양진석의신의한수 화학 1 사용법 1. 교재를정독한다. 2. 문제는먼저풀어본다. 3. 강의를들으면서필기한다. 4. 교재에없는내용이강의에나온다. 그것을주의하라 저자의말! EBS에서저와함께어려운화학을같이공부하는학생들에게조금이나마도움이되고자이강의를만들었습니다. 이교재는많은생각과고민으로가득찬교재입니다. 이교재는저혼자만의힘이아님을밝힙니다. 밤을세워가며학생들의성향과탑재할문제등을고르면서때로는싸우기도하고다투기도하고때로는서로좋아서하이파이브를날리기도한김기수선생님, 아시아에서가장부지런하고엄청난내공의소유자이신고성환선생님저의검색엔진이되어주시는고광윤선생님실력만큼이나아름답고예쁘신김수진선생님멀리제주도에서든든하게응원해주는장형조선생님이런분들이계셔서더좋은교재와강의가탄생한것같습니다. 수험생여러분이렇듯이교재는많은선생님들의노하우와저의노력이결집된교재입니다. 이모든것을여러분들의지식과점수로연결시키길바라면서강의를시작하겠습니다.
양진석의 신의한수 화학 1 Ⅰ. 화학의언어 01 화학의언어 04 02 화합물의조성및구조 08 03 양적관계 20 Ⅱ. 개성있는원소 01 원자의구조 42 02 보어의모형이론과오비탈 50 03 주기적성질 60 Ⅲ. 아름다운분자세계 01 화학결합 84 02 분자의모양 96 03 동소체 101 04 탄소화합물 104 Ⅳ. 닮은꼴화학반응 01 산화환원반응 122 02 산과염기의반응 136 03 중화반응 143 04 생활속의산과염기 150
Ⅰ 화학의언어 01 화학의언어 02 화합물의조성및구조 03 양적관계
Ⅰ 화학의언어 01. 화학의언어 1 강화학의기초개념 01. 원소, 원자분자의구별 Tip! 용어정리는손으로써서암기하지말고머릿속으로기억하라! 1. 원자와원소의구별 원자와원소의구별 원자 : 원소 : 2. 원자와분자의구별 원자와분자의구별 원자 : 분자 : 4 양진석의신의한수화학 1
1. 화학의언어 02. 원자번호와주기율표 Tip! 화학을시작하는학생들이주기율표를모르면영어를하는학생이알파벳을모르는것과같습니다. 1. 원자번호 : 양성자수 2. 질량수 : 양성자수 + 중성자수 3. 주기율표 주기율표관찰하기 족이란? : 주기란? : 5
Ⅰ 화학의언어 01. 화학의언어 03. 용어정리 1. 화학결합의종류 : 2. 화학식량 : 3. 분자량 : 4. 1 몰의질량 : 5. 1 몰의부피 : 6. 이상기체방정식 : 7. 이온화에너지 : 8. 전기음성도 : 9. 극성 : 10. 무극성 : 11. 탄소화합물과탄화수소 : 12. 핵산이란? : 13. 아미노산 : 6 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 2 강인류문명과화학의언어 01. 인류문명과화학의언어암모니아합성, 철의제련, 화석연료의이용에대한공부는화합물과원소를중심으로공부하는것이좋겠지? 공부의방향은계수를중심으로화학식암기에치중하면끝 ~~ 하버 & 보쉬에관련된화학반응식번개 N O NO O NO 빗물 NO N 질소고정세균질화세균 NH NO 아질산이온 질화세균 NO N H 촉매 NH 기압 질문 : a N bh a + b + c = 촉매 cnh 기압 철의제련 C 코크스 O CO Fe O CO Fe CO Fe O CO Fe CO CaCO CaO CO 가열 핵심 : 철광석에서철로! 코크스에서이산화탄소로! 7
Ⅰ 화학의언어 01. 화합물의조성및구조 02 강. 물질의구성입자 1. 물질의분류 원소 : 물질을구성하는요소원자 : 물질을구성하는가장작은입자 Tip! a는. not 의의미이고 tom는 divide 의의미의그리스어로 나누어지지않는 이란뜻을갖는다. 분자 : 물질의고유한성질을가지는가장작은입자 단원자분자 : He, Ne, Ar 등 이원자분자 : HCl, H 2, N 2, O 2 등 다원자분자 : H 2 O, CO 2, O 3, 3원자분자. NH 3 4원자분자. CH 4 5원자분자. 녹말, 플라스틱, 단백질, DNA 고분자. 순물질 : 같은성질을가진한종류의입자들로이루어져있으며물리적성질이일정하다. Tip! : 물리적성질 : 녹는점, 끓는점, 밀도등홑원소 : 한가지원소로이루어진물질로서화학반응으로더이상다른종류의원자로분해되지않는물질예 ) H 2, N 2, O 2, O 3, Na, C, He 등화합물 : 두종류이상의원소들이일정한질량비로결합된물질로서화학반응으로분해가가능한물질예 ) H 2 O, CO 2, HCl, NaOH, CaO 등혼합물 : 두가지이상의순물질이단순히섞여있으므로각성분물질의성질을그대로가지고있다. 물리적성질이일정하지않다. Tip! 물리적성질을이용하여분리가능균일혼합물 : 소금물, 설탕물, 사이다. 공기, 합금등 불균일혼합물 : 흙탕물, 우유, 암석등 8 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 요약정리! 화학의언어 인류문명과화학 ⑴ 불의발견과이용 : 불은물질의연소반응에의해발생하며, 인류는자연적으로발생한불을이용하다가점차나무를마찰시켜불씨를얻는방법을터득하였다. 1 익힌음식으로식생활이개선되고, 단백질섭취효율이높아졌다. 2 흙으로토기등의도구를만들어이용하게되었다. 3 광석에서구리, 철등의금속을제련하여이용하게되었다. ⑵ 철의이용 : 산화철상태의철광석을제련하여철이생산되었고, 이를이용하게된것이인류문명의발전에크게기여하였다. 1 철제농기구의사용으로농업생산성이향상되었다. 2 기계, 운송수단, 건축물재료로철을이용하게되었다. ⑶ 암모니아의합성과이용 1 질소 (N) 는생물체내에서단백질, 핵산등을구성하는원소이지만대부분의생명체는공기중의질소 (N 2 ) 를직접이용하지못한다. 2 하버와보슈는고온 고압에서촉매를사용하여공기중의질소를수소와반응시켜암모니아를대량으로합성하는방법을개발하였다. 3 암모니아의합성이인류문명에준영향 : 질소비료를대량으로생산할수있게되어농업생산량이증가하였고, 인류의식량부족문제를해결하는데큰역할을하게되었다. ⑷ 화석연료의이용 1 화석연료 : 석탄, 석유, 천연가스등이있으며탄소 (C) 와수소 (H) 가주성분이다. 2 화석연료와인류문명 : 화석연료가산업에서에너지원으로이용됨으로써산업혁명과교통혁명을가져와인류문명을크게발전시켰으나, 연소시발생하는이산화탄소가지구온난화를유발하여새로운에너지원에대한연구가필요하게되었다. 9
필수개념문제 신의한수! 질문 1. A : 2. B : 3. ( 가 ) : 4. 염화나트륨수용액은혼합물이다. ( O or X ) 5. 물리적변화와화학적변화는? 연습문제 1. 그림은인류문명의발달에영향을준 3 가지반응식을주어진기준에따라분류한것이다 이에대한설명으로옳은것만을있는대로고른것은? [3 점 ] 1) ㄱ. A 는 2 원자분자이다. ㄴ. ( 가 )~( 다 ) 는모두화학변화이다. ㄷ. Ⅲ 에속하는반응의화학반응식에서화합물은 3 가지이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ 10 양진석의신의한수화학 1
Ⅰ. 화학의언어 2. 다음은원소, 화합물, 분자에대한설명이다. 원소 :1 가지성분으로이루어진순물질 화합물 :2 가지이상의성분으로이루어진순물질 분자 : 원자간에공유결합을통해형성되며, 독립적으로존재할수있는입자 원소, 화합물, 분자의포함관계를나타낸것으로가장적절한것은? 2) 11
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 3,4 강화학반응식과몰 01. 화학식량과몰 1. 몰 6.02 10 23 개입자 ( 원자, 분자, 이온, 전자 ) 를 1몰 (mol) 이라고정의하며이를아보가드로의수라고한다. 왜 1몰은 6.02 10 23 일까? <1 몰의탄생배경 > 필기하시오 ~~ 탄소 1 개의실제질량? 수소 1 개의실제질량? 1 몰의질량 = 몰질량 : 모르면그냥원자량이나분자량혹은화학식량에 g 붙여!! 2. 원자량 (1) 원자량 탄소원자의질량을 12 로정하고, 이값을기준으로비교한다른원자의상대적질량값을말한 다. Tip! : C 를기준으로하며단위는붙이지않는다. (2) 평균원자량 자연계에존재하는동위원소의존재비율을고려하여평균값으로나타낸원자량 (3) 동위원소 : 원자번호가동일하고화학적성질은같지만질량이다른원소 12 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 3. 분자량 (1) 분자량 : 분자를구성하는모든원자들의원자량을합한상대적질량 ex) 공기의평균분자량 (N 2 80%, O 2 : 20%) 분자량 = (28 0.8) + (32 0.2) = 약 29 4. 실험식량 : 실험식으로나타내는물질들은실험식을구성하고있는원자들의원자량을합하여구한다. Tip! : 이온결합물질은분자로존재하지않으므로양이온과음이온의구성비로실험식을나타내며이온결정, 원자결정, 금속결정등은실험식을사용한다. 5. 몰계산법 질량몰수 분자량 입자수 기체의부피 STP 기체의부피 L 기체 의부피 13
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 실전연습 탄소원자 1 개의실제질량 : 수소원자 1 개의실제질량 : 연습문제 1. 다음은몇가지원자의원자량, 아보가드로수, 표준상태에서기체 1 몰의부피를나타낸 것이다. 원자량 : H : 1, C : 12, O : 16 아보가드로수 : 6.0 10 23 개 표준상태에서기체 1 몰의부피 : 22.4L 위자료를참고로할때, 수소기체 2g 속에포함된분자수와같은입자수에해당하는 것을모두고른것은? ㄱ. 물 18g에포함된수소원자수ㄴ. 메테인 0.25몰에포함된수소원자수ㄷ. 이산화탄소 3.0 10 23 개에포함된산소원자수ㄹ. 표준상태에서 C 3 H 8 기체 11.2L에포함된탄소원자수 14 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 연습문제 2. 연습문제 3. 연습문제 4. 15
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 동위원소실전연습 Cl 의평균원자량 : 35 : % 37 : % 질문 1 35 Cl 37 Cl 의존재비가 3 1 일때 Rb 의원자량과존재비는? ( 그림의화학식량은 RbCl 의화학식량이다.) 질문 2 수소원자 ( 1 H, 2 H, 3 H) 로존재할때분자량이다른 HBr 를찾으세요 16 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 5 강화학반응식과몰 01. 화학식의결정 용어정리 1. 화학식 : 원소기호를사용하여물질을이루는성분원소의종류와원자수를나타낸식 1) 분자식 : 한분자를구성하는원자의종류와수를나타낸식 2) 실험식 : 물질을구성하는원자수의비를가장간단한정수비로나타낸식 Tip! : 이온결합물질, 금속, 다이아몬드등을나타낼때사용하자 신의한수! 리비히분석법 < 각자의역할을이해하자 > 염화칼슘관의용도및의미? 수산화나트륨관의용도및의미? 산화구리 (Ⅱ) 의용도및의미 산소는어떻게측정하지? 만약장치의순서가바뀐다면? 17
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 실전연습다음은 C, H, O 원소로구성된어떤물질 X 의실험식을구하는원소분석실험이다. [ 실험과정 ] ( 가 ) 그림과같은장치에 mg의물질 X 를넣고충분한양의산소를공급하면서가열한다. ( 나 ) 반응이끝난후, 염화칼슘 (CaCl ) 과수산화나트륨 (NaOH) 이각각들어있는 관의증가한질량을구한다. [ 실험결과 ] 구분 CaCl 을채운관 NaOH을채운관 증가한질량 (mg) 27 44 물질 X 의실험식은? ( 단, 의원자량은각각 12, 1, 16이고, 물질 X 는완전연소한다.) 1 CHO 2 CH O 3 C H O 4 C H O 5 C H O 18 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 신의한수! 배수비례법칙이용 그림은질소 (N) 와산소 (O) 로이루어진분자 ( 가 ) 와 ( 나 ) 에서성분원소들의질량관계를 나타낸것이다. ( 가 ) 와 ( 나 ) 에서 1 분자를구성하는질소 (N) 원자수는 2 개이다. ( 단, N, O 의원자량은각각 14, 16 이다.) 질문 1 ( 가 ) 의분자식은 N O 이다. 질문 2 ( 나 ) 는분자식과실험식이같다. 질문 3 1g에들어있는 O원자수비는 ( 가 ):( 나 ) = 33 : 19이다 정답 1,2 3 19
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 6,7,8 강양적관계 01. 양적관계의종류파악 Case 1 화학반응식에대해서 화학반응식 : 화학반응식으로부터알수있는것 1) 반응물질및생성물질의종류 2) 반응물질과생성물질사이의분자수의비 ( 몰수비 ) 3) 반응물질과생성물질사이의질량관계 4) 기체인경우에는반응물질과생성물질사이의부피관계 Case 1 계수를찾아라! 다음은철의제련과정과관련된화학반응식이다. 질문 1 의값은? ( 단, ~ 는화학반응식의계수이다.) 질문 2 산화철과일산화탄소가반응하는몰수의비율은? 질문 3 위의반응으로철 1 몰이생성될때함께생성되는이산화탄소의질량은? 20 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 Case 2 화학반응식을완성하기위해필요한자료찾기 Case 2 필요한자료가무엇? 자동차사고가났을때운전자를보호하기위해서는 0.1초안에그림과같이에어백이터져야한다. 이때충격에의해다음과같은화학반응이일어나면서아지드화나트륨 (NaN 3 ) 이분해되어에어백에질소기체가채워진다. 2NaN 3 (s) 2Na(s) + 3N 2 (g) 에어백을충분히부풀리기위해서는실온의질소기체 65.1 L 가필요하다. 이때 반응하는아지드화나트륨 (NaN 3 ) 의질량을구하려고할때반드시필요한자료를 < 보기 > 에서모두고르면 ㄱ. N 2 의분자량 ㄴ. NaN 3 의화학식량 ㄷ. 실온에서질소기체 1 몰의부피 21
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 Case 3 부피에관련된양적관계 Case 3 부피에관련된양적관계 표는기체 A 와 B 의부피를다르게하여한쪽기체를완전히빈응시켰을때, 생성되 는기체 C 의부피와남은기체의종류를나타낸것이다. 실험 반응물의부피 (ml) 생성물의부피 (ml) A B C 남은기체 20 5 10 ( 가 ) 40 30 40 B 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서고른것은? ( 단, 반응전과후의온도와압력은같다.) ㄱ. ( 가 ) 는 B 이다 ㄴ. 기체 A 와 B 는 2 :1 의몰수비로반응한다. ㄷ. 실험 Ⅱ 에서기체 B 를더넣어주면생성물의부피는증가한다. 정답ㄴ 22 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 Case 4 질량에관련된양적관계 Case 4 질량에관련된양적관계 표는강철용기에서기체 X 와기체 Y 가반응하여기체 Z 가생성되는 반응에대한자료를나타낸것이다. 화학반응식 3X(g) + Y(g) 2Z(g) 반응전물질의양 x(l) y( 몰 ) 0 반응후물질의양 ( ) 0 z(g) 반응후물질의양중 Z 의질량 (z) 과 Z 의분자량을계산하는식을써라 ( 단, 분자 량은 X = a, Y = b 이다 ) 질문 1 반응후물질의양중 Z 의질량 질문 2 Z 의분자량 : [ 반응전! 반응! 반응후! 잊지말자 ] 무조건문제를풀려면관계식을써야한다. 그것이기본이다. 반응후 Y 의몰수가 0 이므로 Y 가 y 몰반응했음을알수있다. X 의부피 는 Y 가 y 몰반응할정도로충분한 양면되므로계산과정에서 는쓰이지않는다. 이반응에서 X 몰과 Y 몰이반응하여 Z 로되었으므로 Z 의질량은 X 몰과 Y 몰의질량합인 이다. 또한, Z 몰의질량이 z 이므로 Z 의분자량은 정답 이다. Z 의질량 : (3a + b)y Z의분자량 : 23
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 Case 5 금속과산의반응 금속과산의반응이란? 4단원에서출제되는내용으로금속의반응성과산에대한정확한이해가있어야문제가풀린다. 이부분의핵심은반응하는금속의원자량을알기위해서는반드시화학식을이용하여발생하는수소기체의몰수를측정해야한다는것이다. Case 5 금속과산의반응 다음은 M(s) + 2HCl MCl 2 (aq) + H 2 (g) 의반응을이용하여금속 M 의원자량을 구하는실험을나타낸것이다. [ 실험과정 ] 그림과같이일정량의금속 M 에충분한양의묽은염산을반응시켜 발생하는수소기체를수상치환으로모은다음부피를측정한다. [ 실험결과 ] 금속 M 의질량 : 1.2 g 발생한수소기체의 0, 1 기압에서의부피 : 1.12 L 질문 1 금속 M 의원자량으로옳은것은? ( 단, 0, 1 기압에서기체 1 몰의부피는 22.4 L 이다.) 질문 2 만약반응식이나오지않았다면반응식을완결하기위해필요한추가정보는? [ 화학반응식을이용하면끝!!] 정답 24 추가질문답 :( 금속양이온의전하량 ) 24 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 Case 6 CaCO + 산의반응 CaCO 를주목해야할필요가있다! 일단탄산이온이들어있는물질들에산이반응하면무조건이산화탄소가나온다고암기하고식을만들어야 한다. 이산화탄소!!!! 이것이이문제의열쇠이다. Case 6 탄산칼슘의분해반응 다음은탄산칼슘 (CaCO ) 의열분해반응에서양적관계를확인하기위한 실험이다. [ 화학반응식 ] [ 과정 ] ( 가 ) 도가니의질량 ( ) 을측정한다. ( 나 ) 도가니에탄산칼슘 (CaCO ) 을넣고도가니의전체질량 ( ) 을측정한다. ( 다 ) 일정시간동안가열한후도가니의전체질량 ( ) 을측정한다. [ 결과 ] 200.0 g 250.0 g 245.6 g 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, 원자량은 C = 12, O = 16, Ca = 40 이다.) ㄱ. 생성된 X 의질량은 4.4 g 이다. ㄴ. 생성된산화칼슘 (CaO ) 의몰수는 0.5 몰이다. ㄷ. 분해된 CaCO 의몰수는반응전몰수의 이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ 정답ㄱ, ㄷ 25
