2021 MEET/DEET 자연과학2(일반화학) 기출문제 풀이 (1번-5번)

 

 주절주절...

  노량진에서 외로이 임용고시를 준비하던 과거의 나는 M/D/PEET 시험이 시행된 8월 어느 날에 단골 인쇄 가게를 들렀었다. 당시 교원임용고시 1차 시험은 기본 교육학 외에 교과 교육학 12문항과 내용학 28문항으로 이루어진 객관식이었는데, 이를 연습하기에 M/D/PEET 기출문제가 꽤나 유용했기 때문이다.

  고시 식당(?)에서 저녁 먹고 인쇄 가게에 들러 그 날 시행된 따끈따끈한 문제를 출력한 뒤, 독서실로 돌아가는 길에 미친x 마냥 혼자 중얼대며 문제 풀던 그 장면이 아직도 눈에 선하다.

  학교 현장에 나와서는 이 문제를 찾아볼 일이 없을 줄 알았는데, 본의 아니게 가르치는 내용이 일반화학과 비슷하여 매년 빼먹지 않고, M/D/PEET와 문제를 풀게 되었다. 요즘 수수께끼인지 화학인지 헷갈리는 괴상한 수능 문제를 푸는 것보다 M/D/PEET 문제 푸는 것이 그나마 화학스러운 기분이 들어 더 재밌는 것도 사실이다.

  휴직 후 문제를 찾아 풀어야 할 필요성은 줄었지만 아직까지는 문제 푸는 행위 자체가 재밌기에 부족하지만 끄적끄적 풀이를 해본다. 시험도 이미 끝나 풀이를 찾는 사람도 드물 테고, 한 번에 20 문제를 모두 업로드 하기에는 내가 힘에 부칠 것 같아 5 문항씩 끊어서 업로드할 계획이다.

 

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2021 MEET/DEET 자연과학2(일반화학) 기출문제 풀이 (1번-5번)

 

 

2021 MDEET 자연과학2(일반화학) 1번

1번 풀이 ③ ㄱ, ㄷ

  원자 오비탈에 관한 문제이다. <보기>의 내용을 살펴보면,

ㄱ. s -오비탈은 구형으로, 각운동량 양자수가 0이다. 따라서 각도에 의존하지 않으며, 각 파동함수가 상수이다. 따라서 전자의 확률 밀도는 방사형 파동함수에만 의존하며, 핵으로부터의 거리(r )에만 의존한다. (참)

ㄴ.  1s 오비탈의 에너지는 수소와 플루오르가 다르다. 두 원자의 핵전하가 다르기 때문이다. 플루오르의 1s 오비탈이 수소의 1s 오비탈보다 더 낮은 에너지를 갖는다. (단원자에 대한 Schrodinger 식을 통해 예측한다면, 에너지는 핵전하(Z )의 제곱에 비례하여 안정해지므로, 약 81배 정도 더 낮다.) (거짓)

ㄷ. 유효 핵전하는 핵전하에서 전자들의 가리움 효과를 고려하여 구할 수 있다. Slater의 유효핵전하는 Z_eff = Z - S 로 나타낼 수 있으며, 이를 통해 수소의 1s와 플루오르의 2s의 유효핵전하 크기를 비교해보면, 수소의 1s 오비탈의 유효핵전하는 1이다. 반면, 플루오르의 경우 기본 핵전하가 9인데, 2s 오비탈의 전자와 같은 주기에 위치한 나머지 7개의 전자가 온전히 핵전하를 가리지 못하기 때문에 유효핵전하 값은 1보다 큰 값을 갖는다. 유효핵전하 규칙에 따라 계산을 하면 플루오르의 2s의 경우 Z_eff = 9 - [ (0.85*2) + (0.35*6) ] = 5.2 정도이다. (참)

 

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2021 MDEET 자연과학2(일반화학) 2번

2번 풀이 ④ ㄴ, ㄷ

  원소의 주기적 성질 파트의 원자 반지름과 이온 반지름에 대한 문제이다. ■는 원자 반지름, ○는 이온 반지름을 나타낸다. B에서 원자 반지름이 크게 증가하는 것(3주기 1족)과 안정한 이온이 B⁺라는 것을 통해 B=나트륨(Na)임을 알 수 있다. 자연스럽게 A=플루오르(F) , C=마그네슘(Mg) , D=알루미늄(Al) , E=염소(Cl)가 된다.

