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화학

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2014학년도 3월(3.12.) 고3 전국연합학력평가 화학1 풀이 [20번] 2014학년도 3월 고3 전국연합학력평가 문제 풀이 [20번] 정답 : ⑤ ㄴ, ㄷ 풀이 : 일정 온도, 압력 조건에서 반응 전후의 부피 비가 피스톤 높이로 주어져있다. 피스톤의 부피는 용기 내 존재하는 기체 분자의 몰 수에 비례한다. 화학 반응식의 양적 관계 문제이다. (가)의 반응 전 기체 입자 수를 통해 몰 수와 부피 관계를 알 수 있다. 4 mol에 해당하는 부피가 8 부피이다. 1 mol 당 2 부피씩 차지한다. 기체 분자 1 mol = 2 부피 따라서 (가)의 반응 후 남아있는 기체 몰수는 7 부피에 해당하는 3.5 mol이다. 같은 방법으로 (나)의 반응 전 기체 몰수는 8부피에 해당하는 4 mol이며, (나)의 반응 후 기체 몰수는 6 부피에 해당하는 3 mol이다. (가), (나) 모두 ..
오스트발트 희석률 (Ostwald dilution law) 오스트발트 희석률 | Ostwald dilution law 0. 들어가기 오스트발트 희석률은 독일의 화학자 빌헬름 오스트발트(Friedrich Wilhelm Ostwald, 1853-1932)가 1888년 제안한 것으로 약산의 이온화 상수(Ka)와 약산의 이온화도 사이 관계를 나타낸 법칙을 말한다. (사실, 산-염기에만 국한된 것이 아닌, 수용액에서 해리되는 전해질들의 해리 상수 Kd 와 초기 농도 c0 , 전해질의 해리도(해리 분율) α 사이 관계에 대한 것이다.) 1. 유도하기 약산(약전해질)은 수용액에서 일부 해리되어 다음과 같은 평형 상태에 도달한다. 약산의 초기 농도를 c0, 약산의 이온화도를 α 라고 한다면, 약산은 이온화도의 비율만큼 해리되며, 해리된 약산의 농도는 c0*α 로 나타낼 수 있..
약산의 pH 구하기 약산의 pH 구하기 1. 산의 세기 이온화도(해리도)는 절대적 강산과 약산을 구분하는 척도가 된다. 이온화도는 산(HA)의 해리 분율에 관한 것으로 0 ~ 1 사이 값을 갖는다. 이온화도가 크다(1에 가깝다)는 것은 산 대부분 해리되어 수소 이온(H+)과 짝염기 이온(A-)으로 따로 존재하려는 경향이 크다는 뜻이기도 하다. 수용액에서 거의 대부분 해리되어 이온 상태로 존재하는 산을 '강산(strong acid)'이라 하며, 대부분이 그대로 원래의 형태로 존재하고, 일부만 해리되는 산을 '약산(weak acid)'이라 한다. HCl은 강산, CH3COOH는 약산으로 분류된다. 두 산의 해리 전후 상대적 개수에 대한 모형은 다음과 같다. 2. 산 이온화 상수 산의 이온화 상수, 또는 산 해리 상수라고 한다...
공명 구조와 관련된 대표적인 오개념들 공명 구조와 관련된 대표적인 오개념들 1. 공명 구조 (resonance structure) 화학에서 공명(resonance)은 라이너스 폴링(Linus Pauling, 1901-1994)이 비편재화된 전자들을 루이스 구조식(편재화된 분자 모형)에 적용하기 위해 제안한 개념을 말하는 것이 일반적이다. 폴링은 공명을 통해 벤젠(C6H6)의 특별한 평면 구조를 설명했다. 종이 위에 표현된 루이스 구조식은 화합물의 구조를 2차원적으로 알려줄 뿐, 실제 구조를 대변하지는 못한다. 탄산 이온(CO32-)을 예로 들어보자. 탄산 이온은 중심 탄소와 세 개의 산소 원자가 결합한 평면 구조이다. 루이스 구조 상으로는 하나의 C=O 이중 결합과 두 개의 C-O 단일 결합을 갖는 것처럼 보이는데, 만약 이 구조식이 실제 ..