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 Case 7 피스톤관련문제 피스톤관련문제양적관계문제중에서피스톤의그림이보일때스스로떠올려야할개념과문제에적용할수있는이론적연습을하는것이다. 피스톤이나오면무조건 ~~ 외치자 PV=nRT Case 7-1 피스톤관련다음은탄산칼슘 (CaCO ) 의열분해반응에서양적관계를확인하기위한실험이다. 25, 1기압에서원자량이 23인어떤금속M 11.5g 을산소기체 1몰이들어있는실린더에넣고완전히반응시킨다 4M(s) + O 2 (g) 2M 2 O(s) 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, 반응전후에온도와압력은같고피스톤의질량과마찰은없으며실린더안의 고체부피는무시한다 ) ㄱ. 생성된 M 2 O(s) 는 0.25 몰이다 ㄴ. 반응전후에실린더안의기체밀도는반응전보다커진다 ㄷ. 반응전후에실린더안의기체부피비는 5:2 이다 [ 화학반응식을이용하면끝!!] 문제를자세히봐라!! 기체와고체!! 이런사소란것을놓치면그건좀곤란하지!! 산소의밀도가변하니?? 밀도는물질의특성인데 정답ㄱ ㄱ. 금속 M 이 11.5g 이면 0.5 몰에해당하고, 반응의양적관계는다음과같다. ㄴ. 반응전후에실린더안의기체는산소뿐이고온도압력이같으므로기체밀도는변함이없다. ㄷ. 반응전후에산소기체의몰수가 1 몰에서 몰로감소하므로기체부피비는 8:7 이다. 26 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 Case 7-2 피스톤관련 그림은일정한온도와압력에서실린더에기체 A 2 와 B 2 의몰수를달리하여넣고반 응시켜기체 X 를생성할때, 반응전과후의피스톤의높이를나타낸것이다. A 2 와 B 2 중어느한기체는모두반응한다. 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A, B 는임의의원소기호이고, 피스톤의마찰은무시한다.) ㄱ. X는 2원자분자이다. ㄴ. ( 가 ) 와 ( 나 ) 에는 B 2 가들어있다. ㄷ. A 2 3몰과 B 2 1몰을넣고반응시켰을때, 반응후피스톤의높이는 6 cm 이다. [ 생성물질이무엇인지를확인해보는것이관건이다.] 사실이문제기출문제인데답을알고풀면금방풀리지만그과정이상당히중요한문제야! 생성물질이 2 원자분자인 3 원자분자인지혹 4 원자분자인지!! 이것들때문에반응식의계수비가변할수있기때문에매우중요한부분이다. 정답ㄴ, ㄷ 27
Ⅰ 화학의언어 02. 화합물의조성및구조 Case 8 강철용기관련문제 Case 8-1 강철용기관련 그림은프로페인 (C 3 H 8 ) Xg 과산소 (O 2 ) 4.4g 이들어있는강철용기에서프로페인은 모두소모되고산소는 0.4g 이남은반응이일어날때반응전 후의상태를나타낸 것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, 반응전 후의온도변화는없고, 원자량은 H=1,C=12, O=16 이다.) ㄱ. x 는 2.2 이다. ㄴ. 프로페인과산소는 1 : 5 의몰수비로반응한다. ㄷ. 용기내압력은반응전이반응후보다크다.. [ 일단화학반응식부터완결하자 ] 몰수를비교해보자분자량과질량의관계를알아야한다. 정답ㄴ 28 양진석의신의한수화학 1
2. 화합물의조성및구조 Case 8-2 강철용기관련 그림은탄화수소 C m H n 을강철용기에서연소시키기전과후에용기에존재하는물 질에대한자료를나타낸것이다. 연소후용기내 H 2 O 과 O 2 의질량은표시하지 않았다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단 H, C, O 의원자량은각각 1, 12, 16 이다 ) [3 점 ] ㄱ. C m H n 1 몰이연소되면 H 2 O 3 몰이생성된다. ㄴ. 연소후 H 2 O 의몰수는 0.4 몰보다작다. ㄷ. 연소후 O 2 의질량은 0.8 이다. [ 일단화학반응식부터완결하자 ] 와우!! 알지? 이문제정말역대급이다. 29
필수개념문제 1. 다음은몰에대한자료이다. 1 몰은 6.02 10 23 개의입자수를말하며, 이수를아보가드로수 ( ) 라고한다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? 3) ( 단, H, C 의원자량은각각 1, 12 이다.) ㄱ. 흑연 (C) 1g에있는탄소원자수는 개이다. ㄴ. 수소 (H 2 ) 1 몰에있는양성자수의합은 개이다. ㄷ. 메테인 (CH 4 ) 1 몰에들어있는탄소와수소의질량비는 4 : 1 이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 1 [ 출제의도 ] 몰과아보가드로수개념적용하기 흑연 (C) 1g 의탄소원자수는 몰이므로 개이다. 수소 (H 2 ) 1몰에는수소원자가 2몰이있으므로양성자 수의합은 2 개이다. 메테인 (CH 4 ) 1 몰의탄소와수소의질량은 12g 과 4g 이므로질량비는 3 : 1 이다. 30 양진석의신의한수화학 1
Ⅰ. 화학의언어 2. 표는같은온도와압력에서원소 A~C 로이루어진기체에대한자료이다. 분자식 A 2 B AC 3 C 2 B 분자량 부피 (L) 1 1 1.5 질량 (g) 8.8 3.4 5.4 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~C 는임의의원소기호이다.) ㄱ. 분자의몰수는 A 2 B 가 AC 3 보다크다. ㄴ. 원자량은 B 가 A 보다크다. ㄷ. 이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄴ 5 ㄴ, ㄷ [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 2 [ 출제의도 ] 기체의자료를이용하여원자량과분자량분석하기같은온도와압력에서기체의부피는분자수에비례하므로분자의몰수는 A 2 B : AC 3 : C 2 B = 2 : 2 : 3 이다. 원소 A~C 의원자량을각각 ~ 라고하면 2 + =8.8, +3 =3.4, 2 + =3.6 이므로 : : c = 14 : 16 : 1 이다. 따라서 원자량은 B>A>C 이고, 분자량비는 A 2 B : AC 3 : C 2 B = 44: 17: 18 이되어 이다. 31
필수개념문제 3. 그림 ( 가 ) 는피스톤으로분리된용기에기체 A 2 g 과기체 B 1g 이들어있는것을, ( 나 ) 는 B 가들어있는부분에기체 C 1g 을더넣은것을나타낸것이다. 온도는일정하고, B 와 C 는반응하지않는다. ( 가 ) ( 나 ) 기체의분자량비 A : B : C 는? ( 단, 피스톤의두께와마찰은무시한다.) 1 1 : 2 : 2 2 1 : 2 : 4 3 2 : 1 : 1 4 2 : 1 : 2 5 4 : 2 : 1 [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 5 [ 출제의도 ] 아보가드로법칙을이해한다. 기체의몰수비 ( 부피비 ) A : B : C = 1 : 1 : 2 이므로분자량비 A : B : C = 4 : 2 : 1 이다. 32 양진석의신의한수화학 1
Ⅰ. 화학의언어 4. 그림은화합물 W~Z 의구성원소의질량비율을나타낸것이다. W 와 X 는각각 AC 와 AC 중하나이고, Y 와 Z 는각각 BC 와 BC 중하나이다. 원자량은 A~C 중 C 가가장크다. W X Y Z 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~C 는임의의원소기호이다.) ㄱ. Y 는 BC 이다. ㄴ. 원자량은 B>A 이다. ㄷ. X 와 Z 에서 C 원자 1 몰당결합한 A 와 B 의몰수비는 2:1 이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➄ 화합물을구성하는원소의질량비율 AC 와 AC 에서 C 의질량비율이 AC 가더크므로 W 는 AC, X 는 AC 이다. 또한 BC 와 BC 에서 C 의질량비율이 BC 가더크므로 Y 는 BC, Z 는 BC 이다. [ 정답맞히기 ] ㄴ. W 와 Z 에서일정량의 C 에결합한 A 와 B 의질량비율이 B 가 A 보다크므로원자량은 B>A 이다. ㄷ. X 는 AC 이고, Z 는 BC 이므로 X 와 Z 에서 C 원자 1 몰당결합한 A 와 B 의몰수는각각 1 몰, 0.5 몰이므로 A 와 B 의몰수비는 2:1 이다. [ 오답피하기 ] ㄱ. Y 는 BC 이다. 33
필수개념문제 5. 다음은탄화수소의혼합물에서성분물질의몰수비를구하는실험이다. [ 실험과정 ] 그림과같은장치에 CH 4 과 C 2 H 4 의혼합시료 mg을넣고완전연소시킨다음, 염화칼슘 (CaCl 2 ) 을채운관과수산화나트륨 (NaOH) 을채운관의증가한질량을구한다. [ 실험결과 ] CaCl 2 을채운관 NaOH 을채운관 증가한질량 (mg) 108 220 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, H, C, O 의원자량은각각 1, 12, 16 이다.) ㄱ. 혼합시료 mg 에포함된 H 의질량은 6mg 이다. ㄴ. 혼합시료에포함된원자의몰수비는 C : H = 5 : 12 이다. CH 의몰수ㄷ. 혼합시료에서 = 2이다. C H 의몰수 1 ㄴ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 1 [ 출제의도 ] 원소분석실험의원리를이해한다. 혼합시료 mg에포함된 H의질량은 108 = 12(mg) 이고, C 의질량은 220 = 60(mg) 이다. ㄴ. 혼합시료에포함된원자의몰수비는 C : H = = 5 : 12이다. [ 오답풀이 ] ㄷ. CH 4, C 2 H 4 의몰수를각각 라고하면, C : H = ( + 2 ) : (4 + 4 ) = 5 : 12이므로 CH 의몰수 C H 의몰수 = = 이다. 34 양진석의신의한수화학 1
Ⅰ. 화학의언어 6. 다음은아스코브산 ( 바이타민 C) 의원소분석실험이다. [ 실험과정및결과 ] ( 가 ) 1.76g 의아스코브산을그림과같은장치에넣고완전연소시켰더니 CO 와 H O 만생성되었다. ( 나 ) A 관과 B 관의증가한질량을구하였더니표와같았다. A 관 B 관 증가한질량 0.72g 2.64g 아스코브산에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, H, C, O 의원자량은각각 1, 12, 16 이다.) ㄱ. O 는아스코브산의구성원소이다. ㄴ. C 와 H 의몰수비는 3:2 이다. ㄷ. 실험식량은 88 이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2016 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ] 답 : 3 탄소화합물의성분분석아스코브산에포함된 H, C, O의질량과실험식은다음과같이구한다. H의원자량 H의질량 = 2 A관의증가한질량 = 2 0.72 H O의분자량 = 0.08g C의원자량 C의질량 = B관의증가한질량 CO 의분자량 = 2.64 = 0.72g O의질량 = 아스코브산의질량 - (C의질량 +H의질량 ) = 1.76 - (0.72 + 0.08) = 0.96 g 아스코브산분자를구성하는원자의몰수비 C의질량 H의질량 O의질량 = H O C의원자량의원자량의원자량 = = 3 : 4 : 3이며, 실험식은 C H O 이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. 1.76g 의아스코브산에 H 0.08g 과 C 0.72g 이들어있으므로아스코브산에는 0.96 의 O가들어있다. ㄷ. 실험식량은구성원자의원자량의합과같다. 아스코브산의실험식은 C H O 이므로실험식량은 12 3+1 4+16 3 =88 이다. [ 오답피하기 ] ㄴ. C 와 H 의몰수비는 = =3 : 4 이다. 35
필수개념문제 7. 다음은 2 가지화학반응식이다. CH 4 + 2H 2 O 4H 2 + ( 가 ) ( 나 ) + 3H 2 2NH 3 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, H 의원자량은 1 이다.) ㄱ. ( 가 ) 는 CO 2 이다. ㄴ. ( 나 ) 는 2 원자분자이다. ㄷ. 암모니아 2 몰을얻기위해필요한수소는 3g 이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 3 [ 출제의도 ] 화학반응식을완성한다. ㄱ, ㄴ. ( 가 ) 는 CO 2, ( 나 ) 는 N 2 이다. [ 오답풀이 ] ㄷ. NH 3 2 몰을얻기위해필요한 H 2 는 6g 이다. 36 양진석의신의한수화학 1
Ⅰ. 화학의언어 8. 다음은 X 2 Y 4 와 Z 2 로부터 X 2 와 Y 2 Z 가생성되는반응의화학반응식이다. X 2 Y 4 + Z 2 X 2 + Y 2 Z ( ~ 는반응계수 ) 표는반응용기에 X 2 Y 4 와 Z 2 를넣고반응시켰을때, 반응전과후각물질의질량을나타 낸것이다. X 2 Y 4 와 Z 2 중어느한물질은모두반응한다. 물질 X 2 Y 4 Z 2 X 2 Y 2 Z 반응전질량 (g) 8 24 0 0 반응후질량 (g) - - 7 9 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, X ~ Z 는임의의원소기호이다.) ㄱ. + = + 이다. ㄴ. X 2 Y 4 와 Z 2 는분자량이같다. ㄷ. 원자량비는 Y : Z = 1 : 8 이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 2 [ 출제의도 ] 화학반응에서의양적관계를파악한다. 화학반응식은 X 2 Y 4 + Z 2 X 2 + 2Y 2 Z 이다. ㄴ. 질량보존법칙에의해 X 2 Y 4 가모두반응하고, Z 2 가 16g 남는다. 반응한 X 2 Y 4 8g 과 Z 2 8g 의몰수비가 1 : 1 이므로 X 2 Y 4 와 Z 2 의분자량은같다. [ 오답풀이 ] ㄷ. 반응한 X 2 Y 4 8g, Z 2 8g 과생성된 X 2 7g 의몰수비가 1 : 1 : 1 이므로원자량비는 X : Y : Z = 14 : 1 : 16 이다. 37
필수개념문제 9. 다음은황산 (H 2 SO 4 ) 이생성되는화학반응식이다. A(g) + 2B(g) + 2H 2 O( ) 2H 2 SO 4 ( ) 표는양을달리한 A와 B를충분한양의물과반응시킨실험결과를나타낸것이다. 실험 Ⅰ에서는 A가, Ⅱ에서는 B가모두반응하였다. 실험 반응전반응후 A의질량 (g) B의질량 (g) H 2 SO 4 의질량 (g) Ⅰ 0.8 5.2 4.9 Ⅱ 2.0 6.4 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, H, O, S의원자량은각각 1, 16, 32이다.) ㄱ. 실험 Ⅰ에서반응한물의질량은 0.9g이다. ㄴ. B의분자량은 64이다. ㄷ. 실험 Ⅱ에서남아있는 A가모두반응하기위해필요한 B의최소질량은 1.6g이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 4 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 ➄ [ 출제의도 ] 화학반응의양적관계이해하기화학반응식에서반응물과생성물의반응몰수비는 A : B : H 2 O : H 2 SO 4 = 1 : 2 : 2 : 2 이다. g 생성된질량 실험 Ⅰ에서 H 2 SO 4 은 g m =0.005 몰생성되었으므로반응한반응물의몰수는 ol 황산 몰의질량 A, B, H 2 O 이각각 0.025 몰, 0.05 몰, 0.05 몰이다. ㄱ. 실험 Ⅰ 에서반응한 H 2 O 의질량은 0.05 몰 18g/ 몰 =0.9g 이다. ㄴ질량보존의법칙에따라실험 Ⅰ 에서반응한 B 의질량은생성된황산의질량에서반응한 A 와 H 2 O 의질량을 뺀값과같으므로, 반응한 B의질량은 4.9g (0.8g+ 0.9g)=3.2g 이다. 따라서분자량은반응한질량을반응한 몰수로나눈값이므로, A의분자량 = =32, B의분자량 = =64 이다. A와 B는각각 O2 와 SO 2 이다. ㄷ. 실험 Ⅰ 에서 A 가 0.8g 반응할때 B 는 3.2g 반응했으므로, 실험 Ⅱ 에서 A 2.0g 이모두반응하기위해필요한 B 의최소질량은 8.0g 이다. 따라서 B 6.4g 과반응하고남아있는 A 가모두반응하기위해필요한 B 의최소질량은 8.0 g 6.4g=1.6g 이다. 38 양진석의신의한수화학 1
Ⅰ. 화학의언어 10. 다음은용광로에서산화철을철 (Fe) 로제련할때일어나는화학반응이다. 코크스 ( 탄소 ) + 산소 일산화탄소 산화철 + 일산화탄소 철 + 이산화탄소 탄소 (C) 72g으로만든일산화탄소 (CO) 를모두사용하여산화철을 Fe로제련하려고한다. 산화철로 Fe O 을사용할때와 Fe O 을사용할때, 생성되는 Fe의질량 (g) 차는? ( 단, C, Fe 의원자량은각각 12, 56이다. 모든 C는 CO가된다고가정하며, 산화철의양은충분하다.) 1 28 2 56 3 72 4 84 5 112 [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➀ 철의생산과정과산화환원반응 [ 정답맞히기 ] 1 반응하거나생성되는물질의몰수비는화학반응식의계수비와같다. 탄소 (C) 72g 은 g 6몰 (= ) 이고, 2C+O g 몰 2CO 에서 C와 CO의계수비는 1:1이므로 C 72g 으로 CO 6몰을만들수있다. Fe O 을사용할때 F O + 3CO 2Fe + 3CO 의반응에서 CO와 Fe의계수비는 3:2 이므로 6몰의 CO로 Fe 4 몰을생성할수있다. Fe O 을사용할때 F O + 4CO 3Fe + 4CO 의반응에서 CO 와 Fe 의계수비는 4:3 이므로 6 몰의 CO 로 Fe 4.5 몰을생성할수있다. 따라서 Fe O 와 Fe O 을사용할때생성되는 Fe 의몰수차이가 0.5 몰이므로 질량차이는 28g 이다. 39
필수개념문제 11. 다음은수소 (H 2 ) 와메테인 (CH 4 ) 의연소실험이다. [ 실험과정 ] ( 가 ) 그림과같이강철용기에기체를넣는다. ( 나 ) 두용기의기체를각각연소시킨후, 남은물질의종류와질량을구한다. [ 실험결과 ] 용기 Ⅰ Ⅱ 남은물질 O 2 H 2 O CH 4 CO 2 H 2 O 질량 (g) 10.6 8.8 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, H, C, O 의원자량은각각 1, 12, 16 이다.) ㄱ. : = 3 : 2 이다. ㄴ. Ⅱ 에서반응한 CH 4 의분자수는 0.1 몰이다. ㄷ. 생성된 H 2 O 의질량은 Ⅰ 에서가 Ⅱ 에서의 2 배이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 3 [ 출제의도 ] 수소와메테인의연소실험에서물질의양적관계이해하기 반응전후에용기내부의질량은일정하므로 1.0+ =10.6, 2.4+ =8.8, =3 : 2이다. 반응전후의질량 (g) 변화는다음과같다. Ⅰ Ⅱ 2H 2 + O 2 2H 2 O CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 반응전 1 9.6 2.4 6.4 반응 -1-8 + 9-1.6-6.4 +4.4 +3.6 반응후 0 1.6 9 0.8 0 4.4 3.6 Ⅱ에서반응한 CH 4 의분자수는 =0.1 몰이고, 생성된 H2 O의질량은 Ⅰ이 Ⅱ의 =2.5 배이다. 40 양진석의신의한수화학 1
Ⅰ. 화학의언어 Ⅱ 개성있는원소 01 원자의구조 02 보어의모형이론과오비탈 03 주기적성질 41
