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태원 초
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1 2006년도일반화학2 기말고사 (2006년 12월 11 일) 이름: 학번: 학과: 시험시간 : :00 P - 4:0 P 휴대전화는끌것. 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음. 답은각문제에주어진네모안에적을것. 네모의크기와답의길이는상관관계가없음. 각문항에서빈공간이있는경우는풀이과정을적으라는의미임. 실험에필요한상수나데이터는맨뒤에있음. 문제수 : 12 Page 수: 5 만점: 16 점 1. (5 10 x 5 점) 농도를모르는아세트산 (H H, a1.8 x 10-5 ) 용액 100 ml 에지시약으로페놀프탈레인 (phenolphthalein) 한방울을첨가하였다. 이아세트산용액을 1.00 용액으로적정하였더니 용액 50.0 ml를넣었을때용액의색이무색에서빨간색으로바뀌었다. 용액 10.0 ml, 50.0 ml, 80.0 ml를첨가하였을때의용액의 ph 를구하라. (a) 아세트산의농도는? 당량점에서용액의색이변하므로당량점은 용액 50 ml를첨가하였을때이다. 이때의몰수와H H의몰수는같으므로 H H mL mL 또는 Henderson-Hasselbalch 식을이용하여 ph 구하기 ph p a [ H ] log log( [ H H] 5 ph ) log 0.64 (c) 용액 50.0 ml를첨가하였을때의전체용액의 ph 는? 반응전의주된화학종 : H H, H 2, Na,H - H - H H H 2H - 반응전몰수 : 50.0 ml x ml x mmol 50.0 mmol 50.0 mmol 반응후몰수 : mmol 0 mmol 50.0 mmol 반응후의주된화학종 : H -,H 2, Na 평형문제 H - H 2 H H H - 초기농도 : 50.0 mmol/150ml 0. 0 ~ 0 평형농도 : (0.-x) x x (b) 용액 10.0 ml를첨가하였을때의전체용액의 ph 는? 반응전의주된화학종 : H H, H 2, Na,H - H - H H H 2H - 반응전몰수 : 10.0 ml x ml x mmol 10.0 mmol 50.0 mmol 반응후몰수 : mmol 40.0 mmol 10.0 mmol b [ H H ][ H [ H ] x [ H w a ] x ph 14 ph ] x x 0. x log[ H 10 5 ] 14 ph log( ( 당량점) (d) 용액 80.0 ml를첨가하였을때의전체용액의 ph 는? 반응전의주된화학종 : H H, H 2, Na,H ) 반응후의주된화학종 : H H, H -,H 2, Na 평형문제 H - H H H 2H - H H H - H 초기농도 : 40.0 mmol/110ml 10.0 mmol/110ml x 10-2 ~ 0 평형농도 : (0.64-x) (9.09 x 10-2 x) x 반응전몰수 : 80.0 ml x ml x mmol 80.0 mmol 50.0 mmol 반응후몰수 : mmol 0 mmol 50.0 mmol a [ H ][ H [ H H ] x x [ H ] x ph log[ H ] ] 5 ( log( ) x ) x x 4.14 반응후의주된화학종 : H -,H 2, H -,Na 용액의 ph 는 [H - ] 에의하여결정된다. [H - ]0.0 mmol/180 ml ph 14-pH 14 log(0.167) ph

