소방공무원(경력) 화학개론 필기 기출문제복원 (2023-03-18)

소방공무원(경력) 화학개론 2023-03-18 필기 기출문제 해설

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소방공무원(경력) 화학개론
(2023-03-18 기출문제)

목록

1과목: 화학개론

1. 1nm와 같은 길이는?

  1. 1×10-12 mm
  2. 1×102 pm
  3. 1×10 Å
  4. 1×10-2 μm
(정답률: 알수없음)
  • 길이 단위의 환산 관계를 묻는 문제입니다. $1\text{nm} = 10^{-9}\text{m}$이며, $1\text{Å} = 10^{-10}\text{m}$이므로 $1\text{nm}$는 $10\text{Å}$과 같습니다.

    오답 노트
    $1\times 10^{-12}\text{mm}$: $10^{-15}\text{m}$이므로 틀림
    $1\times 10^{2}\text{pm}$: $10^{-10}\text{m}$이므로 틀림
    $1\times 10^{-2}\mu\text{m}$: $10^{-8}\text{m}$이므로 틀림
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2. 원소 13C의 중성자수는?

  1. 1
  2. 3
  3. 6
  4. 7
(정답률: 알수없음)
  • 원자 번호는 양성자 수와 같으며, 질량수는 양성자 수와 중성자 수의 합입니다. 탄소($\text{C}$)의 원자 번호는 $6$이므로 양성자 수는 $6$개입니다.
    $$\text{중성자 수} = \text{질량수} - \text{양성자 수}$$
    $$\text{중성자 수} = 13 - 6$$
    $$\text{중성자 수} = 7$$
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3. 수산화 나트륨(NaOH) 용액 300mL에 NaOH 120g이 녹아 있을 때, 이 용액의 몰농도[M]는? (단, NaOH의 화학식량은 40 이다.)

  1. 10
  2. 40
  3. 160
  4. 300
(정답률: 알수없음)
  • 용질의 몰수를 구한 뒤, 이를 용액의 부피(L)로 나누어 몰농도를 계산합니다.
    ① $M = \frac{w \div Mw}{V}$
    ② $M = \frac{120 \div 40}{0.3}$
    ③ $M = 10$
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4. 원자가 껍질 전자쌍 반발(valence shell electron pair repulsion) 이론에 기초하여 예측한 포름알데히드(HCHO)의 분자 모양은?

  1. 선형
  2. 정사면체형
  3. 삼각쌍뿔형
  4. 평면삼각형
(정답률: 알수없음)
  • 포름알데히드($\text{HCHO}$)의 중심 원자인 $\text{C}$는 2개의 $\text{H}$와 1개의 $\text{O}$와 결합하여 총 3개의 전자 영역을 가집니다. VSEPR 이론에 따라 전자 영역이 3개일 때 가장 안정한 구조는 평면삼각형입니다.
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5. 밑줄 친 원소 중 가장 큰 산화수를 갖는 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 화합물 내 각 원소의 산화수를 계산하여 비교합니다. $\text{F}$는 항상 $-1$이며, $\text{S}$는 $\text{F}$ 6개와 결합하여 전체 전하가 $0$이 되어야 하므로 가장 큰 산화수를 갖습니다.
    산화수 계산
    $\text{SF}_6$에서 $\text{S}$의 산화수: $x + 6(-1) = 0 \rightarrow x = +6$
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6. 음이온의 화학식과 이름이 옳지 않은 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • $\text{SO}_4^{2-}$의 올바른 이름은 황산 이온입니다. 마황산 이온은 잘못된 명칭입니다.

    오답 노트
    $\text{CO}_3^{2-}$: 탄산 이온 (옳음)
    $\text{Cl}^-$: 염화 이온 (옳음)
    $\text{OH}^-$: 수산화 이온 (옳음)
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7. 분자 오비탈에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 결합 차수가 커지면 결합 길이도 길어진다.
  2. 분자 오비탈 이론으로 산소 분자의 상자기성을 설명할 수 있다.
  3. 개의 원자 오비탈이 겹쳐지면 개의 분자 오비탈이 생긴다.
  4. 반결합성 분자 오비탈의 에너지는 분자를 형성하는 원자 오비탈의 에너지보다 높다.
(정답률: 알수없음)
  • 결합 차수가 커질수록 원자 사이의 결합력이 강해져 결합 길이는 오히려 짧아집니다.

