1개의 전자쌍, [eqn: rmN]와 3개의 전자쌍을 공유하므로 중심 원자는 원자가 전자가 4개인 [eqn: rmC]이다. ㄷ. (다)는 [eqn: rmN]에 비공유 전자쌍이 있어 결합각이 180°보다 작고, (나)에는 3중 결합이 있어 (나)의 결합각은 180°이다. 따라서 결합각은 (나)>(다)이다.

12. [출제의도] 다전자 원자의 전자 배치 이해하기

ㄱ. (가)~(다)는 각각 [eqn: rm _{3} rmLi]([eqn: 1s ^{2} 2s ^{1}]), [eqn: {}_{7} rm N]([eqn: 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{3}]), [eqn: {}_{8} rmO]([eqn: 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{4}])이다. ㄴ. (나)와 (다)에서 2[eqn: p] 오비탈에 들어 있는 전자 수는 각각 3, 4이고, 홀전자 수는 각각 3, 2이다. ㄷ. 전자가 들어 있는 오비탈 수는 (나)와 (다)가 5([eqn: 1s], [eqn: 2s], [eqn: 2p _{x}], [eqn: 2p _{y}], [eqn: 2p _{z}])로 같다.

13. [출제의도] 순차적 이온화 에너지 이해하기

원자 번호가 7~14인 원소의 제1 이온화 에너지는 [eqn: rmNa]<[eqn: rmAl]<[eqn: rmMg]<[eqn: rmSi]<[eqn: rmO]<[eqn: rmN]<[eqn: rmF]<[eqn: rm N{e] 순으로 (가)~(마)는 각각 [eqn: rmAl], [eqn: rmMg], [eqn: rmO], [eqn: rmN], [eqn: rmF]이다. 이 중 [eqn: {E _{`7}} over {E _{`6}}]가 가장 큰 원소는 원자가 전자 수가 6(16족)인 (다)이다.

14. [출제의도] 공유 결합과 분자의 극성 이해하기

(가)는 [eqn: rmC _{2} F _{2}](), (나)는 [eqn: rm OF _{2}]()이다. ㄱ. (가)의 [eqn: rmC] 사이에는 무극성 공유 결합([eqn: rm C == C])이 있다. ㄴ. (나)의 공유 전자쌍 수는 2이다. ㄷ. (가)는 무극성 분자, (나)는 극성 분자로 분자의 쌍극자 모멘트는 (나)가 (가)보다 크다.

15. [출제의도] 수소 원자에서 에너지 준위와 전자 전이 이해하기

[eqn: n _{전이``후}]가 모두 3 이하이고 ([eqn: n _{전이``전}]-[eqn: n _{전이``후}])가 1~3인 전이 Ⅰ~Ⅲ은 그림의 9가지 전이 [eqn: rm a]~[eqn: RMi] 중 각각 하나이다. Ⅰ~Ⅲ은 ([eqn: n _{전이``전}]-[eqn: n _{전이``후}])가 각각 1, 2, 3이고 방출되는 빛의 에너지가 Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ이므로, Ⅰ은 c([eqn: n]=2[eqn: ->][eqn: n]=1), Ⅱ는 e([eqn: n]=4[eqn: ->][eqn: n]=2), Ⅲ은 g([eqn: n]=6[eqn: ->][eqn: n]=3)
에 해당한다. 따라서 Ⅰ~Ⅲ의 [eqn: n _{전이``전}]를 모두 더한 값은 12(=2+4+6)이다.

16. [출제의도] 산화수 변화로 산화 환원 반응 이해하기

ㄱ. 반응 전후 원소의 종류와 원자의 수는 같으므로 X는 [eqn: rmNO _{2}]이다. ㄴ. (가)의 반응에서 [eqn: rmNH _{3}]가 [eqn: rmNO _{2}]가 되면서 [eqn: rmN]의 산화수가 증가(–3[eqn: ->]+4)하므로 [eqn: rmNH _{3}]는 산화된다. ㄷ. (나)의 반응은 반응 전후 [eqn: rmN]의 산화수가 변화(+4[eqn: ->]+5, +4[eqn: ->]+2)하므로 산화 환원 반응이다.

17. [출제의도] 탄화수소의 구조적 특징 이해하기

탄화수소	(가)	(나)	(다)
구조식

ㄱ. (가)는 모든 [eqn: rmC] 원자가 동일 평면에 존재한다. ㄴ. (가), (다)의 분자식은 [eqn: rm C _{4} H _{8}]이므로 실험식은 [eqn: rmCH _{2}]로 같다. ㄷ. [eqn: rmH] 원자 3개와 결합한 [eqn: rmC] 원자 수가 1인 탄화수소는 (나) 뿐이다.

18. [출제의도] 전자의 이동으로 산화 환원 반응 이해하기

(가)에서 반응 전후 전체 양이온의 몰수에 변화가 없으므로 산화수는 [eqn: rm C ^{itn+}]과 [eqn: rm A ^{2+}]이 같고, [eqn: n]=2이다. (가)에서 석출된 [eqn: rmA]와 [eqn: rmB ^{+}]과의 반응에서 [eqn: rmA]가 모두 산화되었으므로 석출된 [eqn: rmA]의 양을 [eqn: a]몰이라고 할 때, (나) 반응에서 각 물질의 몰수 변화는 다음과 같다.

