2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (16번~20번)

 

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (16번~20번)

 

이전 문제(1번~15번) 풀이는 다음 링크를 참고하시기 바랍니다.

1번~5번 : https://stachemi.tistory.com/93

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (1번~5번)

6번~10번 : https://stachemi.tistory.com/97

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (6번~10번)

11번~ 15번 : https://stachemi.tistory.com/99

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (11번~15번)

 

 

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16번 답 ③

  (가)는 팔면체 d⁵ 고스핀 (약한장), (나)는 팔면체 d⁶ 저스핀 (강한장), (다)는 직선형 d⁶, (라)는 사면체 d⁵ 입니다. 사면체는 팔면체에 비해 결정장 갈라짐이 작아(팔면체의 약4/9 크기) 대부분 고스핀 착물을 형성합니다.

  Fe{N(SiMe₃)₂}₂ 은 벌키한 트리메틸실릴아마이드(trimethylsilyl amide) 리간드 2개와 결합했으므로 직선형으로 예상할 수 있으며, [FeCl₄]^- 는 4개의 리간드와 결합하고 있는 것을 통해 사면체 구조일 것으로 예상할 수 있습니다.

  [FeCl₆]^3- 와 [Fe(CN)₆]^4- 는 모두 팔면체 구조를 이지만, 약한장 리간드인 Cl과 강한장 리간드인 CN^-에 의해 중심 금속의 차이를 가질 것입니다. 물론 중심금속의 전자수도 [FeCl₆]^3-는 Fe가 d⁵, [Fe(CN)₆]^4-는 Fe가 d⁶이기 때문에 쉽게 (가)와 (나)에 대응할 수 있습니다. 정리하면 다음과 같습니다.

(가) [FeCl₆]^3-          (나) [Fe(CN)₆]^4-          (다) Fe{N(SiMe₃)₂}₂          (라) [FeCl₄]^-

  <보기>를 살펴보면,

ㄱ. (가)의 Cl^- 리간드는 (나)의 CN^- 리간드보다 약한장 리간드입니다. 중심 금속의 전자 배치가 (가)는 고스핀, (나)는 저스핀임을 통해 알 수 있습니다. (거짓)

ㄴ. (다)는 직선 구조의 결정장 갈라짐의 형태를 갖습니다. 결정장 갈라짐은 다가오는(결합하는) 리간드 방향과 직접적으로 관련있는 오비탈의 경우 에너지항이 높아지고, 그렇지 않은 경우는 상대적으로 안정해집니다. Fe-N 결합이 z축 위에 있기 때문에 금속의 d오비탈 중 z축 성분, 축 방향 성분을 가진 오비탈이 불안정해집니다.

  따라서 d_z2 오비탈이 가장 높은 에너지(꼭대기)를 가지며, d_xz, d_yz 오비탈은 축방향에 위치하지는 않지만 z축 성분을 포함하기 때문에 그다음으로 높은 에너지 값(중간)을 갖습니다. 마지막으로 d_xy, d_x2-y2은 z축과 무관한 xy 성분만을 가진 d-오비탈이므로 가장 낮은 에너지 값(바닥)을 갖습니다. 따라서 d_xz 오비탈에는 전자가 1개만 채워집니다. (거짓)

ㄷ. 팔면체(가)가 사면체(라)에 비해 금속에 다가오는 리간드의 수가 많아 결정장 갈라짐의 크기가 큽니다. (참)

2020 PEET 16 결정장이론 풀이

 

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17번 답 ⑤

  미완성된 화학 반응식의 계수를 찾기 위해 식을 세워야 합니다. 완성시켜야 할 계수가 a, c 2 가지입니다. a와 c를 포함한 식이 최소 2 개가 필요합니다. 평형에서의 농도를 나타낸 그래프에서 힌트를 얻어야 합니다.

  그래프의 y축은 몰농도(mol/L)입니다. 문제에서 초기 몰수(mol)는 주어졌지만, 강철 용기의 부피(L)는 주어지지 않았습니다. 온도가 일정한 상태에서 (가)의 농도가 (나)의 농도보다 약 3 배 정도 큰 것으로 보아 (나)의 부피가 (가)에 비해 크다는 것 정도를 알 수 있습니다.

  화학 반응식의 계수를 찾기 위해 첫 번째로 사용할 개념은 "온도가 동일한 두 계의 평형상수는 같다." 입니다. 그래프에 평형에서의 농도 값이 바로 주어졌기 때문에 농도평형상수(K_c)를 사용하는 것이 보다 수월합니다. (가)와 (나)의 농도평형상수를 각각 구해주면,

  주어진 (가)와 (나)의 농도평형상수는 같아야 하므로, (i)과 (ii)를 연립하여 a와 c의 관계를 찾을 수 있습니다.

