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2017학년도 4월 고3 전국연합학력평가

정답 및 해설

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[화학Ⅰ]

1	②	2	③	3	⑤	4	⑤	5	①
6	⑤	7	④	8	③	9	②	10	③
11	④	12	⑤	13	③	14	①	15	①
16	④	17	③	18	⑤	19	②	20	④

1. [출제의도] 원소, 화합물, 분자 구분하기

ㄱ. 반응물인 [eqn: rmCH _{4}], [eqn: rm O _{2}]는 분자이고, 생성물인 [eqn: rmCO _{2}], [eqn: rmH _{2} O]은 화합물이다. ㄴ. 반응물 중 [eqn: rm CO]는 분자이고, [eqn: rm Fe _{2} O _{3}]은 이온 결합 물질로 분자가 아니다. 생성물 중 [eqn: RMFe]은 원소이고, [eqn: rmCO _{2}]는 화합물이다. ㄷ. 반응물인 [eqn: rmCO _{2}], [eqn: rmH _{2} O]은 분자이고, 생성물 중 [eqn: rm C _{6} H _{12} O _{6}]은 화합물, [eqn: RMO _{2}]는 원소이다.

2. [출제의도] DNA를 구성하는 염기 이해하기

ㄱ. 구아닌을 구성하는 C와 N의 수는 5로 같다. ㄴ. 구아닌은 DNA에서 당과 결합한다. ㄷ. 구아닌은 DNA 2중 나선에서 상보적 염기인 사이토신과 수소 결합을 한다.

3. [출제의도] 원자의 구성 입자 이해하기

원자에서 원자 번호=양성자 수=전자 수이고, 질량수=양성자 수+중성자 수이다. 자료의 질량수에서 (중성자 수-전자 수)를 뺀 값은 (양성자 수+전자 수)와 같고, 이는 양성자 수의 2배이다.

	원자	(가)	(나)	(다)
	질량수	2	3	3
-	(중성자 수-전자 수)	0	-1	1
	(양성자 수+전자 수)	2	4	2

ㄱ. (가)~(다)의 양성자 수는 각각 1, 2, 1이므로 (가)~(다)는 각각 [eqn: RM rm _{1}^{2} H], [eqn: rm rm _{2}^{3} He], [eqn: rm rm it _{1}^{3} H]이다. ㄴ. (가)와  (다)는 양성자 수가 같고, 질량수가 다른 동위 원소이다. ㄷ. 양성자 수가 (나)>(다)이므로 핵전하량은 (나)>(다)이다.

4. [출제의도] 풀러렌과 큐베인의 특성 비교하기

ㄱ. 풀러렌은 탄소([eqn: rm C])로만 이루어진 탄소 동소체이다. ㄴ. 큐베인은 모든 구성 원자가 동일 평면에 존재하지 않으므로 입체 구조이다. ㄷ. 두 물질 모두 탄소 원자 1개당 결합한 탄소 원자 수가 3으로 같다.

5. [출제의도] 아보가드로 법칙을 이용한 기체의 질량 구하기

기체는 온도, 압력, 부피가 같을 때 밀도가 분자량에 비례한다. 분자량은 (가)가 (나)의 2배이므로 (가)와 (나)로 가능한 조합은 ([eqn: rmX _{ 2}Y], [eqn: rmX _{ 2}]), ([eqn: rm X _{3} Y], [eqn: rmX _{ 2}])이다. 이 중 원자량이 Y>X인 조합은 ([eqn: rmX _{ 2}Y], [eqn: rmX _{ 2}])이므로 (가)~(다)는 각각 [eqn: rmX _{ 2}Y], [eqn: rmX _{ 2}], [eqn: rmX _{3}Y]이다. 따라서 원자량은 [eqn: rm Y]가 [eqn: rm X]의 2배이고, 분자량의 비는 (가):(나):(다)=4:2:5이다. 기체는 온도, 압력, 부피가 같을 때 질량이 분자량에 비례하므로 ㉠은 8이다.

6. [출제의도] 루이스의 전자점식과 분자 구조 이해하기

(가)~(다)에서 모든 구성 원자가 옥텟 규칙을 만족하고 비공유 전자쌍 수가 각각 8, 12, 8이므로, [eqn: rm XYZ _{2}], [eqn: RMXZ _{4}], [eqn: rm YZ _{2}]는 각각 [eqn: rm COF _{2}], [eqn: rm CF _{4}], [eqn: rmOF _{2}]이고, 루이스 전자점식은 다음과 같다.

분자	(가)	(나)	(다)
분자식	[eqn: rm COF _{2}]	[eqn: rm CF _{4}]	[eqn: rmOF _{2}]
루이스 전자점식

ㄱ. [eqn: rmCF _{4}]에는 전기음성도가 다른 원자 [eqn: rmC]와 [eqn: rmF] 사이의 극성 공유 결합만 있다. ㄴ. [eqn: rmOF _{2}]는 중심 원자에 2개의 공유 전자쌍과 2개의 비공유 전자쌍이 있으므로 굽은형이다. ㄷ. [eqn: rm COF _{2}]와 [eqn: rm CF _{4}]는 공유 전자쌍 수가 4로 같다.

