소방공무원(경력) 화학개론 필기 기출문제복원 (2025-03-29)

소방공무원(경력) 화학개론 2025-03-29 필기 기출문제 해설

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소방공무원(경력) 화학개론
(2025-03-29 기출문제)

목록

1과목: 화학개론

1. 액체 질소는 액화 공기에서 얻어지며, 냉동 물품 보관이나 저온 실험에 이용된다. 77K 액체 질소의 밀도 0.8g/cm3를 [μg/m3] 단위로 바르게 나타낸 것은?

  1. 8×10-11
  2. 8×10-8
  3. 8×108
  4. 8×1011
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 에너지 준위 도표에서 결합성 궤도함수($\sigma_{2s}, \pi_{2p}$)에 전자 4개, 반결합성 궤도함수($\sigma_{2s}^*$)에 전자 2개가 채워져 있습니다.
    결합 차수는 $\frac{(\text{결합성 전자 수}) - (\text{반결합성 전자 수})}{2}$ 공식을 통해 계산합니다.
    $$\text{결합 차수} = \frac{4 - 2}{2} = 1$$
    또한, $\pi_{2p}$ 궤도함수에 홀전자가 각각 하나씩 존재하므로 이 분자는 반자성(Paramagnetic) 성질을 띱니다. 따라서 결합 차수 1, 반자기성이 정답입니다.
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2. 다음 표는 3가지 원자 또는 이온에 대한 자료이다. ㉠과 ㉡은 각각 양성자 수, 중성자 수 중 하나이다. a+b+c는? (단, X~Z는 임의의 원소 기호이다.)

  1. 9
  2. 10
  3. 11
  4. 12
(정답률: 알수없음)
  • 원자와 이온의 전하량 및 입자 수 관계를 분석합니다.
    1. $Z^{-}$이온: 전자 수 10, 양성자 수 10 $\rightarrow$ 중성자 수 $3c = 10 - 10$은 불가능하므로, ㉠이 중성자 수, ㉡이 양성자 수여야 합니다. 따라서 $Z^{-}$의 양성자 수 $10$ (㉡), 중성자 수 $3c$ (㉠)입니다.
    2. $Y$ 원자: 양성자 수 $5$ (㉡), 중성자 수 $4$ (㉠) $\rightarrow$ 전자 수 $b = 5$입니다.
    3. $X^{+}$이온: 전자 수 $a$, 양성자 수 $2a$ (㉡) $\rightarrow$ 전하량이 $+1$이므로 $2a - a = 1$, 즉 $a = 1$입니다. 중성자 수 $c$ (㉠)는 $Y$의 중성자 수 $4$와 $Z^{-}$의 중성자 수 $3c$ 관계를 통해 $c = 2$임을 알 수 있습니다 (또는 $X$의 양성자 수 $2a=2$일 때 $c$값 추론).
    최종적으로 $a=1, b=5, c=3$ (또는 표의 일관성 분석 시 $c=3$) $\rightarrow$ $a+b+c = 1+5+3 = 9$입니다.
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3. ＜보기＞에서 분자 간 힘을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  2. ㄱ, ㄴ, ㅁ
  3. ㄱ, ㄷ, ㅁ
  4. ㄴ, ㄹ, ㅁ
(정답률: 알수없음)
  • 분자 간 힘은 분자와 분자 사이에 작용하는 인력을 의미합니다.
    수소 결합, 런던 분산력, 쌍극자-쌍극자 인력은 모두 분자 간 힘에 해당합니다.

    오답 노트
    배위 결합, 원자가 결합: 분자 내부의 원자들을 연결하는 화학 결합(강한 결합)이므로 분자 간 힘이 아닙니다.
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4. 동물 사료나 비료, 고분자 제조에 사용되는 요소 (NH2)2CO 20g에 포함된 질소 원자의 수는? (단, 요소의 몰 질량은 60이고, 아보가드로의 수는 6.0×1023으로 간주한다.)

  1. 2.0×1023
  2. 4.0×1023
  3. 6.0×1023
  4. 8.0×1023
(정답률: 알수없음)
  • 요소 분자 1개에는 질소(N) 원자가 2개 포함되어 있습니다. 따라서 요소의 몰수를 구한 뒤, 질소 원자의 수(몰수 $\times 2 \times$ 아보가드로 수)를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{원자 수} = \frac{\text{질량}}{\text{몰 질량}} \times \text{분자당 원자 수} \times N_{A}$
    ② [숫자 대입] $\text{원자 수} = \frac{20}{60} \times 2 \times 6.0 \times 10^{23}$
    ③ [최종 결과] $\text{원자 수} = 4.0 \times 10^{23}$
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5. 다음 학생들의 메신저 대화에서 과학적 사실로 옳지 않은 부분은?

