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1 2017 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 과학탐구영역화학 Ⅰ 정답및해설 그래핀과다이아몬드의구조그래핀은탄소원자들이육각형의벌집모양으로연결되어 2차원평면구조를이루는탄소의동소체이다. [ 정답맞히기 ] 3 그래핀은탄소원자 1개가다른탄소원자 3개와결합하여정육각형모양을형성하므로탄소원자사이의결합각은 120 이다. 다이아몬드는정사면체의중심에있는탄소원자가정사면체의꼭짓점에있는다른탄소원자 4개와결합하고있으므로탄소원자사이의결합각은 이다. 따라서각각의구조를만들때, 필요한원자모형은그래핀은ᄂ, 다이아몬드는ᄃ이다. 정답3 2. 분자의성질과분자의비공유전자쌍수 HF, N, O, F, Ne 의루이스전자점식은각각다음과같다. H는 1주기원소이고, N, O, F, Ne는 2주기원소이다. [ 정답맞히기 ] 2 N 는구성원소가 2주기원소이고, 무극성분자이며, 비공유전자쌍이 2이다. 정답2 [ 오답피하기 ] 1 H는 1주기원소이고, HF는극성분자이다. 3~5 O, F, Ne의비공유전자쌍의수는각각 4, 6, 4이다. 3. 아미노산의구조아미노산은 1분자내에카복시기 ( COOH) 와아미노기 ( NH ) 가중심원자인탄소원자에결합되어있는물질이다. [ 정답맞히기 ] ㄴ. 2가지분자에는 C가각각 6개씩있다. ㄷ. 2가지분자는모두아미노기 ( NH ) 를가지고있으므로, 산성용액에넣으면산으로부터 H 를받아브뢴스테드-로우리염기로작용할수있다. 정답4 [ 오답피하기 ] ㄱ. 아미노산은단백질을구성하는물질이고, DNA를구성하는물질은인산, 당, 염기이다. 4. 원소와분자원소는 1가지성분으로이루어진순물질이고, 분자는물질의고유한성질을가지며독립적으로존재하는입자이다. 1

2 [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 가 ) 에서 LiCl 은화합물이고, Li, O 는원소이다. ㄷ. 화학반응식에서반응물과생성물에있는원자의종류와총수는같으므로ᄀ은 NH 이다. 정답 3 [ 오답피하기 ] ㄴ. ( 나 ) 에서반응물과생성물은모두분자이다. 5. 루이스전자점식과분자의성질무극성분자는분자의쌍극자모멘트가 0인분자이고, 극성분자는분자의쌍극자모멘트가 0이아닌분자이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 가 ) 는 C와 O가극성공유결합을이루고있지만직선형구조를이루고있어분자의쌍극자모멘트는 0이다. 따라서 ( 가 ) 는무극성분자이다. 정답1 [ 오답피하기 ] ㄴ. ( 나 ) 에서 N는각각 3개의원자와공유결합을이루고있고, 1개의비공유전자쌍을가지고있으므로삼각뿔형의구조를가진다. 따라서 ( 나 ) 는입체구조이다. ㄷ. 공유전자쌍수는 ( 가 ) 는 4, ( 나 ) 는 5이다. 6. 산화환원반응과산화수각화학반응식에있는원자의산화수를나타내면다음과같다 ( 가 ) CuO H Cu H O ( 나 ) Cu S O Cu SO ( 다 ) Cu HNO CuNO H O NO [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 가 ) 에서 Cu의산화수가 +2 0으로감소하므로 CuO는환원된다. ㄴ. ( 나 ) 에서 Cu의산화수가 +1 0으로, O의산화수는 0-2로모두감소한다. ㄷ. ( 다 ) 에서 Cu의산화수가 0 +2로증가하고 N의산화수가 +5 +2로감소하므로, Cu 는산화되고 HNO 는환원된다. 