2018 학년도 1 학기화학 1 중간고사 (2018 년 4 월 19 일 ) (2) O 의평균원자량은얼마인가? 이름 : l 시험시간 : 3:00 PM - 5:00 PM l 휴대전화는끌것 l 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음 l 답은반드시각문제에주어진네모또는밑줄안에적을것.

Transcription

1 2018 학년도 1 학기화학 1 중간고사 (2018 년 4 월 19 일 ) (2) O 의평균원자량은얼마인가? 이름 : l 시험시간 : 3:00 PM - 5:00 PM l 휴대전화는끌것 l 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음 l 답은반드시각문제에주어진네모또는밑줄안에적을것. 네모의크 기와답의길이는상관관계가없음 l 답의단위가주어졌을경우반드시단위에맞추어답을적을것 l 각문항에서빈공간이있는경우는풀이과정을적으라는의미임. 빈공 간의크기와풀이의길이는상관관계가없음. l 시험에필요한상수나데이터는별지에있음. l 문제수 : 15 l Page 수 : 5 ( 문제 4 + 자료 1 ) l 만점 : 370점 평균원자량 = 16 x x x 0.2 = 16.5 평균원자량 : 16.5 amu (3) 질량이서로다른 no는몇가지가있는가? 그중질량이두번째로 작은것, 두번째로큰것의질량은얼마인가? 종류 9가지 1. (20 점 ) 다음측정값은각각어떤물리량을측정한것인가? 또각측정값 을 SI 기본단위와지수표기법으로표시하시오.( 유효숫자주의 ) 측정값물리량지수표기법과 SI 기본단위로표현 두번째로작은질량 두번째로큰질량 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 amu 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 amu 25 J 에너지 2.5 x 10 kg m 2 /s 2 34 cm/s 속도 3.4 x 10-1 m/s 34 Pa 압력 3.4 x 10 1 kg /m s Hz 진동수 ( 주파수 ) 8.36 x 10 1 /s 25 N 힘 2.5 x 10 1 kg m/s g/l 밀도 2.85 x 10 2 kg/m 3 (4) no 중질량이 84 amu 인것의자연존재비는몇 % 인가? 84 amu 인것의자연존재비 = 자연존재비 ( 66 n 18 O) + 자연존재비 ( 67 n 17 O) + 자연존재비 ( 68 n 16 O) = 0.2 x x x 0.7 = 0.19 = 19% 2. (5+10=15점) (1) 다음금속아연에대한설명중물리적성질을있는대로모두고르시오. 1 아연은 420 C에서녹는다. 2 아연가루를묽은염산수용액에넣으면, 수소가발생하고아연은녹는다. 3 아연의경도는모스 (Mohs) 단위로 2.5이고, 밀도는 7.13 g/cm 3 이다. 4 높은온도에서산소와천천히반응하여산화아연 (no) 이된다. 1, 3 (2) 위의네가지보기중화학적성질에대한것을있는대로모두골라, 해당하는번호의칸에균형잡힌화학반응식으로표현하시오. 번호균형잡힌화학반응식 1 자연존재비 : 19 (%) 4. (25점) 아래화합물에대하여분자화합물인지이온결합화합물인지밝히 고, 이름은화학식으로. 화학식은이름으로쓰시오. 이름 분자화합물? 이온결합화합물? 화학식 수산화마그네슘 이온결합화합물 Mg(OH) 2 과염소산 분자화합물 HClO 4 염화암모늄 이온결합화합물 NH 4Cl 탄산크로뮴 (III) 이온결합화합물 Cr 2(CO 3) 3 2 n(s) + 2 HCl(aq) ncl 2(aq) + H 2(g) n(s) + O 2(g) 2 no(s) 3. ( =40점) 다음표는아연 (n) 과산소 (O) 의동위원소와자연존재비이다.( 단, 각동위원소의원자질량은질량수와같다고가정한다.) 5. ( =25점) 마그네슘 금속 분말 (Mg(s)), 질산포타슘 용액 (KNO 3(aq)), 질산은용액 (AgNO 3(aq)) 이있다. (1) 아래각화학종에있는원소의산화수는? 화학종 원소 산화수 Mg(s) Mg 0 K +1 동위원소 자연존재비 (%) 동위원소 자연존재비 (%) 64 n O 70 KNO 3(aq) N n n n n O O 20 ( 참고 : 위표에서자연존재비는문제출제를위해실제값과다른값을가정 한것이다. 실제값은시험후조사하기바랍니다.) (1) 아래이온에대하여양성자의개수, 중성자의개수, 전자의개수를쓰시 오, 이온양성자의개수중성자의개수전자의개수 64 n O O -2 AgNO 3(aq) Ag +1 (2) 질산포타슘용액과질산은용액중어느용액이마그네슘분말과반응할수있는가? 질산은용액 (AgNO 3(aq)) (3) 마그네슘금속분말 (Mg(s)) 을 (2) 의용액에넣을때일어나는반응의균형맞춘알짜이온반응식을쓰시오. Mg(s) + 2 Ag + (aq) Mg 2+ (aq) + 2 Ag(s)