2 2. (20 점) 1.0 NaH 용액 500 ml 를준비하였다. 여기에몇 g의 Hl를첨가해야 ph 5.00 인완충용액을만들수있는가? (H H의 a 1.8x10-5 ) ph p a log([h - ]/[H H]) -log[h ]-log a log([h - ]/[H H]) log([h - ]/[H H]) log a -log[h ] log( a/[h ]) [H - ]/[H H] a/[h ] 1.8 x 10-5 / (1.0 x )1.8 즉 [H - ]:[H H] 1.8:1 로존재해야 ph 5.00 인완충용액 이된다. Hl을넣기전의주된화학종은 Na,H -,H 2 (b) 만일위의반응을시킬때처음에일산화탄소기체의압력은 5.0 atm 으로하고수소기체의압력은처음부터평형에도달할때까지 2.5 x 10-2 atm 으로유지하였다고하자. 평형에도달한후일산화탄소기체의압력은얼마인가? 평형에서 0 o RTln() ln() - o /RT -[-29000J/mol/{(8.14 J/(mol )) x 298 }] 11.7 exp(11.7) P 1/{exp(11.7) x P 2 H2 } 1/{exp(11.7) x (0.025) 2 } 0.01 atm 1/P P H2 2 H - Hl l - 반응전몰수 :1.0x500mL 0.50 mol x mol ~ 0 0 반응후몰수 : (x-x)mol ( x) mol 0 mol x mol x mol Hl을넣은후의주된화학종은Na,H -,H H, H 2, l - [H - ]/[H H] ( x) / x 1.8 P 0.01 atm x 0.18 즉 Hl 0.18 mol 을첨가해야한다. Hl 의분자량 6.46 g/mol 4. (10 x 점) 25 0 에서다음과같은갈바니전지를만들었다. 기전력을구하여보자. 1 2 e -? e - Hl 의질량 0.18 mol x 6.46 g/mol 6.6 g u Pt 6.6 g [u 2 ] 2.0 x 10 - 다공성원반 [n 4- ] 0.00 [n 2 ] 1.0 [H ] (10 x 2 20 점) 메탄올 (H H) 을합성하는방법중의하나는일산화탄소를수소와반응시키는것이다. (g) 2H 2(g) H H(l) o f (kj/mol) H H(l) -166 H 2(g) 0 (g) -17 (a) 5.0 atm의일산화탄소기체와.0 atm의수소기체가반응하여액체메탄올을만들때 25 0 에서위의반응이자발적일것인가? 위반응에대한 를구하고답하라. o o f (H H) - o f () - 2 x (-17) - 2 x 0-29 kj/mol o f (H 2) o RTln(Q) o RTln(1/P P 2 H2 ) -29 kj/mol [8.14 J/(mol )] x 298 x ln{1/(5.0)(.0) 2 } -29 kj/mol kj.mol -8 kj/mol o f (kj/mol) H 2(l) -27 H (aq) 0 n - 4 (aq) -449 n 2 (aq) -20 u(s) 0 u 2 (aq) 66 (a) 표준자유에너지의변화량 ( o ) 과기전력 (E o ) 사이의관계를나타내는식은환원또는산화반쪽반응에서도적용된다. 다음환원반쪽반응에서의표준환원전위 (E o ) 는얼마인가? o 4x o f (H 2) n - 4 8H 5e - n 2 4H 2 o f (n 2 )- o f (n - 4 )- 4(-27) (-449 0) -729 kj/mol E o o f (H ) - o /nf -(-729 kj/mol)/(5 x /mol) 1.51 J/ kj/mol 자발적이다. E o

3 (b) 위의갈비니전지에서오른쪽비이커에표시된바와같이여러화학종의농도가주어졌을때다음환원반쪽반응의환원전위 (E) 는얼마인가? n - 4 8H 5e - n 2 4H 2 (e) 위갈바니전지에서전자는 1과 2 중어느방향으로흐르겠는가? 1 5. ( 점) 다음의표를보고답하라. EE o -RTln(Q)/nF E o - (0.0591/n) x log(q) E o - (0.0591/n) x log([n 2 ]/[n - 4 ][H ] 8 ) (0.0591/5) x log{1.0/(0.00 x )} 환원반쪽반응 표준환원전위 : E o () e 4 e - e H e - H Fe e - Fe 0.77 (a) 다음각화학종에서각원소들의산화수를적어라. 화학종원소산화수화학종원소산화수 e 4 e 4 e e E 1.40 (c) (b) 위의갈비니전지에서오른쪽비이커에표시된바와같이여러 화학종의농도가주어졌을때다음환원반쪽반응의환원전위 (E) 는얼마 인가? o o f (u) - o f (u 2 ) kJ/mol E o u 2 2e - u - o /nf -(-66 kj/mol)/(2 x /mol) 1.51 J/ 0.4 EE o -RTln(Q)/nF E o - (0.0591/n) x log(q) E o - (0.0591/n) x log(1/[u 2 ]) (0.0591/2) x log(1/0.0020) H H 1 H 2 H 1-2 Fe Fe Fe 2 Fe 2 (b) 산성용액에 e 4, 2, Fe 이온이들어있다. 위의표에정리된표준환원전위값을사용하여산화력의순서를적고전기분해할때환원전극 (cathode) 에서어느이온이가장낮은전위에서환원되어나올지예축하라. 산화력의순서 : e 4 > 2 > Fe 전기분해시가장낮은전위에서환원되는이온 : e 4 6. (5 x 2 10 x 4 5 x 2 60 점) F - 는약한장리간드로서코발트 (o) - 이온과만나서팔면체구조를하는 of 6 착이온을만들수있다. 또한 NH 는강한장리간드로서코발트(o) 이온과만나서팔면체구조를하는 o(nh ) 6 착이온을만들수있다. (a) of 6 - 의이름을써라. hexafluorocobaltate(iii) [ 또는헥사플루오로코발트산(III)] (b) o(nh ) 6 의이름을써라. hexaamminecobalt(iii) [ 또는헥사암민코발트(III)] E 0.26 (d) (b) 와 (c) 에표시한환원반쪽반응을기본으로하여위의갈바니전지에서일어나는균형잡힌산화-환원반응식을쓰고전지의기전력을계산하라. (c) 결정장이론 (crystal Field odel) 에근거하여 of - 6 착이온에서의 d 궤도함수에너지의분리를으로표시하고위에 d-전자의배치를화살표로표시하라. 홀전자 (unpaired electron) 는몇개인가? 스핀양자수 (S) 는얼마인가? ( 오비탈의이름도위에써라.) (1) n - 4 8H 5e - n 2 4H 2 E 1.40 (2) u 2 2e - u E 0.26 (1) x 2 - (2) x 5 2n - 4 5u16H 2n 2 5u 2 8H 2 기전력 E 홀전자의수 4, S2 반응식 : 2n - 4 5u16H 2n 2 5u 2 8H 2 (d) 결정장이론에근거하여 o(nh ) 6 착이온에서의 d 궤도함수에너지의분리를으로표시하고위에 d-전자의배치를화살표로표시하라. 홀전자 (unpaired electron) 는몇개인가? 스핀양자수 (S) 는얼마인가? ( 오비탈의이름도위에써라.) 기전력 : E

