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윤혜 정
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1 2008년도화학2 기말고사 (2008년 12월 12일 ) 이름 : 학번 : 학과 : 시험시간 : 10:30 PM - 12:30 PM 휴대전화는끌것. 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음. 답은각문제에주어진네모안에적을것. 네모의크기와답의길이는상관관계가없음. 각문항에서빈공간이있는경우는풀이과정을적으라는의미임. 빈공간의길이와풀이과정과는상관관계가없음. 실험에필요한상수나데이터는맨뒤에있음. 문제수 : 15 Page 수 : 6 만점 : 293 점 2. ( = 30점 ) 우리몸의기관들은대략중성의 p를유지하고있다., 우리몸에서일어나는여러가지반응을연구하기위하여서는중성의 p를유지시키면서실험을하여야한다. TRIS( 또는 trizma) 는이와같은목적에적합한완충용액을만드는데유용하다. 수용액에서 TRIS의반응은다음과같고 TRIS의 K b 는 1.19 x 10-6 이다. (C 2) 3CN (C 2) 3CN TRIS TRIS + (a) TRIS 완충용액의최적 p 는얼마인가? [ 염기 ]/[ 산 ] = 1 일때완충용액의완충능력은가장크다. 이때의 p는 enderson-asselbach eq 에따라 1. ( = 28점 ) 다음과같은수용액 (1), (2), (3), (4) 가있다. (1) M K와 M C 3N 3Cl (2) M K와 M C 3N 2 (3) M K와 M C 3N 3Cl (4) M K와 M C 3N 3Cl (a) 다음표의 (1) 을참고로하여각용액에서물을제외한주된화학종들의농도를 M 단위로적어라.( 평형이이루어지기전에완전반응이완결된직후의농도 ) 또한완충용액으로작용할수있는지표시하라.(Yes, No로표시 ) 용액 K + - C 3N 3 + (1) ( 0) C 3N 2 Cl - 완충용액 No (2) No (3) No (4) ( 0) Yes (b) 완충용액의 p 를구하여라. ( C 3N 2 의 K b = 4.38 x 10-4 ) p 에영향을주는평형반응식 : C 3N C 3N 2 C 3N C 3N 2 초기농도 (M) M ~0 M 평형농도 (M) x x x [ + ] = 2.28 x M p = -log(2.28 x ) = ( 다른풀이법 ) enderson-asselbach eq 에따라 p = p = (b) TRIS 500g과 TRIS + Cl g을물에녹여서 2.0 L의용액을만들었다. 이완충용액의 p는얼마인가? 이완충용액 ml에 12 M의 Cl 0.50 ml를가한후의 p는얼마인가? TRIS[(C2)3CN2] 의분자량 = 11 x 의원자량 + N의원자량 + 3 x 의원자량 + 4 x C의원자량 = 11 x x x = g/mol TRIS + Cl - [(C2)3CN3 + Cl - ] 의분자량 = 12(의원자량 ) + N의원자량 + Cl의원자량 + 3(의원자량 ) + 4(C의원자량 ) = 11 x x x = g/mol TRIS 500 g = 500 g / ( g/mol) = 4.13 mol TRIS + Cl g = 65.0 g / ( g/mol) = mol [TRIS] = 4.13 mol/2.00 L = 2.07 M, [TRIS + ] = mol/2.00 L = M 완충용액 ml에 12 M의 Cl 0.50 ml를가한후의 p (C2)3CN2 + Cl (C2)CN3 + + Cl - 처음 mol mol mol (= 4.13 x 0.100) (=12 x ) (= x 0.100) 완전반응후 mol mol 이때 [TRIS] = mol/200.5 ml = 2.03 M [TRIS + ] = mol/200.5 ml = M p = 9.108, Cl 첨가후 p =9.039 기말고사에서 TRIS가 (C2)CN2로, TRIS + 가 (C2)CN3 + 로잘못표기되어다음의풀이도정답으로채점하였음 TRIS[(C2)CN2] 의분자량 = 5 x 의원자량 + N의원자량 + 의원자량 + 2 x C의원자량 = 5 x x = g/mol TRIS + Cl - [(C2)3CN3 + Cl - ] 의분자량 = 