2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (1번~5번)

 

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (1번~5번)

 

[1번 풀이] ④

  산-염기 중화반응에서 중화점 판단을 위해 산-염기 지시약을 사용합니다. 이 때, 산-염기 지시약의 변색 범위가 중화점에서의 pH를 포함해야 합니다. 중화점에서는 급격한 pH변화가 일어나며, 반응한 산과 염기의 세기에 따라 그 범위가 달라집니다. 강산-강염기 중화반응 조건에서는 pH의 변화폭이 크기 때문에 대부분의 산-염기 지시약을 사용 가능하지만, 강산-약염기, 약산-강염기의 중화반응에서는 일부 지시약의 사용이 제한됩니다. 문제 <자료>의 표를 살펴보면, 메틸오렌지는 강산-약염기, 페놀프탈레인은 약산-강염기 조건에서 사용할 수 있는 변색 범위를 가졌습니다. 강산-강염기 조건에서는 대부분의 지시약을 사용할 수 있습니다.

  참고로, 변색 범위란, 대략 지시약 pKa 기준으로 +1 ~ -1 구간을 말합니다. 이 구간 내에서는 지시약의 산성형과 염기성형 비율이 큰 차이가 나지 않아 두 형태 중에 한가지 색이 우세하지 않고, 혼합된 색으로 관찰됩니다. 따라서 pH가 급변하는 중화점이 지시약의 변색 범위를 포함하면, 중화 반응 이전과 이후 색깔이 명확하게 구분 되어 관찰이 용이합니다. 중화 반응에서는 이러한 점을 고려하여 지시약을 선택합니다.

  <실험 과정>을 통해 강염기인 NaOH 1 M 수용액이 적가액(표준용액)으로하여 약산인 CH₃COOH(적정액, 분석물) 수용액의 농도를 결정하려는 것을 알 수 있습니다. 약산과 강염기의 반응이므로 pH는 7보다 크게 나타날 것이며, 페놀프탈레인 지시약이 적합합니다. 

  CH₃COOH의 몰농도를 구해보면, 적가한 NaOH의 몰수는 1 M * 10 mL = 10 mmol 입니다. 초기 CH₃COOH에 존재하는 산의 몰수가 10 mmol로 동일할 것이므로, 10 mmol= x M * 20 mL 이므로, 몰농도(x)는 0.5 M 임을 알 수 있습니다.

 

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[2번 풀이] ①

  헤스의 법칙을 사용하여 탄소(다이아몬드)의 표준 생성 엔탈피를 구하는 비교적 간단한 문제입니다. 표준 생성 엔탈피는 '표준 상태에서 가장 간단한 홑원소 물질을 이용하여 해당 물질을 생성하는 과정에서의 엔탈피 변화를 말합니다. 탄소의 경우 가장 안정한 홑원소 물질은 흑연이므로, 문제에서 요구하는 반응은 흑연으로부터 다이아몬드가 생성되는 반응입니다. 표준 생성 엔탈피 단위인 kJ/mol에서 mol은 생성물인 다이아몬드 기준입니다. 다이아몬드의 계수는 1이 되어야 합니다.

  사실 객관식 문제를 빠르게 풀어야 하는 제한된 상황에서는 만들고자 하는 반응식에 필요한 물질을 포함한 화학반응식부터 변형시켜 보기를 줄여나가는 것이 좋습니다. 주어진 3개의 반응을 A, B, C 반응이라 하면,

  우리가 원하는 반응물은 흑연입니다. 따라서 A 반응의 역반응이 필요하며, 흑연 1몰 기준으로 식을 변형하면, 엔탈피 식에는 -a/2 를 포함할 것입니다. 생성물은 다이아몬드이며, B 반응이 그대로 사용될 것입니다. 엔탈피 식에는 +b 가 포함될 것입니다. 이미 답은 1번으로 결정되었습니다. 마지막으로 A 역반응에 포함된 CO를 제거하기 위해서 C 반응이 필요하다는 것도 확인 가능합니다. CO 1몰 기준으로 식을 변형하면, 엔탈피 식에는 +c/2가 포함됩니다.