7. (15 점) 아세틸아세톤 (acetylacetone, acach) 은두자리리간드이다. acach 는전이금속에배위할때양성자를잃고다음과같이 acac - 의 형태로배위한다. H H H H H H 홀전자의수 0, S0 (e) of - 6 는가시광선영역의주파수(frequency) 인.89 x 10 14 Hz 의빛을흡수한다.

H 2 r 2 H 2 r 2 H 2 H 2 (f) of - 6 는몇nm 의빛을흡수하는가? 광학활성 c λν 2.998 x 10 8 m/s ( 주파수, 파장) c/ ν (2.998 x 10 8 m/s) / (.89 x 10 14 Hz) (2.998 x 10 8 m/s) / (.89 x 10 14 /s) 7.

4 7. (15 점) 아세틸아세톤 (acetylacetone, acach) 은두자리리간드이다. acach 는전이금속에배위할때양성자를잃고다음과같이 acac - 의 형태로배위한다. H H H H H H 홀전자의수 0, S0 (e) of - 6 는가시광선영역의주파수(frequency) 인.89 x Hz 의빛을흡수한다. (c) 의을참고로하여 of - 6 가.89 x Hz 의빛을흡수하였을때의 d 궤도함수에너지의분리위에전자배치를그려라. r(acac) 2(H 2) 2 에존재하는기하이성질체 (geometrical isomer) 를모두그고광학활성 (optical activity) 을가지고있는것을표시하라. H 2 r 2 H 2 r 2 H 2 H 2 (f) of - 6 는몇nm 의빛을흡수하는가? 광학활성 c λν x 10 8 m/s ( 주파수, 파장) c/ ν (2.998 x 10 8 m/s) / (.89 x Hz) (2.998 x 10 8 m/s) / (.89 x /s) 7.71x10-7 m 771 x 10-9 m 771 nm 8. (10 x 2 20 점) 헵테인 (Heptane, 7H 16 ) 은모두 9개의구조이성질체를가지고있다. (a) 9 개의구조이성질체중에서체계명이 **- 헥세인 (**-hexane) 으로되 는것은2 개가있다. 2 개의구조를그려라. 771 nm H 2 H 2 H H 2 H H H H 2 H H H 2 H H 2 H (g) of - 6 를눈으로보았을때어떠한색으로보이겠는가? 다음의가시광선의파장에따른색을나타낸과 Wheel of color 표를참고로하여예측하여라. (b) 위의 9 개의이성질체중에서키랄탄소 (chiral carbon) 을가지고있는것은하나가있다. 그것의구조을그리고체계적인이름을써라. 또구조위에키랄탄소를표시하여라. 구조 H H H 2 H 2 H H 2 H 체계명 : -methylhexane (- 메틸헥세인) 9. (10 점) 다음아미노산의이름은무엇인가? H 2 N H H H 2 Green ( 녹색) N (h) o(nh ) 6 는 of - 6 와비교하였을때짧은파장의빛을흡수하겠는가긴파장의빛을흡수하겠는가? 짧은파장 NH 관용명 : 히스티딘 (Histidine) -4-