Ⅱ 개성있는원소 01. 원자의구조 10 강원자의구성입자, 11 강원소의기원 01. 원자의구조 음극선 : 진공관에낮은압력의기체를넣고높은전압을걸어줄때 (-) 극에서 (+) 극쪽으로빛을내며흐르는선 1. 원자를구성하는입자 Tip! 원자를구성하는입자 : 원자핵과전자! 원자핵 : 양성자와중성자 양성자 : + + 중성자 : + + 2. 전자의발견 Tip! 전자의특징 : 직진성, 입자성, 전하성전자의발견 : ( 톰슨 1897년 ) 1 톰슨의음극선실험과전자의발견 음극선실험결과를해석하여음극선이 (-) 전하를띤입자의흐름이라는것을알아내고이입자를전자라고하였다. 톰슨은음극선이전기장이나자기장에서휘어지는사실을이용하여전자의질량에 대한전하량의비 ( ; 비전하량 ) 를측정하면그값이항상일정하다는것을발견전자발견의의의 음극선관의전압의크기전극으로사용한금속의종류, 넣어준기체의종류에관계없이일정 2 톰슨의원자모형 : 음극선실험결과를바탕으로 (+) 전하가고르게분포되어있는물질속 에 (-) 전하를띤전자가듬성듬성박혀있는원자모형을제안하였다. 42 양진석의신의한수화학 1
1. 원자의구조 3. 원자핵의발견 Tip! α 선산란실험의결과를해석하라! 원자핵의발견 : ( 러더퍼드 1911 년 ) 1 입자산란실험 결론 ( 알파 ) 입자산란실험을통해원자는대부분빈공간이며원자의중심에부피가매우작고원자질량의대부분을차지하는 (+) 전하를띤부분이존재한다는것을발견하여이부분을원자핵이라고하였다. 2 러더퍼드의원자모형 : ( 알파 ) 입자산란실험결과를바탕으로 (+) 전하를띤원자핵 이중앙에위치하며원자핵주위를 (-) 전하를띤전자가돌고있는원자모형을제안하 였다. 4. 양성자의발견 : ( 골트슈타인, 러더퍼드 ) 1 골트슈타인 (1886년 ): 진공방전관에소량의수소기체를넣고고전압을걸어주었을때 (+) 극에서 (-) 극쪽으로이동하는입자의흐름을발견하고이를양극선이라고하였다. 2 러더퍼드 (1919 년 ): 양극선이수소의원자핵즉, 양성자의흐름이라는것을밝혀냈다 5. 중성자의발견 ( 채드윅 1932년 ) 베릴륨 (Be) 원자핵에 입자를충돌시킬때전하를띠지않는입자가방출되는것을발견하고이입자를중성자라고하였다. 중성자의발견으로헬륨원자핵의질량을설명할수있게되었다. 43
Ⅱ 개성있는원소 01. 원자의구조 6. 원자번호와질량수 1 원자번호 : 원자핵속에들어있는양성자수를의미한다. Tip! 원자번호 = 양성자수 = 중성원자의전자수 2 질량수 : 양성자수와중성자수를합한수를질량수라고한다. Tip! 질량수 = 양성자수 + 중성자수 원소기호표시 02. 원소의기원 1. 원자를구성하는입자사이에작용하는힘 1 전기적인력 : 반대전하를띠는입자사이에는전기적인력이작용한다. 양전하를띤 양성자와음전하를띤전자사이에는전기적인력이작용한다. 2 전기적반발력 : 같은전하를띠는입자사이에는전기적반발력이작용한다. 양성자와양성자, 전자와전자사이에는전기적반발력이작용한다. 3 강한핵력 : 원자핵을구성하는힘을강한핵력이라고한다. 원자핵은양성자와중성자로이루어져있으며, 이들사이에는강한핵력이작용하여원자핵이유지된다. 이로인해양성자가 2개이상인원자핵이존재할수있다. 44 양진석의신의한수화학 1
1. 원자의구조 2. 핵융합 1 핵융합 :2개이상의가벼운원자핵이결합하여무거운원자핵이되는반응을핵융합이라고하며, 핵융합과정에서에너지가방출된다. 2 별에서의핵융합 태양과같은별의내부에서는수소원자핵인양성자들의핵융합반응으로헬륨원자핵이생성된다. 별이내는빛은핵융합반응에서방출되는에너지이다. 별의중심핵에있는수소가모두사용되면중력에의한수축이일어나중심온도가상승하면서헬륨원자간의핵융합반응이일어나탄소원자핵이생성된다. 3. 원소의기원과생성과정 1 가벼운원소의생성 쿼크와전자의생성 : 빅뱅 ( 우주대폭발 ) 으로부터우주가시작되고, 쿼크와전자가생성되었다. 양성자와중성자의생성 : 우주의온도가낮아지면서쿼크의결합으로양성자와중성자가생성되었다. 양성자와중성자는각각 3개의쿼크가모여생성된다. 중수소와헬륨원자핵의생성 : 양성자는수소의원자핵이며, 우주의온도가약수백만 로낮아지자양성자와중성자들이결합하여중수소원자핵과헬륨원자핵이만들어졌다. 원자의생성 : 우주의온도가약 3000 로낮아지면서전자의운동이느려지고, 수소 원자핵과헬륨원자핵에전자가붙잡혀원자가만들어졌다. 2 별의탄생과무거운원소의생성 : 우주가식어감에따라수소와헬륨이모여밀도가증가하면서별이탄생하였고, 별의내부에서수소의핵융합반응을시작으로헬륨, 탄소, 산소, 네온, 규소, 철등의원소들이생성되었다. 3 초신성폭발과철보다무거운원소의생성 : 별의진화의마지막단계에서초신성폭발이일어나면서철보다무거운원소들이생성되었다. 45
Ⅱ 개성있는원소 01. 원자의구조 신의한수 동위원소정의 정의 : 동위원소양성자수가같아원자번호는같으나중성자수가달라질량수가다른원소 로화학적성질은같고밀도등의물리적성질은다르다. 신의한수 동위원소 그림은분자량에따른 X 의분자수를상댓값으로나타낸것이다. 자연계에존재하 는 X 의분자량은모두 3 가지이다. X 의동위원소종류의수와평균원자량? 46 양진석의신의한수화학 1
1. 원자의구조 신의한수 원소의기원 신의한수 톰슨의전자발견 다음은톰슨의음극선실험이다. ( 가 ) 음극선관에고전압을걸어주면 (+) 극쪽의형광판에서음극선이검출된다. ( 나 ) 음극선의진행경로에바람개비를두면바람개비가회전한다. ( 다 ) 음극선은외부에서전기장을걸어주면전기장의 (+) 극쪽으로휘어진다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 의결과로음극선이직진하는입자의흐름임을알수있다. ㄴ. ( 나 ) 의결과로음극선을구성하는입자가질량을가지고있음을알수있다. ㄷ. 전극을구성하는금속의종류에관계없이 ( 가 ), ( 나 ), ( 다 ) 의결과는같다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ 47
Ⅱ 개성있는원소 01. 원자의구조 신의한수 러더퍼드의실험결과에대한분석 A B C A 부분의의미 : B 부분의의미 : C 부분의의미 : 원자가대부분이빈공간으로되어있는근거는? 원자핵은 + 성질에대한근거는? 원자핵이매우단단하고질량이큰근거는? 48 양진석의신의한수화학 1
1. 원자의구조 49
Ⅱ 개성있는원소 02. 보어모영이론과오비탈 12 강보어의이론 01. 보어의원자론 1. 수소의선스펙트럼과보어의원자모형 1) 수소원자의선스펙트럼 1 스펙트럼 : 빛은파장에따라굴절률이다르므로빛을프리즘에통과시키면각파장별로빛이분산되어색의띠가나타난다. 이때나타나는색의띠를스펙트럼이라고한다. 2 연속스펙트럼 : 햇빛을프리즘에통과시키면연속적인색깔의띠가나타난다. 3 수소원자의선스펙트럼 : 수소기체를방전관에넣어방전시키면수소원자의전자가에너지를얻어들뜬상태가되었다가다시에너지가낮은상태로되면서에너지가빛의형태로방출되는데이때방출되는빛을프리즘으로분산시키면불연속적인선으로나타난다. 4 수소원자의에너지값 : 수소방전관에서몇개파장의빛만방출하므로수소원자 는특정한에너지의빛만방출한다. 수소원자가가질수있는에너지는불연속적이다. 2. 보어의원자모형 1) 보어의원자모형 1 전자가원자핵주위를돌고있는러더퍼드의원자모형에서나타나는문제점을해결하기위해보어는궤도 ( 전자껍질 ) 모형을제시하였다. 러더퍼드원자모형의문제점 : 원자핵주위를도는전자는꾸준히전자기파를방출하여에너지가감소하게되어결국에는원자핵과충돌하여야한다. 따라서러더퍼드원자모형에의하면원자는매우불안정해야하지만그렇지않다. 또한전자가원자핵주위를돌면서계속해서에너지를방출하게되므로연속스펙트럼이관찰되어야하지만불연속적인선스펙트럼이관찰된다. 2 전자껍질 : 전자는핵주위의특정한에너지준위를가진궤도에서만원운동을하는데이궤도를전자껍질이라고한다. 일정한에너지를갖는전자껍질내에서원운동하는전자는에너지를방출하지않으므로원자는안정하다. 50 양진석의신의한수화학 1
2. 보어의이론과오비탈 주양자수 : 원자핵에서가까운전자껍질부터 K(n=1) 껍질, L(n=2) 껍질, M(n=3) 껍질이라 고부르며여기서 n 을주양자수라고한다. 각전자껍질이가지는에너지준위와주양자수와의관계 3 전자전이와에너지출입 : 에너지준위가다른전자껍질로전자가전이할때에는두전자껍질의에너지차이만큼의에너지를흡수하거나방출한다. 2) 보어의원자모형에따른수소원자의선스펙트럼해석 1 수소원자의에너지준위가불연속적이므로수소원자의스펙트럼은불연속적인선으로나타난다. 2 수소원자의스펙트럼계열 신의한수 보어실험결과에대한분석 에너지준위계산!! 질문 1 에너지가큰순서부터나열하시오 질문 2 파장이큰순서부터나열하시오 질문 3 자외선은? 질문 4 가시광선은? 질문 5 적외선은? 51
Ⅱ 개성있는원소 02. 보어모영이론과오비탈 신의한수 실전연습 1 에너지계산 그림 ( 가 ) 는수소원자의가시광선영역의선스펙트럼을, ( 나 ) 는수소원자의주양 자수 에따른에너지준위 ( kj mol) 와전자전이 A~C 를나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? k ㄱ. A에서방출되는빛의에너지는 kj mol 이다. ㄴ. B 에서방출되는빛은스펙트럼선 b 에해당한다. ㄷ. A 와 C 에서방출되는빛의진동수차이는스펙트럼선 b 의진동수 와같다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 4 신의한수 실전연습 2 에너지계산 다음은수소원자의선스펙트럼을나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, 수소의에너지준위는 kj mol 이다.) ㄱ. a와 b의에너지비는 20 : 27이다. ㄴ. 수소원자의에너지준위는불연속적이다. ㄷ. 수소방전관에더높은에너지를가하면 c가 122nm보다더짧은파장에서관찰된다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ 5 ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 3 52 양진석의신의한수화학 1
2. 보어의이론과오비탈 13, 14 강오비탈 01. 현대적원자모형 1. 오비탈 (Orbital) 1) 오비탈 (Orbital) 1 전자는질량이매우작고빠르게운동하며입자적인성질뿐만아니라파동적인성질도가지고있다. 원자크기정도의매우작은공간에서운동하는전자는입자적인성질보다파동적인성질이더강하게나타나므로원자내에전자의상태는파동성을이용하여설명한다. 2 원자내에전자는그위치와운동량을정확하게알수없으며단지어떤특정공간에서 전자가발견될확률만을알수있다. 이때전자가원자핵주위에발견될확률을나타내 는함수를오비탈또는궤도함수라고한다. 3 오비탈에의한현대의원자모형 : 전자를존재확률로나타내면원자의경계가뚜렷하 지않고구름처럼보이므로전자구름모형이라고한다. 4 오비탈을나타내는방법 점밀도그림 ( 전자구름모형 ): 전자의존재확률을점으로나타내는방법이다. 경계면그림 : 전자의존재확률이 90% 가되는지점들을연결한경계면으로나타내는방법이다. 2) 오비탈의종류와표시 1 다전자원자의선스펙트럼 : 수소원자의선스펙트럼보다선의수가매우많다. 또한각각의선을정밀한분광기로자세히관찰하면 1개의선으로생각되었던것이여러개의선으로이루어져있어가까이모여무리를지은선들이띄엄띄엄나타난다. 이것은하나의전자껍질속에전자가가질수있는에너지상태가여러가지존재한다는것을의미한다. 2 오비탈의종류 : 같은전자껍질, 즉주양자수 (n) 는같지만에너지상태가조금씩다른오 비탈이있는데이를각운동량양자수 ( 부양자수 ; ) 라고하며모양에따라 s, p, d, f 등의 기호를사용하여나타낸다. 3 오비탈의표시 53
Ⅱ 개성있는원소 02. 보어모영이론과오비탈 3) 오비탈의모양 1 s 오비탈 : 구형 전자가존재할확률은핵으로부터의거리에만의존한다. 특정한방향성이없다. 주양자수에따라모양은같지만크기가다른 s 오비탈이존재하며주양자수가클수록오비탈의크기가커지고에너지가높아진다. 에너지의크기 :1s < 2s < 3s <... 주양자수가 2이상인 s 오비탈에는전자발견확률이 0인곳이있으며이를마디 (node) 라고한다. 신의한수 s 오비탈 54 양진석의신의한수화학 1
2. 보어의이론과오비탈 2 p 오비탈 : 아령모양 K( 껍질 n=1) 에는존재하지않고 L껍질 (n=2) 이상에서존재한다. 아령모양의방향에따라,, 세종류의오비탈이존재한다. 핵으로부터의방향에따라전자가존재할확률이다르기때문에방향성이있다. 4) 주양자수에따른오비탈의종류와수 1 주양자수 (n) 에따라각전자껍질에존재할수있는오비탈의종류와수가제한된다. 주양자수가 n 인전자껍질에는 n 종류의오비탈이존재한다. 2 s 오비탈은특정한방향성이없으므로한개만존재하지만 p 오비탈, d 오비탈, f 오비탈등 은방향성을가지므로방향에따라여러개의오비탈이존재한다. p 오비탈은 x, y, z 방향의,, 세개로구분되고 d 오비탈은 xy, yz, xz,, 의다섯 개로구분된다. 55
Ⅱ 개성있는원소 02. 보어모영이론과오비탈 신의한수 오비탈의에너지준위 < 수소 : 단전자화학종 > 수소의전자수 : 단전자화학종의전자수 : < 다전자화학종 > 에너지준위의결정근거 : 주양자수 (n) + 각운동량양자수 (l) 의합이중요하다. 56 양진석의신의한수화학 1
2. 보어의이론과오비탈 신의한수 전자배치의원리 < 파울리의배타원리 (Pauli s exclusion principle)> 전자스핀 : 한오비탈내에존재하는두개의전자에서관찰되는서로다른상태를나타내기위해도입한개념 실제로전자가자전축을기준으로자전하는것은아니지만두개의서로다른전자의상태를설명할때자전의개념을도입하면이해가쉽기때문에스핀의개념을자전에비유하여설명한다. < 훈트규칙 (Hund s rule)> 에너지준위가같은오비탈에전자가채워질때가능한한전자가쌍을이루지않고 홀전자로존재하는전자가많을수록안정하다. < 쌓음원리 (Aufbau principle)> 전자는에너지준위가낮은오비탈부터차례대로채워진다. 1 개의오비탈에는스핀방향이반대인전자가최대 2 개까지만채워진다. 57
Ⅱ 개성있는원소 02. 보어모영이론과오비탈 58 양진석의신의한수화학 1
2. 보어의이론과오비탈 신의한수 실전연습 1- 오비탈 그림은수소원자의 K 또는 L 전자껍질에존재하는오비탈 A~C 에서전자의존 재확률을핵으로부터의거리에따라나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. A 와 B 의모양은구형이다. ㄴ. B 와 C 의주양자수 (n) 는 2 이다. ㄷ. 전자가 B 에서 A 로전이할때가시광선이방출된다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 2 신의한수 실전연습 2- 오비탈 그림은중성원자 X 의 3 가지전자배치를나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, X 는임의의원소기호이다.) ㄱ. X는 2족원소이다. ㄴ. ( 나 ) 는바닥상태의전자배치이다. ㄷ. ( 다 ) 에서 ( 가 ) 로될때방출하는에너지가 ( 다 ) 에서 ( 나 ) 로될때방출하는에너지보다크다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 2 59
Ⅱ 개성있는원소 03. 주기적성질 15, 16 강주기율과원소의주기적성질 01. 주기율표 1. 주기율표의구성 1 주기 (period) : 주기율표의가로줄로서 1주기에서 7주기까지있다. 주기번호는원소의전자껍질수를의미하고같은주기의원소들은같은수의전자껍질 ( 주양자수 ) 을갖는다. 2 족 (group) : 주기율표의세로줄로서 1족에서 18족까지있다. 원소의원자가전자수는족번호의일의자리수와같고같은족의원소들은원자가전자수가같아화학적성질이유사하다. 2. 금속과비금속 : 금속원소는전자를잃기쉬운원소를의미하고비금속원소는전자를얻 기쉬운원소를의미한다. 60 양진석의신의한수화학 11
3. 주기적성질 신의한수 주기율표그림은중성원자 X의 3가지전자배치를나타낸그림은멘델레예프주기율표의일부를나타낸것이다. H=1은 H의원자량이 1이라는것을나타내고,? 는당시발견되지않은원소이다. 질문 1 원소들이원자량이증가하는순으로배열되어있다. 질문 2 8족은비활성기체이다. 질문3 발견되지않은원소의원자량을예측하였다. 정답 1,3 오답 2 61
Ⅱ 개성있는원소 03. 주기적성질 02. 원자반지름 1. 원자반지름원자반지름 : 같은종류의원자가공유결합하였을때두원자의원자핵사이의거리를반으로나눈값으로정의하며공유결합반지름이라고도한다. 전자구름모형에서는원자의경계가명확하지않으므로원자한개를이용하여원자의반지름을구할수없다. 신의한수 원자의크기를결정짓는결정적단서 1. 핵전하량의차이 핵전하량이크다. 원자번호가크다. 원자핵에서잡아당기는인력이크다. 결국원자의크기는작아진다. But 같은주기에서만 = 최외각전자의껍질수가같을때만사용합시다. 제발! 2. 전자껍질수의차이 전자껍질수가많다? 당근!! 원자의크기가크다. 같은족에서, 금속원자와양이온에서만사용하자. 절대!! never!! 핵전하량은생각하지말아라!! 62 양진석의신의한수화학 11
3. 주기적성질 2. 원자반지름의주기성 1 같은주기 : 원자번호가커질수록원자반지름이작아진다. 같은주기원소들은전자껍질수는같고원자번호가증가할수록양성자수가증가하여유효핵전하가증가하므로핵과전자사이의정전기적인력이증가하기때문에원자반지름은작아진다.. 2 같은족 : 원자번호가커질수록원자반지름이커진다. 3. 유효핵전하 같은주기에서의유효핵전하량 1 유효핵전하 : 전자에작용하는실질적인핵전하 수소원자는전자가 1 개밖에없으므로원자핵과전자사이의인력만존재한다. 따라서수소원자에서전자에작용하는핵전하는양성자수에의한핵전하와같다. 예 ) 원자번호가 1 인수소 (H) 원자에서전자에작용하는핵전하는양성자수에의한핵전하그대로 1+ 이다. 전자가 2 개이상인다전자원자에서는전자에작용하는실질적인핵전하를따지려면원자핵과전자사이의인력뿐만아니라전자들사이의반발력도고려해야한다. 한전자에작용하는핵전하는다른전자들과의반발력때문에양성자수에의한핵전하보다작아진다. 즉, 유효핵전하는양성자수에의한핵전하보다작다. 예 ) 원자번호가 6 인탄소 (C) 원자의경우전자에작용하는유효핵전하는양성자수에의한핵전하인 6+ 보다작다. 2 가려막기효과 ( 가리움효과 ) 다전자원자에서전자에작용하는유효핵전하가양성자수에의한핵전하보다작아지는것은다른전자들에의해핵이가려지기때문이다. 이러한현상은자신보다안쪽전자껍질에있는전자들뿐만아니라자신과같은전자껍질에있는다른전자들에의해서도나타나며, 이를가려막기효과라고한다. 63
Ⅱ 개성있는원소 03. 주기적성질 가려막기효과는전자들사이의반발력때문에원자핵과전자사이의실질적인인력이약해지는현상을의미한다. 같은전자껍질에있는전자들에의한가려막기효과는안쪽전자껍질에있는전자들에의한가려막기효과보다작다. 3 원자가전자에작용하는유효핵전하 원자가전자에작용하는유효핵전하가클수록핵과원자가전자사이의인력은증가한다. 원자가전자에작용하는유효핵전하는핵과원자가전자사이의전기적인력과밀접한관련이있으므로원자의반지름이나원자가전자를떼어내는데필요한에너지등에영향을준다. 질소 (N) 원자와산소 (O) 원자의원자가전자에작용하는유효핵전하 : N < O 원자번호가 7 인질소원자와원자번호가 8 인산소원자는둘다바닥상태에서 L 전자껍질까지전자가배치되어있으며, 산소원자는질소원자에비해양성자수와전자수가각각 1 개씩많다. 그런데원자가전자와같은전자껍질에있는전자들의가려막기효과는안쪽전자껍질에있는전자들의가려막기효과보다작으므로원자가전자에작용하는유효핵전하는산소원자가질소원자보다크다. 4 전자수에따른유효핵전하 전자수가증가하면전자들사이의반발력이커지므로유효핵전하는감소한다. 예 ) 플루오린 (F) 원자가플루오린화이온 (F ) 이되면전자수가증가하여전자들사이의반발력이커지므로전자에작용하는유효핵전하가감소한다. 64 양진석의신의한수화학 11
