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1 2016 학년도대학수학능력시험 과학탐구영역화학 Ⅰ 정답및해설 산화수변화와산화환원반응산화는산화수가증가하는반응이고, 환원은산화수가감소하는반응이다. 원소를구성하는원자의산화수는 0이고, 화합물에서구성원자의산화수를모두합한값은 0이다. 또한대부분의화합물에서수소 (H) 의산화수는 +1, 산소 (O) 의산화수는 2이다. [ 정답맞히기 ] 2 2가지반응에서각원자의산화수변화는다음과같다 C O CO CuO H Cu H O 산화수가증가하는원자는 C(0 +2), H(0 +1) 이므로산화되는물질은 C, H 2 이다. 정답 2 2. 원소와화합물원소는 1가지성분으로, 화합물은 2가지이상의성분으로이루어진순물질이다. [ 정답맞히기 ] ㄴ. 화합물은 CO, CO, Fe O 의 3가지이다. 정답2 [ 오답피하기 ] ㄱ. 원소는 C, O, Fe의 3가지이다. ㄷ. 분자는 O, CO, CO 의 3가지이며, C는공유결합물질이지만분자가아니고, Fe은금속이므로분자가아니고, Fe O 은이온결합화합물로분자가아니다. 3. 공유결합과물의전기분해 [ 정답맞히기 ] 1 공유결합물질인물에전류를흘려주면전기분해가일어나는것으로부터공유결합이형성될때전자가관여한다는것을알수있다. 정답1 [ 오답피하기 ] 2 탄산칼슘 (CaCO ) 은이온결합화합물이다. 3 탄화수소의원소분석으로부터탄화수소의실험식을알아낼수있다. 4 염산과수산화나트륨의중화반응은산화환원반응이아니다. 5 염화나트륨용융액의전기분해로부터이온결합이형성될때전자가관여한다는것을알수있다. 4. 이온결합과공유결합 A~D는 2주기원자이므로 A는 Li, B는 B, C는 O, D는 F이다. C 와 BD 의루이스전자점식은다음과같다. C C D B D D [ 정답맞히기 ] ㄱ. C는옥텟규칙을만족하기위해 2개의전자가필요하므로 C 는원자사이에 2중결합을형성한다. ㄴ. AD에서 A는금속원소이고, D는비금속원소이므로 AD는이온결합화합물이다. ㄷ. BD 의 B에는비공유전자쌍이없으므로 BD 는평면삼각형의분자구조를가진다. 따라 서 BD 분자의쌍극자모멘트는 0 이다. 정답 5 1

2 5. 이온화에너지와원자반지름 2주기에서원자번호가증가할수록이온화에너지는대체로증가하고, 원자반지름 (18족제외 ) 은작아진다. 2족원소인 Be이 13족원소인 B보다제1 이온화에너지가큰것은 B의 오비탈에있는전자를떼어내는것이 Be의 오비탈에있는전자를떼어내는것보다쉽기때문이다. [ 정답맞히기 ] 4 Li, Be, B, C의제1 이온화에너지의크기는 Li<B<Be<C이므로 a는 Li, b는 B, c는 Be, d는 C이다. 원자반지름의크기는 Li>Be>B>C이므로 a>c>b>d이다. 정답4 6. 탄소동소체풀러렌 (C ), 흑연 (C), 다이아몬드 (C) 는탄소로이루어진탄소동소체이며공유결합물질이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ~ㄷ. 풀러렌 (C ), 흑연 (C), 다이아몬드 (C) 의실험식은모두 C이므로, 각물질 12 g에는각각탄소원자 1몰이있다. 1몰의탄소 (C) 를완전연소시키면 1몰의이산화탄소 (CO ) 가생성된다 (C O CO ). 정답5 7. 아미노산과뉴클레오타이드 [ 정답맞히기 ] 3 ( 가 ) 는물에녹아수산화이온 (OH ) 을내놓지않으므로아레니우스염기로작용하지않는다. 