2021학년도 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (1번~5번)

 

2021학년도 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (1번~5번)

 

 

2021 PEET 화학추론(자연과학) 1번

정답 : ② 0.5*(a - b + c )

풀이 :

  서술형 문제에서 헤스의 법칙을 적용하는 경우에는 생각할거리가 생기는 일이 종종 생기지만, 선다형 문제에서는 대부분 원하는 반응을 먼저 작성해놓으면, 쉽게 해결된다.

  표준 증발 엔탈피(kJ/mol)는 액체 1몰이 기체 1몰로 변하는 과정(증발)에서의 엔탈피 변화를 말한다. 물(H₂O)의 증발에 대한 반응식을 작성해보면,

H₂O (liquid)  →  H₂O (gas)

  문제에 주어진 반응을 순서대로 (가), (나), (다)반응이라 하자. 우리가 원하는 물의 증발 반응을 완성시키기 위해서는 반응물에 물(H₂O(liquid)), 생성물에 수증기(H₂O(gas))만 필요하며, 그 외의 물질은 필요없다.

  물을 포함한 반응은 (나) 밖에 없다. (나)의 역반응이 필요하다. (-b)

  다음으로, 물의 증발 과정에서 필요 없는 CH₄, 2O₂, CO₂를 차례로 제거해주어야 한다. (가)와 (다) 반응을 그대로 더하면(a + c), 자연스럽게 CH₄, 2O₂, CO₂가 모두 제거된다. (가)를 더하는 과정에서 생기는 HCHO는 (다)를 더하면 자연스럽게 사라진다.

  이렇게 완성된 식은 2몰의 물이 2몰의 수증기가 되는 반응이다. (a - b + c)

2H₂O (liquid)  →  2H₂O (gas)

따라서 전체 반응에 대해 1/2해주면, 표준 증발 엔탈피(kJ/mol)를 구할 수 있다. (0.5*(a - b + c ))

 

 

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2021 PEET 화학추론(자연과학) 2번

정답 : ③

풀이 :

  베릴륨(₄Be)과 플루오린(₉F)은 2주기 원소, 마그네슘(₁₂Mg)과 알루미늄(₁₃Al)은 3주기 원소이다. 같은 주기에서 원자번호가 증가할수록 이온화 에너지는 증가하는 경향성을 갖는다. 따라서 Be < F 이다. 다만, 2족과 13족 사이, 15족과 16족 사이에서는 일시적으로 감소하는 예외적 경향성이 나타난다. 문제의 Mg가 2족, Al이 13족이다. 따라서 Al < Mg 이다. 같은 족 내에서는 원자 번호가 클수록 껍질수가 증가하여 전자를 떼어내기 쉬워(이온화 에너지 감소)진다. 따라서 같은 2족 원소인 Be > Mg 이다.

  이를 정리하면, 이온화 에너지의 크기는 F > Be > Mg > Al 이며, A는 F, B는 Be, C는 Al, D는 Mg 이다. 주어진 지문 (1) ~ (5)를 살펴보면,

(1) A(=F)와 B(=Be)는 2주기 원소이다. (참)

(2) 전기음성도는 주기율표 상에서 오른쪽 위로 갈수록 증가한다. 따라서 같은 족 내에서는 원자 번호가 작을수록 더 큰 전기음성도를 갖는다. B(=Be) > D(=Mg)이다. (참)

(3) 제2 이온화에너지는 해당 원소의 1가 양이온에서 전자를 제거할 때 필요한 에너지이다. 전자가 제거된 양이온의 전자배치(Mg⁺=3s¹ vs Al⁺=3s²)는 1족, 2족과 원소의 전자배치와 같아 예외적 경향성을 따르지 않는다. 따라서 D(=Mg⁺) < C(=Al⁺)이다. (거짓)

(4) 원자가 전자수는 A(=F)가 7개, C(=Al)가 3개 이므로, A > C 이다. (참)

(5) 같은 주기에서 원자번호가 증가할수록 원자가 전자가 느끼는 유효핵전하의 크기도 증가한다. 이는 핵전하가 1씩 증가하는데 반해, 같은 주기 내 전자들 사이 가리움 정도가 크지 않아, 증가하는 핵전하를 온전히 가리지 못하기 때문이다. 따라서 원자번호가 큰 A(=F)의 유효핵전하가 B(=Be) 보다 크다. (참)

 

 

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2021 PEET 화학추론(자연과학) 3번

정답 : ④ d_z²

풀이 : 

  원자 오비탈의 전체 마디 수는 n - 1 개이다. 전체 마디 수 = 2 개이므로, n = 3 오비탈이다. 오비탈이 갖는 마디는 방사형 마디와 각마디가 있는데, 방사형 마디는 n - l - 1 개, 각마디는 l 개이다. 주어진 방사 확률 분포함수 그래프에서 핵으로부터 떨어진 특정 지점에서 확률 분포가 0이 되는 지점이 없다. 따라서 방사형 마디는 없으며(n - l - 1 = 0), l = 2, d-오비탈임을 알 수 있다.