3. 주기적성질 03. 이온반지름 1. 양이온과음이온의반지름 원인 : 전자수감소에의한전자껍질수차이 원인 : 전자수증가로인한반발력 65
Ⅱ 개성있는원소 03. 주기적성질 2. 이온의반지름의주기성 1 같은주기 : 양이온과음이온의반지름은원자번호가클수록작아진다. 원자번호가증가할수록유효핵전하가증가하여핵과전자사이의정전기적인력이증가하기때문. 예 ) 11 Na + > 12 M 2+ > 13 Al 3+, 7N 3 - > 8 O 2 - > 9 F - 2 같은족 : 양이온과음이온의반지름은원자번호가클수록커진다. 원자번호가증가할수록전자껍질수가많아지기때문예 ) 3 Li + < 11 Na + < 9 K +, 9F - < 17 Cl - < 35 Br - 3. 등전자이온의반지름 : 전자수가동일한이온들을등전자이온이라고하는데등전자 이온은원자번호가클수록이온반지름이작아진다. 예 ) 8 O 2- > 9 F - > 11 Na + > 12 Mg 2+ > 13 Al 3+ 4. 중성원자반지름과이온반지름사이의관계 신의한수 원자, 이온의크기 그래프를분석하라 질문 1 전자껍질수에의한영향을찾아라! 질문 2 유효핵전하량에의한영향을찾아라! 질문 3 전자수증가에의한반발력을찾아라 66 양진석의신의한수화학 11
3. 주기적성질 신의한수 실전연습 -Size 그림은원자번호가연속인 2~3 주기임의의원소 A~D 의원자반지름과이온화에너 지를나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, 원자반지름은 18 족을제외한다.) ㄱ. 전기음성도가가장큰원소는 A이다. ㄴ. D와 A는 1:2의입자수비로이온결합화합물을만든다. ㄷ. C 에서순차적으로두번째전자가떨어질때는 s 오비탈에서전자가떨어져나간다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 3 04. 이온화에너지 1. 이온화에너지 : 기체상태의중성원자 1 몰로부터전자를떼어내어기체상태의안정된양 이온으로만드는데필요한에너지 67
Ⅱ 개성있는원소 03. 주기적성질 2. 이온화에너지의주기성 이온화에너지의주기성예외 < 왜이럴까요? > 3. 순차적이온화에너지 : 기체상태의중성원자에서전자를순차적으로떼어낼때필요한 에너지를차례로제 1 이온화에너지, 제 2 이온화에너지, 제 3 이온화에너지라고하며 (E 1, E 2, E 3,...) 로나타낸다. M(g) + E 1 M + (g) + e - (E 1 : 제 1 이온화에너지 ) M + (g) + E 2 M 2+ (g) + e - (E 2 : 제 2 이온화에너지 ) M 2+ (g) + E 3 M 3+ (g) + e - (E 3 : 제 3 이온화에너지 ) 1 차수가증가할수록전자사이의반발력이감소하고전자와원자핵사이의인력이증 가하기때문에순차적이온화에너지는커진다. E 1 < E 2 < E 3... 2 원자가전자를모두떼어내고안쪽전자껍질에있는전자를떼어낼때이온화에너지가급격히증가하므로순차적이온화에너지의크기변화로부터원자가전자의개수를알수있다. n번째전자를떼어낼때이온화에너지 (E n ) 가급격히증가하면원자가전자수는 (n-1) 개이다. 68 양진석의신의한수화학 11
3. 주기적성질 신의한수 순차적이온화에너지자료분석 1 순차적이온화에너지를이용하여원자가전자를예측하자 신의한수 순차적이온화에너지자료분석 2 1 차이온화에너지와 2 차이온화에너지에서벌어지는간격을주목하라! 질문 1 ( 가 ) 에서 A~E 의원소가무엇인지쓰시오 69
Ⅱ 개성있는원소 03. 주기적성질 신의한수 실전연습1 - 순차적이온화에너지다음은몇가지중성원자의바닥상태의전자배치를나타낸것이다. A s s p s p s B s s p s p C s s p s p s 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~C 는임의의원소기호이다.) ㄱ. 제 1 이온화에너지는 A 가 C 보다작다. ㄴ. 제 2 이온화에너지가가장작은원소는 C 이다. ㄷ. 안정한이온에서전자를떼어낼때의에너지는 A 가 C 보다작다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 5 신의한수 실전연습 2- 순차적이온화에너지 그림은원자번호가연속적으로증가하는 2~3 주기원소 A~E 의제 2 이온화 에너지를상댓값으로나타낸것이다. A~E 에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~E 는임의의원소기호이다.) ㄱ. C 와 D 는같은주기원소이다. ㄴ. 제 1 이온화에너지가가장작은것은 C 이다. ㄷ. A 와 C 로이루어진화합물은액체상태에서전기전도성이있다. 1 ㄴ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 5 70 양진석의신의한수화학 11
3. 주기적성질 05. 전기음성도 1. 전기음성도 : 두원자가전자를공유하여결합을형성한분자에서원자가전자쌍을끌어당기는힘을상대적인수치로나타낸것. 1 플루오린 (F) 의전기음성도를 4.0으로정하고이값을기준으로다른원자들의전기음성도를상대적으로정하였다. 2 전기음성도는결합을형성한상태에서원자가전자쌍을자기쪽으로끌어당겨음전하를띠려는경향을나타내는성질로이온화에너지와전자친화도가클수록커지는경향이있다. 2) 전기음성도의주기성 71
필수개념문제 1. 다음은톰슨의원자모형과관련된자료이다. 방전관에들어있는두금속에고전압을걸어주었더니직진하는음극선이관찰되었고, 그림과같이전기장을걸어주었더니음극선이 (+) 극쪽으로휘어졌다. 이를토대로톰슨은 ( ) 전하를띤입자가원자의구성입자임을알았고, 원자는전기적으로중성이므로 (+) 전하를포함하여야한다고추론하였다. 다음중톰슨의원자모형으로가장적절한것은? 1 2 3 4 5 [2016 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ] 답 : 2 톰슨의원자모형톰슨은음극선실험을통해 (-) 전하를띠는입자인전자를발견하였고, 원자핵은러더퍼드의 입자산란실험을통해발견되었다. [ 정답맞히기 ] 2 톰슨의원자모형으로 (+) 전하가고르게분포된공에 (-) 전하를띤전자가박혀있는원자모형이다. [ 오답피하기 ] 1 돌턴의원자모형으로단단하고더이상쪼갤수없는구형의모형이므로전자의존재를설명할수없다. 3~5 는각각러더퍼드의원자모형, 보어의원자모형, 현대적원자모형이다. 72 양진석의신의한수화학 1
Ⅱ. 개성있는원소 2. 표는원자또는이온에대한자료이다. 원자또는이온 질량수 전자수 중성자수 A - 19 10 B 10 10 C 24 12 D 2+ 10 14 A~D에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~D는임의의원소기호이다.) ㄱ. A 와 B 는동위원소이다. ㄴ. B 와 C 는질량수가같다. ㄷ. C 와 D 는양성자수가같다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 2 [ 출제의도 ] 원자및이온구성입자분석하기 원자와이온을구성하는입자수는다음과같다. 구분 질량수 전자수 중성자수 양성자수 A - 19 10 10 9 B 20 10 10 10 C 24 12 12 12 D 2+ 26 10 14 12 A 와 B 는양성자수가다르므로동위원소가아니다. 73
필수개념문제 3. 그림은수소원자의선스펙트럼에서가시광선영역을, 표는파장에해당하는전자전이가 일어날때방출되는빛의에너지를나타낸것이다. 파장 (nm ) 410 486 에너지 (kj / 몰 ) 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, 수소원자의에 너지준위 kj 몰이고, 은주양자수, 는상수이다.) ㄱ. 의전자전이에서방출되는에너지는 보다크다. ㄴ. 이커질수록인접한두전자껍질의에너지차이는감소한다. ㄷ. 파장 434nm 에해당하는에너지는 의 배이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 5 [ 출제의도 ] 수소원자의선스펙트럼분석하기수소원자의선스펙트럼에서가시광선영역은 =3, 4, 5, 6인전자껍질에서 =2 인전자껍질로전자가전이될때나타난다. 2 1 전자전이에서방출되는에너지는자외선영역에해당하므로 보다크다. =5 에서 =2 로전이될 때나타나는 434nm 에서의에너지는 이고, 는 =4 에서 =2 로전이되는에너지로 이다. 434nm 에해 당하는에너지는 의 배이다. 74 양진석의신의한수화학 1
Ⅱ. 개성있는원소 4. 그림은바닥상태원자 ( 가 )~( 라 ) 에대해전자가들어있는오비탈수와홀전자수를나타낸 것이다. ( 가 )~( 라 ) 에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 의전자배치는 1 2 이다. ㄴ. ( 나 ) 와 ( 다 ) 는원자가전자수가같다. ㄷ. 원자번호가가장큰것은 ( 라 ) 이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 1 [ 출제의도 ] 오비탈에의한전자배치를이해한다. 전자배치는 ( 가 ) 가 1 2 2 1, ( 나 ) 가 1 2 2 2 2 2, ( 다 ) 가 1 2 2 2 2 4, ( 라 ) 가 1 2 2 2 2 3 이다. [ 오답풀이 ] ㄷ. 원자번호가가장큰것은 ( 다 ) 이다. 75
필수개념문제 5. 그림은 3 가지원자모형 A~C 를주어진기준에따라분류한것이다. A~C 는각각톰슨, 보어, 현대적원자모형중하나이다 ( 가 )~( 다 ) 에해당하는원자모형으로옳은것은? ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) 1 A B C 2 A C B 3 B A C 4 B C A 5 C A B [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➁ 원자모형비교 A 는현대적원자모형, B 는톰슨의원자모형, C 는보어의원자모형이다. [ 정답맞히기 ] 2 수소원자의선스펙트럼은전자가에너지가낮은전자껍질로전이될때에너지준위차이에해당하는불연속적인에너지의빛만방출하기때문이며, 수소원자의선스펙트럼을설명할수있는원자모형은 A 와 C 이다. 또한전자의존재를확률분포로설명할수있는원자모형은 A 이다. 따라서 ( 가 ) 는 A, ( 나 ) 는 C, ( 다 ) 는 B 이다. 76 양진석의신의한수화학 1
Ⅱ. 개성있는원소 6. 다음은 2~3 주기바닥상태원자 A~D 의전자배치에대한자료이다. 전자가들어있는전자껍질수 :B>A, D>C 전체 오비탈의전자수에대한전체 오비탈의전자수의비 원자 A B C D 전체 오비탈의전자수 전체 오비탈의전자수 1 1 1.5 1.5 A~D 에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~D 는임의의원소기호이다.) ㄱ. 홀전자수는 D 가가장크다. ㄴ. B 와 C 의전자수차는 4 이다. ㄷ. A 가안정한이온이될때전자가들어있는 오비탈의수는커진다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➀ [ 출제의도 ] 바닥상태인원자의전자배치전자가들어있는전자껍질수가 B>A, D>C 이므로 A, C 는 2 주기원소, B, D 는 3 주기원소이다. 2 주기 원소는 1 2 2 전자배치를, 3주기원소는 1 2 2 3 3 의전자배치로나타낼수있다. A와 B는 와 오비탈의전자수가같으므로 2주기원소인 A는 오비탈에 4개의전자가, 3주기원소인 B는 오비탈에 6개의전자가있으며, C와 D는 오비탈에있는전자가 오비탈에있는전자보다 1.5 배많으므로 2주기원소인 C는 오비탈에 6개의전자가, 3주기원소인 D는 오비탈에 9개의전자가있다. 따라서각원자의전자배치는다음과같다. A : 1 2 2 2 2 B : 1 2 2 3, C : 1 2 2, D : 1 2 2 3 3 3 3 [ 정답맞히기 ] ㄱ. 홀전자수는 A 는 2, B 는 0, C 는 0, D 는 3 개이다. [ 오답피하기 ] ㄴ. B 와 C 의전자수차이는 2 개이다. ㄷ. A 가안정한이온이될때 2 오비탈로전자 2 개를받으므로 오비탈수는변하지않는다. 77
필수개념문제 7. 다음은철수가원자반지름의주기적변화를학습한후, 이를토대로가설을세우고자료 분석을수행한결과이다. [ 학습내용 ] 원자반지름은같은주기에서원자번호가클수록작아진다. 그이유는원자핵의전하량이커지기때문이다. [ 가설 ] [ 자료분석결과 ] 이온반지름 : O > F > Na > Mg 이온반지름 : S > Cl > K > Ca 철수가자료분석을통해검증하고자했던가설로가장적절한것은? 1 중성자가많을수록원자반지름은커진다. 2 분자량이클수록원자반지름은작아진다. 3 전자들사이의반발력이클수록원자반지름은커진다. 4 오비탈의수가클수록전자수가같은이온의반지름은작아진다. 5 원자핵의전하량이클수록전자수가같은이온의반지름은작아진다. [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➄ 등전자이온의반지름전자수가같은이온의반지름은원자핵의전하량이클수록원자핵과전자사이의인력이크므로이온반지름이작다. O, F, Na, Mg 은네온 (Ne) 과같은전자배치를가지므로서로전자수가같은이온이며 S, Cl, K, Ca 은아르곤 (Ar) 과같은전자배치를가지므로서로전자수가같은이온이다. [ 정답맞히기 ] 5 자료분석결과에서전자수가같은이온끼리반지름을비교하고있으므로철수가세운가설은 원자핵의전하량이클수록전자수가같은이온의반지름은작아진다 이다. 78 양진석의신의한수화학 1
Ⅱ. 개성있는원소 8. 다음은원자번호가연속인 2주기바닥상태원자 A~D 의자료이며, 원자번호는 D>C>B>A 이다. 원자 A~D의홀전자수의합은 8이다. 전자가들어있는 오비탈의수는원자 C가 B보다크다. A~D 의제 2 이온화에너지 (E ) 를나타낸것으로가장적절한것은? ( 단, A~D 는임의의원 소기호이다.) 1 2 3 4 5 [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➃ 제2 이온화에너지 [ 정답맞히기 ] 4 2주기원소의홀전자수와전자가들어있는 오비탈수는다음과같다. 족 1 2 13 14 15 16 17 18 원소 Li Be B C N O F Ne 홀전자수 1 0 1 2 3 2 1 0 전자가들어있는 오비탈의수 0 0 1 2 3 3 3 3 홀전자수의합이 8 인경우는 B, C, N, O 이거나 C, N, O, F 이다. 그런데전자가들어있는 오비탈의수가 C 가 B 보다크므로 A D 는 B, C, N, O 이다. A~D 의바닥상태전자배치에서제 1 이온화에너지를가하여전자를떼어냈을때의전자배치는다음과같다. 원자 바닥상태전자배치 전자 1개를떼어냈을때의전자배치 A 1 2 2 1 2 B C D 1 2 2 2 1 2 2 3 2 1 2 2 2 3 1 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 전자 1 개를떼어낸후전자배치에서 A 는 2 오비탈에 2 개의전자가있고, B 는 2 오비탈에전자 1 개가있으므로 A 에서두번째전자를떼어낼때가 B 에서두번째전자를떼어낼때보다어려우므로제 2 이온화에너지는 A 가 B 보다크다. 또한원자핵의전하량은 D>C>A 이므로원자핵의전하량이클수록전자를떼어내기가어려우므로제 2 이온화에너지는 D>C>A 이다. 따라서제 2 이온화에너지의크기는 D>C>A>B 이다. 79
필수개념문제 9. 다음은원소 A, B 에대한자료이다. A 는 2 주기, B 는 3 주기원소이다. 그림에서 A 는 A 의원자반지름, B 는 B 의원자반지름이다. 그림에서ᄀ과ᄂ은각각 A 이온의반지름, B 이온의반지름중하나이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은?( 단, A 와 B 는임의의 원소기호이고, 이온은안정한상태이며 18 족원소의전자배치를갖는다.) ㄱ. 원자가전자수는 B 가 A 보다크다. ㄴ. A 이온과 B 이온의전자배치는같다. ㄷ. ᄂ은 B 이온의반지름이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [2016 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ] 답 : 4 같은주기에서원자번호가작을수록원자반지름이크고, 같은족에서원자번호가클수록원자반지름이크다. 2 주기원소인 A 의원자반지름이 3 주기원소인 B 의원자반지름보다크므로 A 는 1 족에가까운원소이고 B 는 17 족에가까운원소이다. 또한주어진그림에서이온반지름ᄀ은 A 와 B 의원자반지름보다작고, 이온반지름ᄂ은 A 와 B 의원자반지름보다크므로 A 는금속원소, B 는비금속원소이다. 주기족 1 2 13 14 15 16 17 2 3 A 는 1 족, 2 족원소중 하나이다. B 는 15, 16, 17 족원소중하나이 [ 정답맞히기 ] ㄱ. A 는 2 주기금속원소, B 는 3 주기비금속원소이므로원자가전자수는 B 가 A 보다크다. ㄷ. ᄂ은 B 의이온반지름이다. [ 오답피하기 ] ㄴ. A 는 2 주기금속원소이므로이온의전자배치는헬륨 (He) 과같고, B 는 3 주기비금속원소이므로이온의전자배치는아르곤 (Ar) 과같다. 다. 80 양진석의신의한수화학 1
Ⅱ. 개성있는원소 10. 그림은원자번호가연속인 2 주기원자 X~Z 의제 1, 제 2 이온화에너지를나타낸것이다. 원자번호는 X<Y<Z 이다. X~Z 로옳은것은? ( 단, X~Z 는임의의원소기호이다.) X Y Z 1 Li Be B 2 Be B C 3 B C N 4 C N O 5 N O F [2016 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ] 답 : 4 순차적이온화에너지 2 주기원소의원자의제 1 이온화에너지는 1 족 <13 족 <2 족 <14 족 <16 족 <15 족 <17 족 <18 족이다. 또한 1 족원소의원자는전자 1 개를잃으면 18 족과같은전자배치를갖게되므로두번째전자를떼어내기가매우어려우므로제 2 이온화에너지가매우크다. [ 정답맞히기 ] 4 제 1 이온화에너지가그림의 X, Y, Z 와같은경향성을나타내는경우는 X, Y, Z 가 1 족, 2 족, 13 족원소의원자이거나 14 족, 15 족, 16 족원소의원자인경우이다. 만일 X, Y, Z 가 1 족, 2 족, 13 족원소의원자라면제 2 이온화에너지는 1 족원소의원자가가장커야하므로주어진그림과맞지않다. 따라서 X, Y, Z 는각각 14 족, 15 족, 16 족원소의원자이므로각각 X 는 C, Y 는 N, Z 는 O 이다. 81