정답3 [ 오답피하기 ] 1 ( 가 ) 는중심원자인탄소 (C) 원자에 COOH와 NH 가결합되어있으므로아미노산이다. 2 ( 가 ) 의 NH 는 N 원자에있는비공유전자쌍을다른물질에게줄수있으므로루이스염기로작용할수있다. 4 ( 나 ) 의 P 원자는 5개의공유전자쌍을가지므로확장된옥텟규칙을만족한다. 5 ( 나 ) 의인산은다른물질에게양성자 (H ) 를줄수있으므로브뢴스테드-로우리산으로작용할수있다. 8. 성분원소의질량비와양적관계 ( 가 ) 는분자식이 AB C이므로실험식도 AB C이다. ( 나 ) 의실험식은 CB이며, C B 의분자량 이 70이므로 CB의실험식량은 35이다. ( 가 ) 와 ( 나 ) 의실험식량의차이값 30(=65-35) 은 A의원자량과 B의원자량의합과같다. 또한 ( 다 ) 의분자식이 A B 라면 A B 의분자량이 60이므 로 A B 의분자량이 46 인것은모순이다. 따라서 ( 다 ) 의분자식은실험식과같은 AB 이며 ( 다 ) 의분자량 (46) 에서 A와 B의원자량의합인 30을빼면 B의원자량이 16, A의원자량이 14 임을알수있다. 화합물 실험식 실험식량 분자식 분자량 ( 가 ) AB C 65 AB C 65 ( 나 ) CB 35 CB 70 ( 다 ) AB 46 AB 46 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 원자량은각각 A 14, B 16이므로원자량은 B>A이다. 정답1 [ 오답피하기 ] ㄴ. 실험식량은 ( 가 ) 가 65로가장크다. ㄷ. 1몰에들어있는 B 원자수는 ( 가 ) 와 ( 다 ) 가각각 2몰로같다. 2

3 9. 이온결합화합물과불꽃반응 [ 정답맞히기 ] 4 이온결합화합물에서금속원소의종류에따른불꽃반응색깔을비교해야하므로비금속원소 (Cl) 의종류는같지만금속원소 (Na) 의종류가다른이온결합화합물을사용해야한다. 또한비금속원소의종류에따른불꽃반응색깔을비교해야하므로금속원소 (Na) 의종류는같지만비금속원소 (Cl) 의종류가다른이온결합화합물을사용해야한다. KCl은비금속원소의종류는같지만금속원소의종류가다르므로금속원소의종류에따른불꽃반응색깔을비교할수있으며, NaBr은금속원소의종류는같지만비금속원소의종류가다르므로비금속원소의종류에따른불꽃반응색깔을비교할수있다. 정답4 [ 오답피하기 ] 1 HCl은공유결합물질이며, 불꽃반응색깔을관찰할수없다. LiCl은비금속원소의종류가같으므로금속원소의불꽃반응색깔을비교할수있다. 2 LiF와 KBr은금속원소와비금속원소의종류가모두다르므로불꽃반응색깔을비교할수없다. 3 NaF, NaI은금속원소의종류는같고비금속원소의종류는다르므로비금속원소의불꽃반응색깔만을비교할수있다. 5 CaCl, CuCl 는비금속원소의종류는같고금속원소의종류는다르므로금속원소의불꽃반응색깔만을비교할수있다. 10. 핵반응 ( 가 ) 는양성자수와중성자수가같으므로 H 이다. ( 나 ) 는중성자수가양성자수의 2배이므로 H 이다. 따라서 ( 가 ) 가ᄀ과반응하여 ( 나 ) 가될때중성자수가증가하였으므로ᄀ은중성자이다. ᄂ은양성자이므로 ( 가 ) 가ᄂ과반응하면양성자수와중성자수가모두증가하므로 ( 다 ) 는 He 이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. ᄀ이중성자이므로ᄂ은양성자이다. ㄴ. ( 가 ) 는 H 으로양성자가 1개이고 ( 다 ) 는 He 으로양성자가 2개이므로, 핵전하량은 ( 다 ) 가 ( 가 ) 의 2배이다. ㄷ. ( 나 ) 는 H 이고 ( 다 ) 는 He 이므로질량수는 ( 나 ) 와 ( 다 ) 가같다. 