2020 MEET/DEET 자연과학2(일반화학) 기출문제 풀이 (1번~5번)

2020 MEET/DEET 자연과학2(일반화학) 기출문제 풀이 (1번~5번)

[1번 풀이] ③

주어진 그래프는 수소 원자의 n=2의 방사형 파동함수를 나타낸 것이다. 이 때, 각운동량 양자수는 0 또는 1이기 때문에 하나는 s, 하나는 p 오비탈이다. s 오비탈의 경우 핵위에서의 파동함수 값이 최대가 되고, 하나의 방사 마디(2-0-1=1)를 가져야 하므로 (나)가 s 오비탈, (가)는 p 오비탈임을 알 수 있다. 이를 바탕으로 주어진 보기의 옳고, 그름을 판단해보면,

1) 주어진 (가)는 p 오비탈이므로 각운동량양자수 l=1 이다.

2) (나)는 s 오비탈로 공간상에서 구형 모양이다. 

3) (나)의 방사방향파동함수를 방사방향확률분포함수 (f (r)=r^2R(r)) 의 형태로 나타내면, 곱해진 r^2에 의해 핵 위에서의 확률이 0이 되며, 주어진 그림의 r=a 지점에서 극대점을 갖게 된다. (참)

4) 수소원자의 에너지는 오직 주양자수(n)에만 의존하며, 주어진 (가)와 (나) 모두 n=2이므로, 에너지는 같다.

5) 오비탈의 전체 마디 수는 n-1개로 나타나며, l개의 각운동량 마디와 n-l-1개의 방사 마디를 갖는다. (가), (나) 모두 1개의 마디를 가지며, (가)는 각운동량 마디, (나)는 방사형 마디를 갖는다.

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[2번 풀이] ②

주어진 그래프 보면, 동주기 내에서 n 로 원자번호가 증가했음에도 1차 이온화에너지가 감소하는 예외적 경향성을 확인할 수 있다. 2주기 내 예외적 경향성을 갖는 구간은 베릴륨(4Be)과 붕소(5B) 또는 질소(7N)와 산소(8O) 사이이다. 가정을 통해 구체화시킬 수 있다. 만약 n=3, 즉 1차 이온화에너지의 첫번째 점(n+1)을 베릴륨(4Be)이라 가정하면, n은 리튬(3Li)이 되는데, 리튬의 2차 이온화에너지는 껍질 수의 변화가 발생하여 굉장히 큰 값을 가져야만 한다. 그런데 그래프를 보면, 2차 이온화에너지가 베릴륨보다 작은 것을 알 수 있다. 이에 n=6이며, n+1=7로 질소임을 추론할 수 있다. 이를 바탕으로 주어진 보기의 옳고, 그름을 판단해보면,

1) n번 원자는 탄소(6C)로 p오비탈에 2개의 홀전자를 갖는다.

2) 동주기 원자에서 최외각전자의 유효핵전하 경향성은 원자번호가 증가할수록 증가하며, 이에 원자반지름이 감소하고, 이온화에너지는 증가하는 경향성을 갖는다. 따라서 n-1번 원자인 붕소(5B)의 이온화에너지가 n번 원자인 탄소(6C)의 이온화에너지보다 작다. (참)

3) 위의 2에서의 이유로 원자반지름은 n+1 원자인 질소(7N)가 n+2 원자인 산소(8O)보다 크다.

4) 전기음성도는 n+3 원자인 플루오르(9F)가 (n+5) 원자인 나트륨(11Na) 보다 크다.

5) 1차 이온화에너지는 n+4 원자인 비활성기체 네온(10Ne)이 n+5 원자인 나트륨(11Na) 보다 크다. 

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[3번 풀이] ⑤

주어진 세 화학종 CO2, O3, SO2의 중심 원자는 각각 탄소(C), 산소(O), 황(S) 이다. 주변 원자는 모두 산소로 동일하며 중심원자의 원자가전자에 의해 구조가 결정된다. (원자가껍질전자쌍반발이론) 가장 안정한 루이스구조식을 바탕으로 예상한 세 분자의 구조는 CO2는 직선형, 나머지 O3와 SO2는 굽은형이다. 이를 바탕으로 주어진 보기를 살펴보면,

1) CO2는 직선형 구조로, 중심 원자인 탄소는 sp 혼성 오비탈을 갖는다.

2) O3는 중심에 위치한 산소가 비공유전자쌍을 한쌍 가지기 때문에 굽은형 구조를 갖는다.

3) 중심원자의 형식전하는 CO2와 SO2는 0이며, O3는 +1, 이다.

4) 주위의 두 산소와 중심원자 사이에 이루는 결합각의 크기는 CO2가 SO2보다 크다. CO2는 직선형 180도이지만, SO2는 굽은형으로 180도보다 작은 결합각을 갖는다.

5)중심 원자의 비공유 전자쌍의 개수는 O3와 SO2는 각각 1쌍씩 가지며, CO2는 갖지 않는다. (참)

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[4번 풀이] ④

주어진 MO 도표를 바탕으로 보기의 내용을 살펴보면,

ㄱ) 분자의 이온화 에너지는 전자가 채워진 가장 높은 분자궤도함수(HOMO)의 에너지 준위를 통해 예측할 수 있다. 질소는 원자번호 7번으로 7개의 전자가 1s^2 2s^2 2p^3 의 전자배치를 가지며, 2p오비탈에서 전자가 제거된다. 따라서 비교되는 화합물의 HOMO가 질소보다 에너지 준위가 높은지 낮은지를 통해 비교할 수 있다. 보기의 NO의 경우 전체 전자수는 15개이며, σ2s^2 σ2s*^2 π2p^4 σ2p^2 σ2p*^1 이다. NO의 HOMO는 반결합성궤도함수인 σ2p*^1 이다. 따라서 N의 1차 이온화에너지는 NO의 이온화에너지보다 크다. (참)

ㄴ) 결합차수는 (결합성궤도함수에 채워진 전자수-반결합성궤도함수에 채워진 전자수)*0.5이다. NO와 NO-는 결합성궤도함수 내 전자 수는 동일하지만, 반결합성궤도함수 전자수가 NO-가 1개 더 많으므로, 결합차수는 NO가 NO-보다 크다. (거짓)

ㄷ) 마찬가지로 홀전자 수는 NO가 σ2p*에 1개, NO는 각각의 σ2p*에 1개씩 총 2개이므로, 홀전자 수는 NO가 NO-보다 작다. (참)

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[5번 풀이] ②

일정 온도(300K), 동일한 몰수(n)의 기체이므로, pV=nRT에서 우변이 모두 고정되어 있으며, p와 V의 곱은 상수 취급할 수 있다. 그래프는 압력과 밀도에 대한 1차함수 형태로 나타나있으므로, 그래프의 기울기는 해당 기체의 분자량에 비례한다.

 

이를 바탕으로 주어진 보기의 내용을 살펴보면,

1) 그래프 위의 모든 점에서 pV 곱은 언제나 일정하다. 따라서 C에서(p=1)의 부피는 B에서(p=2)의 부피에 두 배이다.

2) 그래프의 기울기는 분자량(M)에 비례하므로, 분자량은 X가 Y의 2배이다. (참)

3) 압력과 부피의 곱은 A와 C에서 모두 같다.

4) 단위 부피당 기체의 분자수(n/V)는 그 점에서의 압력에 비례한다. 따라서 B가 A의 두 배이다.

5) 일정한 압력에서 온도를 600K으로 올리면, 그래프의 기울기(M/RT)는 1/2로 감소하므로, 밀도는 1/2배가 된다.

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