따라서 HNO 은산화제이다. 정답 5 7. 원자를구성하는입자원자의구성입자중전하가있는입자는양성자와전자이고, 원자핵의성분은양성자와중성자이다. 따라서 A는양성자, B는전자, C는중성자이며, 표를완성하면다음과같다. 구분 A( 양성자 ) 수 B( 전자 ) 수 C( 중성자 ) 수 X 7 Y 10 [ 정답맞히기 ] ㄱ. A는원자핵의성분이면서전하를띠는입자이므로양성자이다. ㄷ. 질량수는원자핵에들어있는양성자수와중성자수를합한수이다. X의질량수 2

3 는 15, 양성자수 () 는 7이므로중성자수 () 는 8이다. Y의질량수는 18, 중성자수는 10이므로양성자수 () 는 8이다. 또한 Y 는전자수가양성자수보다 1개더많으므로전자수 () 는 9이다. 따라서 이다. 정답3 [ 오답피하기 ] ㄴ. 원자는전기적으로중성이므로양성자수와전자수가같다. X의전자수가 7이므로양성자수도 7이다. 따라서 X의원자번호는 7이다. 8. 수소원자의선스펙트럼과전자전이전자전이가일어나는전자껍질의에너지준위차이가클수록방출되는빛에너지의크기가크다. [ 정답맞히기 ] 1 라이먼계열중전자전이 에의한빛에너지가가장작고, 발머계열중전자전이 에의한빛에너지가가장크다. 두전자전이의빛에너지를구하면다음과같다., 따라서 에의한빛에너지가 에의한빛에너지보다크므로, 전자전이에의해방출되는빛에너지는라이먼계열이발머계열보다항상크다. 정답 1 9. 전자쌍사이에작용하는반발력 C, N, O의수소화합물중전자쌍수가 4인분자는 CH, NH, H O이고, 결합각은각각 109.5, 107, 이다. 따라서 ( 가 ) 는 H O, ( 나 ) 는 NH, ( 다 ) 는 CH 이고, 루이스전자점식은다음과같다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 가 ) 의결합각이 ( 나 ) 와 ( 다 ) 보다작은것은비공유전자쌍사이의반발력이비공유전자쌍과공유전자쌍사이의반발력, 공유전자쌍사이의반발력보다크기때문이다. 따라서 전자쌍의종류 는ᄀ으로적절하다. ㄷ. 비공유전자쌍수는 ( 나 ) 는 1, ( 다 ) 는 0이므로 ( 나 )>( 다 ) 이다. 정답3 [ 오답피하기 ] ㄴ. ( 가 ) 는 H O이므로분자모양은굽은형이다. 10. 탄소화합물의원소분석탄소화합물의원소분석실험에서 A관은 CaCl 을채운관으로 H O을흡수하고, B관은 NaOH을채운관으로 CO 를흡수한다. 따라서탄소화합물을완전연소시킬때생성되는 H O의질량은 A관의증가한질량과같고, CO 의질량은 B관의증가한질량과같다. 3

4 [ 정답맞히기 ] ㄴ. C H 16 mg 에는 C 12 mg, H 4mg 이들어있으므로원자수비는 C H 이다. 따라서 C H 의실험식은 CH 이고, 실험식량은 16이다. C H O 16 mg 을완전연소시켰을때 A 관의증가한질량은 mg 이 고, B 관의증가한질량이 22 mg 이므로 C H O 16 mg 에포함된 C 의질량은 6 mg, H의질량은 2 mg, O의질량은 8 mg이다. C의원자량 C의질량 = B관의증가한질량 CO 의분자량 = mg H의원자량 H의질량 = A관의증가한질량 H = mg O의분자량 O의질량 = 탄소화합물의질량 - (C의질량 + H의질량 ) = 16 - (6 + 2) = 8 mg C H O 16 mg에는 C 12 mg, H 4mg, O 8 mg이들어있으므로원자수비는 C H O 이며, C H O 의실험식은 CH O 이고, 실험식량은 32 이 다. 