    오답 노트
    산소 분자의 상자기성: 홀전자가 존재하여 설명 가능
    오비탈 수 보존: $n$개의 원자 오비탈이 겹치면 $n$개의 분자 오비탈 생성
    반결합성 오비탈: 원자 오비탈보다 에너지가 높음
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8. 용액의 농도를 나타내는 방법 중 온도에 따라 변할 수 있는 것은? (단, 용액은 증발하지 않는다고 가정한다.)

  1. 몰농도
  2. 몰분율
  3. 몰랄 농도
  4. 질량 백분율
(정답률: 알수없음)
  • 몰농도는 용액의 부피를 기준으로 정의되는데, 액체의 부피는 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하므로 온도에 따라 농도 값이 변하게 됩니다.

    오답 노트
    몰분율, 몰랄 농도, 질량 백분율: 질량이나 몰수 기반으로 정의되어 온도 변화에 영향을 받지 않음
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9. 990g의 미지 시료를 분석했을 때 558g의 인(P)과 432g의 산소(O)가 들어 있고, 다른 원소는 검출되지 않았다. 이 시료의 실험식은? (단, P와 O의 원자량은 각각 31과 16이다.)

  1. PO3
  2. P2O3
  3. P2O5
  4. P3O5
(정답률: 90%)
  • 각 원소의 질량을 원자량으로 나누어 몰수 비를 구하면 가장 간단한 정수비인 실험식을 얻을 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\text{몰수} = \frac{\text{질량}}{\text{원자량}}$
    ② [숫자 대입] $\text{P} : \text{O} = \frac{558}{31} : \frac{432}{16} = 18 : 27$
    ③ [최종 결과] $\text{P} : \text{O} = 2 : 3 \rightarrow \text{P}_2\text{O}_3$
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10. 염색공장에서 발생한 6M의 황산(H2SO4) 용액 2m3를 4M의 수산화 나트륨(NaOH) 용액으로 중화하는 데 필요한 NaOH 용액의 양[m3]은?

  1. 2
  2. 3
  3. 6
  4. 12
(정답률: 알수없음)
  • 중화 반응의 원리에 따라 산의 당량수(노르말 농도 $\times$ 부피)와 염기의 당량수가 같아야 합니다. 황산은 2가 산, 수산화 나트륨은 1가 염기임을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $M_{\text{NaOH}} \times V_{\text{NaOH}} = 2 \times M_{\text{H}_2\text{SO}_4} \times V_{\text{H}_2\text{SO}_4}$
    ② [숫자 대입] $4 \times V_{\text{NaOH}} = 2 \times 6 \times 2$
    ③ [최종 결과] $V_{\text{NaOH}} = 6$
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11. 다음은 0℃, 1atm 에서 프로페인(C3H8)의 연소 반응식이다. 프로페인 2L가 완전 연소할 때 생성되는 이산화 탄소(CO2)의 부피[L]는? (단, 기체는 이상 기체이다.)

  1. 2
  2. 3
  3. 5
  4. 6
(정답률: 알수없음)
  • 아보가드로 법칙에 따라 온도와 압력이 일정할 때 기체의 부피비는 화학 반응식의 계수비와 같습니다.
    ① [기본 공식] $\text{CO}_2 \text{ 부피} = \text{C}_3\text{H}_8 \text{ 부피} \times \frac{3}{1}$
    ② [숫자 대입] $\text{CO}_2 \text{ 부피} = 2 \times 3$
    ③ [최종 결과] $\text{CO}_2 \text{ 부피} = 6$
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12. 4V의 배터리로 30분 동안 2A의 일정한 전류를 보낼 때, 배터리가 행한 전기적 일[kg]은?

