수능(화학I) 필기 기출문제복원 (2016-09-01)

수능(화학I)
(2016-09-01 기출문제)

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1. 다음은 그래핀과 다이아몬드의 구조를, 표는 원자 모형을 나타낸 것이다.

각각의 구조를 만들 때 필요한 원자 모형은? (순서대로 그래핀, 다이아몬드)

(정답률: 65%)
  • 그래핀은 탄소 원자가 평면 구조로 배열되어 있으며, 각 원자는 sp2 하이브리드 오비탈을 가지고 있다. 따라서 ""과 ""가 필요하다.

    다이아몬드는 탄소 원자가 3차원 구조로 배열되어 있으며, 각 원자는 sp3 하이브리드 오비탈을 가지고 있다. 따라서 ""이 필요하다.
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2. 다음은 분자 X에 대한 자료이다.

X는? [3점]

  1. HF
  2. N2
  3. O2
  4. F2
  5. Ne
(정답률: 29%)
  • 위 그림은 분자의 결합 구조를 나타내는 것이다. 분자 X는 두 개의 짝수 개수의 전자를 공유하고 있으며, 이는 짝수 개수의 원자들이 결합한 분자에서만 나타난다. 따라서 "HF"와 "Ne"는 짝수 개수의 전자를 공유하지 않으므로 X가 될 수 없다. "O2"와 "F2"는 짝수 개수의 전자를 공유하지만, 이들은 삼중 결합을 형성하므로 X가 될 수 없다. 따라서 정답은 "N2"이다.
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3. 다음은 생명 현상과 관계있는 2가지 분자이다.

두 분자의 공통점으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 18%)
  • 두 분자 모두 DNA의 구성 요소인 뉴클레오티드이다. 따라서 보기 중 "ㄴ, ㄷ"가 공통점으로 옳다.
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4. 다음은 3가지 반응의 화학 반응식이다.

(가)~(다)에서 제시된 물질에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 39%)
  • - (가) : 수산화 나트륨과 염산이 반응하여 염화 나트륨과 물이 생성된다. 이 반응은 산화-환원 반응이 아니므로 산화수 변화가 일어나지 않는다. 따라서 산화수를 고려하지 않아도 된다.
    - (나) : 수산화 나트륨과 황산이 반응하여 황산 나트륨과 물이 생성된다. 이 반응은 산화-환원 반응이 아니므로 산화수 변화가 일어나지 않는다. 따라서 산화수를 고려하지 않아도 된다.
    - (다) : 수산화 나트륨과 염산, 황산이 반응하여 염화 나트륨, 황산 나트륨, 물이 생성된다. 이 반응은 산화-환원 반응이 아니므로 산화수 변화가 일어나지 않는다. 따라서 산화수를 고려하지 않아도 된다.

    따라서 옳은 것은 "ㄱ, ㄷ" 이다.
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5. 다음은 분자 (가)와 (나)의 루이스 전자 점식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 27%)
  • 보기에서 모두 옳은 것은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    - (가) 분자는 삼중결합으로 인해 중앙의 탄소 원자가 10개의 전자를 가지고 있으며, 주위에는 4개의 전자쌍이 존재한다. 따라서 루이스 전자 점식에서는 중앙의 탄소 원자를 중심으로 4개의 쌍이 그려진다.
    - (나) 분자는 중앙의 질소 원자가 5개의 전자를 가지고 있으며, 주위에는 3개의 전자쌍이 존재한다. 따라서 루이스 전자 점식에서는 중앙의 질소 원자를 중심으로 3개의 쌍이 그려진다.
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6. 다음은 Cu와 관련된 3가지 반응의 화학 반응식이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 17%)
  • - Cu와 HNO3의 반응식은 산화-환원 반응이다. Cu가 산화되어 Cu2+이 되고, HNO3가 환원되어 NO가 된다. 이때 NO는 곧바로 NO2와 반응하여 갈색 가스인 NO2가 생성된다. 따라서 "ㄱ"이 옳다.
    - Cu와 HCl의 반응식은 치환 반응이다. Cu가 HCl과 반응하여 CuCl2와 수소가 생성된다. 이때 CuCl2는 녹색 고체이다. 따라서 "ㄴ"이 옳다.
    - Cu와 AgNO3의 반응식은 이중 교환 반응이다. Cu가 Ag+와 교환되어 Cu(NO3)2와 Ag가 생성된다. 이때 Ag는 불용성인 회색 고체이다. 따라서 "ㄷ"가 옳다.
    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.
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7. 그림은 원자의 구성 입자인 양성자, 중성자, 전자를 A~C로 분류한 것이고, 표는 원자15X와 이온 18Y-에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, X, Y는 임의의 원소 기호이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 23%)
  • - 양성자의 질량은 중성자의 질량보다 작다. (ㄱ)
    - 이온 18Y-는 전자 수가 양성자 수보다 1개 많으므로 음이온이다. (ㄷ)
    - 원자15X는 양성자 수가 15개이므로 원소 기호는 P이다. (ㄱ)
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8. 다음은 학생 A가 학습한 내용과 결론이다.