2 6. ( =30점) 암모니아 [NH 3(g)] 와산화구리 [CuO(s)] 는반응하여질소분자 [N 2(g)] 와수증기 [H 2O(g)] 그리고구리금속 [Cu(s)] 를발생시킨다.( 단, H의원자량 = 1.0 amu, N의원자량 = 14.0 amu, O의원자량 = 16.0 amu, Cu의원자량 = 63.5 amu) (1) 위에서설명한반응에대하여균형잡힌화학반응식을쓰시오. 2 NH 3(g) + 3 CuO(s) N 2(g) + 3 H 2O(g) + 3 Cu(s) (2) 밀폐된용기에서 8.50 g의 NH 3 와 47.7 g의 CuO를반응시켰다. 수득률이 100% 라면, 몇 mol 의 N 2, Cu가각각생성되는가? 또몇 g의 H 2O 가생성되는가? 8. ( =30점) 발작과조울증의치료에사용되는발프로산 (valproic acid) 은 C, H, O로구성된다. 시료 g을연소시키니 H 2O g, CO g 이발생하였다.( 단, H의원자량 = 1.0 amu, C의원자량 = 12.0 amu, O의원자량 = 16.0 amu) (1) H 2O에서 H의질량백분율, CO 2 에서 C의질량백분율은각각얼마인가? H 2O에서 H의질량백분율 = 2.0 amu/ 18.0 amu = = 11.1 % CO 2 에서 C의질량백분율 = 12.0 amu/ 44.0 amu = = 27.3 % NH g = 8.50 g x (1mol /17.0 g) = mol CuO 47.7 g = 47.7 g x (1mol /79.5 g) = mol 2 NH 3(g) + 3 CuO(s) N 2(g) + 3 H 2O(g) + 3 Cu(s) 반응전 반응 반응후 mol H 2O mol = mol x (18.0 g/mol) = 10.8 g H 2O에서 H CO 2 에서 C 질량백분률 11.1 % 27.3 % (2) 발프로산의실험식은무엇인가? H 2O g H의질량 = g x = g CO g C의질량 = g x = g 시료 g O의질량 = = g 물질 N 2 Cu H 2O 생성된양 mol mol 10.8 g (3) (2) 의반응에서과잉시약과한계시약은각각어떤것인가? H의몰수 = g / (1.00 g/mol) = mol C의몰수 = g / (12.0 g/mol) = mol O의몰수 = g / (16.0 g/mol) = mol C:H:O = : : :8:1 과잉시약 NH 3 한계시약 CuO 발프로산의실험식 : C 4H 8O 7. (10+20=30점) Diborane(B 2H 6) 은매우반응성이커서로켓의연료로사용하려고한적이있다. 열역학적 data들을사용하여 Diborane(B 2H 6(g)) 의표준생성엔탈피 ( H o for ) 를구하려고한다. (1) B는표준상태 (25 o C, 1atm) 에서고체 (B(s)) 로존재하고 H는표준상태에서기체 (H 2(g)) 로존재한다. B 2H 6(g) 의표준생성엔탈피라함은어떠한반응에대한엔탈피변화량인가? 2 B(s) + 3 H 2(g) B 2H 6(g) (2) 다음의열역학적 data들을사용하여 Diborane(B 2H 6(g)) 의표준생성엔탈피 ( H o for ) 를구하시오. 1 2B(s) + 3/2 O 2(g) B 2O 3(s) H o = kj 2 B 2H 6(g) + 3O 2(g) B 2O 3(s) + 3H 2O(g) H o = kj 3 H 2(g) + 1/2 O 2(g) H 2O(l) H o = -286 kj 4 H 2O(l) H 2O(g) H o = 44 kj 발프로산의실험식 : C 4H 8O (3) 발프로산의몰질량이 144 g/mol 이라면분자식은? C 8H 4O 의화학식량 = 4 x x x 16 = 72 amu 발프로산의몰질량 = 144 g/mol 발프로산의화학식량 = 144 amu C 8H 4O : 발프로산 = 1:2 발프로산의분자식 : C 8H 16O 2 발프로산의분자식 : C 8H 16O 2 9. (15점) 한개의전자를가지고있는가상의일차원계가있다. 