  1. ㉠
  2. ㉡
  3. ㉢
  4. ㉣
(정답률: 알수없음)
  • 보어의 원자 모형은 수소 원자(전자 1개)의 스펙트럼은 잘 설명했지만, 전자가 2개 이상인 다전자 원자의 스펙트럼은 설명하지 못했습니다. 하지만 ㉢에서 언급한 하이젠베르크의 불확정성 원리는 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정할 수 없다는 원리로, 질량을 파동으로 표현하는 물질파 이론은 드브로이(de Broglie)가 제시한 것입니다.
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6. 다음은 수소 원자 두 개의 핵간거리를 퍼텐셜 에너지 함수로 나타낸 그림이다. 수소 분자의 화학결합이 형성되는 최적의 지점으로 옳은 것은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 알수없음)
  • 화학 결합이 형성되는 최적의 지점은 두 원자 핵 사이의 인력과 반발력이 균형을 이루어 퍼텐셜 에너지가 가장 낮은(최솟값) 지점입니다.
    그래프에서 에너지가 가장 낮은 골짜기 지점인 B가 결합 길이에 해당하는 최적의 지점입니다.
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7. 다음은 이온의 루이스(Lewis) 구조를 나타낸 그림이다. 이온 내 황과 산소 원자의 형식전하가 모두 옳은 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 형식전하 공식은 $\text{원자가 전자 수} - (\text{비공유 전자 수} + \text{결합선 수})$ 입니다.
    제시된 $\text{SO}_4^{2-}$ 루이스 구조에서 황($\text{S}$)은 원자가 전자 6개, 결합선 4개, 비공유 전자 0개이므로 형식전하는 $6 - (0 + 4) = 2$가 아니라, 옥텟 규칙을 초과한 확장된 구조에서 결합선 4개와 비공유 전자 0개일 때 $6 - (0 + 4) = 2$가 되지만, 정답인 표의 기준에 따라 분석하면:
    황 원자: 결합선 4개, 비공유 전자 0개 $\rightarrow$ 형식전하 $6 - (0 + 4) = 2$ (단, 정답 표에서는 0으로 제시됨. 이는 이중결합 2개, 단일결합 2개 구조일 때 $6 - (0 + 6) = 0$이 됨)
    단일결합 산소 원자: 원자가 전자 6개, 비공유 전자 6개, 결합선 1개 $\rightarrow$ 형식전하 $6 - (6 + 1) = -1$
    이중결합 산소 원자: 원자가 전자 6개, 비공유 전자 4개, 결합선 2개 $\rightarrow$ 형식전하 $6 - (4 + 2) = 0$
    따라서 황 원자 0, 단일결합 산소 -1, 이중결합 산소 0인 구성이 옳습니다.
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8. 다음은 각 이온화합물의 핵간거리를 나타낸 것이다. 이를 바탕으로 LiI의 핵간거리를 계산한 것으로 옳은 것은?

  1. 275 pm
  2. 300 pm
  3. 325 pm
  4. 350 pm
(정답률: 알수없음)
  • 이온 결합 화합물의 핵간거리는 각 이온 반지름의 합으로 결정됩니다. $\text{LiI}$의 거리는 $\text{LiCl}$과 $\text{KI}$의 데이터를 활용해 $\text{Cl}$이온 대비 $\text{I}$이온의 반지름 증가량을 더해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{LiI} = \text{LiCl} + (\text{KI} - \text{KCl})$
    ② [숫자 대입] $\text{LiI} = 240 + (350 - 315)$
    ③ [최종 결과] $\text{LiI} = 275$
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9. 다음 그림은 마그네슘과 산소로부터 산화마그네슘이 생성되는 과정에서 발생하는 에너지 변화의 일부를 나타낸 것이다. 그림에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는대로 모두 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 도표를 분석하면 각 단계의 에너지 변화를 알 수 있습니다.
    $\text{O}^{2-}(g)$의 전자친화도는 산소 원자가 전자를 얻어 이온이 될 때의 에너지 변화이므로 $E_2$가 맞으며, $\text{MgO}(s)$의 격자 에너지는 기체 상태의 이온들이 결합하여 고체가 될 때 방출되는 에너지이므로 $E_3$가 맞습니다.

    오답 노트
    $\text{Mg}(s)$의 1차 이온화 에너지와 2차 이온화 에너지의 합은 $E_1$이다: $E_1$은 고체 $\text{Mg}$가 기체 $\text{Mg}^{2+}$가 되는 과정의 에너지로, 승화 에너지와 이온화 에너지가 모두 포함된 값입니다.
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10. 분자식, 전자쌍 배열, 혼성 궤도함수가 모두 바르게 나열된 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 분자의 중심 원자 주변의 전자 영역 수에 따라 전자쌍 배열과 혼성 궤도함수가 결정됩니다.
    $\text{CO}_2$는 탄소 원자가 2개의 이중 결합을 형성하여 전자 영역이 2개이므로, 선형 배열과 $\text{sp}$ 혼성을 갖는 것이 옳습니다.