6(의원자량 ) + N의원자량 + Cl의원자량 + 의원자량 + 2(C의원자량 ) = 6 x x = g/mol TRIS 500 g = 500 g / (59.07 g/mol) = 8.46 mol TRIS + Cl g = 65.0 g / (94.53 g/mol) = mol [TRIS] = 8.46 mol/2.00 L = 4.23 M, [TRIS + ] = mol/2.00 L = M 완충용액 ml에 12 M의 Cl 0.50 ml를가한후의 p (C2)3CN2 + Cl (C2)CN3 + + Cl - 처음 mol mol mol (= 8.46 x 0.100) (=12 x ) (= x 0.100) 완전반응후 mol mol 이때 [TRIS] = mol/200.5 ml = 4.19 M [TRIS + ] = mol/200.5 ml = M p = 9.166, Cl 첨가후 p = 9.126

2 3. ( = 20점 ) Ag 2S 4 의 K sp 는 1.2 x 10-5 이다. 다음용액에서의용해도를계산하여라. (a) 물 Ag 2S 4 의용해도를 x M 이라하면 Ag 2S 4(s) 2Ag + (aq) + S 2-4 (aq) 처음 x 0 0 평형 2x x K sp = [Ag + ] 2 [S 4 2- ] = (2x) 2 x = 4x 3 = 1.2 x 10-5 x = = 1.4 x 10-2 용해도 = 1.4 x 10-2 M 5. (15점) 어떤반응에서의 ΔS는일반적으로반응물과생성물에있는기체분자수의차에의해서결정된다. 문제 4에서반응물과생성물에있는기체분자수의차는 0 임에도불구하고 ΔS가큰양의값을가지는이유를설명하시오. 아래그림과같이수소는 x, z 축중심의회전운동 2가지그리고 1 가지의진동운동을가지고있으나, 물은 x, z 축중심의회전운동 3가지그리고 3 가지의진동운동을가지고있어서물의자유도가더크다. 2(g) 의 S 값이 2(g) 의 S 값보다더크고문제 4의반응에서 ΔS 가큰양의값을가진다수소의회전운동수소의진동운동 (b) 0.10 M AgN 3 z AgN 3(s) Ag + (aq) + N - 3 (aq) 처음 완전반응 Ag 2S 4 의용해도를 x M 이라하면 Ag 2S 4(s) 2Ag + (aq) + S 2-4 (aq) 처음 x 평형 x x K sp = [Ag + ] 2 [S 2-4 ] = (0.10+2x) 2 x 0.010x = 1.2 x 10-5 x z x 물의회전운동물의진동운동 y x = 1.2 x (15점) 다음자료를이용하여일반적인질산염중에서용해도가아주작은것에속하는 Ba(N 3) 2 의 K sp 를구하시오. 용해도 = 1.2 x 10-3 M 4. (10 점 ) 수소기체에의한산화알루미늄의환원반응 화학종 ΔG o f (kj/mol) Ba 2+ (aq) -561 N - 3 (aq) -109 Ba(N 3) 2(s) -797 Al 2 3(s) + 3 2(g) 2Al(s) + 3 2(g) 에서 ΔS o 를계산하시오. 화합물 S o (J/K mol) Al 2 3(s) 51 2(g) 131 Al(s) 28 2(g) 189 ΔS o = (2 mol x 28 J/K mol + 3 mol x 189 J/K mol) - (1 mol x 51 J/K mol + 3 mol x 131 J/K mol) = 179 (J/K) Ba(N 3) 2(s) Ba 2+ (aq) + 2N - 3 (aq) 반응의 ΔG o r 는 o ΔG r = ΔG o f (Ba 2+ (aq)) + 2ΔG o f (N - 3 (aq)) - ΔG o f (Ba(N 3) 2(s)) = -561 kj/mol + 2 x (-109 kj/mol) - (-797 kj/mol) = 18 kj/mol 위반응의평형상수를 K라고하면 o ΔG r = -RT ln(k) 이므로 K = K sp = 7.0 x 10-4 ΔS o = 179 J/K

7. (10 + 15 + 10 + 10 = 45 점 ) 다음반응의 Δ o 는 -103.8 kj/mol 이다. (d) 위반응의 ΔS o 은얼마인가? 2(g) + Br 2(g) 2Br(g) 25 o C 에서 1.00 L의플라스크에같은몰수의 2(g) 와 Br 2(g) 를넣어섞은후평형에도달하게하였다. 평형에서정밀한측정기구를사용하여 2(g) 의분자수를세었더니 1.