아래그림에나타난전자에대한파동함수는 Ψ(x)= (1/ π)sin(x) 이다.( 단, 0 x 2π) 2B(s) + 3H 2(g) B 2H 6(g) = 1 + (- 2) + 3 x B(s) + 3/2 O 2(g) B 2O 3(s) H o = kj - 2 B 2O 3(s) + 3H 2O(g) B 2H 6(g) + 3O 2(g) H o = 2035 kj 3 x 3 3H 2(g) + 3/2 O 2(g) 3H 2O(l) H o = -286 kj x 3 = -858 kj 3 x 4 3H 2O(l) 3H 2O(g) H o = 44 kj x 3 = 132 kj 2B(s) + 3H 2(g) B 2H 6(g) H o for (B 2H 6(g)) o H for = 1 + (- 2) + 3 x o H for = (2035) + (-858) = 36 kj (1) 전자를발견할확률밀도 Ψ 2 (x) 를위그림에그리시오. (2) 어느 x의값들에서전자를발견할확률이가장큰가? π/2, 3π/2 (3) (2) 의 x의값들에서사이에서전자를발견할확률은? 1/2 (4) 위의파동함수에서마디 (node) 의위치는?( 양끝경계는마디가아니다.) H for o (B 2H 6(g)) = 36 kj/mol x = π

3 10. (25 점 ) 아세톤 (CH 3COCH 3) 은비전해질, 하이포염소산 (HClO) 은약산, 수 산화나트륨 (NaOH) 는강전해질이다. 각화합물 0.1 mol 을물에녹여 0.5 L 수용액을만들었다. 각수용액에들어있는용질의종류와농도는? ( 각수용 액에녹아있는용질의종류는세가지이하이다.) ( 농도는 0.1 미만, 0.1, 0.1 ~ 0.2, 0.2 네가지중하나를골라적어라.) 수용액 용질1 용질2 용질3 농도화학식화학식농도농도화학식 CH 3COCH 3 CH3COCH3 0.2 HClO HClO 0.1~ 0.2 NaOH Na OH H 미만 ClO- 0.1 미만 11. (10+5=15 점 ) (1) 다음원자나이온의바닥상태의전자배치를화살표를 사용하여표시하시오. 원자, 또는 이온 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s N F Ne Na Cr Mn 3+ (2) (1) 의표에서굵은선으로표시한오비탈에는두개의전자가들어간다. 그오비탈의 m l 값을 0 이라고하자두개전자의상태를나타내는다른양 자수들은? n l m l m s / /2 (1) 위반응의알짜반응식을쓰시오.( 중화반응 ) H + (aq) + OH - (aq) --> H 2O(l) (2) (1) 에있는중화반응의반응엔탈피는? ΔH o r = ΔH o f (H 2O(l)) - ΔH o f (H + (aq)) - ΔH o f (OH - (aq)) = -286 kj.mol - (0) - (-230 kj/mol) = -56 kj/mol 반응엔탈피 : -56 kj/mol (3) 적정에들어간 NaOH 용액의부피를구하시오.( 단, HCl 용액, NaOH 용액의밀도와비열은물과같다고가정하라.) ( 힌트 : NaOH의부피를변수로 y로놓은후, 용액의온도가오르는데필요한열량 = 중화반응에의해발생한열 의방정식을푼다.) NaOH의부피를 y ml 라고하면용액의온도가 25.1 o C 에서 30.2 o C 로오르는데필요한열량, q 1 q 1 = ΔT x 물의비열 x 용액의질량 = 5.1 o C x J/(g o C) x (150 + y ) g 중화반응에의하여발생한열량, q 2 q 2 = -반응엔탈피(J/mol) x 반응몰수 (mol) = -반응엔탈피(J/mol) x ( 부피 x 농도 ) = J/mol x (y/1000 L x mol/l) q 1 = q 2 이므로 5.1 x x x x y = 56000/1000 y y = (5.1 x x 150) / (56000/ x 4.186) = 92 따라서적정에들어간 NaOH 용액의부피는 92(92.4) ml 12. (15 점 ) 아래의전자배치를하는원자에대하여표의빈칸을채우시오. 