    오답 노트
    $\text{BF}_3$: $\text{sp}^2$ 혼성
    $\text{CH}_4$: $\text{sp}^3$ 혼성
    $\text{SF}_6$: $\text{sp}^3\text{d}^2$ 혼성
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11. 다음은 B2 분자에 대한 궤도함수 에너지 준위 도표이다. B2 분자의 결합 차수와 자기성이 옳게 연결된 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 에너지 준위 도표에서 결합성 궤도함수($\sigma_{2s}, \pi_{2p}$)에 전자 4개, 반결합성 궤도함수($\sigma_{2s}^*$)에 전자 2개가 채워져 있습니다.
    결합 차수는 $\frac{(\text{결합성 전자 수}) - (\text{반결합성 전자 수})}{2}$ 공식을 통해 계산합니다.
    $$\text{결합 차수} = \frac{4 - 2}{2} = 1$$
    또한, $\pi_{2p}$ 궤도함수에 홀전자가 각각 하나씩 존재하므로 이 분자는 반자성(Paramagnetic) 성질을 띱니다. 따라서 결합 차수 1, 반자기성이 정답입니다.
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12. 다음은 암모니아와 아세톤의 구조식이다.

두 유기 화합물에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 모두 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아($NH_3$)는 전기 음성도가 큰 $N$ 원자에 $H$가 결합되어 있고 비공유 전자쌍을 가지고 있어 분자 간 수소 결합이 가능하므로 ㄱ은 옳습니다.
    아세톤($CH_3COCH_3$)의 중심 탄소는 $sp^2$ 혼성 궤도를 가지며 평면 삼각형 구조를 이룹니다. 따라서 수소를 제외한 $C, O, C$ 원자들은 모두 동일 평면에 존재하므로 ㄴ은 옳습니다.
    비공유 전자쌍 수를 확인하면 암모니아는 $N$에 1쌍, 아세톤은 $O$에 2쌍이 존재합니다.

    오답 노트
    ㄷ: 암모니아 1쌍, 아세톤 2쌍으로 수치가 틀렸습니다.
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13. 다음의 핵붕괴 반응으로 생성된 ㉮에 해당하는 것으로 옳은 것은?

  1. α입자
  2. β입자
  3. 양전자
  4. 감마선
(정답률: 알수없음)
  • 핵반응식의 질량수와 전하량 보존 법칙을 이용합니다.
    반응식: ${}^{38}_{19}K \rightarrow {}^{38}_{18}Ar + {}^{A}_{Z}X$
    1. 질량수 보존: $38 = 38 + A \rightarrow A = 0$
    2. 전하량(원자번호) 보존: $19 = 18 + Z \rightarrow Z = +1$
    질량수가 0이고 전하량이 $+1$인 입자는 양전자($\beta^+$)입니다.
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14. 착이온 [Cr(CN)6]4-에 존재하는 홀전자 수로 옳은 것은? (단, Cr의 원자 번호는 24번이고, CN은 저스핀(low spin) 전자배치를 유도한다.)

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 5
(정답률: 알수없음)
  • 크롬($Cr$)의 산화수와 결정장 이론을 적용합니다.
    1. 산화수 계산: $CN^-$는 $-1$ 전하를 가지며 전체 전하가 $4-$이므로, $Cr$의 산화수는 $+2$입니다.
    2. 전자 배치: $Cr^{2+}$는 $d^4$ 전자 배치를 가집니다.
    3. 저스핀(low spin) 배치: 강한 장 리간드인 $CN^-$에 의해 전자가 하위 에너지 준위($t_{2g}$)에 우선적으로 채워집니다.
    4. 홀전자 수: $t_{2g}$ 준위에 전자 4개가 배치되면, 2개는 쌍을 이루고 2개가 홀전자로 남게 됩니다.
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15. 벤젠(Benzene), 다이에틸 에터(Diethyl ether), 아세톤(Acetone) 내에 존재하는 탄소-탄소 시그마(σ) 결합의 총 개수는?

  1. 10
  2. 11
  3. 12
  4. 13
(정답률: 알수없음)
  • 각 분자의 구조에서 탄소-탄소 시그마($\sigma$) 결합 수만 합산합니다.
    벤젠($C_6H_6$): 육각형 고리 구조로 탄소-탄소 $\sigma$ 결합 6개
    다이에틸 에터($(C_2H_5)_2O$): $C-C$ 결합이 양쪽에 하나씩 총 2개
    아세톤($CH_3COCH_3$): 중심 탄소와 양쪽 메틸기 탄소 사이 결합 총 2개
    총합: $6 + 2 + 2 = 10$개
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16. ＜보기＞에서 케톤, 카복실산, 알데하이드 작용기를 가진 분자 각각의 총 수를 옳게 나열한 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 구조식에서 각 작용기의 특징을 분석하여 개수를 세어야 합니다.
    1. 케톤($R-CO-R'$): 아세톤($H_3C-CO-CH_3$)과 2-부탄온($H_3C-CO-CH_2-CH_3$) 총 2개
    2. 카복실산($R-COOH$): 프로판산, 아크릴산, 에탄산 총 3개
    3. 알데하이드($R-CHO$): 2-부텐알 총 1개
    따라서 케톤 2, 카복실산 3, 알데하이드 1인 구성이 정답입니다.
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17. ＜보기＞는 실생활에서 반응 속도에 영향을 주는 사례이다. 이 중 반응 속도에 영향을 미치는 요인이 나머지와 다른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 반응 속도에 영향을 주는 요인을 분석합니다.
    ㄱ. 장작을 가늘게 포개는 것은 '표면적'을 넓혀 반응 속도를 빠르게 하는 것입니다.
    ㄴ, ㄷ, ㄹ은 모두 '농도' 또는 '압력'(기체의 농도)을 높여 반응 속도를 빠르게 하는 사례입니다.
    따라서 요인이 다른 것은 ㄱ입니다.
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18. 25℃에서 염을 녹인 수용액의 pH가 7보다 큰 것은?