<보기>를 살펴보면,

ㄱ. 전기음성도는 플루오르가 염소보다 크다. 물론, 전자 친화도는 염소가 플루오르보다 크다. (거짓)

ㄴ. B, C, D의 2차 이온화 에너지를 비교해보자. 2차 이온화 에너지는 각각 B⁺, C⁺, D⁺에서 전자를 하나 제거할 때 필요한 에너지이다. 각각을 살펴보면, B⁺(Na⁺)의 경우 전자가 안쪽의 n=2인 껍질에서 제거되어야 하기 때문에 가장 큰 2차 이온화 에너지를 갖는다. 이후 C⁺(Mg⁺)과 D⁺(Al⁺)를 비교해보면, 같은 주기에서는 원자번호가 증가할수록 유효핵전하가 증가하여 이온화 에너지가 증가하는 경향성을 가지므로, D⁺(Al⁺)의 이온화 에너지가 C⁺(Mg⁺)의 이온화 에너지보다 크다. 따라서 정리하면, 2차 이온화 에너지의 크기는 B > D > C 이다. (참) 

ㄷ. 이온결합 물질의 정상 녹는점의 크기는 두 이온의 정전기적인 상호작용이 클수록 높아진다. 이온 간 정전기적 상호작용은 이온 전하량의 곱에 비례하고, 이온 사이 거리에 반비례한다. BA = NaF, BE = NaCl로 모두 1가 양이온, 1가 음이온 사이의 결합이므로 전하량의 곱은 같고, 정상 녹는점은 이온 사이의 거리에 의해 영향받는다. F^-의 이온 반지름이 Cl^-의 이온 반지름보다 작으므로, Na⁺와 더 강한 정전기적 상호작용을 하고, 녹는점이 높아진다. (참)

 

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2021 MDEET 자연과학2(일반화학) 3번

3번 풀이 ①

  기본적으로는 알렌(propa-1,2-diene) 문제이다. 혼성오비탈, 분자의 입체 구조 등을 확인하기 위해 나 역시 메틸 치환기를 붙이거나 해서 즐겨 출제했었던 문제이다. 해당 분자가 관련 개념을 확인하기 좋고, 적당히 난이도도 가질 수 있어서 자주 활용된다. 바로 1~5 지문을 살펴보면,

(1) 극성 분자이다. Cl로 인한 전자 치우침이 구조적으로 상쇄되지 않는다. 아래 그림의 수소(H) 4개 중 1번, 3번 탄소(C)의 수소(H) 한 개씩을 염소(Cl)로 치환했을 때, 쌍극자모멘트(벡터의 합)가 상쇄되지 않음을 알 수 있다. (참)

(2) 1번 탄소(가)의 혼성은 sp², 2번 탄소(나)의 혼성은 sp이다. (거짓)

(3) 형식전하(formal charge)는 결합 전 원자 상태에서의 원자가 전자 수에서 결합 후 원자 주위의 전자수를 빼서 구할 수 있다. 위의 1,3-dichloroallene의 모든 원자의 형식전하는 0이다. 산화수와 헷갈리지 말자. (거짓)

(4) σ-결합 개수는 6개, π-결합 개수는 2개이다. 따라서 3배이다. (거짓)

(5) 결합 전자쌍의 개수(모든 결합의 수)는 8개, 비공유 전자쌍의 수는 각 염소에 3쌍씩 총 6개이다. (거짓)