필수개념문제 11. 표는원소 A~E 의전기음성도와안정한이온의반지름을나타낸것이다. 이온의전자배 치는모두네온 (Ne) 과같다. 원소 A B C D E 전기음성도 0.9 1.2 3.0 3.5 4.0 이온반지름 (pm ) 102 72 146 140 133 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~E는임의의원소기호이다.) 1 A는 B보다원자번호가크다. 2 B와 C는같은주기원소이다. 3 C는 D보다원자가전자수가많다. 4 D는 E보다홀전자수가많다. 5 원자가전자가느끼는유효핵전하는 C가가장크다. [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 4 [ 출제의도 ] 전기음성도와이온반지름으로주기적성질분석하기 A~E 는안정한이온의전자배치가네온과같으므로 2 주기비금속혹은 3 주기금속원소이다. 전기음성도와이온반지름을고려하면 A 와 B 는 3 주기금속, C ~E 는 2 주기비금속원소이고족은 A<B, C<D<E 이다. 따라서원자번호는 B >A, 원자가전자수는 D>C, 홀전자수는 D>E, 원자가전자가느끼는유효핵전하는 C<D<E 이다. 82 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 Ⅲ 아름다운분자세계 01 화학결합 02 분자의모양 03 동소체 04 탄소화합물 83
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 18,19 강화학결합 01. 화학결합의성질 1. 이온결합 Tip! 무조건금속과비금속의만남이다.!! 혹시 4단원의산화수를알고있다면산화수를이용하라!! 화학결합에전자가관여한다? : 산화수가변하면전자가관여한것이다. 1) 이온의형성 1 금속원소와비금속원소가접근하면서로전자를주고받아금속양이온과비금속음이온을형성한후이들이온사이에정전기적인력이작용하여결합이형성된다. 이온결합 : 금속양이온과비금속음이온간의정전기적인력에의한결합이다. 2 실제이온결합물질은양이온과음이온이한쌍으로존재하는것이아니라 수없이많은양이온과음이온들이이온결합하여삼차원적으로서로를둘러싸 며배열되어있다. 2) 이온결합물질의화학식 1 이온결합비율을가장간단한정수비로나타낸다. 2 이온결합물질은양이온의총전하량과음이온의총전하량이같게결합하여전기적으로중성이다. ( 양이온의전하 양이온의수 ) + ( 음이온의전하 음이온의수 ) = 0 84 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 이온결합과이온화연습 이런것까지수업해야하는가?? ㅠㅠㅠㅠㅠㅠㅠ 85
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 신의한수 이온결합의형성 < 이온결합의형성과정 > (a) 양이온과음이온의접근 : 멀리떨어져있는양이온과음이온사이에는반발력이작게작용하며두이온이접근할수록정전기적인력이작용하여에너지가감소해안정한상태가된다. (b) 이온결합형성 : 이온간의거리가가까울수록인력과함께반발력도커지게되는데인력과반발력이균형을이루어에너지가가장낮은거리 (r o ) 에서이온결합이형성된다. (c) 양이온과음이온이너무가까운상태 : 두이온사이의거리가너무가까워지면반발력의크기가커져에너지가높아 지므로불안정한상태가된다. < 이온결합력과녹는점 > 이온결합력 : 양이온과음이온사이에작용하는정전기적인력을쿨롱의힘이라고한다. 1 이온결합력의세기 : 양이온과음이온의전하량과이온간거리에영향을받는다. 이온의전하량이클수록결합력이세다. 예 ) MgO > NaF 이온간거리가짧을수록 = 이온반지름이작을수록결합력이세다. 예 ) LiCl > NaCl > KCl 2 이온결합력과녹는점 : 이온결합력이클수록녹는점이높다. 86 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 이온결합의특징 < 이온결합물질의성질 > 1 물에대한용해성 : 극성용매인물에잘녹으며양이온과음이온은물분자에의해둘러싸여용 해 ( 수화 ) 된다. 2 전기전도성 : 고체상태에서는전기전도성이없으나액체상태나수용액상태에서는전기전도성이있다. 이유 : 고체상태에서는이온들이자유롭게이동할수없지만액체나수용액상태에서는이온들이자유롭게이동할수있기때문이다. 3 결정의부스러짐 : 외력을가하면부스러지기쉽다. 이유 : 이온결정에힘을가하면이온층이밀리면서두층의경계면에서같은전하를띤이온들이만나게되어반발력이작용하기때문이다. 4 녹는점 녹는점이비교적높아상온에서고체상태이다. 이유 : 이온간의결합력이세기때문이다. 87
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 신의한수 이온결합실전문제 표는원소 A~E 가이온상태일때의전자배치를나타낸것이다. 이온 전자껍질 오비탈 K L M s s p x p y p z s p x p y p z A, B, C D, E 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~E 는임의의원소기호이다.) ㄱ. A 는 B 보다공유전자쌍수가많다. ㄴ. B 의수소화합물분자에는비공유전자쌍이 2 개존재한다. ㄷ. CD 와 EA 는액체상태에서전기를통한다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 5 [ 정답해설 ] A, B, C 은모두네온 (Ne) 과전자배치가같으므로 A는 F, B 는 O, C 는 Mg이다. D, E 은모두아르곤 (Ar) 과전자배치가같으므로 D는 Cl, E는Ca이다. ㄴ. B 는 O이므로수소원자 2개와공유결합을형성하며비공유전자쌍이 2개존재한다. ㄷ. CD (MgCl ) 와 EA (CaF ) 는이온결합화합물이며, 액체상태에서이온이자유롭게이동할수있으므로전기를통한다. 88 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 02. 공유결합 1. 공유결합 Tip! 무조건비금속과비금속의만남이다.!! 전자를공유한다는것에속지말고전기음성도를기억하라! 전기음성도가큰쪽의원소가전자를더많이가지고있다!! 1) 공유결합의형성 1 공유결합 : 원자들이전자쌍을공유하면서형성되는결합으로비금속원자사이에이루어진다. 2 공유결합과옥텟규칙 : 비금속원자들이서로의홀전자를내놓아전자쌍을이루고이전자쌍을서로공유함으로써비활성기체인 18족원소와같은안정한전자배치를이루게된다. 3 공유전자쌍과비공유전자쌍 공유전자쌍 : 결합에참여한두원자가서로공유하는전자쌍 비공유전자쌍 : 공유결합에참여하지않아한원자에만속해있는전자쌍 4 공유결합화합물 ( 공유결합물질 ): 공유결합에의해만들어진물질 2) 공유결합의표시 1 루이스전자점식 : 원소기호주위에원자가전자를점으로나타낸식 원소기호의위, 아래, 왼쪽, 오른쪽에전자를나타낼때훈트규칙에따라홀전자수가많도록배치한다. 2 구조식 : 비공유전자쌍은생략하고공유전자쌍만을결합선으로나타낸식예 ) Cl-Cl 3) 단일결합과다중결합 1 단일결합 :2 개의원자가전자쌍 1 개를공유함으로써이루어지는결합 예 ) F-F, H-Cl, H-O-H 89
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 2 다중결합 이중결합 :2 개의원자가전자쌍 2 개를공유함으로써이루어지는결합 삼중결합 : 2 개의원자가전자쌍 3 개를공유함으로써이루어지는결합 (4) 배위결합 : 어떤원자가비공유전자쌍을일방적으로제공하여이루어지는공유결합 90 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 공유결합의형성 1 공유결합형성과에너지변화 : 두원자가공유결합을이룰때핵과전자사이에인력과반발력이상호작용한다. 두원자사이의거리가점점가까워지면인력에의해에너지가점차작아지며에너지가가장작을때공유결합이형성된다. 2 공유결합길이와공유결합반지름 공유결합길이 : 두원자가공유결합을이룰때두원자의핵사이의평균거리 공유결합반지름 : 같은원자사이에공유결합을이룰때공유결합길이의절반 3 결합에너지 두원자가공유결합을형성하여안정해지면서방출하는에너지예 ) H(g) + H(g) H 2 (g) + 436 kj/mol 1몰의기체상태의분자에서공유결합을끊어기체상태의원자로만드는데필요한에너지. 예 ) H 2 (g) H(g) + H(g) -436 kj/mol 4 공유결합길이및결합수에따른결합에너지 일반적으로결합길이가짧을수록결합에너지는커진다. 결합수가많을수록결합길이는짧아지고결합에너지는커진다, 91
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 신의한수 공유결합의특징 1 물에대한용해성 : HCl, NH 3 등과같은극성분자는물에잘녹지만물에잘녹지않는물질이 많다. 2 전기전도성 : 고체와액체상태에서전기전도성이없다. ( 단, 흑연, 탄소나노튜브등은예외 ) 이유 : 이온으로구성되어있지않고전자가원자사이에공유되어있거나원자핵에강하게결합되어있어전자들이이동할수없기때문. 이다. 3 녹는점, 끓는점 : 대부분상온에서액체나기체상태이며녹는점과끓는점이비교적낮다. 이유 : 분자사이의인력이대부분약하기때문이다. 92 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 공유결합의실전문제 그림은 2 주기원소로구성된이원자분자 A, B, C 의결합길이와결합에너지 를나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A, B, C 는임의의원소기호이다.) ㄱ. 분자 B 에는다중결합이존재한다. ㄴ. 원자반지름은 A > B > C 이다. ㄷ. 끓는점은 C > B > A 이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 1 [ 정답해설 ] 결합에너지는사실시험범위가아니다. 하지만샘이왜이런문제를확인문제로했울까? 공유결합의기본은분자를그릴수있는가에결정되는것이다. 이문제를통해서보다깊은공유결합의세계로안내하고자하는것이이유니까범위가아니라고 비판하거나욕하지말것!! 93
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 신의한수 전기분해 전기분해를왜할까? 원소를확인하기위해서이다. 전기분해를이해하는요령은다음과같다. 1. 먼저어떤화합물을전기분해하는것인지확인해라! 2. 확인한화합물의양이온과음이온을상상하라 3. (-) 극에서는양이온이끌려오고 (+) 극에서는음이온이끌려온다. 4. 양이온은금속으로석출되고음이온은이원자분자의기체형태로나온다. 단수소이온은분자!! <NaCl 용융액의전기분해 > 질문 1 (-) 극에서의반응식을쓰시오 질문 2 (+) 극에서의반응식을쓰시오 < 황산나트륨수용액의전기분해 > 질문 3 (-) 극에서의반응식을쓰시오 질문 4 (+) 극에서의반응식을쓰시오 질문 5 황산나트륨은뭘까? 94 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 전기분해 - 실전문제 다음은염화나트륨 (NaCl) 과물 (H O) 의전기분해에대한설명이다. 고체염화나트륨은전기분해되지않지만용융시키면전기분해된다. NaCl s 용융 Na s Cl 전기분해 g 순수한물은전기분해되지않지만전해질을첨가하면전기분해된다. H O l 전해질첨가 H 전기분해 g O g 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. NaCl 은이온결합화합물이다. ㄴ. H O 을이루는원자사이의결합에는전자가관여하고있다. ㄷ. 화합물을전기분해하면성분원소로분해할수있다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 5 [ 정답해설 ] 샘의의도는두가지전기분해를동시에물어보고싶었던것이다. 그런데이반응식을보고실험과정이떠오르기를바라는맘이가득하지만과연그렇게될지는!! 95
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 20 강분자의모양 01. 분자모형 1. 분자모양그리기 1) 원자가전자쌍반발이론공유결합분자에서중심원자주위의전자쌍들이정전기적반발력을최소화하기위해가능한한서로멀리떨어져놓이게되는데이러한전자쌍의반발에의해분자구조가결정된다. 이를원자가전자쌍반발이론이라고한다. 1 전자쌍반발원리에의한분자의전자쌍배치 : 전자쌍의수에따라전자쌍의배치가달라져전자쌍사이의반발력이최소가되는구 조로변한다. 2 전자쌍사이의반발력크기 : 비공유전자쌍사이의반발력이공유전자쌍사이의반발력보다크다. 공유결합분자에서한원자에만속해있는비공유전자쌍은서로다른원자사이의공유전자쌍보다주변의공간을더차지하기때문이다. 3 공유전자쌍과비공유전자쌍에의한분자구조의변화 96 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 02. 결합의극성 1. 결합과극성 1) 전기음성도공유결합으로생성된화합물에서각원자가공유전자쌍을끌어당기는힘의크기를상대적으로나타낸값무조건무조건수치는암기해야한다. 암기해보자!! H : Li : Be : B : C : N : O : F : Na : Mg : Al : Cl : Br : 97
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 2) 전기음성도와결합의극성 신의한수 전기음성도와결합의극성 1 무극성공유결합 질문 1 이물질은화합물일까? 순물질일까? 질문 2 무극성공유결합물질두가지만더써보자 질문 3 전기음성도차이는? 2 극성공유결합 질문 3 이물질은화합물일까? 순물질일까? 질문 4 극성공유결합물질두가지만더써보자 질문 5 전기음성도차이는? 98 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 쌍극자모멘트 분자가극성인가? 무극성인가에대한판단은쌍극자모멘트합을보면된다. 1 쌍극자 : 공유결합분자에서전기음성도가큰원자는부분적인 (-) 전하 (δ ) 를띠고전기음성도가작은원자는부분적인 (+) 전하 (δ + ) 를띠는데, 이처럼크기가같고부호가반대인두전하가일정한거리에떨어져부분적인전하를나타내는것을쌍극자라고한다. 2 쌍극자모멘트 (µ): 결합의극성이나분자의극성정도를나타낼때사용되는물리량 쌍극자모멘트의크기 : 분자에서두원자의전하와거리를곱한벡터값 쌍극자모멘트의방향 :(+) 전하로부터 (-) 전하를향한다. 쌍극자모멘트의값이클수록극성이강하므로결합의극성을나타내는척도로사용된다. ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) 질문 1 극성분자와무극성분자를구분하시오 99
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 신의한수 분자모양연습 질문 1 극성과무극성을판단하시오 질문 2 각각의결합각을쓰시오 질문 3 A, B, C 모두 2주기원소이다. A의원소는? ( 가 ) 의결합각은? B의원소는? ( 나 ) 의결합각은? C의원소는? ( 다 ) 의결합각은? 100 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 21 강동소체 01. 탄소관련동소체 1. 탄소의동소체와분자구조 1) 탄소 (C) 의결합수 : 탄소는원자가전자 4개를가지므로다른원자와 4개의공유결합을이룰수있다. 2) 탄소의동소체 1 동소체 : 같은원소로되어있으나원자배열이달라모양과성질이다른홑원소물질 ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) ( 라 ) ( 마 ) ( 가 ) 플러렌 : 축구공모양의매우안정한분자구조 60 개의탄소원자가 20 개의정육각형과 12 개의정오각형모양으로결합 ( 나 ) 흑연 : 1개의탄소원자가 3개의다른탄소원자와이차평면에서정육각형모양으로결합한다. 층상구조 층이밀려부스러지기쉽다. 결합에참여하지않는원자가전자로인해전기가잘통한다. ( 다 ) 다이아몬드 : 1개의탄소원자가 4개의다른탄소원자와정사면체모양으로 삼차원적으로결합한다. 그물구조 매우단단하다. 원자가전자가모두결합에참여하므로전기가통하지않는다. ( 라 ) 탄소나노튜브 : 탄소원자들이정육각형모양으로연결되어 nm 크기의관모양을이룸 강도, 전기전도성, 열전도성이크다. 반도체, 디스플레이에이용되는신소재. ( 마 ) 그래핀 : 흑연에서떼어낸탄소원자한층에해당 탄소원자들이정육각형모양으로연결, 가장얇으면서강도와전기전도성이매 우크다. 101
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 02. 핵산 (DNA) 1) DNA의구조 1 DNA의기본단위 : 당 + 인산 + 염기로구성된뉴클레오타이드 당 : 탄소 5개로구성된 5탄당으로서디옥시리보스 (Deoxyribose) 이다. 인산 : H 3 PO 4 로서약한산성을나타내는물질 염기 : 아데닌 (A), 구아닌 (G), 사이토신 (C), 티민 (T) 으로구성 ( 가 ) : 리보오스 ( 나 ) 염기 2 DNA의이중나선구조 당-인산골격 : 당과인산이교대로결합하여좌우로 2개의긴골격을형성한다. 염기쌍 : 골격안쪽에위치하며수소결합으로두가닥을연결한다. 유전정보저장 이중나선구조 : 뉴클레오타이드가연결된두가닥이나선형으로꼬여있다. 2) DNA 의유전정보전달 :DNA 이중나선구조의사슬이풀어져각각하나의가닥이되고, 풀어진각각의가닥에상보적인새로운염기쌍과새로운골격이만들어지면원래의 구조와똑같은 2 개의이중나선 DNA 가형성됨으로써유전정보가전달된다. 102 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 동소체 - 실전문제 그림은흑연 (C ) 으로그래핀을, 그래핀으로단일벽탄소나노튜브를만드는과정 을나타낸것이다. 세물질의공통점으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. 전기전도성이없다. ㄴ. 다이아몬드의동소체이다. ㄷ. 완전연소생성물은이산화탄소이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 4 [ 정답해설 ] 잘봐어떻게푸는지!! 103
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 22, 23 강탄소화합물 01. 탄소화합물 1. 탄소화합물 : 탄소가탄소나다른원소들과공유결합하여이루어진모든종류의화합물 1) 탄소화합물 1 탄소화합물의다양성 : 유전정보를저장하고있는 DNA, 녹말등의식량, 화석연료, 의류, 대부분의의약품등이모두탄소화합물이다. 2 탄소화합물이다양한이유 : 탄소의원자가전자가 4개이므로탄소 1개가최대 4개의다른원자와다양하게결합할수있기때문이다. 2) 탄화수소의분류 1 탄화수소 : 탄소화합물중탄소 (C) 와수소 (H) 로만이루어진화합물 연소시 CO 2 와 H 2 O이생성된다. 2 구조적특징에따른탄화수소의분류 결합의모양에따른분류 단일결합을기준으로사슬형과고리형을구분하라!!! 사슬형 고리형 104 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 결합의종류에따른분류 단일결합이보이면포화탄화수소이중혹은삼중결합이보이면불포화탄화수소!! 포화탄화수소 불포화탄화수소 벤젠고리의포함여부에따른분류 벤젠의유무에의해서벤젠이있으면방향족! 없으면지방족! 신의한수 탄소화합물분류표 현교육과정에서공부하는것은탄소화합물중탄화수소에해당하는것만공부한다. 105