따라서실험식량은 C H O 가 C H 의 2 배이다. ㄷ.,,, 이므로 이다. 정답 5 [ 오답피하기 ] ㄱ. C H 16 mg 을완전연소시켰을때 B 관의증가한질량이 44 mg 이 므로 C H 16 mg 에포함된 C 의질량은 12 mg 이다. C의원자량 C의질량 = B관의증가한질량 CO 의분자량 = mg C H 16 mg에포함된 H의질량은 4 mg이므로 A관의증가한질량 () 은 36 mg이다. H O의분자량 A관의증가한질량 = H의질량 H = mg 의원자량 11. 이온반지름과원소의주기적성질원자번호가 8, 9, 11, 12인원자는각각 O, F, Na, Mg이며, Ne과같은전자배치를갖는이온은각각 O, F, Na, Mg 이다. 전자수가같은이온은원자번호가클수록원자핵과전자사이의인력이커이온반지름이작다 (Mg < Na < F < O ). 따라서 A는 Mg, B는 Na, C는 F, D는 O이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 전기음성도는같은주기에서원자번호가클수록크고 ( 단, 18족제외 ), 같은족에서원자번호가클수록작다. B(Na) 의전기음성도는같은주기의 A(Mg) 보다작고, 같은족 2주기원소인 Li보다작다. Li의전기음성도는같은주기인 O, F보다작으므로 A~D 중전기음성도는 B가가장작다. 정답1 [ 오답피하기 ] ㄴ. 원자가전자의유효핵전하는원자가전자에실제로작용하는핵전하인데, 같은주기에서원자번호가증가할수록원자가전자의유효핵전하는증가한다. 따 4

5 라서원자가전자의유효핵전하는원자번호가큰 C(F) 가 D(O) 보다크다. ㄷ. A의이온은 Mg, C의이온은 F 이므로 A와 C는 1:2로결합하여안정한화합물 MgF 을형성한다. 12. 금속 M의원자량구하기반응몰수비는화학반응식의계수비와같으며, 반응전반응물의질량은반응후생성물의질량의합과같다. [ 정답맞히기 ] 2 반응전 MX 의질량이 g이고, 생성된 MX 의질량이 0.65 g이므로 L 생성된 X 의질량은 0.35 g이다. 또한생성된 X 의몰수는 L 몰이므로몰생성된 MX 의몰수는 0.01몰이다. MX 0.01몰의질량은 0.65 g이고, 여기에포함된 X 의몰수는 0.01몰, 질량은 0.35 g이므로 M의몰수는 0.01몰, 질량은 0.30 g이다. M의질량g g M의원자량을 이라고할때, 몰수는 M 원자 몰의질량g 몰 g 몰이므몰 로 M 의원자량 () 은 이다. 정답 탄화수소의구조탄소수가 3이고, 2중결합이없거나 1개인탄화수소의구조식과 C 사이의결합각은다음과같다. ( 나 ) ( 가 ) ( 다 ) ( 가 ) ( 라 ) 약 약 따라서 ( 가 ) 는 C H 또는 C H 의고리모양탄화수소, ( 나 ) 는 C H, ( 다 ) 는 C H 의사슬모양탄화수소, ( 라 ) 는 C H 의사슬모양탄화수소이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 가 ) 는 3가지탄화수소중 C 사이의결합각이가장작으므로고리모양탄화수소이다. ㄴ. ( 나 ) 는 C H 로탄소원자사이의단일결합으로이루어진포화탄화수소이다. ㄷ. ( 다 ) 와 ( 라 ) 에는모두 H 1개와결합한 C가있다. 정답5 14. 전기음성도와산화수공유결합을이루고있는두원자중전기음성도가큰원자가공유전자를모두가져간다고가정하여산화수를계산한다. [ 정답맞히기 ] 4 전기음성도는 W < X이고 W와 X는단일결합을이루고있으므로 W 의산화수는 +1이다. 전기음성도는 X < Z이고 X와 Z는 2중결합을이루고있으므로 5