  1. 3.6
  2. 14.4
  3. 3,600
  4. 14,400
(정답률: 알수없음)
  • 전기적 일은 전압, 전류, 시간의 곱으로 계산하며, 단위는 줄(J)입니다. $1\text{kJ} = 1000\text{J}$ 임을 이용하여 단위를 변환합니다.
    ① [기본 공식] $W = V \times I \times t$
    ② [숫자 대입] $W = 4 \times 2 \times (30 \times 60)$
    ③ [최종 결과] $W = 14400\text{J} = 14.4\text{kJ}$
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13. 300K에서 다음 반응의 △G°[kJ/mol]는?

(단, G°는 표준 깁스 자유 에너지(standard Gibbs free energy), H°는 표준 엔탈피(standard enthalpy), S°는 표준 엔트로피(standard entropy)이다.)

  1. -180
  2. -48
  3. 132
  4. 180
(정답률: 70%)
  • 표준 깁스 자유 에너지 변화량은 엔탈피 변화량에서 온도와 엔트로피 변화량의 곱을 빼서 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$
    ② [숫자 대입] $\Delta G = 180 - 300 \times (160 \times 10^{-3})$
    ③ [최종 결과] $\Delta G = 132$
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14. 주양자수(n)가 4일 때, 오비탈과 양자수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 각운동량 양자수(l)는 0, 1, 2, 3 이다.
  2. 껍질 내의 전체 오비탈 수는 16개이다.
  3. 부껍질에는 4s, 4p, 4d, 4f가 포함된다.
  4. 자기 양자수(ml)는 0을 포함한 -4에서 4까지의 정숫값을 갖는다.
(정답률: 알수없음)
  • 주양자수 $n=4$일 때 각 양자수의 범위와 성질을 분석합니다.
    각운동량 양자수 $l$은 $0$부터 $n-1$까지 가능하므로 $0, 1, 2, 3$이 맞으며, 이에 따라 $4s, 4p, 4d, 4f$ 부껍질이 존재합니다. 전체 오비탈 수는 $n^{2} = 4^{2} = 16$개입니다.

    오답 노트
    자기 양자수 $m_{l}$은 $-l$부터 $+l$까지의 정수 값을 가집니다. $n=4$에서 $l$의 최댓값은 $3$이므로, $m_{l}$은 $-3$에서 $3$까지의 정수 값을 가져야 합니다.
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15. 다음은 T℃에서 A(g)와 B(g)가 반응하여 C(g)가 생성되는 반응이다.

표가 A와 B의 초기 몰농도에 따른 반응 속도를 나타낼 때, 반응 속도 법칙은? (단, k는 속도 상수이고, [A]와 [B]는 각각 A와 B의 몰농도이다.)

  1. 속도 = k[A]2
  2. 속도 = k[A][B]2
  3. 속도 = k[A]3
  4. 속도 = k[A]3[B]
(정답률: 알수없음)
  • 초기 농도 변화에 따른 반응 속도의 변화를 통해 반응 차수를 결정합니다.
    B의 농도가 $0.15$에서 $0.45$로 3배 증가했을 때 속도가 $0.3$으로 일정하므로 B에 대한 반응 차수는 0차입니다.
    A의 농도가 $0.15$에서 $0.3$으로 2배 증가했을 때 속도가 $0.3$에서 $2.4$로 8배($2^{3}$) 증가했으므로 A에 대한 반응 차수는 3차입니다.
    따라서 반응 속도 법칙은 $\text{속도} = k[A]^{3}$ 입니다.
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16. (가)와 (나)는 두 완충 용액의 해리 평형식이다. 완충 용액의 pH가 각각 6.4일 때, 각 완충 용액의 산과 염기의 상대적인 농도를 비교한 것으로 옳은 것은? (단, Ka는 산 해리 상수이다.)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 헨더슨-하셀바흐 식에 따르면 $pH = pK_{a} + \log \frac{[\text{염}]}{[\text{산}]}$ 입니다.
    (가)는 $pH = 6.4$이고 $pK_{a} = 6.4$이므로 $\log \frac{[\text{HCO}_{3}^{-}]}{[\text{H}_{2}\text{CO}_{3}]} = 0$이 되어 $[\text{H}_{2}\text{CO}_{3}] = [\text{HCO}_{3}^{-}]$ 입니다.
    (나)는 $pH = 6.4$이고 $pK_{a} = 7.2$이므로 $6.4 = 7.2 + \log \frac{[\text{HPO}_{4}^{2-}]}{[\text{H}_{2}\text{PO}_{4}^{-}]}$가 되어 $\log \frac{[\text{HPO}_{4}^{2-}]}{[\text{H}_{2}\text{PO}_{4}^{-}]} = -0.8$ 입니다. 따라서 $[\text{H}_{2}\text{PO}_{4}^{-}] > [\text{HPO}_{4}^{2-}]$가 됩니다.
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17. 국제 단위계(SI unit) 기본 단위의 물리량과 단위 기호로 옳은 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 국제 단위계(SI)의 7가지 기본 단위와 그 기호를 정확히 암기해야 하는 문제입니다.
    전류의 SI 기본 단위는 암페어(A)가 맞습니다.