정답5 11. 산화환원반응 [ 정답맞히기 ] 1 산화환원반응이일어나면반응전후원자의산화수가변한다. ( 가 ) 는 N의산화수가 2에서 0으로증가하고, I의산화수가 0에서 1로감소하므로산화환원반응이다. 그러나 ( 나 ) 와 ( 다 ) 는반응전후원자의산화수가변화지않으므로산화환원반응이아니다. 정답1 12. 원자의바닥상태전자배치 2주기원자의바닥상태전자배치와자료이다. 족 원소 Li Be B C N O F Ne 바닥상태전자배치 전자수 전자가들어있는오비탈수 전자수비가 1:2 이면서전자가들어있는오비탈수비가 2:5 인원자 X 와 Y 는각각 Be 과 O 이다. 3

4 [ 정답맞히기 ] ㄱ. X는 Be으로 2족원소의원자이다. 따라서원자가전자수는 2이다. ㄴ. Y는 O로바닥상태전자배치는 이다. 따라서 Y에서전자가들어있는오비탈수는 이다. 정답3 [ 오답피하기 ] ㄷ. Y (O ) 의바닥상태전자배치는 이므로 Y가바닥상태 Y 이되어도전자가들어있는 오비탈수는변하지않는다. 13. 원소의주기적성질 2주기원자중바닥상태전자배치에서홀전자수가 1개인원자는 Li, B, F이다. 이중 F의전기음성도가 4.0으로가장크며 B의전기음성도는 Li보다크다. 따라서ᄀ은 B, ᄂ은 Li이다. 또한같은족에서전기음성도는원자번호가클수록감소하므로홀전자수가같은ᄆ은ᄀ과같은족원소이며, ᄆ은 3주기 13족원소인 Al이다. ᄅ과ᄉ의홀전자수가 3개이므로 15족원소이며ᄅ은 N, ᄉ은 P이다. ᄃ과ᄇ의홀전자수가 2개이므로 14족또는 16족원소인데전기음성도가ᄇ이ᄉ보다크므로ᄃ과ᄇ은 16족원소이며ᄃ은 O, ᄇ은 S이다. 따라서ᄀ은 B, ᄂ은 Li, ᄃ은 O, ᄅ은 N, ᄆ은 Al, ᄇ은 S, ᄉ은 P이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. ᄆ은 13족원소이므로 a는 13이다. ㄴ. ᄃ과ᄆ의 Ne과같은전자배치를갖는이온은각각 O, Al 이므로이온반지름은 Al 이 O 보다크다. ㄷ. 같은주기에서원자가전자가느끼는유효핵전하는원자번호가증가할수록커진다. 따라서원자번호는ᄃ (O) 이ᄅ (N) 보다크므로원자가전자가느끼는유효핵전하는ᄃ > ᄅ이다. 정답5 14. 분자의극성과구조 ( 가 )~( 다 ) 의모든원자는옥텟규칙을만족하므로 ( 가 ) 에서공유전자쌍이 4개인 X는 C이고, 공유전자쌍이 2개인 W는 O이다. ( 나 ) 에서공유전자쌍이 3개인 Z는 N, 공유전자쌍이 1개인 Y는 F이다. ( 가 )~( 다 ) 의분자식은각각 CO, NF, CF O이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 나 ) 의 N 원자에는비공유전자쌍이있으므로 ( 나 ) 의분자구조는삼각뿔형이다. 따라서 ( 나 ) 는쌍극자모멘트가 0이아니므로극성분자이다. [ 오답피하기 ] ㄴ. ( 다 ) 의 X 원자에는비공유전자쌍이없으므로 ( 다 ) 의분자구조는평면삼각형이다. ㄷ. WY 의 W(O) 원자에는비공유전자쌍 2개가있으므로 WY 의분자구조는굽은형이다. 15. 탄화수소의원소분석과실험식 [ 정답맞히기 ] 2 C H 2 g을완전연소시켰을때물질에포함된 C, H의질량을구하면, C의원자량 C의질량 =CO 의질량 CO 의분자량 =4.4g =1.2 g 정답 1 H의원자량 H의질량 =2 H O 질량 H = g O의분자량 g이다. C H 3 g 을완전연소시켰을때물질에포함된 C, H 의질량을구하면, C의질량 = g = g, H의질량 = g g이다. 4

