4. (15 점 ) 평균결합에너지표를이용하여다음반응의반응엔탈피 (ΔH rxn) 를구 하여라. 6. (5x4=20 점 ) 다음분자들의 Lewis 구조를그리고분자구조및결합각을 예측하라. 그리고중심원자의혼성궤도함수와형식전하는얼마인지적어라. ( 비공유전자상은두개의점으로결합전자

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주옥 운
6 years ago
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1 2014학년도 1학기화학1 기말고사 (2014년 6월 12일 ) 이름 : 학번 : l 시험시간 : 7:00 PM - 9:30 PM l 휴대전화는끌것 l 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음 l 답은반드시각문제에주어진네모또는밑줄안에적을것. 네모의크기와답의길이는상관관계가없음 l 답의단위가주어졌을경우반드시단위에맞추어답을적을것 l 각문항에서빈공간이있는경우는풀이과정을적으라는의미임. 빈공간의크기와풀이의길이는상관관계가없음. l 시험에필요한상수나데이터는별지에있음. l 문제수 : 14 l Page 수 : 4( 문제 ) + 2( 자료 ) l 만점 : 337점 2. (15점) 원자는원자번호가커질수록일반적으로원자량이커진다. 주기율 표를살펴보면이러한일반적인경향을따르지않는것이있다. 원자번호 1-20 사이의원소를살펴보고원자번호와원자량사이의관계가반대로되 어있는경우를찾고그이유에대하여추정하여보아라. 원자번호와원자량 원소기호 원자번호 원자량 사이의관계가반대로되어있는경우 이유 1. ( =25 점 ) O 2-, F -, Na +, Mg 2+ 이온들은등전자이온 (isoelectronic ions) 이다. 3. ( =28 점 ) (a) 다음표의빈칸을채워라. (a) 바닥상태전자배치써라. 원소또는화합물 열역학에너지 열역학적변화 ( 물질의상태도정확히표시할것 ) 값 (kj/mol) (b) 위각이온의 2p 오비탈에있는어떤하나의전자가느끼는유효핵전하 (Z eff) 를 Slater rule을이용하여구하라. (2s 오비탈에있는어떤하나의전자가느끼는유효핵전하도 Slater rule에서는 2p와같음 ) Mg 1차이온화에너지 2차이온화에너지 승화열 150 Cl 전자친화도 Cl(g) +e - Cl - (g) -349 해리에너지 Cl 2(g) 2Cl(g) 239 MgCl 2(s) 형성엔탈피 -642 (b) 아래그림은 MgCl 2 의본 - 하버순환 (Born-harber cycle) 이다. 위표를 참고하여빈칸을채우시오.( 화살표에따라부호가정확해야함 ) 이온 O 2- F - Na + Mg 2+ Z eff (c) 위이온중이온반경이가장큰것은어느것인가쓰고, 그이유를 (b) 의결과를바탕으로설명하여라. 답 설명 (c) MgCl 2(s) 의격자에너지는얼마인가?( 부호가정확해야함 ) (d) 위이온중가장큰이온화에너지 ( 위이온에서전자를하나더떼기위 하여필요한에너지 ) 를가지고있는것은어느것인가쓰고, 그이유를 (b) 의결과를바탕으로설명하여라. 답 설명 격자에너지 kj/mol

2 4. (15 점 ) 평균결합에너지표를이용하여다음반응의반응엔탈피 (ΔH rxn) 를구 하여라. 6. (5x4=20 점 ) 다음분자들의 Lewis 구조를그리고분자구조및결합각을 예측하라. 그리고중심원자의혼성궤도함수와형식전하는얼마인지적어라. ( 비공유전자상은두개의점으로결합전자쌍은실선으로표시하라.) 분자 Lewis 구조분자구조결합각 혼성 궤도 함수 형식 전하 CH 4 H-C-H NF 3 F-N-F ΔH rxn kj 5. ( =44 점 ) 오존분자 (O 3) 에대하여다음에답하라. SeF 6 F-Se-F (a) 루이스 (Lewis) 구조를그려라.( 공명구조가있으면모두그려라.) OF 2 F-O-F (b) 아래그림은원자결합이론 (VBT) 으로오존분자를설명할때 O 에형성되 는혼성오비탈과혼성오비탈을형성하지않고남아있는 p 오비탈을나타낸 그림이다. 각오비탈의로브 (lobe) 에전자배치를화살표로표시하여라. 7. ( =25 점 ) F 2 분자를분자오비탈 (MO) 이론으로설명하고자한다. (a) 다음은 F 2 분자에서 MO의에너지준위도이다. F 원자와 F 2 분자의각오비탈에전자배치를화살표를이용하여표시하고자한다. 네모안에화살표를이용하여전자배치를표시하여라.( 좌우중맞는에너지준위도를선택하고거기에만전자배치를표시할것 ) (c) 위의그림에서비편재화 (delocalized) 되는전자는어느오비탈에있는전 자들인가? (b) (a) 에있는분자오비탈중 σ * 2p 와 π * 2p 오비탈의모양을그려라.( 위상도 정확히표시할것. 두점은각 F 원자에서핵의위치를나타낸다.) (d) 오존분자에서고립전자쌍, σ-결합, π-결합은각각은몇개있는가? 고립전자쌍은산소원자의어느오비탈에있는가? σ-결합은두산소원자에있는어느오비탈과어느오비탈사이의중첩에의해형성되는가? π-결합은두산소원자에있는어느오비탈과어느오비탈사이의중첩에의해형성되는가? 또 O-O 결합의결합차수는얼마인가? 분자 오비탈 σ 2p * 분자그림오비탈 π 2p * 그림 개수 오비탈 고립전자쌍 (c) F 2 의결합차수는얼마인가? F 2 는상자기성인가반자기성인가? σ- 결합 결합차수 자기적성질 π- 결합 O-O 결합차수 (e) 오존분자는극성 (polar) 분자인가비극성 (non-polar) 분자인가? ( 위그 림의전자배치를보고생각할것 )