전자배치원자족 왼쪽의전자배치는 들뜬 상태 또는 바닥상태? 1s 2 2s 2 2p 5 F 17(7A) 바닥상태 1s 2 2s 1 Li 1(1A) 바닥상태 1s 2 2s 1 2p 6 3s 1 Ne 18(8A) 들뜬상태 NaOH 용액의부피 : 92(92.4) ml 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Cl 17(7A) 바닥상태 (4) HCl 의농도는? 13. ( =40점) 철수는 M NaOH 수용액를가지고농도를 모르는 ml HCl 수용액을적정하였다. 실험온도와적정결과 ( 들어간 NaOH 용액의부피 ) 를기록지에적어놓고 HCl의농도를계산하려는데, 휴대 전화가울려급히끄다가용액이기록지가쏟아졌다. 아래는철수의실험기 록지이다. 철수는실험을다시할까하다가온도의변화와반응열을이용하 여 HCl의농도를구할수있다고생각하였다. 산-염기적정 NaOH 용액 HCl 용액 적정전 농도 M 부피 ml 용액온도 25.1 o C 25.1 o C M NaOHV NaOH = M HClV HCl mol/l x 92(92.4) ml = N HCl x 150 ml N HCl = 92(92.4)/150 mol/l = 0.61(0.616) M HCl의농도 : 0.61(0.616) M 적정후들어간 NaOH 부피 ml 용액온도 : 30.2 o C

4 14. (5+5+10=20점) 러더포드 (Rutherford) 는알파입자산란실험으로부터원자는가운데무거운핵이있고전자는그주위를원형궤도를따라돌고있다고하였다. (1) 러더포드원자모델의문제점을간단히한문장으로써라. 15. ( =25점) 다음은몇가지원자오비탈의그림이다 z 전자는핵으로떨어져야한다. (1) 의문제점때문에 Bohr는새로운원자모델을제시하였다. 이에따르면 + - x y 원자는정해진궤도를따라돌고있으며, 각궤도의반지름은 r n = n 2 a 0 (a 0 는 Bohr의반지름, n= 자연수 ) 로주어지고각궤도의에너지준위는 E n = -R H 2 /n 2 (R H 는 Rydberg 상수, 는원자번호 ) 이다. Bohr의원자모형은수소꼴원자에만적용되는한계를가지고있다. 지금은원자에서전자의상태를파동함수 ( 또는오비탈 ) 로표현한다. 아래그림은수소스펙트럼중 Balmer 계열로전자가 n 2 궤도 ( 또는주양자수 n 2 인오비탈 ) 에서 n 1 궤도 ( 또는주양자수 n 1 인오비탈 ) 로전이할때방출하는빛들의파장들중파장이긴네개의이다. 4 y 5 (1) 1 의오비탈이름은 2p z 이다. 5 의오비탈이름은? 5d x2-y2 (2) l 값 ( 각운동량양자수, 부양자수 ) 이 2 인것을있는대로모두고르시오, (3) n 값 ( 주양자수 ) 이 3 인것을있는대로모두고르시오, 2 3 (2) 별표 ( ) 의빛이방출될때 n 1, n 2 는각각얼마인가? n 1 2 n 2 4 (3) 별표 ( ) 빛의파장은몇 nm인가?( 단, hc/r H = x 10-8 m, c = 빛의속력 ) Balmer 계열의빛 n 2 -> n 1 전이때빛을방출 ( 이때 n 1 = 2, n 2 = 4) E = R H(1/n 2 1-1/n 2 2 ) = R H(1/4 1/16) = 3R H/16 = hv = hc/ (4) 각방향마디 (angular node) 가두개있는것을있는대로모두고르시오, (5) 문제 14에서전자의전이는 n 2 n 1 이다. 위 1, 2, 3, 4, 5 중 n 1, n 2 에해당하는것은각각무엇인지있는대로모두고르시오. n 1 1 n 2 4 = (16/3) hc/r H = (16/3) x x 10-8 m = 4.86 x 10-7 m = 486 x 10-9 m = 486 nm = 486 nm

5 < 상수 > Avogadro의수 (N A ) 6.022x10 23 /mol Planck 상수 (h) x J s < 단위변환 > 1 atm 760 mmhg = 760 torr = x10 5 Pa = x 10 5 N/m 2 < 밀도, 비열, 증발열, 녹음열 > 물의비열 (C p (H 2 O(l)) 1.00 cal/(g o C) = J/(g o C) = J/(K mol) <( 방정 ) 식 > 수소꼴원자에서의전자오비탈에너지 준위 (n=1,2,..) 빛의속도 = 3.00 x 10 8 m/s 빛의에너지 < 표준생성엔탈피 : ΔH o f (kj/mol)> 화합물 ΔH o f (kj/mol) 화합물 ΔH o f (kj/mol) H + (aq) 0 C 2 H 2 (g) OH - (aq) -230 CO 2 (g) H 2 O (l) -286 CH 4 (g) H 2 O (g) -242