    오답 노트
    시간: 기본 단위는 초(s)입니다.
    질량: 기본 단위는 킬로그램(kg)입니다.
    부피: 기본 단위가 아니며, 유도 단위인 세제곱미터($\text{m}^3$)를 사용합니다.
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18. 다음 화학 반응식의 계수를 바르게 나열한 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식의 양변에서 각 원소의 원자 수가 동일하도록 계수를 맞춥니다.
    반응식: $aCH_{3}OH(l) + bO_{2}(g) \rightarrow cCO_{2}(s) + dH_{2}O(g)$
    C 원자 수: $a = c$
    H 원자 수: $4a = 2d \rightarrow 2a = d$
    O 원자 수: $a + 2b = 2c + d$
    $a=2$일 때, $c=2, d=4$가 되며, $2 + 2b = 4 + 4$에서 $2b = 6$이므로 $b=3$입니다.
    따라서 계수는 $a=2, b=3, c=2, d=4$인 조합이 정답입니다.
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19. ZN2+ + 2e- → Zn의 환원 반응을 통해 금속 물체에 아연을 도금한다. 이때 충분한 양의 아연 이온이 수용액 속에 녹아 있다면, 0.0005mol 의 아연을 금속 물체에 도금하기 위해서 0.1A의 전류를 몇 초간 흘려줘야 하는가? (단, 패러데이 상수는 96,000 C/mol이고, 모든 전류는 아연 이온의 환원 반응에만 사용된다.)

  1. 960초
  2. 1,920초
  3. 9,600초
  4. 19,200초
(정답률: 알수없음)
  • 전하량과 물질량의 관계를 이용하여 도금에 필요한 시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{n \times z \times F}{I}$ (시간 = (물질량 $\times$이동 전자 수 $\times$ 패러데이 상수) / 전류)
    ② [숫자 대입] $t = \frac{0.0005 \times 2 \times 96000}{0.1}$
    ③ [최종 결과] $t = 960$
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20. HClO3에서 염소(Cl)의 산화수는?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 7
(정답률: 알수없음)
  • 화합물 $\text{HClO}_3$에서 수소($\text{H}$)의 산화수는 $+1$, 산소($\text{O}$)의 산화수는 $-2$입니다. 전체 전하량이 $0$이 되어야 하므로 염소($\text{Cl}$)의 산화수를 $x$라 하면 다음과 같습니다.
    $$+1 + x + (-2 \times 3) = 0$$
    $$x - 5 = 0$$
    따라서 염소($\text{Cl}$)의 산화수는 $5$입니다.
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21. 염화 소듐(NaCl)의 단위 세포를 그림과 같이 나타낼 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, r+와 r-는 각각 양이온과 음이온의 이온 반지름이다.)

  1. r+/r-는 CsCl보다 크다.
  2. MgO보다 녹는점이 낮다.
  3. Cl-이온은 면심 입방 구조를 이룬다.
  4. 양이온과 음이온의 배위수는 각각 6 이다.
(정답률: 64%)
  • NaCl은 면심 입방 구조(Rock salt 구조)로, 양이온과 음이온의 반지름 비가 CsCl(체심 입방 구조)보다 작습니다. 따라서 $r_{+}/r_{-}$ 값은 CsCl보다 작아야 합니다.