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 02. 사슬형과고리형의분류 1. 사슬형탄화수소 1) 알케인 (alkane) 1 탄소 (C) 와탄소 (C) 원자사이의결합이모두단일결합으로이루어진사슬모양의포화탄화수소 2 일반식 :C n H 2n+2 3 명명법 : 탄소수를나타내는말의어미에 -에인(ane) 을붙인다. 예 ) 메테인 (CH 4 ), 에테인 (C 2 H 6 ), 프로페인 (C 3 H 8 ), 뷰테인 (C 4 H 10 ) 탄소화합물에서탄소수에따른이름 4 구조 모든알케인을이루는각탄소원자는메테인과같이 109.5 의결합각을가지면서입체구조를이룬다. 모든탄소-탄소결합이단일결합으로이루어져있으므로탄소원자들의회전이자유롭다. 5 성질 화학적으로안정하므로상온에서는쉽게반응하지않는다. 극성이작으므로물에잘녹지않는다. 탄소수가많아질수록분자사이의인력이증가하여녹는점과끓는점이높아진다. 6 구조이성질체 : 분자식은같지만구조식이달라서성질이다른이성질체로, 탄소 수가 4 개이상인알케인은여러가지구조이성질체를가진다. 106 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 2) 알켄 (alkene) 1 탄소 (C) 와탄소 (C) 원자사이에이중결합이포함된사슬모양의불포화탄화수소 2 일반식 :C n H 2n 3 명명법 : 탄소수를나타내는말의어미에 -엔(ene) 을붙인다. 예 ) 에텐 (C 2 H 4 ), 프로펜 (C 3 H 6 ), 뷰텐 (C 4 H 8 ), 펜텐 (C 5 H 10 ) 4 구조 : 알켄의이중결합을이루는두탄소원자에연결된원자들은같은평면에존재하며, 이때탄소의결합각은 120 이다. (3) 알카인 (alkyne) 1 탄소 (C) 와탄소 (C) 원자사이에삼중결합이포함된사슬모양의불포화탄화수소 2 일반식 :C n H 2n-2 3 명명법 : 탄소수를나타내는말의어미에 -아인(yne) 을붙인다. 예 ) 에타인 (C 2 H 2 ), 프로파인 (C 3 H 4 ), 뷰타인 (C 4 H 6 ), 펜타인 (C 5 H 8 ) 4 구조 : 알카인의삼중결합을이루는두탄소원자에연결된원자들은같은직선상에존재하며, 이때탄소의결합각은 180 이다. 107
Ⅲ 아름다운분자세계 01. 화학결합 2. 고리모양탄화수소 1) 사이클로알케인 (cycloalkane) 1 탄소 (C) 와탄소 (C) 원자사이의결합이모두단일결합으로이루어진고리모양의포화탄화수소 2 일반식 :C n H 2n 3 명명법 : 탄소수가같은알케인의이름앞에 사이클로 (cyclo)- 를붙이면되므로 사이클로 (cyclo) -에인(ane) 이된다. 예 ) 사이클로프로페인 (C 3 H 6 ), 사이클로뷰테인 (C 4 H 8 ), 사이클로펜테인 (C 5 H 10 ) 4 성질 : 사이클로프로페인과사이클로뷰테인을제외한사이클로알케인은대부분매우안정하여화학반응을잘하지않는다. 5 사이클로알케인의구조이성질체 : 사이클로알케인과알켄은일반식이 C n H 2n 으로같으므로서로구조이성질체관계이다. 예 ) 사이클로프로페인과프로펜 :C 3 H 6, 사이클로헥세인과헥센 :C 6 H 12 사이클로헥세인 (C 6 H 12 ) 은보트형과의자형의두가지구조를가진다. 2) 사이클로알켄 (cycloalkene) 고리내에이중결합이나삼중결합을갖는고리모양의불포화탄화수소 (3) 방향족탄화수소벤젠고리를포함한탄화수소로, 독특한향이나기때문에방향족탄화수소라고한다. 1 벤젠 : 탄소 (C) 와탄소 (C) 원자사이에단일결합과이중결합의중간적형태의결합을이루는고리모양의불포화탄화수소 2 분자식 :C 6 H 6 6개의탄소원자에수소원자가 1개씩결합되어있다. 3 구조 : 정육각형의평면구조로결합각은 120 이며, 공명구조를하고있어안정하다. 108 양진석의신의한수화학 1
1. 화학결합 신의한수 탄소화합물분류표 표는분자식이 C H 인 2 가지탄화수소 ( 가 ), ( 나 ) 의구조에대한자료이다. 탄화수소 1 개의수소와 결합한탄소수 ( 개 ) 2 개의수소와 결합한탄소수 ( 개 ) 3 개의수소와 결합한탄소수 ( 개 ) ( 가 ) 0 3 0 ( 나 ) 1 1 1 ( 가 ), ( 나 ) 에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. 모두무극성분자이다. ㄴ. 3 개의탄소가이루는결합각은 ( 가 ) 가 ( 나 ) 보다크다. ㄷ. 1 개의분자에있는공유전자쌍의수는서로같다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 3 [ 정답해설 ] ㄱ. 탄화수소는모두무극성분자이다. ㄴ. 3 개의탄소가이루는결합각은 ( 가 ) 는 60, ( 나 ) 는약 120 이다. ㄷ. 분자 1 개에있는공유전자쌍의수는모두 9 개이다. 109
필수개념문제 1. 그림은 XY 의화학결합모형과 ZY 분자의루이스구조식을나타낸것이다. 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, X ~ Z 는임의의원소기 호이다.) ㄱ. X 는 3 주기원소이다. ㄴ. 바닥상태원자의홀전자수는 Y 가 Z 보다많다. ㄷ. XY 는액체상태에서전기전도성이있다. 1 ㄴ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 4 [ 출제의도 ] 화학결합의차이점을이해한다. XY 는이온결합물질, ZY 는공유결합물질이다. ㄱ. X 는 3 주기, Y 는 2 주기원소이다. [ 오답풀이 ] ㄴ. 홀전자수는 Y 가 1, Z 가 2 이다. 110 양진석의신의한수화학 1
3. 탄소화합물 2. 그림은화합물 ABC 의화학결합모형을, 표는화합물 X, Y 의화학식의구성원자수를나타 낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~C 는임의의원소기호이다.) ㄱ. Y 는공유결합화합물이다. ㄴ. 전기전도성은 Y( ) 가 X( ) 보다크다. ㄷ. Y 에서 B 는옥텟규칙을만족한다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] [ 답 : ➂ 이온결합화합물의결합모형과성질화학결합모형에서 A 는 +1 가의양이온이므로전자가 3 개인 Li 이다. B 와 C 는단일결합을이루고있고전체적으로 1 가의음이온이므로 B 는 O, C 는 H 이다. X 는 A 2 개와 B 1 개로구성되어있으므로 A B(Li O) 이고, Y 는 B 1 개와 C 2 개로이루어져 있으므로 C B(H O) 이다. [ 정답맞히기 ] ㄱ. Y 는비금속원소인 O 와 H 가결합하여생성된물질이므로공유결합화합물이다. ㄷ. Y 에서 B 는원자가전자가 6 개이므로 C 2 개와각각단일결합을형성하며, 옥텟규칙을만족한다. [ 오답피하기 ] ㄴ. X 는이온결합화합물이므로액체상태에서이온이자유롭게움직일수있어전기전도성이있다. 그러나 Y 는공유결합화합물로이온으로구성되어있지않으므로액체상태에서전기전도성이없다. 따라서액체상태에서전기전도성은 X( )>Y( ) 이다. 111
필수개념문제 3. 표는 X 용융액과, 소량의 X를첨가한물을각각전기분해할때두전극에서생성되는물질을나타낸것이다. 물질전극 ( ) 극 (+) 극 X 용융액고체 A 기체 B 2 소량의 X 를첨가한물기체 C 2 기체 D 2 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~D 는임의의원소기호이다.) ㄱ. X 는이온결합물질이다. ㄴ. X 를구성하는원소는 A 와 B 이다. ㄷ. 생성되는 C 와 D 의몰수비는 1 : 1 이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ 답 : ➂ [ 출제의도 ] 전기분해로화학결합확인하기ㄱ, ㄴ. X 용융액을전기분해할때고체 A 와기체 B 가생성되었으므로, X 는금속원 소 A 와비금속원소 B 로구성된이온결합물질이다. ㄷ. 소량의 X 를첨가한물을전기분해할때기체 C 와 D 가생성되었으므로, X 는전 해질이고물이전기분해되었다. 따라서 ( ) 극에서 H, (+) 극에서 O 가생성되고 2H O 2H + O 반응에의해생성되는 C 와 D 의몰수비는 2:1 이다. 112 양진석의신의한수화학 1
3. 탄소화합물 4. 다음은 1, 2 주기비금속원소 A ~ C 의원자를루이스전자점식으로나타낸것이다. A ~ C 로이루어진물질에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A ~ C 는임의의원소기호이다.) ㄱ. AC 는공유결합물질이다. ㄴ. BA 3 에서 B 는부분적인음전하를띤다. ㄷ. BC 3 의분자구조는삼각뿔형이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ ][2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 5 [ 출제의도 ] 원자의루이스전자점식을이해한다. ㄱ. 비금속원소끼리는공유결합을한다. ㄴ. 전기음성도는 B 가 A 보다크다. ㄷ. BC 의중심원자에는공유전자쌍 3 개, 비공유전자쌍 1 개가존재한다. 113
필수개념문제 5. 표는원소 X ~ Z 로이루어진 3 원자분자 ( 가 ), ( 나 ) 에대한자료이다. X ~ Z 는각각 H, C, O 중하나이다. 분자 ( 가 ) ( 나 ) 원자수비 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 에는 2 중결합이있다. ㄴ. ( 나 ) 는무극성분자이다. 비공유전자쌍수ㄷ. ( 가 ) 와 ( 나 ) 는 가같다. 공유전자쌍수 1 ㄴ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 4 [ 출제의도 ] 분자의구조와성질을이해한다. ㄱ, ㄷ. ( 가 ) 는 CO, ( 나 ) 는 H O 이다. ( 가 ) 와 ( 나 ) 는각각공유전자쌍수와비공유전 자쌍수가같다. 114 양진석의신의한수화학 1
3. 탄소화합물 6. 그림은 3 가지분자를주어진기준에따라분류하는과정을나타낸것이다. ( 가 )~( 다 ) 에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 에는 3 중결합이있다. ㄴ. 중심원자에존재하는전체전자쌍수는 ( 다 ) 가가장적다. ㄷ. 결합각은 ( 나 ) 가 ( 다 ) 보다크다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 정답 : 3 [ 출제의도 ] 분자의구조와성질을이해한다 ( 가 ) 는 HCN, ( 나 ) 는 OF, ( 다 ) 는 BF 이다. ㄴ. BF 의중심원자에는 3 개의공유전자쌍이있다. [ 오답풀이 ] ㄷ. OF 의분자구조는굽은형이고, BF 의분자구조는평면삼각형이다. 115
필수개념문제 7. 그림은플루오린 (F) 을포함한분자 ( 가 ) ( 다 ) 의쌍극자모멘트와구성원소간의전기음성도차를 나타낸것이다. ( 가 ) ( 다 ) 는각각 XF, YF, ZF 중하나이며, X Z 는 2 주기원소이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, X Z 는임의의원소기호이다.) ㄱ. ( 가 ) 에는극성공유결합이있다. ㄴ. ( 나 ) 는 YF 이다. ㄷ. 전기음성도는 X 가 Z 보다작다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄴ 5 ㄱ, ㄷ [2015 학년도 4 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➃ [ 출제의도 ] 결합의극성이해하기ㄱ, ㄴ. 분자의쌍극자모멘트로부터 ( 나 ) 와 ( 다 ) 는극성분자로 OF, NF 중하나이므로 XF 는 OF 이고, YF 는 NF 이다. 또한구성원소간전기음성도차가 NF >OF 이므 로 ( 나 ) 는 NF, ( 다 ) 는 OF 이다. ( 가 ) 는무극성분자로 BeF, BF, CF 중하나이고, ZF 이어야하므로 CF 이다. ( 가 ) 의 C 와 F 는전기음성도차가 0 이아니므로극성공유 결합을한다. ㄷ. 전기음성도는 O>C 이므로, X 가 Z 보다전기음성도가크다. 116 양진석의신의한수화학 1
3. 탄소화합물 8. 그림 ( 가 ) 는사이클로헥세인, ( 나 ) 는벤젠의구조를나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 와 ( 나 ) 의분자식은같다. ㄴ. ( 가 ) 는입체구조, ( 나 ) 는평면구조를나타낸다. ㄷ. 탄소원자사이결합각은 ( 가 ) 와 ( 나 ) 가같다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄴ 5 ㄱ, ㄷ [ 정답 ] 2 [ 정답해설 ] ㄴ. ( 가 ) 를구성하는중심원자인탄소사이를공유결합으로연결하면의자모양의입체구조를 형성한다. 반면에 ( 나 ) 는중심원자인탄소원자 6 개가 120 의결합각을보이면서같은평면을 이루며, 주변원자인수소역시탄소와같은평면에놓인다. 117
필수개념문제 9. 표는탄화수소분자 ( 가 ), ( 나 ) 에대한자료이다. 탄소수 1 몰을완전연소시킬 때필요한 O 2 의몰수 ( 몰 ) H 원자 3 개와 결합된 C 원자 (-CH 3 ) 수 ( 가 ) 2 3 0 ( 나 ) 3 4.5 1 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 의분자식은 C 2 H 4 이다. ㄴ. ( 나 ) 1 몰을완전연소시키면 H 2 O 1.5 몰이생성된다. ㄷ. ( 나 ) 는고리모양탄화수소이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [[2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 1 [ 출제의도 ] 탄화수소의구조를파악한다. ㄱ. C.H 1 몰을완전연소시킬때 O ( + ) 몰이필요하므로 ( 가 ) 는 C H, ( 나 ) 는 C 3 H 6 이다. [ 오답풀이 ] ㄴ. ( 나 ) 1 몰을완전연소시킬때생성되는 H 2 O 의몰수는 3 몰이다. ㄷ. ( 나 ) 는 CH 3 가존재하므로사슬모양탄화수소이다. 118 양진석의신의한수화학 1
3. 탄소화합물 10. 표는탄소수가 3 개인서로다른탄화수소 ( 가 )~( 라 ) 에대한자료이다. 탄화수소 ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) ( 라 ) H 원자 2 개와 결합된 C 원자의수 1 1 0 3 분자모양사슬모양고리모양사슬모양고리모양 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, ( 가 ) 는포화탄화수소이다.) ㄱ. ( 가 ) 와 ( 나 ) 는분자식이같다. ㄴ. ( 다 ) 는불포화탄화수소이다. ㄷ. ( 라 ) 의탄소원자간결합길이는서로같다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [[2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 4 [ 출제의도 ] 탄화수소의다양한구조이해하기 ( 가 )~( 라 ) 의구조식은다음과같다. ( 가 ) ( 나 ) CH 3CH 2 CH 3 ( 다 ) ( 라 ) CH CCH 3 119
필수개념문제 11. 그림 ( 가 )~( 다 ) 는탄소원자로이루어진물질의구조를모형으로나타낸것이다. 각탄소원자에공유결합하는탄소원자수를비교한것으로옳은것은? 1 ( 가 ) > ( 나 ) > ( 다 ) 2 ( 가 ) > ( 나 ) = ( 다 ) 3 ( 가 ) = ( 나 ) > ( 다 ) 4 ( 나 ) > ( 가 ) = ( 다 ) 5 ( 다 ) > ( 가 ) = ( 나 ) [ 정답 ] 2 [ 정답해설 ] ( 가 ) 는다이아몬드, ( 나 ) 는풀러렌, ( 다 ) 는탄소나노튜브의구조이다. ( 가 ) 는탄소원자 1 개가 4 개의 탄소원자와직접결합한다. ( 나 ) 와 ( 다 ) 는탄소원자 1 개가 3 개의탄소원자와직접공유결합 한다. 따라서탄소원자 1 개와직접결합하는탄소원자의수는 ( 가 )>( 나 )=( 다 ) 이다. 12. 다음은어떤탄소동소체에대한설명이다. 이동소체는흑연에서분리된한층이며, 탄소원자가연결된육각형벌집모양의 2 차원 평면구조이다. 이것은구부릴수있고열과전기전도성이우수하다. 이탄소동소체의구조로가장적절한것은? 1 2 3 4 5 [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➀ 탄소동소체그래핀탄소의동소체는탄소원자만으로이루어진동소체로그래핀, 풀러렌 (C ), 탄소나노 튜브, 다이아몬드등이있다. [ 정답맞히기 ] 1 그래핀은흑연에서분리된한층으로탄소원자가연결된벌집모양의 2 차원평면구조이다. 120 양진석의신의한수화학 1
3. 탄소화합물 Ⅳ 닮은꼴화학반응 01 산화환원반응 02 산과염기의반응 03 중화반응 04 생활속의산과염기 121
Ⅳ 닮은꼴화학반응 01. 산화환원반응 25, 26 강산화, 환원과산화수 01. 산화환원반응 1. 산화수와산화환원반응 1) 산화수 : 물질중의원자가산화되었는지또는환원되었는지를나타내는수 2) 물질에서의산화수결정 1 이온결합화합물 : 물질을구성하고있는각이온의전하가그원자의산화수가된다. 예 ) 염화나트륨 (NaCl) 의경우 : 나트륨의산화수가 +1이고염소의산화수가 -1이다. 2 공유결합화합물 : 공유결합에서는전기음성도가큰원자가공유전자쌍을모두가진다고가정할때주고받는전자의수가산화수이며전자를잃은상태를 (+), 전자를얻은상태를 (-) 로나타낸다. 신의한수 산화수우선순위결정 < 산화수결정 > 산화수우선순위 : 산화수는평균값이다. ex) I - 3 : I 의산화수 : C 6 H 12 O 6 C : H: O : 1순위 : 1족원소 : +1 ex) Na : +1, Li : +1 2족원소 : +2 ex) Mg : +2, Ca: +2 Al : +3 F : -1 2 순위 : H : +1 3 순위 : O : -2 산화수를구해보라! C 2 H 2 C 2 H 4 C 2 H 6 NaH H 2 O 2 122 양진석의신의한수화학 1
1. 산화환원반응 산화수는다양하다. 원자가전자수와산화수의비교 산화수를이용한산화환원 123