 

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2021 MDEET 자연과학2(일반화학) 4번

4번 풀이 ① ㄴ

  동핵이원자분자 Li₂의 분자 오비탈 문제이다. 분자 오비탈 도표를 통해 확인할 수 있는 필수 개념만 묻고 있어서 문제가 깔끔해 보인다. <보기>를 살펴보면,

ㄱ. Li₂ 는 홀전자를 갖지 않으며, 반자성(diamagnetic)이다. 각 Li 원자는 총 3개의 전자를 가지며, Li₂의 분자 오비탈에는 총 6개의 전자가 채워진다. 가장 안정한 오비탈부터 채우면, 1s에 의해 생성된 σ_1s에 2개, σ_1s*에 2개가 채워진 뒤 2s에 의해 생성된 σ_2s 결합성 궤도함수에 2개의 전자가 짝지어 채워진다. (거짓)

ㄴ. Li₂는 결합성 궤도함수에 전자 2개, 반결합성 궤도함수에 전자 0개로 결합 차수 1을 갖는다. 반면, Li₂⁺는 결합성궤도함수의 전자가 1개가 제거되어 결합 차수가 0.5로 감소한다. (참)

ㄷ. Li와 Li₂에서 전자를 제거하여 1가 양이온을 만들 때, Li은 2s 오비탈의 전자가 제거되며 Li₂는 σ_2s 오비탈의 전자가 제거된다. 원자 상태의 2s 오비탈의 에너지 준위가 Li₂의 결합성 궤도함수인 σ_2s에 비해 높으므로 전자를 떼어내기 더 쉽다. 따라서 1차 이온화 에너지는 Li₂가 Li보다 크다. (거짓)

 

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2021 MDEET 자연과학2(일반화학) 5번

5번 풀이 ③ ㄱ, ㄷ

  주어진 그림을 통해 LiBr이 NaCl형(암염) 구조를 가지고 있음을 알 수 있다. Li⁺와 Br^-는 각각 면심입방구조(fcc)를 이루고 있으며, 각 이온이 만든 팔면체 틈새 자리에 다른 이온이 위치한 형태를 갖는다. 따라서 각 이온의 배위수는 6씩을 가지며, 구조 전체로는 (6,6)배위를 갖는다.

ㄱ. Br^-로부터 최단 거리에 있는 Br^-의 개수를 묻는다는 것은 그냥 면심입방구조의 배위수가 얼마인가를 묻는 것과 같다. 면심입방구조는 최조밀쌓음(ccp)으로 배위수는 12이다. (참)

ㄴ. 위 구조는 NaCl형(암염) 구조로 Br^-가 만드는 팔면체 틈새 자리에 Li⁺가 채워진 구조이다. (거짓)

ㄷ. LiBr의 밀도는 단위 세포 내 총 질량을 단위 세포의 부피로 나누어 구할 수 있다. 단위 세포 한 변의 길이가 a라고 했으므로 단위 세포의 부피는 a³가 된다. Li⁺와 Br^- 입자 한 개의 질량은 다음과같이 구할 수 있다.

  따라서 Li⁺ 1개의 질량은 7/N_A 이며, Br^- 1개의 질량은 80/N_A 이다. 단위 세포 당 4개씩 들어있으므로, 단위 세포 내 입자의 총 질량은 4개*(7+80) / N_A 가 된다. LiBr의 밀도를 구하면 다음과 같다. (참)

 

 

 

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* 본문 설명 중 잘못된 부분을 말씀해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 mdeeteet.org 의치의학교육입문검사 사이트입니다.

 

* 2020-08-18 추가

2021 MEET/DEET 자연과학2(일반화학) 기출문제 풀이 (6번 ~ 10번) : stachemi.tistory.com/148

2021 MEET/DEET 자연과학2(일반화학) 기출문제 풀이 (6번-10번)