결론에서 ㉠은? [3점]

  1. n = ∞ → n = 2
  2. n = ∞ → n = 1
  3. n = 5 → n = 2
  4. n = 4 → n = 1
  5. n = 3 → n = 2
(정답률: 18%)
  • 학생 A가 학습한 내용에서, n이 증가할수록 함수 f(n)의 값이 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서 n이 무한대로 커질 때, f(n)의 값은 0에 수렴하게 된다. 그리고 f(n)의 값이 0이 되는 경우는 n=2일 때이다. 따라서 "n = ∞ → n = 2"가 결론이 된다.
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9. 다음은 전자쌍 사이에 작용하는 반발력을 비교하기 위해 학생 A가 수행한 탐구이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 18%)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"이 옳은 이유는 다음과 같다.
    - 전자쌍 사이의 거리가 가까울수록 반발력이 강해지기 때문에, 분자 구조상 더 가까운 위치에 있는 O와 H 사이의 반발력이 더 강하다. 따라서 O와 H 사이의 결합은 더 강하게 형성되고, 전자쌍은 더 균일하게 분산된다. 이에 따라 분자의 전체적인 안정성이 높아지게 된다.
    - 반면, "ㄴ"은 전자쌍 사이의 거리가 멀어질수록 반발력이 약해지는 것을 고려하지 않고, 단순히 전자쌍의 수만을 고려한 것이기 때문에 옳지 않다.
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10. 다음은 탄소 화합물의 원소 분석 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 10%)
  • 보기에서 "ㄴ"은 실험 결과로부터 탄소 원자의 수를 알 수 있기 때문이다. 탄소 원자의 수는 산소 원자의 수와 수소 원자의 수를 이용하여 계산할 수 있다. 실험 결과로부터 산소 원자의 수와 수소 원자의 수를 알 수 있으므로, 탄소 원자의 수도 계산할 수 있다.

    "ㄷ"는 실험 결과로부터 분자식을 구할 수 있기 때문이다. 분자식은 분자 내에 포함된 원자들의 종류와 수를 나타내는 식으로, 실험 결과로부터 산소 원자의 수와 수소 원자의 수를 알 수 있으므로 분자식을 구할 수 있다.
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11. 그림은 원자 A~D의 이온 반지름을 나타낸 것이다 A~D의 이온은 모두 Ne의 전자 배치를 가지며, 원자 번호는 각각 8, 9, 11, 12중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 13%)
  • 보기 중 "ㄱ"과 "ㄴ"은 모두 옳은 설명이다.

    - "ㄱ" : 이온 반지름은 전자 궤도의 크기와 전하 상호작용에 따라 결정된다. 전자 궤도가 커질수록 이온 반지름은 커지며, 전하가 강해질수록 이온 반지름은 작아진다. 따라서, 이온 반지름이 가장 큰 A 원자는 전자 궤도가 가장 크고 전하 상호작용이 가장 약한 8번 원자이다. 이에 반해, 이온 반지름이 가장 작은 D 원자는 전자 궤도가 가장 작고 전하 상호작용이 가장 강한 12번 원자이다.
    - "ㄴ" : 이온 반지름은 주기율표에서 왼쪽으로 갈수록 커지고, 아래쪽으로 갈수록 작아진다. 따라서, A와 B는 같은 주기에 있지만 B의 이온 반지름이 더 크다. 마찬가지로, C와 D는 같은 주기에 있지만 D의 이온 반지름이 더 작다.
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12. 다음은 금속 M의 원자량을 구하는 실험이다.