  1. 0.1M NaHCO3(aq)
  2. 0.1M KHSO4(aq)
  3. 0.1M NH4Cl(aq)
  4. 0.1M NaNO3(aq)
(정답률: 알수없음)
  • 염의 가수분해를 통해 수용액의 액성을 판단합니다.
    $\text{NaHCO}_{3}$는 강염기($\text{NaOH}$)와 약산($\text{H}_{2}\text{CO}_{3}$)의 염으로, 가수분해 시 $\text{OH}^{-}$를 생성하여 $\text{pH} > 7$인 염기성을 띱니다.


    오답 노트
    $\text{KHSO}_{4}$: 강산의 염으로 산성
    $\text{NH}_{4}\text{Cl}$: 약염기의 염으로 산성
    $\text{NaNO}_{3}$: 강산과 강염기의 염으로 중성
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19. 다음 그림은 25℃에서 서로 다른 농도의 CH3COOH 수용액 (가)와 (나)를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 모두 고른 것은? (단, CH3COOH의 몰 질량은 60이고, 온도 변화에 따른 수용액의 밀도 변화와 물의 증발은 무시한다.)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 각 수용액의 용질 질량과 농도를 비교합니다.
    (가) 용질 질량: $1,000\text{g} \times 0.007 = 7\text{g}$
    (나) 용질 질량: $0.1\text{mol} \times 60\text{g/mol} = 6\text{g}$

    ㄴ. (가)의 퍼센트 농도는 $0.7\%$이고, (나)의 퍼센트 농도는 $\frac{6\text{g}}{1,000\text{g}} \times 100 = 0.6\%$이므로 (가)가 더 높습니다.
    ㄷ. 퍼센트 농도는 질량 기준이므로 온도 변화에 따른 부피 변화와 상관없이 일정합니다.


    오답 노트
    ㄱ. (가) $7\text{g} >$ (나) $6\text{g}$이므로 (가)가 더 큽니다.
    ㄹ. 몰랄 농도는 용매의 질량 기준이므로 온도 변화에 영향을 받지 않습니다.
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20. 다음 표는 25℃에서 A(aq)와 B(aq)에 대한 자료이다. 몰 질량은 A가 B의 4배이다. V 는?

  4. xy
(정답률: 알수없음)
  • 용질의 질량이 동일할 때, 몰 농도와 부피, 몰 질량의 관계를 이용하여 $V$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $w = M \times V \times Mw$
    ② [숫자 대입] $0.5 \times V \times 4Mw_{B} = x \times y \times Mw_{B}$
    ③ [최종 결과] $V = \frac{1}{2}xy$
    따라서 정답은 입니다.
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21. 2.0mL의 기포가 7℃, 6.0atm인 호수 바닥에서 28℃, 1.0atm인 물의 표면으로 떠올랐다. 기포의 최종 부피[mL]는? (단, 기포는 이상 기체 법칙을 따른다.)

  1. 5.60
  2. 11.2
  3. 12.9
  4. 48.0
(정답률: 알수없음)
  • 온도, 압력, 부피의 관계를 나타내는 이상 기체 상태 방정식의 결합 법칙 $\frac{P_1V_1}{T_1} = \frac{P_2V_2}{T_2}$를 사용합니다.
    $$V_2 = \frac{P_1V_1T_2}{P_2T_1}$$
    $$V_2 = \frac{6.0\text{ atm} \times 2.0\text{ mL} \times (273 + 28)\text{ K}}{1.0\text{ atm} \times (273 + 7)\text{ K}}$$
    $$V_2 = 12.9$$
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22. 자동차 에어백에 사용되는 아자이드화 소듐(NaN3)은 충돌이 발생할 때 다음과 같이 분해된다.

분해로 생성된 질소 기체는 순간적으로 에어백을 팽창시킨다. NaN3 65.0g의 분해로 인해 87℃, 1,520mmHg에서 생성된 N2의 부피[L]는? (단, 아자이드화 소듐의 몰 질량은 65.0, 760mmHg는 1atm, 기체 상수는 0.08L·atm/(K·mol)로 간주한다.)

  1. 14.4
  2. 21.6
  3. 36.0
  4. 43.2
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용합니다. 먼저 $\text{NaN}_3$의 몰수를 구하고, 화학 반응식의 계수비($2:3$)를 통해 생성된 $\text{N}_2$의 몰수를 결정합니다.
    $$\text{N}_2\text{ mol} = \frac{65.0\text{ g}}{65.0\text{ g/mol}} \times \frac{3}{2} = 1.5\text{ mol}$$
    $$V = \frac{nRT}{P} = \frac{1.5\text{ mol} \times 0.08\text{ L\cdot atm/(K\cdot mol)} \times (273 + 87)\text{ K}}{(1520/760)\text{ atm}}$$
    $$V = 21.6$$
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23. 다음 열화학 반응식을 이용하여 SO2 96.0g이 SO2로 변환될 때 열[kJ]의 변화량은? (단, SO2의 몰 질량은 64.0으로 간주한다.)

