2018 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 13번 풀이

2018 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 13번 풀이

개요

  2주기 원소로 이루어진 동핵, 이핵이원자분자(또는 이온)의 분자궤도함수(MO)에 관한 문제입니다. 이핵이원자분자나 이온의 경우 같은 전자수를 갖는 동핵이원자분자에 빗대어 생각하면 보다 쉽게 문제를 해결할 수 있습니다. 특히 임의의 원소기호 X, Y, Z를 사용하는 경우에는 해당 원소기호와 실제 원소기호를 빠르고, 정확하게 대응하는 것이 중요합니다.

풀이

  주어진 제시문을 바탕으로 임의의 2주기 원소 X, Y, Z를 결정해보면,

XY-의 전자배치 : 

• XY-의 전자배치를 통해 전체 전자수가 14이며, 전자배치만으로는 동핵이원자분자인 N2 의 전자배치와 동일합니다. 따라서 X와 Y의 원자번호의 합이 13이라는 것을 뜻합니다. 2주기 원소라고 했으므로, 6+7, 5+8, 4+9 등이 될 수 있을 것입니다. 

• 단순하게 접근하면 XY-는, CN-, BO-, BeF- 등으로 예상할 수 있습니다.

YZ의 결합차수 :

• YZ의 결합차수가 3이라는 정보를 2주기 원소로 이루어진 동핵이원자분자에 적용하면, 역시 N2의 전자배치를 가질 때, 결합차수 3을 만족합니다. 이는 Y와 Z의 원자번호의 합이 14라는 것을 뜻합니다. 따라서 6+8, 5+9 등이 될 수 있을 것입니다.

• 단순하게 접근하면 YZ는, CO, BF 등으로 예상할 수 있습니다.

Z2의 전자배치 :

• Z2의 반결합성 궤도함수인 π*에 전자가 1개씩 있다는 것을 통해 Z가 산소임을 알 수 있습니다. 

결론 :

• Z가 원자번호 8번의 산소(O)이므로, Y는 6번 탄소(C), X는 7번 질소(N)이라는 사실을 알 수 있습니다.

정리

  주어진 정보를 바탕으로 보기의 내용을 살펴보면,

ㄱ. XY-(CN-)의 π 1개에는 마디면이 1개 있습니다. 2px-2px, 2py-2py의 겹침(보강)에 의해 형성되는 π 오비탈의 경우 결합축을 포함하는 마디면을 1개 갖습니다. 동일한 px-px, py-py의 겹침을 통해 마디면을 2개 갖는 경우는 반결합성의 π* 오비탈입니다.  (거짓)

ㄴ. "XZ+(NO+)의 결합길이가 XZ-(NO-) 보다 크다." 는 지문은 결합 차수의 계산을 통해 옳고 그름을 판별할 수 있습니다. NO+의 경우 전체 전자수는 14개로 N2의 전자배치와 같으며, NO-는 16개의 전자를 가져 O2의 전자배치와 같습니다. 따라서 NO+는 결합차수 3, NO-는 결합차수 2 이므로, 결합차수가 작은 NO-가 결합길이가 길다는 사실을 확인할 수 있습니다. (거짓)

ㄷ. X2는 N2, Z2는 O2입니다. 각각의 결합차수는 3과 2이며, N2+의 경우 결합성궤도함수의 전자가 하나 제거되어 결합차수가 2.5로 감소하며, O2-의 경우 반결합성궤도함수에 전자가 하나 추가되어 결합차수가 1.5로 감소합니다. 즉 2.5/3 (X2+/X2) 이 1.5/2 (Z2-/Z2) 보다 크다는 사실을 확인할 수 있습니다. (참)

* 본문의 설명에 잘못된 부분에 대해 말씀해주시면, 참고하여 수정, 업데이트 하도록 하겠습니다. 위 문제의 출처는 kpeet.or.kr 한국약학교육협의회입니다.