Ⅳ 닮은꼴화학반응 01. 산화환원반응 신의한수 산화, 환원판별 < 반응의판별 > 1) 산소에의한판별 : 2) 전자에의한판별 : (3) 수소에의한판별 : 다음중산화 - 환원반응의화학반응식이아닌것은? 1 N H NH 2 CaO SiO CaSiO 3 CuO H Cu H O 4 Fe O C Fe CO 5 Cu AgNO Ag Cu NO 신의한수 산화, 환원 - 실전문제 다음은산화환원반응의화학반응식이다. ( 가 ) Cl + H O HCl + HClO ( 나 ) Al + Ag S Al S + Ag ( ~ 는반응계수 ) 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 에서 H O 은산화된다. ㄴ. ( 나 ) 에서 이다. ㄷ. ( 나 ) 에서 Al 은환원제이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 2 124 양진석의신의한수화학 1
1. 산화환원반응 신의한수 산화수 - 실전문제 다음은이산화황 SO 과관련된 2 가지반응식이다. SO H S S H O SO H O Cl H SO HCl 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. 에서 H S 의 S 은산화수가증가한다. ㄴ. 와 에서 SO 은모두환원제로작용한다. ㄷ. SO 은 Cl 보다더강한산화제이다. 정답ㄱ 신의한수 산화수를이용한계수맞추기실전문제 다음은구리를묽은질산에넣었을때일어나는반응의화학반응식이다. Cu HNO Cu NO xno 가 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. x 는 2 이다. ㄴ. 는 H O 이다. ㄷ. Cu 를산화시킬때 Cu 3 몰당 8 몰의 HNO 이산화제로작용한다. 125
Ⅳ 닮은꼴화학반응 01. 산화환원반응 27, 28 강금속의반응성 01. 금속의반응성 1. 금속의이온화경향도 Tip! 일단무조건암기해야한다. 금속끼리전자를잃어버리는순서가존재한다. 그럼우선순위를따져야하는데위의표를암기하지않으면본질에접근하지못한다. 신의한수 금속의반응성 < 반응의판별 > 여기서모든기술이나온다!~~~~ 질문 1 구리가전자를잃는이유? 질문 2 전자의이동경로에대해서알아보세요 질문 3 이온수에변화에대해서이야기해보세요 126 양진석의신의한수화학 1
1. 산화환원반응 신의한수 금속의반응성 전자는반드시도선을따라움직인다. 전자의흐름에대해서... 도선의의미를파악해보자!!! 반응후질량의크기를비교해봅시다. 신의한수 금속의반응성 금속의반응성에서도양적관계가존재한다? < 자료해설능력키우기 > 화학반응식쓰기 : 반응성의크기비교 : 전하량의크기는? 원자의상대적질량의크기는? 127
Ⅳ 닮은꼴화학반응 01. 산화환원반응 신의한수 금속의반응성그림은금속 A 이온이들어있는수용액에금속 B와 C를순서대로넣었을때, 수용액속에존재하는금속양이온만을모형으로나타낸것이다. 단, 넣어준금속 C 의양은충분하고, 음이온은반응에참여하지않는다. 질문 1 과정 ⑴ 에서금속 B 는산화제이다. 질문 2 금속이온의산화수비는 A:C = 1:2 이다. 질문 3 수용액에금속 B 를넣으면 B 가산화된다. 128 양진석의신의한수화학 1
1. 산화환원반응 신의한수 금속의반응성그림은 XNO 수용액에일정량의금속 Y를넣어반응시킨후충분한양의 Z를넣어주는실험에서시간에따라수용액속에존재하는양이온수를상댓값으로나타낸것이다. 문제의조건 : 이후수용액속에는 Y 의이온과 Z 의이온이 1:2 의개수비로존 재한다. 질문 1 반응성의크기는? 질문 2 주고받은총전자수는? 질문 3 전하량의크기를각각비교하시오 129
Ⅳ 닮은꼴화학반응 01. 산화환원반응 신의한수 금속의반응성 & 양적관계 그림은일정량의묽은염산에금속 A 와 B 를각각 xg 씩넣고반응시킬때용액 속의이온수변화를나타낸것이다. 문제의조건 : 1. 묽은염산은반응하기충분한양이다. 2. A 와 B 의안정한이온은각각 +2 가, +3 가이다. 질문 1 A와 B의원자량비는 8 : 9이다. 질문 2 P점에서수소이온과 B 이온의개수는같다. 질문 3 A와 B가모두반응할때발생한수소기체의몰수비는 3 : 4이다. 130 양진석의신의한수화학 1
1. 산화환원반응 02. 금속의부식 1. 철의부식과부식방지법 1) 철의부식철이공기중의산소, 물과반응하여전자를잃고붉은녹 (Fe 2 O 3 3H 2 O) 을생성하는현상 1 철의부식조건 : 산소 ( 공기 ), 물 2 철의부식과전해질 : 물에전해질이녹아있으면철의부식이더빨리일어난다. 이온이이동하면서전자의이동을촉진시키기때문에 신의한수 철의부식과부식방지반응의모든것을보여주마! 1. 기름칠, 페인트칠 2. 합금과도금 3. 부동태 4. 음극화보호 접촉차단법, 희생금속법, 금속성질의변화 131
Ⅳ 닮은꼴화학반응 01. 산화환원반응 신의한수 금속의반응성과부식방지 그림, 와같이금속 A 와 B, 금속 B 와 C 를부착하여각각소금물에넣어두었 더니, 에서는소금물속에 A 이 에서는 B 이생성되었다. 금속 A~C 에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~C 는임의의원소기호이다.) ㄱ. A 는 B 보다산화되기쉽다. ㄴ. 반응성이가장작은것은 B 이다. ㄷ. 금속 A 와 C 를부착하여소금물에넣어두면 C 이온이생성된다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 1 [ 정답해설 ] ㄱ. 의소금물속에 A 만생성되었으므로반응성크기는 A > B이다. 따라서, A는 B보다산화되기쉽다. ㄴ. 의소금물속에 B 만생성되었으므로반응성크기는 B > C이다. 따라서, 금속의반응성은 A>B>C 이다. ㄷ. 금속의반응성이 A > C이므로 A와 C를부착하여소금물에넣어두면 A 이생성된다. 132 양진석의신의한수화학 1
1. 산화환원반응 29 강알칼리금속 & 할로젠원소 01. 알칼리금속 신의한수 알칼리금속정리알칼리금속 1. 1족원소 (H제외 ) 2. 특징 3. 반응성의크기비교 4. 녹는점의크기비교 5. 물과의반응 133
Ⅳ 닮은꼴화학반응 01. 산화환원반응 02. 할로젠의반응 1. 할로젠 Tip! 할로젠의반응성은전자를가지고오는것이다. 할로젠화이온이존재하는수용액속에반응성이상대적으로큰할로젠분자를넣고반응시키면반응성이큰할로젠원소는전자를얻어환원되고수용액속의할로젠화이온은전자를잃고산화된다. 신의한수 할로젠원소, 할로젠의반응 할로젠분자의색깔암기 플루오린 : 염소 : 브로민 : 아이오딘 : 질문 1 반응 2 에서산화되는물질은? 질문 2 반응 3 에서산화수변화는? 134 양진석의신의한수화학 1
1. 산화환원반응 신의한수 할로젠원소 - 실전문제 표는할로젠 X 와 Z 에할로젠화칼륨 KX 과 KY 수용액을각각넣었을때의반 응결과를나타낸것이다. 구분 KX aq KY aq X - Z ( 가 ) (- : 실험안함, : 반응함, : 반응안함 ) 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, X ~Z는 Cl, Br, I 중하나이다.) ㄱ. 반응성은 X 가 Y 보다크다. ㄴ. 전기음성도는 X Y Z 이다. ㄷ. ( 가 ) 에서산화환원반응이일어난다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 3 [ 정답해설 ] ㄱ. X 와 KY 수용액이반응하는것으로보아 X 는전자를얻고환원되며, Y 은전자를잃고산화된다. 반응성이큰할로젠은전자를얻고쉽게환원된다. 따라서할로젠의반응성은 X 가 Y 보다크다. ㄴ. 반응성순서로볼때 X 는 Cl, Y 는 Br, Z 는 I 이며, 전기음성도는 X > Y > Z 이다. 135
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 30,31 강산과염기의반응 01. 산과염기 1. 산의성질 Tip! 강산과약산은이온화도를중심으로개졈을잡아햐한다는것! 1) 산 : 수용액에서수소이온 (H + ) 을내놓는물질예 ) 염산 (HCl), 질산 (HNO 3 ), 황산 (H 2 SO 4 ), 아세트산 (CH 3 COOH) 2) 산의공통적인성질 ( 산성 ) 1 신맛이난다. 2 수용액에서전류가흐른다. 3 지시약의색깔변화가같다. 페놀프탈레인용액 메틸오렌지용액 BTB 용액 산성중성염기성 4 수소보다반응성이큰금속과반응하여수소기체를발생시킨다. 예 ) Mg + 2HCl MgCl 2 + H 2 5 탄산염과반응하면이산화탄소기체가발생한다. 예 ) 2HCl + CaCO 3 CaCl 2 + H 2 O + CO 2 (3) 산의이온화 산은물에녹아양이온인수소이온 (H + ) 과음이온으로이온화된다. 136 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 2. 염기의성질 1) 염기 : 물에녹아수산화이온 (OH ) 을내놓는물질 예 ) 수산화나트륨 (NaOH), 수산화칼륨 (KOH), 수산화칼슘 (Ca(OH) 2 ) 2) 염기의공통적인성질 ( 염기성 ) 1 쓴맛이난다. 2 수용액에서전류가흐른다. 3 단백질을녹이는성질이있으므로손이나피부에묻으면미끈거린다. 4 지시약의색깔변화가같다. (3) 염기의이온화 염기는물에녹아양이온과음이온인수산화이온 (OH ) 으로이온화된다. 137
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 3. 산의세기와염기의세기 이온화하여수소이온 (H + ) 을내놓는정도에따라강산과약산으로구분된다. 이온화하여수산화이온 (OH ) 을내놓는정도에따라강염기와약염기로구분된다. 신의한수 강산과약산의구별 이온화와전류와의관계 질문 1 HA 가강산이라면풍선의모양은? 질문 1 강산과약산을구별하시오 질문 2 이온화도가큰것을고르시오 신의한수 강산과약산구별 그림 ~ 는 25 에서 2 가지산 HA, HB 수용액 10 ml 와염기 COH 수용액 20 ml 의모형을나타낸것이다. 질문 1 금속 Mg 을넣었을때수소기체가나오는곳은? 질문 2 ( 가 ) 를완전중화시키기위해필요한 ( 다 ) 의양은? ( 나 ) 를완전중화시키기위해필요한 ( 다 ) 의양은? 138 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 신의한수 강산과약산구별 - 실전문제그림은 25 에서산 HA, HB, HC 0.1몰씩을각각물에녹여 1 L 의용액을만들었을때, 이온화하지않고용액속에존재하는분자의수를용해시킨용질의총분자수에대한백분율로나타낸것이다. 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~C 는 임의의원소기호이다.) ㄱ. 물에대한용해도는 HB 가 HA 보다크다. ㄴ. 수용액의 ph 는 HC 가 HB 보다크다. ㄷ. HB 수용액이 HA 수용액보다석회석조각과더격렬하게반응한다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [ 정답 ] 4 [ 정답해설 ] ㄴ. 수용액속에들어있는 H 의농도가클수록강한산이며 ph 가작을수록강한산이므로, 수용액의 ph 는 HB <HC <HA 이다. ㄷ. 석회석의주성분은탄산칼슘이고산의 H 과반응하여이산화탄소기체를발생한다. 따라서 H 수가많은산일수록반응성이크므로반응성은 HA<HB 이다. CaCO s H Ca CO H O 139
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 02. 산과염기의정의 1. 아레니우스정의 Tip! 물은기준이다. 물에녹아서수소이온 (H + ) 을내놓는물질을산이라한다. 1) 산 : 수용액에서 1 산 : 수용액속에서수소이온 (H + ) 을내놓는물질 2 염기 : 수용액속에서수산화이온 (OH - ) 을내놓는물질 3 아레니우스정의의한계 수용액속에서만적용된다는한계가있다. 수용액에서수소이온 (H + ) 이나수산화이온 (OH - ) 을내놓지않는물질에는적용할수없다. 예로암모니아 (NH 3 ) 는염기지만 OH - 을내놓지않으므로아레니우스의정의로는설명할수없다. 2) 브뢴스테드-로우리의산 염기정의 Tip! 기준은수소이온 (H + ) 을내놓는물질을산이라한다. 1 산 : 수소이온 (H + ) 을내놓는분자또는이온 양성자 (H + ) 주개 2 염기 : 수소이온 (H + ) 을받아들이는분자또는이온 양성자 (H + ) 받개 3 브뢴스테드 -로우리정의의한계 : 산이반드시이온화할수있는수소를포함해야함 (3) 루이스의산 염기정의루이스정의에의한산 - 염기구분 Tip! 기준은비공유전자쌍이다.. 1 산 : 다른물질의전자쌍을받아들이는물질 전자쌍받개 2 염기 : 다른물질에게전자쌍을내놓는물질 전자쌍주개 140 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 신의한수 산과염기의확장된정의다음은산과염기가생성되는 3가지반응의화학반응식이다. ( 가 ) H g Cl g HCl g ( 나 ) N g H g NH g ( 다 ) Na s H O l NaOH aq H g 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? 질문 1 ( 가 ) 에서 H 는산화제이다. 질문 2 ( 나 ) 에서 N 의산화수는 0 에서 3 으로감소한다. 질문 3 ( 나 ) 와 ( 다 ) 에서아레니우스염기가생성된다. 신의한수 산과염기의확장된정의다음은몇가지화학반응에대한설명이다. ( 가 ) 암모니아 (NH ) 를물에녹였더니 NH 가생성되었다. ( 나 ) 아세트산 (CH COOH) 을물에녹였더니 H O 가생성되었다. ( 다 ) 글라이신 (NH CH COOH) 을산성용액에넣었더니 H N CH COOH가생성되었다. 질문 1 ( 가 ) 에서암모니아는브뢴스테드 - 로우리염기로작용하였다. 질문 2 ( 나 ) 에서아세트산은브뢴스테드 - 로우리산으로작용하였다. 질문 3 ( 다 ) 에서글라이신은아레니우스산으로작용하였다. 질문 4 각각의구조를그리시오 NH NH CH COOH H O NH CH COOH 141
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 신의한수 산과염기의확장된정의 - 실전문제다음은 2가지물질의물과의반응식을나타낸것이다. ( 가 ) HCN H O CN H O ( 나 ) CH NH H O CH NH OH 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 에서 HCN 는브뢴스테드 - 로우리산이다. ㄴ. ( 나 ) 에서 CH NH 은아레니우스염기이다. ㄷ. ( 나 ) 에서 H O 은브뢴스테드 - 로우리염기이다 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ 질문 1 다음화합물의구조를그리시오 HCN의 CH NH CH NH [ 정답 ] 1 [ 정답해설 ] ㄱ. ( 가 ) 에서 HCN는 H O에게양성자 (H ) 를주므로 HCN는브뢴스테드-로우리산이고 H O은브뢴스테드-로우리염기이다. 142 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 32, 33 강중화반응 01. 중화반응 1. 지시약과 ph 1) 지시약 : 용액의액성을구별하는데쓰이는물질로, 액성에따라지시약의색깔이변한다. 2) ph( 수소이온농도지수 ): 수용액속에들어있는수소이온 (H + ) 의농도를간단히나타내는수치 1 0~14의값을가지며, ph가 1만큼작아지면 H + 의농도가 10배커진다. 2 용액속의 H + 의농도가클수록 ph가작아지고, ph가작을수록산성이강하다. 3 ph < 7: 산성, ph = 7: 중성, ph > 7: 염기성 4 ph의측정 : 만능 ph 시험지나 ph 미터로측정한다. 2. 중화반응 : 산과염기가반응하여물과염이생성되는반응 HCl NaOH H O NaCl 1) 중화반응의이온수변화 HCl + NaOH H O + NaCl 2HCl + Ca OH 2H O + CaCl 이온개수변화 전체이온수변화 143
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 2) 중화반응에서온도변화 1 일정량의염기에산을가하면서중화시키는경우 : 산을가할수록온도가점점높아지다가, 완전중화되어중성이되는부분에서온도가가장높아진다. 2 서로다른부피의산과염기를혼합하여중화시키는경우 : 반응하는 H + 과 OH - 이가장많을때와부피의합이가장작을때온도가가장높다. 온도가올라가는이유를증명해보자!! HCl + NaOH H O + NaCl (3) 중화반응에서전기전도성 전류가떨어지는이유를증명해보자!! HCl + NaOH H O + NaCl 144 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 신의한수 중화반응 Case -1 그림은묽은염산 (HCl) 20 ml 에수산화나트륨 (NaOH) 수용액을가할때, 혼합용 Na 수액의 Cl 를 NaOH 수용액의부피에따라나타낸것이다. 4) 수 Tip 무조건전체반응식을써야한다. 질문 1 전체이온수는 A=B 이다. 질문 2 혼합용액의온도는 B>C 이다. 질문 3 전기전도도는 A>B이다. 신의한수 중화반응 Case 2 그림은 30ml의강산 HA 와같은부피의강염기 BOH 을혼합하였을떄의반응을모형으로나타낸것이다. 질문 1 는수소이온 (H ) 이다. 질문 2 같은전압을걸었을때전류의세기는 ( 가 ) 가 ( 다 ) 보다크다. 질문 3 A 수혼합용액 ( 다 ) 에용액 ( 나 ) 10ml를더가해도 는일정하다. 전체이온수 질문 4 ( 다 ) 의부피는 60mL 보다약간크다. 145
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 신의한수 중화반응 Case 3 그림은 HCl 수용액 10mL 와 Ca OH 수용액 10mL 의혼합용액을이온모형으로 나타낸것이다. 혼합용액의액성은산성이다. 문제의조건 : 은임의의이온을나타내고, HCl 와 Ca OH 은물에 녹아 100% 이온화한다. 질문 1 과은양전하를띤이온이다. 질문 2 혼합용액에 Ca OH 수용액 5mL 를더넣으면중성용액이된다. 질문 3 혼합전같은부피의 HCl 수용액과 Ca OH 수용액에들어있는총이온수의비 는 HCl : Ca OH = 2 : 1 이다 146 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 신의한수 중화반응 Case 4 비법공개 남은이온수 = 비한계반응물 생성물의양 남은물질의양 한계반응물 비한계반응물 H Cl Na OH H O Na Cl 반응전 5mol 10mol 반응반응후 이온수 확인 H + Cl - Na + OH - Na + Cl - 표는 HA 수용액과 BOH 수용액을서로다른부피로혼합한수용액 ( 가 )~( 다 ) 에서전 체음이온수와생성된물분자수를나타낸것이다. 혼합용액 혼합한용액의부피 (ml) 전체생성된물 HA(aq) BOH(aq) 음이온수분자수 ( 가 ) 5 15 ᄀ N ( 나 ) 10 10 2N N ( 다 ) 15 5 3N ᄂ 표보는꿀 tip 147