  따라서 엔탈피는 b - (a/2) + (c/2) 입니다.

 

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[3번 풀이] ⑤

  주어진 (가)는 이산화탄소, 분자 (나)는 알렌(allene)이라는 일반명으로 더 잘 알려진 1,2-프로파다이엔(propa-1,2-diene)입니다. 특히 알렌은 구조적인 특이함 때문에 일반화학이나 무기화학 점군에서 문제로 자주 등장합니다. (참고로 알렌의 점군은 D_2d입니다.) 주어진 보기를 하나씩 살펴보면,

[출처] https://en.wikipedia.org/wiki/Allenes#/media/File:Allene3D.png

① 산소의 원자가 전자는 6, 탄소의 원자가 전자는 4, 수소의 원자가 전자 수는 1이므로, (가)는 (6*2) + (4*1) = 16, (나) 역시 (4*3) + (1*4) = 16으로 같습니다.

② (ㄱ)은 결합각 180˚로 sp 혼성, (ㄹ)은 결합각 120˚로 sp² 혼성입니다.

③ (나)의 (ㄷ) 탄소는 sp 혼성을 가지며, 여분의 p_x, p_y 오비탈을 이용하여 좌측, 우측의 탄소와 π-결합을 합니다. 따라서 π-결합의 수직인 평면에 수소 2개가 위치하게 되며, 좌측의 수소와 우측의 수소는 엇갈린 형태로 존재합니다. 이에 모든 원자가 동일한 평면 위에 존재할 수 없습니다. 최소 2 개의 원자가 평면에서 벗어납니다.

④ (가), (나) 모두 분자의 구조가 대칭형이며, 쌍극자 모멘트는 두 분자 모두 0입니다.

⑤ 형식전하(formal charge)는 '원자 상태에서의 원자가 전자 수'에서 '결합 이후 소유한 전자 수'를 빼서 구할 수 있습니다. 이 때의 결합은 전기음성도와 무관한 완전한 공유결합이라고 가정합니다. 이를 바탕으로 (ㄴ)과 (ㄷ)의 형식전하룰 구하면, (ㄴ)은 6 - 6 = 0 이며, (ㄷ)은 4 - 4 = 0 입니다. 두 원자의 형식전하는 같습니다. (참)

 

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[4번 풀이]  ③

  주어진 그림은 수소 원자 오비탈의 xy 평면에서의 단면을 나타낸 것입니다. (가)는 p_x오비탈, (나)는 d_xy오비탈입니다. 두 오비탈 모두 방사형 마디를 갖지 않기 때문에 2p_x 오비탈과 3d_xy 오비탈임을 알 수 있습니다. 보기를 살펴보면,

① (나)는 3d_xy 오비탈이며, ② 주양자수는 (가) = 2, (나) = 3으로, (나)가 (가)보다 큽니다. ④ 수소 원자의 에너지 준위는 주양자수에만 의존하므로 역시 (나)가 (가)보다 큽니다. ⑤ 각운동량 양자수는 (가)가 p-오비탈로 1, (나)가 d-오비탈로 2이므로, 역시 (나)가 (가)보다 큽니다.

③ 오비탈의 전체 마디수는 n-1 개입니다. 마디는 방사형 마디와 각운동량 마디로 구분되는데, 방사형 마디 수는 n - l - 1 개, 각 마디는 l 개입니다. 이에 (가)는 방사형 마디 = 0, 각 마디 = 1를 가지며, (나)는 방사형 마디 = 0, 각 마디 = 2를 갖습니다. 따라서 전체 마디의 수는 (나)가 (가)보다 큽니다. (참)

 

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[5번 풀이] ⑤

이전에 작성한 풀이를 참고하시길 바랍니다.

https://stachemi.tistory.com/68

2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 5번 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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2020 PEET 화학추론(일반화학) 기출문제 풀이 (6번~10번)