6 Z의산화수는 2이다. 전기음성도는 X < Y이고 X와 Y는단일결합을이루고있으므로 Y의산화수는 1이다. 화합물에서각원자의산화수의합은 0이므로 (X의산화수 ) + (W의산화수 + Y의산화수 + Z의산화수 ) = (X의산화수 ) + (1 + (-1) + (-2)) = 0이다. 따라서 X의산화수는 +2이다. 정답4 15. 원자의전자배치 제시된조건을만족하는 X~Z의전자배치는다음과같다. 원자 가장바깥전자껍질종류전자수 전자배치 X L 4 Y L ᄀ = 7 Z M 2 [ 정답맞히기 ] 5 바닥상태의원자는 Y 1가지이다. 정답5 [ 오답피하기 ] 1 X에서 K 껍질에있는전자수는 2이다. 2 Y에서 L 껍질에있는전자수 ( ᄀ ) 는 7이다. 3 Y의홀전자수는 1이다. 4 Z에서 L 껍질에있는전자수는 7이다. 16. 중화반응 일정한부피의산또는염기수용액에염기또는산수용액을추가로넣었을때양이 온수변화는다음과같다. 1. HCl 20mL와 NaOH 10 ml를혼합한용액 I이산성인경우, 추가로 HCl 10 ml를넣으면넣어준 H 수만큼양이온수가증가한다. 2. 용액 I이염기성인경우 ( 가 ) 용액 II가염기성또는중성용액일때 : 추가로 HCl 10 ml를넣으면 H 은모두중화반응하므로혼합용액속양이온수는변하지않는다. ( 나 ) 용액 II가산성용액일때 : 혼합용액속양이온수는 Na 수와 H 수의 합과같고, 음이온수는 Cl 수와같다. [ 정답맞히기 ] 2 용액Ⅰ에서 HCl 10 ml를추가로넣었을때양이온수가 에서 으로증가했으므로용액 I이염기성용액, 용액 II를산성용액이라고가정할수있다. 용액 I이염기성용액이므로양이온수는 Na 수와같으므로용액 I에들어있는 Na 수는 이다. 따라서 NaOH 10 ml에들어있는 Na 과 OH 수는각각 이다. 용액 II는산성용액이므로양이온수는 Na 수와 H 수의합과같으며, 음이온수 는 Cl 수와같다. 따라서용액 II에들어있는 H 수는, Cl 수는 이며, HCl 30 ml에들어있는 H 수는 이다. 6

7 용액 II와용액 III의양이온수가같으므로추가로넣은수용액은 NaOH이며, 용 액 II에들어있는 H 개를모두중화시키기위해넣어준 OH 은 개다. 따라서 NaOH 10 ml에들어있는 Na 과 OH 수는각각 이므로, 넣어준 NaOH 의부피 () 는 2mL이다. 정답2 17. 원자의제2 이온화에너지원자번호 8~14인원소는 O, F, Ne, Na, Mg, Al, Si이다. 그림은제1 이온화에너지와제2 이온화에너지를나타낸것이다. 제2 이온화에너지의경향은제1 이온화에너지의경향과비슷하다. 그러나제1 이온화에너지는 2족 > 13족, 15족 > 16족이지만, 제2 이온화에너지는 13족 > 14족, 16족 > 17족이다. 따라서제2 이온화에너지는 Mg < Si < Al < F < O < Ne < Na이므로 Mg, Si, Al, F, O, Ne, Na이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 는 Al이다. ㄴ. 제1 이온화에너지가가장큰것은원자번호 10인 Ne이므로 이다. ㄷ. 같은주기에서원자반지름은원자번호가작을수록크다. F와 O 중원자반지름은 가크고, Si 와 Al 중원자반지름은 가크므로원자반지름은 이다. 따라서 와 의원자반지름차이는 와 의원자반지름차이보다크다. 