화학사 이야기 - 루이스 구조식과 옥텟 규칙 루이스 구조식과 옥텟 규칙 리튬, 베릴륨, 붕소, 탄소, 질소, 산소, 플루오린... 원자들은 모두 2주기 원소라는 점에서 비슷한 면이 있지만, 원소 각각의 성질은 매우 다르다. 이들 원소 알맹이들은 바깥 껍질에 각기 다른 수의 전자를 갖고, 원소 저마다의 독특한 성질들이 이러한 바깥 껍질 전자 수에 의해 결정된다는 생각이 들어도 이상하지 않다. 과거 화학자들 역시, 원자의 바깥 껍질 전자 수(원자가 전자)와 원소 성질의 연관성에 관심을 가졌으며, 이를 바탕으로 원자 간 반응과 결합 등을 설명하려 했다. 이렇게 원자의 바깥 껍질 전자만으로 결합을 설명하려 시도했던 이론들을, 원자가 결합 이론(valence bond theory, VBT)이라 한다. 그리고 이 이론의 시작점에 빠지지 않고 언급되는 화학자가..
플라스틱 종류별 적외선 스펙트럼 플라스틱 필름을 종류별로 구입하여 적외선 스펙트럼을 측정했다. 지역 내 심화과학반 학생들을 위한 강의 자료에 넣을 데이터가 필요해서 일찍이 측정해두었는데, 학교 생활이 바쁘다는 핑계로 모른척 방치하다가 교수학습자료개발 마감일이 다가올수록 압박이 커져, 생각난 김에 정리해두려 한다. 최근에 블로그에 '적외선 분광법'에 관한 첫 번째 글을 올리고 난 뒤, 귀찮음에 임시 저장한 상태로 무한 미루기 시전 중이다. 한창 탄력받았을 때, 마무리지었어야 했다는 아쉬움이 남는다. 아무튼 Polyvinyl Chloride(PVC), Polycarbonate(PC), Polyethylene(PE), Polypropylene(PP), Polyethylene terephthalate(PET), Polystylene(PS) 여..
고등학교 화학1 - 3-1-1. 화학 결합의 형성 현재 학교에서 사용하고 있는 학생용 학습지 일부입니다. 학교에서 사용하는 교과서는 천재교육(2015)이지만, 전체적인 단원 구성에는 출판사별 차이가 없기에 다른 교과서에도 활용 가능하리라 보입니다. 교육과정 구성은 "화학결합의 전기적 성질(전기분해) > 이온결합 물질의 성질과 에너지 곡선 > 공유 결합 물질의 성질과 에너지 곡선" 순서로 진행되지만, 저는 수업 흐름상 뒷부분에 중복되는 부분이 있어 초반에 결합 형성에 대한 에너지와 힘의 관계를 그래프로 먼저 포괄적으로 다루고, 이후에 순차적으로 이온 결합, 공유 결합에 각각 적용하여 녹는점, 결합에너지, 결합 길이의 경향성 등을 알아보는 방식으로 진행하고 있습니다. 이에 뚜렷한 단원명으로 표현하기는 어렵지만, 3단원을 학습하는 학생들 중 입자들의 거리-에..
혼성 오비탈 : 분자의 결합과 구조를 설명하는 효과적인 방법 * 본문은 고등학교 고급화학 수준에서 작성되었습니다. 원자가 결합 이론(VBT) 관점에서의 파동함수 중첩과 혼성 오비탈 종류에 따른 세부적인 기하 구조 차이에 대한 내용은 담고 있지 않습니다. 사전에 참고하시기 바랍니다. 혼성 오비탈 | hybrid orbital CH4는 어떻게 동등한 4개의 결합을 가질 수 있을까? 1. 메테인의 결합과 구조 가장 간단한 탄소 화합물, 메테인(CH4)은 정사면체 구조를 갖는다. 탄소 원자를 중심으로 4 개의 수소 원자가 109.5 ˚ 각도를 이루며 존재한다. 탄소와 수소는 전자를 공유하여 총 4 개의 결합을 이루며 이때, 중심 탄소의 원자가(valence)는 4이다. [참고] 원자가(valence)는 원자의 결합 능력을 나타내기 위한 값이며, 해당 원자가 가질 수 있는..