 

 

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2021 PEET 화학추론(자연과학) 4번

정답 : ①

풀이 :

  끓는점 오름은 용매의 끓는점 오름상수와 용액의 몰랄농도에 의해 결정된다. 주어진 조건에서 용매의 종류와 질량이 모두 동일하기 때문에 용질의 입자수(몰수)에 의해서 끓는점 오름의 정도가 결정된다. 끓는점 오름은 용액의 총괄성(colligative property)으로 입자의 종류에 무관하기 때문에, 용질이 섞여 있더라도 동일한 종류의 입자처럼 취급하여 용질의 총량을 먼저 파악하는 것이 문제를 풀어갈 때 유리하다.

  (가) 수용액은 용질 A가 0.25 mol이 들어있지만, A의 반트호프 인자가 2이므로, 용액에서 해리되어  실제로는 0.25*2 = 0.5 mol로 존재함을 알 수 있다. 따라서 0.5 mol의 입자당 끓는점이 a 만큼 상승한다는 것을 알 수 있다.

  반면, (나) 수용액은 끓는점이 0.3a 만큼 상승했다. (가)와 (나)용액의 끓는점 오름을 통해 용질의 총량을 비교했 때, (나) 용액에 포함된 (반트호프인자를 고려한) 전체 입자수(n_total)는 (가) 용액의 0.3배이다. (나) 용액에는 0.5 * 0.3 = 0.15 mol의 입자가 포함되어 있다.

0.5 mol : a = n_{total, (나)} : 0.3a        n_{total, (나)} = 0.15 mol

  만약, (나) 용액의 A의 반트호프인자(해리)를 고려하지 않는다면, 표에 값대로 용질은 n_A + n_B = 0.1 mol^(1)식 이다. 다만, 끓는점 오름 수치는 반트호프인자(해리)가 고려되어 나타난 값이기 때문에 (나) 용액에서 A의 반트호프인자(해리)를 고려한다면, 용질의 양이 n_A' + n_B = 0.15 mol임을 알 수 있다. (n_A' = 해리를 고려했을 때의 실제 A 몰수)

  초기 A와 실제(해리된) A의 입자 수에는 다음의 관계가 성립한다. (반트호프인자=2)

n_A' = 2n_A

  따라서 2n_A + n_B = 0.15 mol^(2)식 의 관계식으로 변형 가능하며, (1), (2)식을 연립하면, n_A = 0.05 mol이다.

A의 몰수[mol] * A의 화학식량[g/mol] = 0.05 [mol] * 40 [g/mol] = 2 g

 

 

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2021 PEET 화학추론(자연과학) 5번

정답 : ⑤

풀이 :

  X는 1주기, Y는 2주기 원소이다. 결합을 형성할 수 있는 1주기 원소로 X는 수소(H)임을 알 수 있다.

  주어진 Y₂의 분자궤도함수에 Y의 2p 오비탈이 관여했으므로, 원자 상태에서 2p 오비탈에 전자가 채워지는 B, C, N, O, F 중 하나이다.

  이중, B, N, F 은 Y₂ 형성 후 모든 전자가 짝짓는 전자배치를 갖는다. 홀전자가 존재하지 않으면, 상자성이라는 조건을 만족할 수 없다. 따라서 Y는 탄소(C) 또는 산소(O) 이다.

  그런데, 2주기 동핵이원자분자의 궤도함수는 N₂와 O₂를 기점으로 서로 다른 형태의 에너지 준위 순서를 갖는다. B₂ ~ N₂까지는 2-1-2-1 의 에너지 준위 순서를 가지며, O₂부터는 1-2-2-1 의 에너지 준위 순서를 갖는다. 주어진 에너지 준위 순서가 1-2-2-1이므로 Y는 산소(O)임을 알 수 있다.

[원본 출처] Oxtoby, Principles of Modern Chemistry 7th, Fig 6.17.

  주어진 (1) ~ (5)의 지문을 살펴보면,

(1) XY(OH) 궤도함수 (ㄱ)에는 전자가 채워진다. 수소의 전자 1개, 산소의 2p 전자 4개가 분자궤도함수를 채우므로, σ_1s-2pz² π_x,nb² π_y,nb¹의 전자 배치를 갖는다. (참)

(2) Y₂(O₂)에서의 마디는 σ_2pz는 2개, σ_2pz^*는 3개이다. 결합성궤도함수보다 반결합성궤도함수의 마디수가 더 많다. (참)

(3) XY(OH)의 홀전자 수는 1개, Y₂⁺(O₂⁺)의 홀전자 수도 1개이다. (참)

(4) XY^-(OH^-)의 결합 차수는 1이다. 결합 차수(bond order)는 (결합성궤도함수 내 전자수 - 반결합성궤도함수 내 전자 수)*0.5로 구할 수 있다. (2 - 0)*0.5 = 1 이다. (참)

(5) Y₂^-(O₂^-)는 여전히 1개의 홀전자를 갖기 때문에, 상자성(paramagnetic)이다. (거짓)

 

 

 

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