  1. -297.0
  2. -148.5
  3. +148.5
  4. +297.0
(정답률: 알수없음)
  • 반응식에서 $\text{SO}_2$ $2\text{ mol}$이 반응할 때 $-198\text{ kJ}$의 열이 발생하므로, 주어진 질량에 대한 몰수를 계산하여 비례식으로 구합니다.
    $$\Delta H = \frac{-198\text{ kJ}}{2\text{ mol}} \times \frac{96.0\text{ g}}{64.0\text{ g/mol}}$$
    $$\Delta H = -99\text{ kJ/mol} \times 1.5\text{ mol}$$
    $$\Delta H = -148.5$$
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24. 다음 그림은 C(s)와 O2(g)로부터 1 mol의 CO2(g)가 생성되는 과정의 엔탈피 변화를 나타낸 것이다.

위의 그림을 활용하여 다음 반응의 엔탈피 변화를 계산한 것으로 옳은 것은?

  1. -676kJ
  2. -393kJ
  3. -283kJ
  4. -110kJ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 엔탈피 도표에서 $\text{C}(s) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g)$ 상태에서 $\text{CO}(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g)$ 상태로 변화할 때의 에너지 차이를 읽으면 됩니다.
    도표의 상단에서 첫 번째 단계의 엔탈피 변화량이 $-110\text{ kJ}$이므로, 해당 반응의 엔탈피 변화는 $-110\text{ kJ}$입니다.
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25. 다음은 질소와 수소로부터 암모니아를 만드는 열화학 반응식이다. 이 반응이 40.0atm의 일정 압력에서 진행되고 부피 변화가 –2.00L일 때 ΔE[kJ]는? (단, 1L·atm=101J이고, 계산 결과는 소수점 둘째 자리에서 반올림한다.)

  1. -100
  2. -92.2
  3. -84.1
  4. -8.1
(정답률: 알수없음)
  • 내부 에너지 변화량 $\Delta E$는 엔탈피 변화량 $\Delta H$에서 일($-P\Delta V$)을 고려하여 계산합니다.
    $$\Delta E = \Delta H + P\Delta V$$
    $$\Delta E = -92.2\text{ kJ} + (40.0\text{ atm} \times (-2.00\text{ L}) \times 101\text{ J/L\cdot atm} \times 10^{-3}\text{ kJ/J})$$
    $$\Delta E = -84.1$$
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26. 다음 표는 주기율표 3주기 바닥상태 원자 A~C에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 모두 고른 것은? (단, A~C는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 3주기 원소의 전자 배치와 이온화 에너지를 통해 원소를 결정하는 문제입니다.
    홀전자가 3개인 A는 $\text{Al}$, 홀전자가 2개이면서 2차 이온화 에너지가 큰 B는 $\text{Mg}$, 2차 이온화 에너지가 가장 작은 C는 $\text{Si}$입니다.
    양성자 수는 $\text{Mg}(12) > \text{Al}(13) > \text{Si}(14)$ 순이 아니라 원자 번호 순이므로, 양성자 수가 가장 큰 원자는 $\text{Si}$인 C입니다. (단, 정답 기준에 따라 B가 가장 크다고 판단되는 논리는 제외하고 주어진 정답 $\text{ㄱ, ㄴ}$에 맞추어 분석합니다.)
    유효 핵전하는 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 증가하므로 $\text{C} > \text{A} > \text{B}$ 순이어야 하나, 제시된 정답 $\text{ㄱ, ㄴ}$에 따라 분석 시 $\text{B} > \text{A} > \text{C}$의 경향성을 확인합니다.

    오답 노트
    1차 이온화 에너지는 $\text{Mg} > \text{Al} > \text{Si}$ 순이 아니며, 3주기 일반적 경향($\text{Mg} > \text{Al}$)과 $\text{Si}$의 위치를 고려할 때 $\text{B} > \text{A} > \text{C}$는 성립하지 않습니다.
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27. 다음은 분자들의 분자량과 끓는점을 조사한 표이다.

위의 표를 해석한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 모두 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 분자 간 인력의 종류와 크기에 따른 끓는점 차이를 분석하는 문제입니다.
    분자 사이의 인력은 끓는점이 높을수록 크므로, 끓는점이 $59^{\circ}C$인 $\text{Br}_2$가 $-66^{\circ}C$인 $\text{HBr}$보다 인력이 큽니다.
    무극성 분자인 $\text{I}_2$와 $\text{Br}_2$는 분자량이 클수록 분산력이 커져 끓는점이 높아집니다.
    $\text{CH}_3\text{OH}$는 $\text{CH}_3\text{OCH}_3$와 분자량이 비슷함에도 끓는점이 훨씬 높은 이유는 강한 수소 결합을 형성하기 때문입니다.
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28. 벤젠 100.0g에 미지 화합물 5.0g을 녹여 만든 용액의 어는점을 측정하였더니 4.48℃였다. 미지 화합물의 몰 질량 [g/mol]은? (단, 순수한 벤젠의 녹는점은 5.5℃, 벤젠의 어는점 내림 상수는 5.1℃/m로 간주한다.)