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 신의한수 중화반응 Case 4 표는 HA 수용액과 BOH 수용액을서로다른부피로혼합한수용액 ( 가 )~( 다 ) 에서전 체음이온수와생성된물분자수를나타낸것이다. 혼합용액 혼합한용액의부피 (ml) HA(aq) BOH(aq) 전체 음이온수 생성된물 분자수 ( 가 ) 5 15 ᄀ N ( 나 ) 10 10 2N N ( 다 ) 15 5 3N ᄂ 질문 1 ᄀ + ᄂ =2N 이다. 질문 2 전체양이온수는 ( 다 ) 가 ( 가 ) 의 2 배이다. 질문 3 혼합전단위부피당용액의총이온수비는 HA(aq) : BOH(aq)=2 : 1 이다. 질문 3 온도가가장높을것으로예상되는용액은? 148 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 신의한수 중화반응 Case 5 표는 HCl(aq) 과 NaOH(aq) 의부피를달리하여혼합한용액 ( 가 ), ( 나 ) 에대한자료이다. 5) 용액 ( 가 ) ( 나 ) 혼합전각용액의 부피 (ml) HCl(aq) 10 20 NaOH(aq) 20 10 혼합후용액에존재하는 양이온의모형 질문 1 혼합용액 ( 가 ) 에서음이온수의비는 Cl : OH = 3 : 1 이다. 질문 2 혼합후생성된물분자수는 ( 가 ) 가 ( 나 ) 의 2 배이다. 질문 3 혼합용액 ( 가 ) 와 ( 나 ) 를섞은용액에 Mg 을넣으면수소기체가발생한다. 149
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 34 강생활속의산과염기 01. 아미노산 필수아미노산인체에서단백질을만들기위해서는 20개의아미노산이필요한데, 이중 12 개의아미노산은인체내에서합성이가능하다. 나머지 8개의아미노산은음식물을통해섭취해야하는데이를필수아미노산이라한다. 1 중심탄소에염기성인 NH ( 아미노기 ) 와산성인 COOH( 카복시기 ) 를동시에갖는양쪽성화합물로, 단백질의기본단위이다. 2 수용액상태에서 COOH 는수소이온을내놓아산성을나타내고, NH 는수소이온을받아서염기성을나타낸다. 150 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 02. DNA 1 뉴클레오타이드가단위체로중합되어형성된이중나선구조의고분자물질이다. 2 뉴클레오타이드 : 인산 : 당 : 염기 = 1 : 1 : 1 로이루어져있다.( 인당염 ) 3 인산의구조와역할ᄀ인은 오비탈을사용하여확장된옥텟규칙을따른다.( 옥텟규칙을만족하지않는다.) ᄂ인산에있는 2개의 -OH는당-인산이온뼈대를구성한다. ᄃ인산에있는나머지 -OH에서수소가이온화하여핵산의표면이 (-) 전하를띠므로물에녹아서세포내에서기능할수있다. 4 염기의결합ᄀ DNA 의이중나선구조의안쪽에위치하며, 각염기사이에는수소결합이형성된다. ᄂ염기의상보적결합 : DNA 의염기는항상 A-T, G-C의쌍으로결합한다. DNA와 RNA RNA는DNA와달리단일가닥으로이루어져있으며, DNA 의티민대신에구조적으로비슷한유라실 (U) 이염기로들어가므로 RNA를구성하는염기는 A, U, G, C이다. 151
Ⅳ 닮은꼴화학반응 02. 산과염기의반응 참고자료 : ATP 의구조 광합성과정이나세포에서포도당이나지방산의대사과정에서는고에너지물질인아데노신삼인산 (ATP) 이만들어진다. 그림과같이 ATP에는 (-) 전하를갖는인산염 3개가한분자내에결합되어있어에너지가높은상태이다. 이처럼전기적반발력을극복하고인산이온 3개를결합시키려면에너지가필요한데광합성에서는빛에너지를, 호흡과정에서는산화반응을통한에너지를사용하여인산결합을만든다. ATP는다시아데노신이인산 (ADP) 과인산수소이온 (HPO 2-4 ) 으로분해되면서저장된에너지를방출하게된다. 신의한수 강산과약산구별 다음은아미노산인알라닌에 X 수용액을첨가하기전과후의구조식을나타낸것 이다. 6) 질문 1 X 수용액은염기성이다. 질문 2 결합각은 < < 이다. 질문 3 위반응에서 ( 가 ) 는브뢴스테드 - 로우리산으로작용한다. 질문 4 ᄀ의원자 4 개는동일평면에있다. 질문 5 ( 나 ) 에는비공유전자쌍이 2 개있다. 152 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 신의한수 강산과약산구별 그림 ( 가 ) 와 ( 나 ) 는 DNA 를구성하는염기인구아닌과사이토신의구조식을나타 낸것이다. 질문 1 ( 가 ) 는 DNA 에서당과결합한다. 질문 2 ( 나 ) 에는 5 개의비공유전자쌍이있다. 질문 3 ( 가 ) 와 ( 나 ) 는 DNA 의이중나선구조에서짝을지어수소결합을한다. 153
필수개념문제 1. 다음은산화환원반응의화학반응식이다. ( 가 ) Cl + H O HCl + HClO ( 나 ) Al + Ag S Al S + Ag ( ~ 는반응계수 ) 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 에서 H O 은산화된다. ㄴ. ( 나 ) 에서 이다. ㄷ. ( 나 ) 에서 Al 은환원제이다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015학년도 7월고3 전국연합학력평가문제지 ] 답 2 [ 출제의도 ] 산화환원반응식이해하기 ( 가 ) 에서 H 2O의 H원자와 O원자의산화수는반응후에도변하지않기때문에 H 2O은산화되거나환원되지않는다. ( 나 ) 의완성된화학반응식은 2Al+3Ag 2S Al 2S 3+6Ag 이므로 이다. Al은산화되어 Ag 2S을환원시키므로환원제이다. 154 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 2. 다음은산성비와관련된반응의화학반응식이다. ( 가 ) 2NO + O 2NO ( 나 ) 2NO + H O HNO + HNO ( 다 ) HNO + H O H O + NO ( 가 )~( 다 ) 중산화환원반응만을있는대로고른것은? 1 ( 가 ) 2 ( 다 ) 3 ( 가 ), ( 나 ) 4 ( 나 ), ( 다 ) 5 ( 가 ), ( 나 ), ( 다 ) [2016 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ] 답 : 3 산화환원반응원자의산화수가증가하거나감소하는반응은산화환원반응이다. 또한대부분의화합물에서 H 의산화수는 +1 이고, O 의산화수는 2 이다. [ 정답맞히기 ] 3 ( 가 ) 와 ( 나 ) 의산화수변화를나타내면다음과같다. ( 가 ) 2NO + O 2NO ( 나 ) 2NO + H O HNO + HNO 따라서 ( 가 ) 와 ( 나 ) 는산화환원반응이다. [ 오답피하기 ] ( 다 ) 는원자의산화수변화가없으므로산화환원반응이아니다. 155
필수개념문제 3. 다음은다이크로뮴산나트륨 (Na Cr O ) 과탄소 (C) 가반응하는산화환원반응의화학반응 식이다. Na Cr O + 2C Cr O + Na CO + CO ᄀᄂᄃ 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ᄀ은산화제이다. ㄴ. Cr 의산화수는 +6 에서 +3 으로감소한다. ㄷ. ᄂ과ᄃ의산화수는같다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄴ 5 ㄴ, ㄷ [2016 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ] 답 : 2 출제의도 ] 산화환원반응화합물에서 Na 의산화수는 +1, O 는 2 이며, 주어진반응의산화수변화는다음과같다. Na Cr O + 2C Cr O + Na CO + CO [ 정답맞히기 ] ㄴ. Cr 의산화수는 +6 에서 +3 으로감소한다. [ 오답피하기 ] ㄱ. ᄀ C 는자신은산화되면서 Cr 을환원시켰으므로환원제이다. ㄷ. Na CO 에서 Na 의산화수는 +1, O 의산화수는 2 이고화합물을구성하는원자의산화수의합은 0 이므로 (+1 2)+(C 의산화수 )+(-2 3)=0 이므로ᄂ C 의산화수는 +4 이다. ᄃ C 의산화수는 +2 이므로ᄂ과ᄃ의산화수는같지않다. 156 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 4. 그림은금속 A 이온이녹아있는수용액에금속 B 를넣어반응시켰을때, 반응한 B 원자수 에따른수용액의전체금속이온수를나타낸것이다. 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, 음이온은반응에참여하지않으며, A, B 는임의의원소기호이다.) ㄱ. A 가 B 보다산화되기쉽다. ㄴ. ( 가 ) 에서 A 이온수와 B 이온수는같다. ㄷ. B 이온의산화수는 A 이온의산화수의 2 배이다. 1 ㄴ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄱ, ㄷ 5 ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 1 [ 출제의도 ] 금속이온과금속의반응을이해한다. ㄴ. ( 가 ) 에서반응한 B 원자수가 2N 이고, 수용액의전체금속이온수가 4N 이므로, 수용액에서 A 이온수와 B 이온수는 2N 으로같다. [ 오답풀이 ] ㄷ. 반응한 B 원자수가 2N 일때감소한 A 이온수는 6N 이므로, B 이온의산화수는 A 이온의산화수의 3 배이다. 157
필수개념문제 5. 그림은일정량의금속 C 이온수용액이들어있는두용기에금속 A, B 분말을각각넣었을 양이온수때, 넣어준금속의질량에따른용액의 를나타낸것이다. 음이온수 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ( 단, A~C 는임의의 원소기호이다.) ㄱ. 원자량은 B 가 A 보다크다. ㄴ. 용액의밀도는 ( 가 ) 가 ( 나 ) 보다크다. ㄷ. 금속이온의산화수는 A 가 C 보다크다. 1 ㄱ 2 ㄷ 3 ㄱ, ㄴ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [[2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 1 [ 출제의도 ] 금속의반응성분석하기 A~C 금속의이온전하크기가각각 ~ 라면, C +3A C+3A, C + B C+ B 가성 립해야하므로 =1 : 2 : 3 이된다. 금속 A 와 B 의원자량을각각 M A, M B 라고하면 MB>3M A 이 므로 M B >2M A 가되어 M B >M A 이다. 반응이완결될때까지넣어준금속의질량이 ( 나 )>( 가 ) 이므로, 용액의밀도는 ( 나 )>( 가 ) 이다. 금속이온의산화수는이온의전하와같으므로산화수는 C>B>A 이다. 158 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 6. 다음은금속 A~C 의산화환원반응실험이다. [ 실험과정 ] ( 가 ) 두금속 A 와 B 가들어있는비커에 C+( ) ml 를넣어반응시킨다. ( 나 ) 과정 ( 가 ) 의비커에 C+( ) ml 를더넣어반응시킨다. ( 다 ) 과정 ( 나 ) 의비커에 C+( ) ml 를더넣어반응시킨다. [ 실험결과 ] A 가모두산화된후 B 가산화되었다. ( 가 )~( 다 ) 에서반응후용액속의양이온종류와수 ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) 양이온종류 A, B A, B A, B, C 양이온수 ( 상댓값 ) 6 11 24 반응전 A에대한 B의몰수비 ( B의몰수 ) 는? ( 단, 음이온은반응하지않는다.) A의몰수 1 1 2 1.5 3 2 4 2.5 5 3 [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➄ 금속과금속이온의반응과양적관계 대단히어렵지만중요한문제입니다. 저의풀이과정을보면서공부해보세요 159
필수개념문제 7. 다음은산염기반응의화학반응식이다. ( 가 ) HF( ) + H O( ) F ( ) + H O ( ) ( 나 ) CO ( ) + H O( ) HCO ( ) + OH ( ) ( 다 ) CH NH ( ) + HCl( ) CH NH ( ) + Cl ( ) 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 에서 HF 는아레니우스산이다. ㄴ. ( 나 ) 에서 H O 은브뢴스테드 - 로우리염기이다. ㄷ. ( 다 ) 에서 CH NH 은루이스염기이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 7 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] [ 답 : 3 [ 출제의도 ] 산염기정의적용하기 ( 가 ) 의 HF 는수용액에서 H + 을내놓으므로아레니우스산이다. ( 나 ) 의 H 2 O 은 CO 3 2- 에게 H + ( 양성자 ) 을제공하므로브뢴스테드 - 로우리산이다. ( 다 ) 의 CH 3NH 2 의 N 가비공유전자쌍을 HCl 에제공하므로루이스염기이다. 160 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 8. 다음은 3 가지산염기반응의화학반응식이다. ( 가 ) CH COOH( ) + H O( ) H O ( ) + CH COO ( ) ( 나 ) BF ( ) + F ( ) BF ( ) ( 다 ) HF( )+HCO ( ) H CO ( ) + F ( ) 이에대한설명으로옳은것만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. ( 가 ) 에서 CH COOH 은아레니우스산이다. ㄴ. ( 나 ) 에서 BF 는루이스산이다. ㄷ. ( 다 ) 에서 HCO 은브뢴스테드 - 로우리염기이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2016 학년도대학수학능력시험 9 월모의평가 ] 답 : 5 산과염기의정의 [ 정답맞히기 ] ㄱ. ( 가 ) 에서 CH COOH 은물에녹아수소이온 (H ) 을내놓았으므로아레니우스산이다. ㄴ. ( 나 ) 에서 BF 는 F 의비공유전자쌍을받아결합하였으므로루이스산이다. ㄷ. ( 다 ) 에서 HCO 은 HF 의양성자 (H ) 를받아 H CO 이되었으므로브뢴스테드 - 로우리염기이다. 161
필수개념문제 9. 표는묽은염산 HCl xml 에수산화나트륨 NaOH 수용액을부피를달리하여혼합한 용액 ~ 에존재하는이온수의비율을이온의종류에관계없이나타낸것이다. 용액 와 의액성은염기성이다. ᄀ에해당하는것으로가장적절한것은? [ 정답 ] 2 [ 정답해설 ] 묽은염산 ( ) xml 에수산화나트륨 (NaOH) 수용액의부피를달리하여넣었을때용액 와 의액성이염기성이므로 1 반응후용액 와 속에수소이온은남아있지않으므로 의수는 의수와 의수의합과같다고할수있다. 2 그러므로용액 와 의이온수의비율에서 을차지하는이온은 이다. 3 또한용액 ~ 에서 HCl(aq) 의부피가같으므로용액 ~ 중 의수도같다. 1~3 을고려하고 NaOH(aq) 30mL 에들어있는 과 의수를각각 3N 개라고가정하여각용액속에들어있는이온수를계산하면다음과같다따라서용액 에서이온수의비율을나타내면 2 와같다. 162 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 10. 표는 HCl( ) 과 NaOH( ) 을부피를달리하여혼합한용액 ( 가 ), ( 나 ) 에대한자료이다. 혼합용액 ( 가 ) ( 나 ) 혼합전용액의 부피 (ml) HCl( ) 30 NaOH( ) 2 20 혼합후용액의이온수비 OH Cl Na H 이에대한옳은설명만을 < 보기 > 에서있는대로고른것은? ㄱ. = 20 이다. ㄴ. 생성된물분자수는 ( 가 ) 가 ( 나 ) 의 3 배이다. ㄷ. 단위부피당전체이온수는 HCl( ) 이 NaOH( ) 의 2 배이다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄱ, ㄷ 4 ㄴ, ㄷ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ [2015 학년도 3 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : 4 [ 출제의도 ] 산염기반응의양적관계를파악한다. 혼합용액 ( 가 ), ( 나 ) 에서반응전과후의각이온수는다음과같다. ( 가 ) ( 나 ) 반응전 반응후 반응전 반응후 H + 3 0 4 3 Cl - 3 3 4 4 Na + 4 4 OH - 4 0 ( 가 ), ( 나 ) 에서 HCl( ) 의단위부피당전체이온수가같으므로 = 이고, NaOH( ) 의단위부피당 전체이온수가같으므로 = 이다. 따라서 =, = 40이다. 163
필수개념문제 11. 표는 HCl(aq), NaOH(aq), KOH(aq) 의부피를달리하여혼합한용액 ( 가 )~( 라 ) 에대한자료 이다. 혼합용액 혼합전용액의부피 (ml) HCl( ) NaOH( ) KOH( ) 혼합용액속의 양이온수 ( 가 ) 10 30 0 2 ( 나 ) 20 0 15 ( 다 ) 15 30 25 2,5 ( 라 ) 30 10 25 ( 라 ) 에서 는? 1 2 3 4 5 [2015 학년도 6 월고 3 전국연합학력평가문제지 ] 답 : ➃ 산염기의중화반응과양적관계 [ 정답맞히기 ] 4 혼합용액의양이온수는혼합용액이염기성이면혼합전염기의양이온의몰수, 산성이면혼합 전 HCl( ) 의 H 의몰수와같다. 1. ( 가 ) 에서 NaOH( ) 의부피가 HCl( ) 의부피보다크므로혼합용액은염기성이며혼합용액속의양이온수 는 Na 의수와같다. 따라서 NaOH( ) 30mL 속에있는 Na 의수는 2N 이다. 2. ( 다 ) 에서 NaOH( ) 와 KOH( ) 의부피의합이 HCl( ) 의부피보다크므로혼합용액은염기성이며용액 속의양이온수는 Na 수과 K 수의합과같다. NaOH( ) 30mL 속에있는 Na( ) 의수는 2N 이고혼 합용액속의양이온수가 2.5N 이므로 KOH( ) 25mL 에있는 K 의수는 0.5N 이다. 3. ( 나 ) 에서 KOH( ) 15mL 에있는 K 의수는 0.3N 인데혼합용액속의양이온수가 N 이므로 ( 나 ) 혼합용 액은산성이다. 따라서 HCl( ) 20mL 속에있는 H 수가 N 이다. 4. ( 라 ) 에서 HCl( ) 30mL 속에있는 H 수는 N 이고, NaOH( ) 10mL 속에있는 Na 수는 N, KOH( ) 25mL 속에있는 K 수는 0.5N 이다. 이때 H 수 ( N) 가 Na 과 K 수의합 ( N) 보다크 므로 ( 라 ) 의혼합용액속의양이온수는 H 와같은 N 이다. 진심으로감사드립니다. 이강의가여러분들의화학실력을더욱높이는계기가되길진심으로바랍니다. 164 양진석의신의한수화학 1
2. 산과염기의반응 그동안강의를듣고양진석샘에게보내준감동의수강후기입니다. 다음후기의주인공은바로! 이글을읽고계신당신입니다. 165