  두 번째로 사용할 주어진 반응에서의 특징은 평형에서의 반응물 A, B의 농도가 같다는 것과 생성물의 농도는 반응물의 농도의 2배라는 것입니다. 주어진 A와 B의 초기 몰수를 이용하여 반응물과 생성물 사이의 몰 관계를 살펴보면,

  (iii)식의 양변에 *5를 하여 (iv)식과 연립하면, 두 번째 a 와 c 사이의 관계식을 얻을 수 있습니다.

  따라서 a = 2 , c = 3 임을 알 수 있습니다. <보기>를 살펴보면,

ㄱ. c 는 3입니다. (참)

ㄴ. P = RT*(n/V)이므로 온도가 일정한 조건에서 A의 부분압력은 A의 몰농도에 비례합니다. 따라서 부분압력은 (가)가 (나)보다 큽니다. (거짓)

ㄷ. 주어진 그림이 농도값으로 주어졌으므로, 농도평형상수(K_c)와 압력평형상수(K_p) 사이의 관계를 먼저 살펴보아야 합니다. K_p와 K_c 사이에는 다음과 같은 관계가 성립합니다.

  여기서 Δn 은 반응 전 후의 기체 몰수 변화입니다. 다행히 위 반응은 (2+1)몰 → 3몰이 되는 반응이므로, 몰수 변화가 없어 K_c = K_p 가 됩니다. (나)의 몰농도를 이용하여 평형상수를 구하면 값이 8 임을 알 수 있습니다. (참)

2020 PEET 17 화학평형과 평형상수 풀이

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18번 답 ①

  화학반응속도론에 관련된 문제로, 실험을 통해 얻은 속도 법칙과 이 속도 법칙을 만족할 수 있는 반응 메커니즘을 제시하였습니다. 반응 메커니즘이라는 것이 해당 반응이 진행되는 가상의 경로에 해당하기 때문에 단계를 거쳐 최종적으로 나타나는 화학반응식은 맨 위의 반응과 같아야 합니다. 주어진 <보기>를 살펴보면,

ㄱ. 단계1과 단계2의 화학 반응식을 더해서 위의 [화학 반응식]이 나와야 합니다.

  따라서 (가)에는 우변의 NOH₂를 소거해 줄 NOH₂와 좌변에 부족한 NO가 포함되어야 합니다. (참)

ㄴ. d[NO]/dt 는 NO의 생성속도, d[H₂]/dt는 H₂의 생성속도를 뜻합니다. 양변에 (-)부호를 붙여주면 식은 소멸 속도의 의미를 갖습니다. 화학 반응식 상에서 NO 2몰과 H₂ 1몰이 반응하므로 소멸 속도는 NO가 H₂에 비해 2배 빠릅니다. 이를 두 화학종 간의 등식으로 표현하기 위해서는 NO의 소멸 속도 앞에 1/2이 붙어야 합니다. (거짓)

ㄷ. 실험을 통해 얻은 속도 상수 k는 반응 메커니즘을 통해 세부적인 단계별 속도 상수 k_1, k₂ 등으로 표현할 수 있습니다. 상대적으로 느린 단계 2가 속도결정단계(rds)이며, 속도식은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

  이 과정에서 [NOH₂]는 반응 중간체인데 상대적으로 단계 1이 빠르고, 평형 반응이기 때문에 사전평형근사법(PEA)을 사용할 수 있습니다. 단계 1의 평형상수를 이용하여 [NOH₂]의 농도를 표현하면 다음과 같습니다.

  이를 위의 속도식에 대입하면, 속도 상수 k를 다음과 같이 결정할 수 있습니다. (거짓)

 

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19번 답 ⑥

  주어진 이온 결정의 단위세포는 양이온인 M^m+와 음이온인 A-로 이루어져 있는 한 변이 a인 입방구조입니다. 금속 양이온은 단위세포의 꼭지점(1/8) 자리에 8개가 존재하며, 음이온은 단위세포의 모서리(1/4) 자리에 12개가 존재하여 화학식은 MA₃ 형태를 이루고 있습니다. 주어진 <보기>를 살펴보면,

ㄱ. 음이온인 A^-의 전하가 -1이므로, 금속 M의 산화수인 m = 3 입니다. (거짓)

ㄴ. 결정에서 금속 이온은 단순 입방 배열을 가지고 있습니다. (참)

ㄷ. 단위세포의 금속 이온과 가장 밀접한 거리에 놓인 입자는 A^- 이온입니다. A^- 이온과는 그림에 표현된 바와 같이 a/2 만큼 떨어져 있습니다. √2a 위치에 떨어진 입자는 해당 금속 이온과 대각선 위치에 놓인 금속 이온입니다. 금속 이온은 총 동일 평면 4개, 위 층 4개, 아래층 4개로 총 12개입니다. (참)

2020 PEET 19 이온결정구조 풀이

 

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20번 답 ①

자세한 풀이 과정은 이전에 작성한 글을 참고하시길 바랍니다.

https://stachemi.tistory.com/71

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 20번 풀이

 

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* 본문 설명 중 잘못된 부분에 대해 지적해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 http://www.kpeet.or.kr 한국약학교육협의회 사이트입니다.

 

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