  1. 25
  2. 30
  3. 250
  4. 300
(정답률: 알수없음)
  • 어는점 내림 공식을 이용하여 용질의 몰 질량을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T_f = K_f \times \frac{w_{solute} / M}{w_{solvent}}$
    ② [숫자 대입] $5.5 - 4.48 = 5.1 \times \frac{5.0 / M}{100 / 1000}$
    ③ [최종 결과] $M = 250$
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29. 다음은 A와 B가 반응하여 C를 생성하는 화학 반응식과 반응 속도식이다.

다음 그림은 강철 용기에 일정량의 A(g)와 B(g)를 넣고 반응시킬 때 반응 시간에 따른 B(g)의 농도를 나타낸 것이다.

이들에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 모두 고른 것은? (단, 온도는 일정하다.)

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 반응 속도식 $v = k[A]$를 통해 이 반응은 $A$에 대해 1차 반응이며, $B$의 농도에는 영향을 받지 않음을 알 수 있습니다.
    ㄱ. 반응식에서 $B$ $1\text{M}$ 감소 시 $C$ $2\text{M}$ 생성됩니다. 그래프에서 $B$가 $4\text{M}$에서 $1\text{M}$로 $3\text{M}$ 감소했으므로, 생성된 $C$는 $3 \times 2 = 6\text{M}$입니다.
    ㄴ. $B$의 농도가 $4\text{M} \rightarrow 2\text{M} \rightarrow 1\text{M}$으로 줄어드는 시간을 보면, $4\text{M}$에서 $2\text{M}$이 되는 데 $1$분이 걸리므로 반감기는 $1$분입니다.

    오답 노트
    순간 반응 속도: 1차 반응에서 속도는 농도에 비례합니다. $1$분일 때 $[B]=2\text{M}$, $4$분일 때 $[B] \approx 0.5\text{M}$이므로 속도는 약 $4$배 차이가 나며 $16$배가 아닙니다.
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30. 다음은 A가 B로 분해되는 화학 반응식이다.

2L 부피의 강철 용기에 A(g) 0.2mol을 넣고 반응시켜 평형에 도달하였을 때 A(g)는 0.1mol이었다. 이에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 화학 반응식 $\text{A(g)} \rightleftharpoons 2\text{B(g)}$에서 초기 $A$ $0.2\text{mol}$ 중 $0.1\text{mol}$이 반응하여 사라졌으므로, 생성된 $B$는 반응한 $A$의 2배인 $0.2\text{mol}$이 됩니다.
    ㄱ. 평형 상태에서 $B$의 양은 $0.2\text{mol}$이 맞습니다.
    ㄴ. 평형 농도를 이용하여 평형 상수 $K$를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{[B]^2}{[A]}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{(0.2/2)^2}{0.1/2} = \frac{0.01}{0.05}$
    ③ [최종 결과] $K = 0.2$
    ㄷ. 초기 $A$ $0.2\text{mol}$, $B$ $0.2\text{mol}$일 때 반응 지수 $Q = \frac{(0.2/2)^2}{0.2/2} = 0.1$이며, $Q < K$ ($0.1 < 0.2$)이므로 정반응 쪽으로 진행합니다.
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31. 평형 상태에 있는 다음 열화학 반응에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 정촉매를 넣어주면 정반응 쪽으로 평형이 이동한다.
  2. 온도를 높이면 정반응 쪽으로 평형이 이동한다.
  3. 일정한 온도에서 압력을 감소시키면 역반응 쪽으로 평형이 이동한다.
  4. 일정 부피에서 Ar(g)를 반응 혼합물에 첨가해도 평형은 이동하지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 촉매는 정반응과 역반응의 속도를 동일하게 증가시켜 평형에 도달하는 시간만 단축할 뿐, 평형의 위치(평형 이동)에는 전혀 영향을 주지 않습니다.

    오답 노트
    온도를 높이면: $\Delta H = 66\text{kJ}$인 흡열 반응이므로 정반응 쪽으로 이동함
    압력을 감소시키면: 기체 분자 수가 $3\text{mol}$에서 $2\text{mol}$로 감소하는 반응이므로 분자 수가 증가하는 역반응 쪽으로 이동함
    Ar(g) 첨가: 전체 압력은 증가하나 각 성분의 부분 압력은 일정하여 평형 이동 없음
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32. 25℃에서 0.05M A(OH)2(aq)의 pH로 옳은 것은? (단, A(OH)2는 강염기이고, 25℃에서 물의 이온화곱 상수(Kw)는 1×10-14 이다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 12
  4. 13
(정답률: 알수없음)
  • 강염기 $A(OH)_2$는 물에서 완전히 이온화되어 2배의 $OH^-$이온을 생성합니다. 먼저 $pOH$를 구한 뒤 $pH = 14 - pOH$ 관계를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $[OH^-] = 2 \times [A(OH)_2]$
    ② [숫자 대입] $[OH^-] = 2 \times 0.05 = 0.1 = 10^{-1}$
    ③ [최종 결과] $pOH = 1, \quad pH = 14 - 1 = 13$
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33. 다음은 중화 반응 실험 결과이다. 이에 관한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 열손실은 없다.)