    오답 노트
    MgO보다 녹는점이 낮다: MgO는 결합력이 더 강한 $2+$ $2-$이온 결합이므로 NaCl의 녹는점이 더 낮음
    Cl$^{-}$이온은 면심 입방 구조를 이룬다: 음이온이 FCC 구조를 형성하고 그 사이 공간에 양이온이 위치함
    양이온과 음이온의 배위수는 각각 6 이다: 각 이온은 6개의 반대 전하 이온에 둘러싸여 있음
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22. 바닥 상태의 전자 배치로 옳은 것은?

  1. Al : 1s22s22p63s23p2
  2. P : 1s22s22p63s23p3
  3. S2- : 1s22s22p63s23p5
  4. Ca2+ : 1s22s22p63s23p64s1
(정답률: 50%)
  • 쌓음 원리에 따라 에너지가 낮은 오비탈부터 차례대로 전자가 채워져야 합니다. P(인)은 원자 번호 15번으로 $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{3}$ 배치가 정확합니다.

    오답 노트
    Al : 원자 번호 13번으로 $3p$ 전자는 1개여야 함
    S$^{2-}$ : 황화 이온은 전자를 얻어 아르곤($Ar$)과 같은 전자 배치($3p^{6}$)를 가져야 함
    Ca$^{2+}$ : 칼슘 이온은 최외각 $4s$ 전자를 잃어 $3p^{6}$에서 끝나야 함
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23. 질량이 200g이고, 온도가 80℃인 고체 X를 20℃의 물 500g이 담긴 스티로폼 컵에 넣었다. 이 계가 열 평형 온도 30℃에 도달했을 때, 물체 X의 비열[J/g·K]은? (단, 물의 비열은 4J/g·K이고, 컵의 비열은 무시한다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 10
(정답률: 70%)
  • 고체 X가 잃은 열량과 물이 얻은 열량이 같다는 열량 보존 법칙을 이용하여 비열을 구합니다.
    ① $Q = m \times c \times \Delta T$
    ② $200 \times c \times (80 - 30) = 500 \times 4 \times (30 - 20)$
    ③ $c = 2$
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24. 원자가 결합 이론(valence bond theory)에 따라 원자 오비탈이 혼성 오비탈을 형성할 때, 에틸렌(C2H4)에서 탄소 원자의 혼성 오비탈은?

  1. sp
  2. sp2
  3. sp3
  4. dsp
(정답률: 알수없음)
  • 에틸렌($\text{C}_2\text{H}_4$)의 탄소 원자는 인접한 탄소 1개와 수소 2개, 총 3개의 원자와 시그마 결합을 형성하며 평면 삼각형 구조를 가집니다. 따라서 탄소의 혼성 오비탈은 $\text{sp}^2$입니다.
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25. 화학 반응 (가)~(다)에서 환원제로 작용하는 물질은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 환원제는 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 물질로, 산화수 증가 여부를 확인합니다.
    (가) $4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O}$ : $\text{N}$의 산화수가 $-3$에서 $+2$로 증가하므로 $\text{NH}_3$가 환원제입니다.
    (나) $2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{C} \rightarrow 4\text{Fe} + 3\text{CO}_2$ : $\text{C}$의 산화수가 $0$에서 $+4$로 증가하므로 $\text{C}$가 환원제입니다.
    (다) $\text{MnO}_2 + 4\text{HCl} \rightarrow \text{MnCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{Cl}_2$ : $\text{Cl}$의 산화수가 $-1$에서 $0$으로 증가하므로 $\text{HCl}$이 환원제입니다.
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26. 화학 평형(chemical equilibrium)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 평형식은 반응 메커니즘에 따라 달라진다.
  2. 화학 평형에서 정반응과 역반응의 속도는 같다.
  3. 정반응의 평형식은 역반응의 평형식의 역수이다.
  4. 평형에 있는 어떤 계에 변화가 가해지면, 그 변화를 감소시키려는 방향으로 평형의 위치는 이동한다.
(정답률: 알수없음)
  • 화학 평형 상수는 초기 농도나 반응 메커니즘과 관계없이 오직 온도에 의해서만 결정되는 상태 함수 값입니다.
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27. (가)~(다)는 25℃에서의 열화학 반응을 나타낸 것이다. 반응 ClF(g) + F2(g) → ClF3(g)의 △H[kJ/mol]는?