5 C H 2 g과 C H 3 g의몰수비는 2:3이므로각물질을완전연소시킬때생성되는물질의몰수비도각각 2:3이다. H O의몰수비 :0.6=2:3, =3.6 C H 로부터구성원소의몰수비는 C:H= 이므로 C:H= = 이므로 이다. 정답 탄화수소와분자구조 ( 가 ) 와 ( 나 ) 에는 H 원자 3개와결합한 C 원자수가없으므로 ( 가 ) 와 ( 나 ) 는고리모양탄화수소이며, ( 라 ) 에는 H 원자 3개와결합한 C 원자수가 3개이므로 ( 다 ) 에는 H 원자 3개와결합한 C 원자수가 2개이다. ( 가 )~( 라 ) 의분자구조는다음과같다. 탄화수소 ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) ( 라 ) 분자식 C H C H C H C H 구조식 CH CH CH CH CH CH CH CH H원자 3개와결합한 C 원자수 0 0 ᄀ 2 3 [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 다 ) 에는 H 원자 3개와결합한 C 원자수가 2개이므로ᄀ은 2이다. ㄴ. ( 가 ) 와 ( 나 ) 는고리모양탄화수소이다. ㄷ. H 원자 2개와결합한 C 원자수는 ( 가 ) 는 3개, ( 나 ) 는 4개, ( 다 ) 는 2개, ( 라 ) 는 0개이므로 ( 나 ) 가가장크다. 정답5 17. 중화반응과양적관계 중화반응에의해생성된물분자의총수는 ( 단위부피당생성된물분자수 ) 총부피와같다. 혼합전용액의부피 (ml) 단위부피당생성된물혼합총부피 (ml) HCl NaOH KOH 생성된물분자의총수용액ᄀ H 수 OH 수 OH 수분자수ᄂᄀ ᄂ ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) ( 가 ) 와 ( 나 ) 를비교해보면 HCl 의부피가 ( 가 ) 가 ( 나 ) 보다큰데생성된물분자의총수는 ( 나 ) 가 ( 가 ) 의 2배이므로 NaOH 5 ml 속에는 30 의 OH 이있음을알수있다. ( 다 ) 에서 NaOH 10 ml 속에는 60 의 OH 이있으므로생성된물분자의총수가 150 이되려면 KOH 5 ml 속에는 90 의 OH 이있어야한다. 그런데 ( 나 ) 에서생성된 물분자의총수가 60 이므로 HCl 5 ml 속에는 60 의 H 이있음을알수있다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 가 ) 에서중화반응후혼합용액속에는 H 90 이남아있으므로 ( 가 ) 는 산성이다. 정답1 [ 오답피하기 ] ㄴ. ( 나 ) 에서중화반응후혼합용액속에는 Cl 60, Na 90, OH 30 이 5