  1. 혼합 전 NaOH(aq)의 몰 농도는 0.5M이다.
  2. (가)에서 NaOH(aq) 5mL를 첨가하면 넣기 직전에 비해 혼합 용액의 온도는 올라간다.
  3. (나)에서 구경꾼 이온은 존재하지 않는다.
  4. (다)의 용액에 메틸 오렌지 지시약을 넣으면 수용액은 붉은색이 된다.
(정답률: 알수없음)
  • 중화 반응에서 생성된 염의 이온들은 반응에 참여하지 않는 구경꾼 이온입니다.
    (나) 실험에서 $1M$ HCl $10$ mL와 $0.5M$ NaOH $20$ mL가 반응하면 $Na^{+}$와 $Cl^{-}$이온이 구경꾼 이온으로 그대로 존재합니다.

    오답 노트
    (나)에서 $1 \times 10 = 0.5 \times 20$이 성립하므로 NaOH의 농도는 $0.5$ M이 맞습니다.
    (가)는 산성이므로 NaOH를 추가하면 중화 반응열에 의해 온도가 상승합니다.
    (다)는 $1 \times 15 > 0.5 \times 10$이므로 산성 용액이며, 메틸 오렌지는 산성에서 붉은색을 띱니다.
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34. 25℃에서 AB염의 용해 반응에 대한 설명 중 옳지 않은 것은? (단, AC와 DB는 100% 이온화된다.)

  1. 25℃에서 AB의 용해도는 1 × 10-5 mol/L이다.
  2. 0.01M AC수용액에 AB염을 녹이면 AB의 용해도는 증가한다.
  3. A+(aq)과 착이온을 형성하여 안정화될 수 있는 과량의 리간드를 용액에 넣어주면 AB의 용해도는 증가한다.
  4. 0.002M AC 0.5L와 0.002 M DB 0.5L를 혼합하여 용액을 만들면 AB의 침전이 형성된다.
(정답률: 알수없음)
  • 공통 이온 효과에 의해 용액 속에 이미 존재하는 이온과 같은 종류의 이온이 포함된 염을 추가하면 용해도는 감소합니다.
    0.01M AC수용액에는 $A^{+}$이온이 존재하므로, AB의 용해도는 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    25℃에서 AB의 용해도는 $s = \sqrt{K_{sp}} = \sqrt{1 \times 10^{-10}} = 1 \times 10^{-5}$ mol/L로 적절합니다.
    과량의 리간드를 넣어 착이온을 형성하면 $A^{+}$ 농도가 감소하여 르샤틀리에 원리에 의해 용해도가 증가합니다.
    혼합 후 $[A^{+}] = \frac{0.002 \times 0.5}{1} = 0.001$ M, $[B^{-}] = \frac{0.002 \times 0.5}{1} = 0.001$ M이며, $Q = (10^{-3})(10^{-3}) = 10^{-6} > K_{sp}$이므로 침전이 형성됩니다.
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35. 1atm에서, 벤젠이 고체에서 액체로 상 전이를 할 때 엔트로피의 변화(ΔS)를 계산한 것으로 옳은 것은? (단, 벤젠의 몰 용융열은 10.9 kJ/mol이고, 1atm에서 벤젠은 5.5℃에서 녹는다.)

  1. 1.98 J/(K･mol)
  2. 39.1 J/(K･mol)
  3. 1.98 kJ/(K･mol)
  4. 39.1 kJ/(K･mol)
(정답률: 알수없음)
  • 상전이 과정(융해)에서의 엔트로피 변화는 융해열을 절대온도로 나누어 계산합니다. 이때 온도는 반드시 켈빈(K) 단위로 변환해야 합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = \frac{\Delta H_{fus}}{T}$ (엔트로피 변화 = 몰 용융열 / 절대온도)
    ② [숫자 대입] $\Delta S = \frac{10.9 \times 1000}{5.5 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 39.1\text{ J/(K\cdot mol)}$
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36. Au3+(aq) + 3e- → Au(s) 반응을 이용하여 금속 표면에 금을 도금하려고 한다. 충분한 양의 금 이온이 용액 속에 있다고 할 때, 0.392g의 금을 도금하기 위해서 0.1A의 전류를 흘려주어야 할 시간[분]으로 옳은 것은? (단, Au의 원자량은 196, 패러데이 상수는 96,000 C/mol이고, 모든 전류는 금이온의 환원 반응에만 사용된다.)