3 7. ( = 45 점 ) 다음반응의 Δ o 는 kj/mol 이다. (d) 위반응의 ΔS o 은얼마인가? 2(g) + Br 2(g) 2Br(g) 25 o C 에서 1.00 L의플라스크에같은몰수의 2(g) 와 Br 2(g) 를넣어섞은후평형에도달하게하였다. 평형에서정밀한측정기구를사용하여 2(g) 의분자수를세었더니 1.10 x 개였다. 처음에 2(g) 와 Br 2(g) 의분압은각각 1 atm 이었다. (a) 이상기체라고가정하면처음 2(g) 와 Br 2(g) 분자의몰수는얼마인가? ( 둘다같으므로하나만계산 ) pv=nrt 에서 n = ΔG o = Δ o - TΔS o ΔS o = (Δ o - ΔG o )/T = [ kj/mol - (-110 kj/mol)]/298k = 20.8 J/mol K ΔS o = 20.8 J/mol K 4.09 x 10-2 mol 8. ( = 20 점 ) 다음과같은갈바니전지가있다. b a (b) 위반응의평형상수 K 는얼마인가? 1.10 x 개 = (1.10 x 개 ) / (6.022 x 개 /mol) = 1.83 x mol Pt [Fe 2+ ] = 1.0 M [Fe 3+ ] = 1.0 M [Ag + ] = 1.0 M Ag 2(g) + Br 2(g) 2Br(g) 처음 4.09 x 10-2 M(=mol/L) 4.09 x 10-2 M 0 평형 4.09 x x M 4.09 x x M 2x (a) 전지의반응식과전지전위는? 4.09 x x = 1.83 x M(=mol/L) x 4.09 x 10-2 M K = K = 2.00 x 표준환원전위 Ag + + e - Ag E o = 0.80 V Fe 3+ + e - Fe 2+ E o = 0.77 V Ag + + e - Ag E o = 0.80 V Fe 2+ Fe 3+ + e - E o = V 의반쪽반응들이일어난다. 즉, 전지반응은 Ag + + Fe 2+ Ag + Fe 3+ 이고이때전지전위는 0.33 V 이다. (c) 위반응의 ΔG o 은얼마인가? 전지반응 : Ag + + Fe 2+ Ag + Fe 3+ 전지전위 : 0.03 V (b) 전자가흐르는방향은 a, b 중어느것인지고르고그이유를써라. ΔG o = -RT ln(k) = J/K mol x 298K x ln(2.00 x ) = x 10 5 J/mol = -110 kj/mol a 방향으로전자가흐른다. 이유 ) Pt 전극쪽 (Fe 3+, Fe 2+ 용액 ) 에서는 Fe 2+ Fe 3+ + e - 의반응이일 어나전자를내어주고 Ag 전극쪽 (Ag + 용액 ) 에서는 Ag + + e - Ag 의 반응이일어나전자를받는다. ΔG o = x 10 5 J/mol = kj/mol (c) 산화전극과환원전극은각각어느것인가? 산화전극 : Pt 전극 (Fe 3+, Fe 2+ 용액 ) 환원전극 : Ag 전극 (Ag + 용액 )

4 9. (15 점 ) 아래의전지가있다. Zn(s) Zn 2+ (aq, 1.00 M) Cu 2+ (aq, 1.00 M) Cu(s) 25 o C 에서반응이충분히진행되고나서 [Zn 2+ ] 가처음농도에서 0.20 mol/l 만큼변하였을때전지전위를구하시오. 반응 (1) 에서 2개의전자당하나의 Cu 2+ 가 Cu로환원되고, 또한하나의 Zn가 Zn 2+ 로산화되므로 10.0 A의전류가 10시간흐른후 [Cu 2+ ] = (2.50 mol /2 mol)/1.0 L = 0.64 M [Zn 2+ ] = (0.10 mol /2 mol)/1.0 L = 1.97 M 이때전지전위는 E = E o /n log([zn 2+ ]/[Cu 2+ ]) = /2 log(1.97/0.64) = 1.09 V 본문항은기말고사에서위의밑줄친부분이 [Zn 2+ ] 가 0.20 mol/l 로변 한후로잘못출제되어문제가성립하지않았음. 본문항은전부 맞는것으로하였음. 