전자기파 (electromagnetic wave) 전자기파 | electromagnetic wave 1. 전자기파 (electromagnetic wave) 전자기파는 전기장과 자기장이 수직방향으로 진동하는 파동이다. 진동 간격에 따라 자외선, 가시광선, 적외선 등으로 구분되는데, 사람 눈으로 들어와 시각 신호를 만들어낼 수 있는 약 400 ~ 700 nm 영역의 가시광선을 빛(light)이라 한다. 인간의 눈으로 감지할 수 있는 전자기파의 영역은 매우 제한적인 편이다. 그렇다면, 눈으로 볼 수 없는 전자기파의 존재는 어떻게 알았을까? 가시광선을 제외한 전자기파 복사 현상은 19세기 초에 발견되었다. 적외선(infrared)은 1800년, 런던 왕립 학회 천문학자 윌리엄 허셜(William Herschel, 1738-1822)에 의해 알려졌다. 허셜은 태..
전자의 스핀 (feat. 슈테른-게를라흐 실험) 전자의 스핀 (feat. 슈테른-게를라흐 실험) "그럴 의도는 없었는데, 어쩌다 보니 그렇게 되었어." 1. 슈테른 게를라흐 실험(Stern-Gerlach Experiment) 1922년 독일 프랑크푸르트 대학의 오토 슈테른(Otto Stern, 1888-1969)과 발터 게를라흐(Walther Gerlach, 1889-1979)는 원자의 각운동량이 양자화되어 있음을 증명하기 위한 실험을 수행했다. 슈테른은 이론물리연구소 소장 막스 보른(Max Born, 1882-1970)의 조교였고 게를라흐는 실험물리연구소 조교였지만, 당시 프랑크푸르트 대학의 좋은 연구 분위기를 생각한다면, 이론물리학자와 실험물리학자의 협업이 생소한 일은 아니었다. 당시 학계에서 주목했던 보어 원자 모형은 음전하의 전자가 양전하의 원..
고등학생을 위한 적외선 분광법 : (1) 기초 고등학생을 위한 적외선 분광법 : (1) 기초"분자의 진동 운동과 적외선 분광법" 0. 들어가기  어쩌다 보니, 지역 심화과학반 프로그램에서 ‘적외선 분광기를 이용한 물질 분석’ 수업을 하게 되었다. 개인적으로 진행하고 있는 교수학습자료개발 활동과 맞물려 현장에 적용할 수 있는 흔치 않은 기회였다. 적외선 분광기는 자외선-가시광선 분광기에 비해 워낙 고가인데다, 중고등학교 수준에서 활용 범위가 넓지 않은 편이서 일반 학교가 보유하는 경우는 드물다. 이번 프로그램 역시 학교가 아닌, 지역 수리과학정보체험센터 심화실험실에서 진행했다. 분광학 관련 내용을 진지하게 다루기에는 터무니없이 부족한 시간이었기에 블로그에 보충하여 내용을 정리해두고자 한다.   적외선 분광기도 기본적인 분석 원리는 이전에 포스팅했던 자..
오비탈의 침투 효과 (Penetration Effect of Orbitals) 오비탈의 침투 효과Penetration effect of Orbitals 1. 거리에 따른 전자의 에너지  쿨롱 법칙(Coulomb's Law)은 서로 다른 두 전하의 상호작용을 설명한다. '전하 간 거리(r )'와 '전하량 곱(q1*q2)'에 따라 그 크기가 달라지는데, 거리가 가깝고 전하량 곱이 커질수록 강하게 상호작용한다.  물질을 이루는 원자는 양전하(+)의 핵과 음전하(-)의 전자로 구성된다. 서로 다른 종류의 두 입자가 하나의 원자 안에 공존한다. 우리는 쿨롱 법칙을 통해 핵과 전자 사이 상호작용을 설명할 수 있다.  만약, 핵으로부터 떨어진 거리(r )가 각기 다른 두 전자 1과 2가 있다면, 이들의 에너지는 어떤 차이가 있을까? 단순하게 쿨롱 법칙만으로 예상해본다면, 핵에서 가까운 전자가 ..