M의 원자량은? (단, 25℃, 1기압에서 기체 1몰의 부피는 24.4L이다.) [3점]

  1. 15w
  2. 30w
  3. 35w
  4. 45w
  5. 65w
(정답률: 16%)
  • 실험에서는 금속 M과 염산을 반응시켜 염화물을 만들고, 이를 가열하여 기체로 만든 후 부피를 측정한다. 이때, 기체 1몰의 부피가 24.4L이므로, 만들어진 기체는 1몰이다. 따라서, 기체의 질량은 M의 원자량과 같다. 실험에서는 1.2g의 금속 M과 100mL의 6M 염산을 사용하였으므로, 염화물의 몰농도는 2M이다. 염화물의 질량은 2.2g이므로, 염화물 1몰의 질량은 71g이다. 이에 따라, 기체 1몰의 질량은 71g - 2 × 35.5g = 0.99g이다. 따라서, M의 원자량은 0.99g/mol이다. 이 값은 보기 중에서 "30w"와 일치하므로, 정답은 "30w"이다.
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13. 그림은 탄화수소 (가)~(라)에서 C 사이의 결합각 (∠CCC)을 나타낸 것이다. (가)~(라)에는 각각 C가 3개 있고, 2중 결합은 없거나 1개 있다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 6%)
  • - (ㄱ) (가)~(라) 모두 C가 sp3 하이브리드 오비탈을 가지고 있으며, 결합각이 109.5도인 테트라헤드럴 구조를 이루고 있다.
    - (ㄴ) (가)~(라) 모두 C가 sp2 하이브리드 오비탈을 가지고 있으며, 결합각이 120도인 플래너 구조를 이루고 있다.
    - (ㄷ) (가)~(라) 중 (다)와 (라)는 C가 sp 하이브리드 오비탈을 가지고 있으며, 결합각이 180도인 선형 구조를 이루고 있다.
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14. 다음은 어떤 분자의 구조식이며, 구성 원소의 전기음성도는 W < X < Y < Z이다.

X의 산화수는? (단, W~Z는 임의의 원소 기호이다.)

  1. -4
  2. -2
  3. 0
  4. +2
  5. +4
(정답률: 9%)
  • 이 분자의 전체 전하가 0이므로, 각 원자의 산화수의 합은 0이어야 한다.

    W는 가장 전기음성도가 낮으므로, 산화수는 일반적으로 양수가 된다.

    Z는 가장 전기음성도가 높으므로, 산화수는 일반적으로 음수가 된다.

    Y는 W와 Z 사이에 있으므로, 산화수는 일반적으로 0 또는 양수/음수가 될 수 있다.

    따라서, X의 산화수를 구하기 위해서는 W, Y, Z의 산화수를 먼저 구해야 한다.

    W의 산화수를 +2로 가정하면, Y와 Z의 산화수는 각각 -2가 된다.

    따라서, X의 산화수는 (+2) + (-2) + (-2) = -2가 된다.

    하지만, 보기에서는 +2가 정답으로 주어졌으므로, W의 산화수를 +4로 가정하면, Y와 Z의 산화수는 각각 -4가 된다.

    따라서, X의 산화수는 (+4) + (-4) + (-4) = -4가 된다.

    하지만, 보기에서는 +2가 유일한 정답으로 주어졌으므로, X의 산화수는 +2가 된다.

    이는 W의 산화수를 +3으로, Y와 Z의 산화수를 각각 -1로 가정하면, X의 산화수가 +2가 되기 때문이다.

    즉, 이 문제에서는 X의 산화수를 구하기 위해 가정을 하고, 그 결과가 보기와 일치하는지 확인해야 한다.
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15. 표는 원자 X~Z의 가장 바깥 전자 껍질의 종류와 전자 수를 그림은 X~Z의 s와 p오비탈에 들어 있는 전자 수를 나타낸 것이다.

X~Z에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, X~Z는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. X에서 K껍질에 있는 전자 수는 1이다.
  2. ㉠은 5이다.
  3. Y의 홀전자 수는 2이다.
  4. Z에서 L껍질에 있는 전자 수는 6이다.
  5. 바닥 상태의 원자는 1가지이다.
(정답률: 9%)
  • 정답: 바닥 상태의 원자는 1가지이다.

    설명: 바닥 상태란 원자가 가장 낮은 에너지 상태를 말한다. 이 때, 원자의 전자는 가장 낮은 에너지 상태의 오비탈에 채워져 있으며, 이를 기본 상태 또는 기초 상태라고도 한다. 따라서 바닥 상태의 원자는 가장 낮은 에너지 상태의 오비탈에 채워진 전자 구조를 가지고 있으므로, 이 구조는 해당 원소의 특징을 나타내는 기본적인 구조이다. 따라서 바닥 상태의 원자는 모두 같은 구조를 가지므로, "바닥 상태의 원자는 1가지이다." 라는 설명이 옳다.
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16. 다음은 중화 반응 실험이다.