표준환원전위 Zn e - Zn E o = V Zn Zn e - E o = 0.76 V 의반쪽반응들이일어나전지반응은 Cu 2+ + Zn Zn 2+ + Cu 이고이때전지전위는 E o = 1.10 V 이다. Cu 2+ + Zn Zn 2+ + Cu 처음 1.00 M 1.00 M [Zn 2+ ] 가 0.20 M 변했을때 0.80 M 1.20 M E = E o /2 log([zn 2+ ]/[Cu 2+ ]) = /2 log(1.20/0.80) = 1.09 V E = 1.09 V (b) (a) 의때각전극의질량을구하시오. Cu 전극에서는 3.73/2 mol의 Cu가석출되므로 Cu 전극의무게는 Cu 3.73/2 mol 만큼증가한다. Cu 전극의질량 = 200 g /2 mol x g/mol = 200 g g = 319 g Zn 전극에서는 3.73/2 mol의 Zn가 Zn 2+ 로산화되어녹으므로 Zn 전극의무게는 Zn 3.73/2 mol 만큼감소한다. Zn 전극의질량 = 200 g /2 mol x g/mol = 200 g g = 79 g Cu 전극의질량 = 319 g Zn 전극의질량 = 79 g 10. ( = 25 점 ) 아래의전지가있다. Zn(s) Zn 2+ (aq, 0.10 M) Cu 2+ (aq, 2.50 M) Cu(s) 각전극의질량은 200 g 이다. (b) 10.0 A의전류가 10시간흐른후전지전위를계산하시오, ( 각반쪽전지에는 1.0 L의용액이들어있다고가정한다.) 표준상태에서표준환원전위는 Zn e - Zn E o = V Zn Zn e - E o = 0.76 V 의반쪽반응들이일어나전지반응은 Cu 2+ + Zn Zn 2+ + Cu (1) 이고이때표준전지전위는 E o = 1.10 V 이다. 반응 (1) 의평형상수 K 는 K = 이다. 처음 [Cu 2+ ]=2.50M, [Zn 2+ ]=0.10M 일때, 반응 (1) 의 Q는 Q =[Zn 2+ ]/[Cu 2+ ]= < K 이므로반응 (1) 은정방향으로반응이진행된다. 단백질은몸의구성성분중의하나로서세포의작용을조절하는기능을가지고있는분자이다. 단백질은 11 (5점) 20 가지종류의아미노산으로이루어진고분자로서, 단백질에서개개의아미노산 (amino acid) 은펩타이드결합 (peptide linkage) 에의하여서로연결되어있다. 다음그림은두개의아미노산이연결된 dipeptide가서로연결되어있는그림이다. 12. (10점) 다음의네모에펩타이드결합을그릴것 2 N C C N C C R 1 R A의전류가 10 시간흘렀을때, 흐른전류의양 = 10.0 A x 10시간 = 10.0 (C/sec) x 10 x 3,600 sec = 3.6 x 10 5 C 흐른전자의 mol 수 = 3.60 x 10 5 C /(96,485 C/mol) = 3.73 mol

5 13. ( 3 x 10 = 30점 ) 다음각알코올의체계명을쓰고, 이알코올이일차, 이차, 삼차인지분류하시오. (a) (c) 3- 에틸벤즈알데하이드 C C 5 C 2 5 C 2 2-pentanol (2-펜탄올) 이차알코올 - 상수 - (b) Br 7-bromo-2-methyl-7-heptanol (7-브로모-2-메틸-2-헵탄올) 삼차알코올 R ( 기체상수 ) = L atm/(mol K) = J/(mol K) F ( 파라데이상수 ) = 96,485 C/mol 아보가드로수 = x /mol 의원자량 = g/mol C의원자량 = g/mol 의원자량 = g/mol N의원자량 = g/mol Cl의원자량 = g/mol (c) ClC 2C 2C 2 3-chloro-1-propanol (3-클로로-1-프로판올) 일차알코올 14. (10 점 ) 다음의중합체를제조하기위하여필요한단위체는무엇인가? C C 2 C C 2 C C 2 C F F F F C C 2 F 15. (3 x 5 = 15점 ) 알데하이드를산화시켜카르복실산을얻는다. 다음의알데하이드를산화시킬때생성되는생성물의구조를그리시오. (a) 프로판알 C C 3 C C 3 C 2 C 2 (b) 2,3-다이메틸펜탄알 C 3 C 3 C C C C 3 C C C 3 C 2 C C 2 C 3 C 3

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< F32C7D0B1E25FB1E2B8BB5FC8ADC7D0325FB4E42E687770> 2009년도화학2 기말고사 (2009년 11월 25 일) 이름: 학번: 학과: 시험시간 : 6:30 PM - 9:00 PM 휴대전화는끌것. 지우개, 계산기는서로빌려줄수없음. 답은각문제에주어진네모안에적을것. 네모의크기와답의길이는상관관계가없음. 각문항에서빈공간이있는경우는풀이과정을적으라는의미임. 빈공간의길이와풀이과정과는상관관계가없음. 실험에필요한상수나데이터는맨뒤에있음.