6 있고, ( 다 ) 에서중화반응후혼합용액속에는 Cl 180, Na 60, K 90, H 30 이있다. 따라서혼합용액속총이온수는 ( 나 ) 180, ( 다 ) 360 이므로 ( 다 ) 가 ( 나 ) 의 2배이다. ㄷ. HCl 10 ml 속에는 120 의 H 이있고, NaOH 5 ml 속에는 30 의 OH 이있고, KOH 5 ml 속에는 90 의 OH 이있으므로, 이 3가지용액을혼합하면모두중화되므로혼합한용액은중성이다. 18. 수소원자의선스펙트럼 Ⅱ의색깔이초록색이므로가시광선영역에해당되며파랑색의 Ⅰ보다긴파장의빛을방출하며, 방출하는빛의에너지의크기는 I > II 이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 가시광선영역의 Ⅱ는 또는 의전자전이에해당되는데, Ⅱ Ⅲ 이므로 Ⅲ의전자전이가 이고, Ⅱ의전자전이는 이다. 따라서 ( 가 ) 는 이다. ㄷ. Ⅳ Ⅱ 이므로 의전자전이이며, 이다. 정답 3 [ 오답피하기 ] ㄴ. Ⅱ Ⅲ 은전자전이 이일어날때방출되는에너지의크기와 같고, Ⅰ Ⅲ 은전자전이 이일어날때방출되는에너지의크기와같으므로 Ⅰ Ⅲ Ⅱ Ⅲ 이다. 19. 금속과금속이온의반응 [ 정답맞히기 ] 2 실험 Ⅰ에서 A 과 B 이존재하므로실험 Ⅱ에서는 B만 C 과반응하였고, 이때실험 Ⅰ과 Ⅱ의반응후용액속의금속양이온수의차이값 (6 ) 은생성된 B 수와같다. 실험 Ⅱ의 B C B C에서생성된 B 수가 6 이므로반응한 C 수는 3 이다. 따라서 C 0.5 L 속에들어있는 C 수는 3 이다. 실험 Ⅰ에서 C 1 L 속에들어있는 C 수는 6 이고반응후용액속의금속양이온수가 6 이므로, A 의전하가 +1이라면 B 의전하도 +1이므로, 반응후용액속의금속양이온수는 6 보다커야한다. 또한 A 의전하가 +2라면 B 의전하가 +1이므로, 이경우에도반응후용액속의금속양이온수는 6 보다커야한다. 따라서 A 의전하는 +1과 +2가될수없으므로, A 의전하는이며 이다. 실험 Ⅰ에서 C 1L와 A 과 B 의반응에대한화학반응식과양적관계를각각나타내면다음과같다. 이때생성된 A 수를 라고가정하였다. A C A C B C B C 반응전이온수 반응 (6-3 ) +2(6-3 ) 반응후이온수 실험 Ⅰ 에서 A 수와 B 수의합이 6 이므로 =6 이고, 이다. 따라서실험 Ⅰ 에서반응후용액속에있는금속양이온수는 A 과 B 이각각 3 이다. 6

7 실험 Ⅲ 에서는실험 Ⅱ 에서보다 C 1 L 를더넣어반응시켰으므로다음과같이양적 관계를나타낼수있다. 이때추가로생성된 B 수를 2 라고가정하였다. B C B C 반응전이온수 6 0 반응 반응후이온수 6-2 실험 Ⅲ의반응후용액속에는 B 의총수는, C 수는 6 - 가있고, B 수가 C 수의 5배이므로, =5(6 - ) 이다. 따라서 이고, B 수는 15, C 수는 3 이있으며, A 이 3 이있으므로실험 Ⅲ의반응후용액속의금속양이온수 은 21 이다. 따라서, 이므로 이다. 정답 기체의반응에서의양적관계 [ 정답맞히기 ] 4 화학반응식에서계수비는반응하거나생성되는물질의몰수비와같으므로 C의계수 가 1, 2, 3인경우를가정하여양적관계를알아내어야한다. A g의몰수를 6몰, B 1 g의몰수를 2몰이라고가정하여나타내면표와같다. 계수 에따른 A g의몰수 ( 몰 ) B의몰수 ( 몰 ) B의생성물 C의몰수 ( 몰 ) 질량 (g) 반응전반응후반응전반응후 온도와압력이일정할때기체의종류와관계없이기체의부피비는몰수비와같으므로, 위표를보면알수있듯이 가 2일때반응후전체기체의몰수비가문제에서제시된표의전체기체부피의비와일치함을알수있다. B 의질량 ( g) A 반응후남아 B 있는기체의 C 몰수총몰수 전체기체의부피 ( 상댓값 ) 따라서, 이므로 이다. 정답 4 7