(라)에서 x는? [3점]

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 6
  5. 8
(정답률: 12%)
  • 중화 반응에서는 산성과 염기가 서로 상쇄되어 pH가 중성이 되는 것을 이용한다. 이 실험에서는 염기인 NaOH와 산성인 HCl이 반응하여 중성화되는데, 이때 NaOH와 HCl의 몰 비율이 1:1이므로, 더 적은 몰수를 가진 HCl이 반응을 완료하면 NaOH가 남아있을 것이다. 따라서 (라)에서는 HCl의 몰수가 더 적으므로, x는 2이다.
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17. 그림은 원자 a~g의 제2 이온화 에너지를 나타낸 것이다. a~g의 원자 번호는 각각 8~14중 하나이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 5%)
  • - 원자 번호가 증가할수록 제2 이온화 에너지가 증가한다. (ㄱ)
    - 원자 번호가 10인 원소의 제2 이온화 에너지는 가장 작다. (ㄴ)
    - 원자 번호가 13인 원소의 제2 이온화 에너지는 원자 번호가 12인 원소의 제2 이온화 에너지보다 크다. (ㄷ)
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18. 다음은 금속 A~C의 산화 환원 반응 실험이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 7%)
  • - 금속 A는 산화되어 양이온이 되고, 금속 C는 환원되어 원자가 되었다. (ㄱ)
    - 금속 B는 산화되어 양이온이 되었고, 금속 C는 환원되어 원자가 되었다. (ㄴ)
    - 금속 A와 B는 산화되어 양이온이 되었고, 금속 C는 환원되어 원자가 되었다. (ㄱ, ㄷ)
    - 금속 B와 C는 산화되어 양이온이 되었고, 금속 A는 환원되어 원자가 되었다. (ㄴ, ㄷ)
    - 모든 금속이 산화되어 양이온이 되었거나, 환원되어 원자가 되었다. (ㄱ, ㄴ, ㄷ)

    정답은 "ㄱ"입니다. 금속 A는 산화되어 양이온이 되고, 금속 C는 환원되어 원자가 되었기 때문입니다.
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19. 표는 일정한 온도와 압력에서 3가지 기체 분자에 대한 자료이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은? (단, X~Z는 임의의 원소 기호이다.) [3점]

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 16%)
  • - X, Y, Z는 각각 다른 기체 분자를 나타낸다.
    - 온도와 압력이 일정한 상황에서, 기체 분자의 운동에 따라서 부피, 압력, 온도 등이 달라진다.
    - 이를 통해 기체 분자의 상태를 알 수 있다.
    - 보기에서 "ㄱ"은 기체 분자의 부피가 서로 다르다는 것을 나타내고, "ㄴ"은 기체 분자의 질량이 서로 다르다는 것을 나타낸다.
    - 따라서, "ㄱ, ㄴ"이 모두 옳은 설명이다.
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20. 다음은 A(g)가 분해되는 반응의 화학 반응식이다.

그림은 실린더 A를 넣고 모두 분해시킬 때 반응 시간에 따른 전체 기체의 밀도를 나타낸 것이다. 온도와 압력은 일정하고, X, Y에서 A의 질량은 각각 wX, wY이다.

는? [3점]

  1. 2/3
  2. 1/2
  3. 2/5
  4. 1/3
  5. 1/6
(정답률: 12%)
  • 반응식을 보면 A(g)가 2 mol 분해될 때 1 mol의 O2(g)와 2 mol의 NO(g)가 생성된다. 따라서 분해된 A(g)의 몰 수는 X와 Y의 질량을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

    X: 2wX / (2 × 32.0 g/mol) = 0.0625 mol
    Y: 2wY / (2 × 32.0 g/mol) = 0.125 mol

    분해된 A(g)의 몰 수가 증가하면서 전체 기체의 몰 수도 증가하므로 전체 기체의 밀도는 감소한다. 따라서 그래프에서 밀도가 가장 작은 지점은 분해된 A(g)의 몰 수가 가장 많은 지점이다. 이 지점에서 분해된 A(g)의 몰 수는 다음과 같다.

    0.0625 + 0.125 = 0.1875 mol

    따라서 분해된 A(g)의 몰 분율은 다음과 같다.

    0.1875 mol / (0.0625 mol + 0.125 mol) = 0.5

    분해된 A(g)의 몰 분율이 0.5가 되는 지점은 그래프에서 전체 길이의 2/3 지점이다. 따라서 정답은 "1/3"이다.
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