3 8. ( =25점) 탄산마그네슘 (MgCO 3) 과탄산칼슘 (CaCO 3) 의혼합물 5.32 g 이과량의염산 (HCl) 으로처리되었다. 반응결과 1.51 L 의이산화탄소 (CO 2) 기체가생성되었고이때기체의온도와압력은각각 24 C와 732 torr 였다. (b) C 에서용기벽에가해지는기체분자들의평균충돌세기 ( 운동량 ) 는 0 C 에서의몇배인가? [ 충돌세기 ( C) =? x 충돌세기 (0 C)] (a) 염산과반응혼합물의각성분사이에일어나는반응에대한균형맞춘 화학반응식을써라. MgCO 3 CaCO 3 (b) 생성된이산화탄소의몰수는얼마인가? 답배 (c) 기체의압력은기체분자의충돌세기와충돌횟수에비례한다 C 에서분자들이벽과충돌하는 1초당총횟수는 0 C에서의몇배인가? [f( C) =? x f(0 C)] 답배 생성된 CO 2 몰수 mol (c) 반응이완전히진행되었다고하면반응혼합물에서탄산마그네슘의몰 분률 (mole fraction) 은얼마인가? 10. (5x4=20 점 ) 다음은 van der Waals 의기체식이다. 여기서 P, n, T, V, R 은각각기체의압력, 몰수, 온도, 부피, 그리고기체 상수를나타내고 a 와 b 는기체에따른상수이다. 그런데위의식은잘못 적은것이다. (a) 올바르게적은식은? (b) a 와 b 의단위는? a 의단위 b 의단위 MgCO 3 의몰분률 (c) H 2, N 2, CH 4, C 2H 6 중에서 b 값이가장크다고예상되는것은? 9. (5x3=15 점 ) N 2 기체가들어있는 5.00 L 용기의온도가 0 C 에서 C 로증가하였다. 부피가일정하게유지된다면, 이러한변화가다음에 어떻게영향을미치는지예측하여라. (d) H 2, N 2, O 2, Cl 2 중에서 a 값이가장크다고예상되는것은? (a) C 에서기체분자의평균운동에너지는 0 C 에서의몇배인가? [KE ave( C) =? x KE ave(0 C)] 11. (5x2=10 점 ) 다음은중합체인폴리스타이렌과폴리염화비닐의구조이다. 각각은무엇을첨가중합반응시켜서었은것인지그구조식을그려라, 폴리스타이렌 폴리염화비닐 구조 답배 출발물질의 구조식

12. (5+15=20점) 아연 (Zn(s)) 과염산 (HCl(aq)) 를반응시켜수소기체 (H 2(g)) 를얻기위하여아래그림의수상포집장치를마련하였다. 수집병에물을가득채우고거꾸로물에세워놓은후반응을진행시켰다. 그림과같이수집병에기체의부피가 240 ml 될때반응을중단하였다. 이때기체의압력은 1.032 atm, 온도는 60 o C 이었다. 14.

( 물질의상태도정확히나타낼것 ) (b) 발생한수소기체는몇몰인가? (a) 각각의그림위에고체결정의단위세포를그려라.(4각형도형 ) (b) ( 가 ), ( 나 ) 의합금은각각치환합금, 틈새합금, 불균일합금, 금속간화합물중어떤것에속하는지밝혀라. ( 가 ) ( 나 ) (c) ( 가 ), ( 나 ) 합금의조성식은?