  1. -217.4
  2. -130.2
  3. -108.7
  4. 217.4
(정답률: 알수없음)
  • 헤스의 법칙을 이용하여 주어진 반응식들을 조합해 목표 반응식 $\text{ClF(g)} + \text{F}_2\text{(g)} \rightarrow \text{ClF}_3\text{(g)}$의 엔탈피 변화를 구합니다.
    목표 식 = $\frac{1}{2}$(가) + $\frac{1}{2}$(다) - $\frac{1}{2}$(나)
    ① $\Delta H = \frac{1}{2}\Delta H_{(가)} + \frac{1}{2}\Delta H_{(다)} - \frac{1}{2}\Delta H_{(나)}$
    ② $\Delta H = \frac{1}{2}(167.4) + \frac{1}{2}(-43.4) - \frac{1}{2}(341.4)$
    ③ $\Delta H = -108.7$
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28. 산과 염기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 황산(H2SO4)은 이양성자산이다.
  2. 루이스 염기는 전자쌍 받개이다.
  3. 브뢴스테드-로리 산은 양성자를 주는 물질이다.
  4. 아레니우스 산-염기 개념은 수용액에만 적용된다.
(정답률: 알수없음)
  • 루이스 염기는 전자쌍을 제공하는 물질(전자쌍 제공체)이며, 전자쌍을 받는 물질은 루이스 산입니다.
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29. 기체 분자 운동론(kinetic molecular theory of gas)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 입자의 크기는 무시할 수 있을 정도로 작다.
  2. 입자의 평균 운동 에너지는 절대 온도에 반비례한다.
  3. 한 입자와 다른 입자(또는 벽)의 충돌은 완전 탄성 충돌이다.
  4. 입자 사이의 인력과 반발력은 무시할 수 있을 정도로 작다.
(정답률: 60%)
  • 기체 분자 운동론에 따르면, 기체 입자의 평균 운동 에너지는 오직 절대 온도에만 비례하며 온도에 반비례하지 않습니다.
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30. 아세틸렌(C2H2) 을 완전 연소시킬 때 필요한 산소(O2)의 질량[g]과 이때 생성되는 물(H2O)의 질량[g]은? (단, C, H, O의 원자량은 각각 12, 1, 6이다.)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 아세틸렌의 완전 연소 반응식 $2C_{2}H_{2} + 5O_{2} \rightarrow 4CO_{2} + 2H_{2}O$를 통해 화학 양론적 질량을 계산합니다.
    이미지 의 조건에서 아세틸렌 $2\text{ mol}$($54\text{ g} \times 2 = 108\text{ g}$)이 반응한다고 가정할 때:
    ① [산소 질량 공식]
    $$\text{Mass}_{O_{2}} = \text{mol}_{O_{2}} \times M_{O_{2}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Mass}_{O_{2}} = 5\text{ mol} \times 32\text{ g/mol}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Mass}_{O_{2}} = 160\text{ g}$$

    생성되는 물의 질량:
    ① [물 질량 공식]
    $$\text{Mass}_{H_{2}O} = \text{mol}_{H_{2}O} \times M_{H_{2}O}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Mass}_{H_{2}O} = 2\text{ mol} \times 18\text{ g/mol}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Mass}_{H_{2}O} = 36\text{ g}$$
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31. 온도 T℃에서 산소(O2) 기체 분자의 분출(effusion) 속도가 500m/s일 때, 같은 온도에서 수소(H2) 기체 분자의 분출 속도[m/s]는? (단, 기체는 그레이엄의 분출 법칙(Graham's law of effusion)을 따르고, O2와 H2의 화학식량은 각각 32와 2이다.)

  1. 500
  2. 1,000
  3. 1,500
  4. 2,000
(정답률: 알수없음)
  • 그레이엄의 분출 법칙에 따라 기체의 분출 속도는 분자량의 제곱근에 반비례합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\frac{v_{H_{2}}}{v_{O_{2}}} = \sqrt{\frac{M_{O_{2}}}{M_{H_{2}}}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{v_{H_{2}}}{500} = \sqrt{\frac{32}{2}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$v_{H_{2}} = 2000$$
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32. 화학 반응 (가)와 (나)의 평형 상수 K1과 K2를 이용하여 2Cu(s) + O2(g) ⇌ 2CuO(s)의 평형 상수를 표현한 것으로 옳은 것은?