정답5 18. 금속과금속이온의반응과양적관계금속과금속양이온의반응에서반응하는입자수비는양이온의산화수비에반비례한다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 수용액에들어있는 A 수를 몰이라고한다면 B 수는 몰이다. ( 가 ) 에서이수용액에금속 C를넣었을때 A 과금속 C가모두반응하였고, ( 나 ) 에서추가한 C 1몰도모두반응하였으므로 ( 가 ) 에서 A 모두와 B 의일부가금속 C와반응했음을알수있다. ( 가 ) 에서일어나는 2가지반응의양적관계는다음과같다. 7

8 ( 가 ) A C A C 반응전몰수 반응몰수 반응후몰수 0 3- ( 가 ) B C B C 반응전몰수 반응몰수 -( - ) -(3- ) ( - ) (3- ) 반응후몰수 ( 가 ) 과정후생성된 C 의몰수는 3몰이고, 양이온수비는 B C 이므로 B 의몰수는 6- - =1.5몰이며, 이식을정리하면 이다. A 의몰수인 는 6보다작아야하므로 에서 일때, 이므로모순이다. 또한 일때, 는 0이되므로모순이다. 따라서 이다. 정답1 [ 오답피하기 ] ㄴ. 3이므로반응전 A 의몰수는 3몰이다. ㄷ. ( 나 ) 과정에서 B 1.5몰과추가로넣은 C 1몰이반응하므로반응후 B 0.5몰과 C 4몰이남는다. 따라서 ( 나 ) 과정후양이온수비는 B C 이다. 19. 기체의단위질량당부피와원자수 단위질량당부피 (L/g) 는 단위부피당질량gL 와같고, 단위질기체의밀도gL 질량 량당원자수는원자의몰수에비례하므로 분자당원자수와같다. 분자량 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 3가지기체의질량이모두 라고가정하면, Y의단위질량당원자수는 이므로 이다. X Z 의단위질량당원자수는 이므로 이다. ㄴ. 일정한온도와압력에서기체의밀도는분자량에비례한다. X 와 Y 의단위부피당 질량 (= 기체의밀도 ) 은각각, 이므로 : =2:4 이다. 따라서 이다. 정답 3 [ 오답피하기 ] ㄷ. X 의단위질량당원자수는 이므로 이다. X 와 X Z 의단위부피당질량 (= 기체의밀도 ) 은각각, 이므로 : =2:18 이고 이 다. 따라서 이다. 8

9 20. 기체의반응과양적관계반응하는물질의몰수비는화학반응식의계수비와같다. 또한기체의온도와압력이일정할때기체의부피비는기체의몰수비와같다. [ 정답맞히기 ] 4 반응전후질량은보존되므로 X, Y와반응이완결된지점에서실린더질량속전체기체의질량은모두 X 이다. 또한밀도 = 이므로 X에서기체 A의부피부피 X ( ) 는밀도, X 이고, 반응이완결되었을때밀도가 1이되었으므 로전체기체의부피 (B 와 C 의부피의합 ) 는 이다. 반응하거나생성되는기 체의부피비는화학반응식의계수비와같으므로 이다. 따라서 이다. 기체의온도와압력이일정할때기체의몰수는기체의부피에비례하므로반응초기 (X) A 의몰수는 X 에비례하고, Y 에서혼합기체의부피는 X 이므로혼합 기체의몰수는 X 에비례한다. 이를이용하여 X에서 Y로될때반응한 A의부 피를 라고하면, 기체반응의양적관계는다음과같다. 2A B C 반응전부피 X 0 0 반응부피 반응후부피 X Y 에서혼합기체의부피는 X X 이다. 이므로 X 이다. 또한 X 에서 Y 로될때반응한 A 의부피는 X 이므로 Y 에서남아 있는 A 의부피는 X 이다. 따라서 X 에서 A 의부피는 X, 질량은 X 이고, Y 에서 A 의부피는 Y X, 질량은 Y 이므로 X Y X X, X 이다. 정답 4 9