과정 (나)	[eqn: rmA]	+	2[eqn: rm B ^{+}]	[eqn: ->]	[eqn: rm A ^{2+}]	+	2[eqn: rmB]
반응 전	[eqn: a]		0.8		0		0
반응	-[eqn: a]		-2[eqn: a]		+ [eqn: a]		+2[eqn: a]
반응 후	0		0.8-2[eqn: a]		[eqn: a]		2[eqn: a]

(나)에서 반응 후 전체 양이온의 몰수가 0.6(=0.8-[eqn: a])몰이므로 [eqn: a]=0.2이다. [eqn: rmC]가 모두 반응하여 [eqn: RMA] 0.2몰이 석출되므로 [eqn: rmC] [eqn: w][eqn: rmg]은 0.2몰에 해당한다. [eqn: rmC]의 원자량(=[eqn: {질량} over {몰수}])은 [eqn: {w} over {0.2}]이므로 [eqn: {rm C의``원자량 it} over {rm C ^{itn+} 의``산화수 it}]=2.5[eqn: w]이다.

19. [출제의도] 중화 반응에서 양적 관계 이해하기

[eqn: rm KOH]([eqn: aq])을 첨가함에 따라 감소하여 모두 소모되는  이온은 [eqn: rmH ^{+}]([eqn: rmA] 이온)이고, 중화점 이후 증가하기 시작하는 이온은 [eqn: rmOH ^{-}]([eqn: rmB] 이온)이다. 단위 부피를 1[eqn: rmmL]로 가정하였을 때, [eqn: rm KOH]([eqn: aq])을 첨가하기 전 [eqn: rm Na ^{+}]의 수는 120[eqn: N](=6[eqn: N]/[eqn: rmmL]×20[eqn: rmmL])이다. [eqn: rm KOH]([eqn: aq]) 5[eqn: rm mL]를 첨가했을 때 중화 반응이 완결되었고, 중화점 이후 [eqn: rm KOH]([eqn: aq]) 15[eqn: rmmL]를 추가하였을 때 존재하는 [eqn: rmOH ^{-}]의 수는 [eqn: rm Na ^{+}]의 수와 같으므로 120[eqn: N]이다(그래프의 교점). 따라서 [eqn: rm KOH]([eqn: aq]) 20[eqn: rm mL]를 첨가하였을 때, [eqn: rm Na ^{+}]은 120[eqn: N], [eqn: rmK ^{+}]은 160[eqn: N]이므로 음이온([eqn: rmCl ^{-}], [eqn: rmOH ^{-}])을 포함한 전체 이온의 수는 560[eqn: N]으로 단위 부피당 전체 이온 수는 [eqn: {560N} over {40 rm mL it}]=14[eqn: N/rmmL]이다.

20. [출제의도] 화학 반응에서 양적 관계 파악하기

온도와 압력이 같을 때 두 실험에서 반응 전후 전체 부피(∝몰수) 변화가 같으면 반응한 A의 몰수, 반응한 B의 몰수는 두 실험에서 같아야 한다. Ⅰ, Ⅱ에서 반응 전후 전체 부피 변화(3[eqn: V])가 동일하여 반응한 A, B의 몰수는 Ⅰ, Ⅱ에서 같으므로 반응한 B의 질량도 51[eqn: rm g]으로 같다([eqn: w]=51). ㄱ. Ⅰ, Ⅱ에서 반응 전 B의 질량은 같고, Ⅱ에서가 Ⅰ에서보다 A의 질량이 8[eqn: rmg]만큼 더 많으므로 A 8[eqn: rmg]의 부피는 [eqn: V], B 51[eqn: rmg]의 부피는 3[eqn: V]이다. 따라서 Ⅱ에서 A 24[eqn: rmg]의 부피는 3[eqn: V], B 51[eqn: rmg]의 부피는 3[eqn: V]이므로 반응 전 A와 B의 몰수는 같다. ㄴ. [eqn: V]에 해당하는 몰수를 [eqn: n]몰이라고 가정할 때, Ⅰ에서 각 기체의 몰수 변화는 다음과 같다.

실험 I	A	+	2B	[eqn: ->]	[eqn: c]C	+	D
반응 전	2[eqn: n]		3[eqn: n]		0		0
반응	-1.5[eqn: n]		-3[eqn: n]		+1.5[eqn: n][eqn: c]		+1.5[eqn: n]
반응 후	0.5[eqn: n]		0		1.5[eqn: n][eqn: c]		1.5[eqn: n]

반응 후 전체 몰수가 8[eqn: n]이므로 2[eqn: n]+1.5[eqn: n][eqn: c]=8[eqn: n]이고 [eqn: c]=4이다. ㄷ. Ⅰ, Ⅱ에서 반응한 반응물의 질량이 같을 때, 생성된 D의 질량은 Ⅰ, Ⅱ에서 같다.