  1. (K1)(K2)
  2. (K1)(K2)0.5
  3. (K1)0.5/(K2)
  4. (K1)/(K2)2
(정답률: 알수없음)
  • 목표 반응식 $2Cu(s) + O_{2}(g) \rightleftharpoons 2CuO(s)$를 만들기 위해 주어진 반응식을 조합합니다.
    먼저 반응 (가) $4Cu(s) + O_{2}(g) \rightleftharpoons 2Cu_{2}O(s)$에 $0.5$를 곱하면 $2Cu(s) + 0.5O_{2}(g) \rightleftharpoons Cu_{2}O(s)$가 되며, 이때 평형 상수는 $K_{1}^{0.5}$가 됩니다.
    다음으로 반응 (나) $2CuO(s) \rightleftharpoons Cu_{2}O(s) + 0.5O_{2}(g)$를 역반응으로 뒤집으면 $Cu_{2}O(s) + 0.5O_{2}(g) \rightleftharpoons 2CuO(s)$가 되며, 이때 평형 상수는 $1/K_{2}$가 됩니다.
    두 식을 더하면 목표 반응식이 도출되므로, 최종 평형 상수는 두 상수의 곱인 $(K_{1})^{0.5}/(K_{2})$가 됩니다.
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33. 25℃물에서 HCN의 산 해리 상수는 6.2×10-10이고, HF의 산 해리 상수는 6.6×10-4이며, HPO42-의 산 해리 상수는 2.2×10-13일 때, 이온의 염기 세기를 순서대로 옳게 나열한 것은?

  1. F- ＞ PO43- ＞ CN-
  2. F- ＞ CN- ＞ PO43-
  3. PO43- ＞ CN- ＞ F-
  4. CN- ＞ F- ＞ PO43-
(정답률: 알수없음)
  • 산 해리 상수($K_a$)가 작을수록 짝염기의 세기는 강해집니다. 주어진 $K_a$ 값의 크기를 비교하면 $HPO_4^{2-} < HCN < HF$ 순으로 작으므로, 짝염기의 세기는 그 역순인 $PO_4^{3-} > CN^- > F^-$가 됩니다.
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34. 일정 온도에서 5L, 600mmHg의 뷰테인(C4H10(g))이 2L로 변화했을 때의 압력[mmHg]은? (단, 기체는 이상 기체이다.)

  1. 600
  2. 900
  3. 1,200
  4. 1,500
(정답률: 알수없음)
  • 온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피는 반비례한다는 보일의 법칙을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $P_1 V_1 = P_2 V_2$
    ② [숫자 대입] $600 \times 5 = P_2 \times 2$
    ③ [최종 결과] $P_2 = 1500$
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35. 산소(O2) 16.0g과 메테인(CH4) 8.0g의 기체 혼합물을 0℃에서 22.4L 용기에 채웠다. 이 기체 혼합물이 들어 있는 용기의 전체 압력[atm]은? (단, 모든 기체는 이상 기체이고, 기체 상수는 0.08206 L·atm/mol·K 이다. C, H, O의 원자량은 각각 12, 1, 16이다.)

  1. 0.5
  2. 1.0
  3. 1.5
  4. 2.0
(정답률: 알수없음)
  • 각 기체의 몰수를 구한 뒤, 이상 기체 상태 방정식($$PV = nRT$$)을 이용하여 혼합 기체의 전체 압력을 계산합니다.
    먼저 각 기체의 몰수를 구합니다.
    산소( $O_{2}$)의 몰수: $$n_{O_{2}} = \frac{16.0}{32} = 0.5 \text{ mol}$$
    메테인( $CH_{4}$)의 몰수: $$n_{CH_{4}} = \frac{8.0}{16} = 0.5 \text{ mol}$$
    전체 몰수: $n_{total} = 0.5 + 0.5 = 1.0 \text{ mol}$
    전체 압력 계산 과정은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{nRT}{V}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{1.0 \times 0.08206 \times 273.15}{22.4}$
    ③ [최종 결과] $P = 1.0 \text{ atm}$
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36. 다음 침전 반응에 포함된 구경꾼 이온만으로 짝 지어진 것은?