5 10. (10 점) 다음의중합체를제조하기위하여필요한단위체의구조를그리 고그이름을써라. H H H H 2 H 2 바와같이물을전기분해하여수소를발생시키고이를저장하였다가필요할때사용하는것이다. e - e - 산소 전기공급장치수소 n 구조 H 물 H 2 전체적인화학반응 : 2H 2 -> 2H 물의전기분해장치의모식도 체계명 : 2-phenylpropene (2- 페닐프로펜) (a) 열역학제 1 법칙을기술하라. 11. (10 x 2 20 점) 알데하이드 (aldehyde) 를산화시켜카복실산 (carboxylic acid) 를얻는다. 다음의출발물질을산화시켰을때만들어지는생성물의구조를그려라. 우주의에너지의총량은항상같다. 즉, 어떠한과정에서에너지는발생하거나없어지지않고단지형태만변할뿐이다. (a) propanal ( 프로판알) (b) 열역학제 2 법칙을기술하라. H H 자발적과정에서우주의엔트로피는항상증가한다. (b) -methylbenzaldehyde (- 메틸벤즈알데하이드) (c) 과연수소연료전지는공해를발생시키지않는꿈의장치가될수있을것인가에대하여 ( 가),( 나),(a),(b) 를바탕으로하여학생의생각을논리적으로기술하여라. H H 12. (10 x 점) 다음의 ( 가), ( 나) 를읽고질문에답하시오. ( 가) 여러가지연료전지들중에서요즈음수소 (H 2 ) 를연료로사용하는연료전지에대한연구가활발히진행되고있다. 수소연료전지는1 에나타낸바와같이수소와산소 ( 2 ) 를연료로사용하여전기를발생시키는장치로서이때생성되는전기를이용하여여러가지에유용하게쓸수있다. 예를들어자동차의모터를돌릴수있고따라서현재의자동차들이가지고있는오염의문제를획기적으로줄일수있을것으로기대하고있다. 따라서수소연료전지가실용화되면미래의자동차는휘발유통이아닌수소저장통을달고주유소가아닌수소저장소에서수소를채우면서자동차를운행할것이다. ( 산소는자동차운행중에공기로부터항상얻을수있으므로특별히보관할필요가없다.) e - e - 전기모터 수소산소 ( 공기 ) 물 수소연료전지를사용하면수소와산소를사용하여공해를발생시키지않는에너지 ( 전기에너지) 를얻을수있을것처럼보인다. 그러나, 수소를얻기위하여서는물을전기분해를하여야하는데이때전기에너지가필요하다. 이전기에너지를얻기위하여우리는발전소등에서연료 ( 화석연료또는원자력연료) 를태워야한다. 이때공해가발생한다. 열역학제 1 법칙에의하면수소연료전지에서발생시키는에너지만큼의에너지를발생시킬수있는양의연료를발전소에서태워야한다. 그러나열역학제 2 법칙은수소연료전지에서발생시키는에너지보다더많은양의에너지를발생시킬수있는연료를발전소에서태워야한다는것을의미한다. 따라서, 현재의주요한발전소 ( 화력, 원자력, 수력) 시스템으로는수소연료전지가공해를발생시키지않는꿈의장치가될수없다. 단지공해발생위치를인구밀집지역인도시에서발전소가있는지역으로이동시킬뿐이다.( 수력발전소도환경문제를야기시킨다.) ( 참고) 일반화학책에나와있는열역학법칙들이의미하는것은수소연료전지가에너지문제를근원적으로해결할수는없다는것이다. 따라서, 현재의에너지문제를해결할수있는방법은에너지를아껴쓰는방법이외에는아직없다. 그러나, 현재시도되고있는태양에너지를직접적으로전기에너지로바꿀수있는장치혹은풍력발전소등근원적으로청정에너지를얻을수있는방법이있다면에너지문제를해결할가능성도있을것이다. 그렇지만그때에도또다른문제가야기될것이다. ( 문제의심각성은줄어들수도있을것이다.) 학생여러분들이이러한문제에도전해보기를바란다. - 여러가지상수들 - 전체적인화학반응 : 2H 2 2 -> 2H 2 1. 수소연료전지의모식도 ( 나) 위의수소연료전지를사용하려면언급한바와같이수소를공급하여주어야한다. 현재구상하고있는실용적방법중의하나는2 에나타낸 u 의원자량 6.55 amu c ( 광속) λν x 10 8 m/s l 의원자량 5.45 amu F (faraday) Na 의원자량 amu 1 Joule 1 (coulomb x volt) 의원자량 amu R ( 기체상수) L atm/(mol H 의원자량 amu ) 8.14 J/(mol ) -5-

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< F32C7D0B1E25FB1E2B8BB5FC8ADC7D0325FB4E42E687770> 2008년도화학2 기말고사 (2008년 12월 12일 ) 이름 : 학번 : 학과 : 시험시간 : 10:30 PM - 12:30 PM 휴대전화는끌것. 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음. 답은각문제에주어진네모안에적을것. 네모의크기와답의길이는상관관계가없음. 각문항에서빈공간이있는경우는풀이과정을적으라는의미임. 빈공간의길이와풀이과정과는상관관계가없음. 실험에필요한상수나데이터는맨뒤에있음.