4 12. (5+15=20점) 아연 (Zn(s)) 과염산 (HCl(aq)) 를반응시켜수소기체 (H 2(g)) 를얻기위하여아래그림의수상포집장치를마련하였다. 수집병에물을가득채우고거꾸로물에세워놓은후반응을진행시켰다. 그림과같이수집병에기체의부피가 240 ml 될때반응을중단하였다. 이때기체의압력은 atm, 온도는 60 o C 이었다. 14. (10x5=50점) 아래그림과같이바나듐 (V) 과오스뮴 (Os), 코발트 (Co) 와니켈 (Ni) 로이루어진가상의 2차원고체합금이있다고하자. 아래그림은 2 차원고체합금을위에서내려다본그림이다. 공 ( 球 ) 은원자를나타낸것이다. (a) 아연 (Zn(s)) 과염산 (HCl(aq)) 을반응시킬때일어나는반응의균형잡힌 화학반응식을써라. ( 물질의상태도정확히나타낼것 ) (b) 발생한수소기체는몇몰인가? (a) 각각의그림위에고체결정의단위세포를그려라.(4각형도형 ) (b) ( 가 ), ( 나 ) 의합금은각각치환합금, 틈새합금, 불균일합금, 금속간화합물중어떤것에속하는지밝혀라. ( 가 ) ( 나 ) (c) ( 가 ), ( 나 ) 합금의조성식은? ( 가 ) ( 나 ) (d) ( 가 ) 결정의단위세포의부피는는? (V, Os 의원자반경은 135 x m 로같다. 위그림은위에서본그림이다. 따라서원자의지름만큼의두께 ( 높이 ) 가있음에유의하라. 즉실제단위세포는 4 각기둥이된다.) 발생한수소기체의몰수 mol 단위세포의부피 m (15 점 ) 평면화합물 1,2- 다이클로로에틸렌의두가지이성질체는다음 과같다. (e) ( 가 ) 결정의단위세포안에있는원자질량의합은? cis- 이성질체 trans- 이성질체 위의이성질체중한가지는 60.3 C 의끓는점을갖고, 다른것은 47.5 C 를 갖는다. 각끓는점에대한이성질체를결정하고그이유를서술하여라 C 47.5 C 질량합 g (f) ( 가 ) 합금의밀도는얼마인가? 제시하라. g/m 3, g/cm 3 의두단위에대하여답을 이유 밀도 g/m 3 g/cm 3

5 < 상수 > 기체상수 (R) L atm/(k mol) = J/(K mol) Avogadro의수 (N A) 6.022x10 23 /mol Planck 상수 (h) x J s 빛의속도 (c) x 10 8 m/s = ( = 주파수, = 파장 ) 전자전하량 (e) x C 수소에대한 Rydberg 상수 (R H) 2.18x10-18 J Bohr 반경 (a 0) x m = Å 전자의질량 (m e) x kg Faraday 상수 (F) 96,485 C < 단위변환 > 1 atm 760 mmhg = 760 torr = 1.013x10 5 Pa = x 10 5 N/m 2 1 mile km 1 Joule 10 7 erg = 1 C V (coulomb x volt) 1 ev x J K o C < 밀도, 비열, 증발열, 녹음열 > 물의비열 (C p(h 2O(l)) 1.00 cal/(g o C) = J/(g o C) = J/(K mol) 얼음의비열 (C p) cal/(g o C) 물의기화열, 증발열 (ΔH vap) 5.40x10 2 cal/g 수증기의비열 (C p(h 2O(g)) cal/(g o C) = J/(K mol) 얼음의녹음열 (ΔH fus) 79.8 cal/g = 6.02 kj/mol C 6H 6 의기화열, 증발열 (ΔH vap) 31.6 kj/mol CH 3OH의밀도 g/ml Al(s) 의비열 J/(g.o C) Fe(s) 의비열 J/(g.o C) Al 2O 3(s) 의비열 J/(g.o C) N 2(g) 의비열 1.04 J/(g.o C) < 몰질량 > MgCO 3 의몰질량 g/mol CaCO 3 의몰질량 g/mol CO 2 의몰질량 g/mol

6 l 평균결합에너지 l l Slater's rule에따른가려막기상수 (screening constant) [1s] [2s,2p] [3s,3p] [3d] [4s,4p] [4d] [4f] [5s, 5p] [5d]... 그룹 주양자수 =n, 같은그룹에주양자수 = n-1 인주양자수 < n-1 인부양자수 <l 있는다른전자그룹의전자그룹의전자인그룹의전자 [1s] 0.3 N/A N/A N/A [ns,np] 0.35 N/A [nd] or [nf] 물의증기압곡선

4. (15점) 평균결합에너지표를이용하여다음반응의반응엔탈피 (Δ rxn) 를구하여라. Δ rxn =[12D(C-)+2D(C-C)+7D(O=O)] - [8D(C=O)+12D(O-)] = [12(413)+2(347)+7(495)]-[8(799)+12(467)] kj = -

4. (15점) 평균결합에너지표를이용하여다음반응의반응엔탈피 (Δ rxn) 를구하여라. Δ rxn =[12D(C-)+2D(C-C)+7D(O=O)] - [8D(C=O)+12D(O-)] = [12(413)+2(347)+7(495)]-[8(799)+12(467)] kj = - 2014 학년도 1 학기화학 1 기말고사 (2014 년 6 월 12 일 ) 2. (15 점 ) 원자는원자번호가커질수록일반적으로원자량이커진다. 주기율 이름 : 학번 : l 시험시간 : 7:00 PM - 9:30 PM l 휴대전화는끌것 l 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음 l 답은반드시각문제에주어진네모또는밑줄안에적을것. 네모의크기와답의길이는상관관계가없음 l 답의단위가주어졌을경우반드시단위에맞추어답을적을것