  1. Pb2+, I-
  2. Pb2+, NO3-
  3. K+, I-
  4. K+, NO3-
(정답률: 60%)
  • 제시된 반응식 에서 $\text{PbI}_{2}$는 침전물로 생성되어 반응에 직접 참여하지만, $\text{K}^{+}$와 $\text{NO}_{3}^{-}$이온은 반응 전후에 상태 변화 없이 용액 속에 그대로 남아 있는 구경꾼 이온입니다.
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37. 초기 온도가 95℃인 물 0.05kg에서 1,200J의 열이 방출되었을 때, 물의 최종 온도[℃]는? (단, 물의 비열은 4J/g·K 이다.)

  1. 6
  2. 35
  3. 60
  4. 89
(정답률: 알수없음)
  • 물질이 방출한 열량은 비열, 질량, 온도 변화의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = c \times m \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $1200 = 4 \times 50 \times (95 - T_{final})$
    ③ [최종 결과] $T_{final} = 89$
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38. 주양자수(n)가 3이고 각운동량 양자수(l)가 2인 오비탈에 들어갈 수 있는 최대 전자수는?

  1. 2
  2. 6
  3. 10
  4. 14
(정답률: 알수없음)
  • 주양자수 $n=3$이고 각운동량 양자수 $l=2$인 오비탈은 $3d$ 오비탈을 의미합니다. $d$ 오비탈은 자기 양자수 $m_{l}$이 $-2, -1, 0, 1, 2$로 총 5개의 오비탈이 존재하며, 각 오비탈에는 스핀 방향이 다른 전자가 최대 2개씩 들어갈 수 있으므로 최대 전자수는 $5 \times 2 = 10$개입니다.
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39. 격자 에너지는 고체 이온 결합 화합물 1몰의 모든 이온을 기체 상태의 이온으로 완전히 분리하는 데 필요한 에너지이다. 다음 자료를 본-하버 순환(Born-Haber cycle)에 적용하여 계산한 RbCl의 격자 에너지[kJ/ol]는? (단, I1은 1차 이온화 에너지, EA는 전자 친화도이다.)

  1. -46.7
  2. -168.7
  3. 692.3
  4. 861.0
(정답률: 알수없음)
  • 본-하버 순환에 따라 생성 엔탈피는 승화 엔탈피, 이온화 에너지, 결합 해리 에너지, 전자 친화도, 격자 에너지의 합과 같습니다. 격자 에너지를 구하기 위해 전체 에너지 평형 식을 세워 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H_{f} = \Delta H_{sub} + I_{1} + \frac{1}{2}D + EA + U$
    ② [숫자 대입] $-430.5 = 85.8 + 403 + 122 + (-349) + U$
    ③ [최종 결과] $U = 692.3$
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40. 다음은 오존(O3)의 분해 반응 2O3(g) ⇌ 3O2(g)에 대한 반응 메커니즘이다. 2단계가 속도 결정 단계이고, 1단계 평형은 2단계에 비해 훨씬 빠르다고 가정할 때, O3 분해 반응의 속도식은? (단, k는 속도 상수이다.)

  1. 속도 = k[O3]
  2. 속도 = k[O3]2
  3. 속도 = k[O3]2[O2]
  4. 속도 = k[O3]2[O2]-1
(정답률: 알수없음)
  • 속도 결정 단계(2단계)의 속도식을 먼저 세우고, 1단계 평형 식을 이용해 중간체 $\text{O}$의 농도를 치환하여 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{rate} = k_2[\text{O}_3][\text{O}]$$
    $$\text{K}_{eq} = \frac{[\text{O}_2][\text{O}]}{[\text{O}_3]} \rightarrow [\text{O}] = \frac{\text{K}_{eq}[\text{O}_3]}{[\text{O}_2]}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{rate} = k_2[\text{O}_3] \times \frac{\text{K}_{eq}[\text{O}_3]}{[\text{O}_2]}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{rate} = k[\text{O}_3]^2[\text{O}_2]^{-1}$$
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