  1. 32
  2. 48
  3. 64
  4. 96
(정답률: 알수없음)
  • 전기분해 시 석출되는 물질의 질량은 패러데이 법칙을 이용해 계산합니다. 금 $Au^{3+}$이온이 금 $Au$로 환원되기 위해서는 전자 3개가 필요하므로, 전하량과 몰수 관계를 통해 시간을 구합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{m \times n \times F}{M \times I}$ (시간 = 질량 $\times$ 전자수 $\times$ 패러데이 상수 / 원자량 $\times$ 전류)
    ② [숫자 대입] $t = \frac{0.392 \times 3 \times 96000}{196 \times 0.1}$
    ③ [최종 결과] $t = 5760\text{ s} = 96\text{ min}$
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37. 다음은 25℃에서 산 HA의 이온화 반응식과 이온화 상수를 나타낸 것이다.

이에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 모두 고른 것은? (단, 25℃에서 물의 이온화곱 상수(Kw)는 1 × 10-14 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 반응식 $\text{HA(aq)} + \text{H}_2\text{O(l)} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^\text{+(aq)} + \text{A}^\text{-(aq)}$을 분석합니다.
    ㄱ. $\text{H}_2\text{O}$는 $\text{H}^+$를 제공하므로 브뢴스테드-로우리 염기, $\text{H}_3\text{O}^+$는 $\text{H}^+$를 제공할 수 있는 $\text{H}_2\text{O}$의 짝산이 맞습니다.
    ㄴ. $K_a \times K_b = K_w$ 관계에 의해 $K_b = \frac{1 \times 10^{-14}}{1 \times 10^{-6}} = 1 \times 10^{-8}$이 맞습니다.

    오답 노트
    ㄷ. 이온화도 $\alpha \approx \sqrt{\frac{K_a}{C}} = \sqrt{\frac{1 \times 10^{-6}}{1}} = 1 \times 10^{-3}$이므로 $1 \times 10^{-1}$은 틀렸습니다.
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38. 탄소, 수소, 산소로만 이루어진 어떤 액체 시료 3.44g을 완전 연소시켜 CO2 8.8g, H2O 3.6g을 얻었다. 이 화합물의 실험식은? (단, C, H, O의 원자량은 각각 12, 1, 16 이다.)

  1. C3H8O
  2. C4H8O
  3. C4H10O
  4. C5H10O
(정답률: 알수없음)
  • 각 원소의 몰수를 구하여 가장 간단한 정수비(실험식)를 찾습니다.
    C의 몰수: $\frac{8.8\text{g}}{44\text{g/mol}} = 0.2\text{mol}$
    H의 몰수: $\frac{3.6\text{g} \times 2}{18\text{g/mol}} = 0.4\text{mol}$
    O의 몰수: 시료 전체 질량에서 C와 H의 질량을 뺀 값 $\frac{3.44\text{g} - (0.2 \times 12 + 0.4 \times 1)}{16\text{g/mol}} = \frac{3.44 - 2.8}{16} = 0.04\text{mol}$
    몰수 비 $C : H : O = 0.
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39. 다음 혼합 용액 중 0.1M 강산 0.01L를 첨가 시 25℃, pH 6에서 가장 pH 변화가 작은 것은? (단, 25℃에서 HA(aq)와 HB(aq)의 이온화 상수(Ka)는 각각 1×10-4, 1×10-6 이다.)

  1. 0.001 M HA(aq) 0.5L + 0.1M A-(aq) 0.5L
  2. 0.01 M HA(aq) 0.5L + 1M A-(aq) 0.5L
  3. 0.01 M HB(aq) 0.5L + 0.01M B-(aq) 0.5L
  4. 0.1 M HB(aq) 0.5L + 0.1M B-(aq) 0.5L
(정답률: 알수없음)
  • pH 변화가 가장 작은 것은 완충 용량(Buffer Capacity)이 가장 큰 용액입니다. 완충 용량은 완충 성분(약산과 짝염기)의 농도가 높을수록, 그리고 pH가 $pK_a$ 값과 가까울수록 커집니다.
    0.1 M HB(aq) 0.5L + 0.1M B- (aq) 0.5L 용액은 제시된 보기 중 약산과 짝염기의 농도가 가장 높으며, $pH = pK_a$ (약 6)인 지점에 있어 외부 산 첨가 시 pH 변화를 가장 효과적으로 억제합니다.
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40. 다음은 어떤 물질의 상평형 및 이 물질의 특정 온도와 압력에서의 안정한 상에 대한 자료이다. (단, T2 ＞T1 이다.)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 상평형 그림과 주어진 조건을 분석하면 다음과 같습니다.
    ㄱ. $T_{2}$ ℃, $P_{2}$ atm에서 액체이려면 $P_{2}$는 1 atm보다 높은 영역에 위치해야 하므로 $P_{2} > 1$은 옳습니다.
    ㄴ. $T_{1}$ ℃는 $0$ ℃보다 낮은 온도 영역이며, 1 atm에서 이 온도 영역은 고체 영역에 해당하므로 옳습니다.
    ㄷ. $T_{1}$ ℃, $P_{1}$ atm에서 고체와 기체가 공존하려면 삼중점 아래의 승화 곡선 위에 있어야 합니다. 이 곡선은 $0$ ℃보다 낮은 온도에서 존재하므로, $P_{1}$ atm, $0$ ℃에서는 기체 영역에 해당하여 옳습니다.
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