7. [출제의도] 원자의 전자 배치로 원소 파악하기

A는 전자 배치가 2[eqn: s ^{2}]2[eqn: p ^{6}]이므로 전자가 8개인 들뜬 상태의 산소 원자이다. ㄱ, ㄴ, ㄷ. 산소 원자의 바닥 상태 전자 배치는 1[eqn: s ^{2}]2[eqn: s ^{2}]2[eqn: p ^{4}]이므로, 산소는 2주기 16족인 비금속 원소이다.

8. [출제의도] 분자의 구조와 극성 이해하기

ㄱ. 두 분자에서 중심 원자는 옥텟 규칙을 만족하므로 [eqn: RMSiH _{4}]과 [eqn: RMPH _{3}]의 공유 전자쌍 수는 각각 4, 3이고, 비공유 전자쌍 수는 각각 0, 1이다. ㄴ. [eqn: RMSiH _{4}]은 정사면체형으로 분자의 쌍극자 모멘트가 0인 무극성 분자이고, [eqn: RMPH _{3}]은 삼각뿔형으로 분자의 쌍극자 모멘트가 0보다 큰 극성 분자이다. ㄷ. 결합각은 정사면체형인 [eqn: RMSiH _{4}]이 삼각뿔형인 [eqn: RMPH _{3}]보다 크다.

9. [출제의도] 다전자 원자의 전자 배치 이해하기

2주기 원자가 가질 수 있는 [eqn: s] 오비탈에 들어 있는 전자 수는 3 또는 4이고, 3주기 원자가 가질 수 있는 [eqn: s] 오비탈에 들어 있는 전자 수는 5 또는 6이다. 2주기 원자 중 [eqn: {s``오비탈에``들어``있는``전자``수} over {홀전자``수}]가 [eqn: {3} over {1}]인 [eqn: RMX]는 [eqn: rm Li]이다. 3주기 원자 중 [eqn: {s``오비탈에``들어``있는``전자``수} over {홀전자``수}]가 [eqn: {6} over {1}]이면서 원자가 전자 수가 3인 [eqn: rm Y]는 [eqn: rm Al]이고, [eqn: {s``오비탈에``들어``있는``전자``수} over {홀전자``수}]가 [eqn: {6} over {3}]인 [eqn: rm Z]는 [eqn: rm P]이다. 따라서  [eqn: RMLi](1족), [eqn: rmAl](13족), [eqn: rmP](15족)의 원자가 전자 수의 합(1+3+5)은 9이다.

10. [출제의도] 산과 염기의 정의 이해하기

[eqn: rmNH _{3}]는 [eqn: rmHCl]에 비공유 전자쌍을 주는 물질이므로 루이스 염기이다. [eqn: rm HCl]는 [eqn: rmNH _{3}]에 양성자(수소 이온)를 주는 물질이므로 브뢴스테드-로우리 산이다.

11. [출제의도] 탄소 화합물의 실험식 구하기

(가)와 (나)에서 [eqn: rmC]와 [eqn: rm H]의 질량은 각각 220mg[eqn: TIMES][eqn: {12} over {44}]=60mg, 135mg[eqn: TIMES][eqn: {2} over {18}]=15mg이다. ㄱ. (가)에서 연소시 소모된 [eqn: rmO _{eqalign{2# }}]의 질량(7[eqn: w])은 생성물의 총 질량에서 [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 질량을 뺀 값이므로 {220+135-(60+15)}mg=280mg이다. 따라서 [eqn: w]=40이다. ㄴ. (나)에서 완전 연소 시 소모된 [eqn: rm O _{2}]의 질량(6[eqn: w])이 240mg이므로 (나)에 포함된 [eqn: RMO] 원자의 질량은 40mg이다. 따라서 (나)를 구성하는 각 원소의 몰수(=[eqn: {질량} over {원자량}]) 비는 [eqn: rmC]:[eqn: RMH]:[eqn: RMO]=[eqn: {60} over {12}]:[eqn: {15} over {1}]:[eqn: {40} over {16} `]=2:6:1이므로 실험식은 [eqn: rm C _{2} H _{6} O]이다. ㄷ. (가)와 (나)는 연소 생성물인 [eqn: rmCO _{2}]와 [eqn: rmH _{2} O]의 질량이 서로 같으므로 1g당 [eqn: ` {rm H``원자``수 it} over {rm C``원자``수 it}]는 같다.

12. [출제의도] 화학 결합 구별하기

원자 X~Z의 전자 수가 각각 1, 7, 11이므로, X~Z는 각각 [eqn: RMH], [eqn: RMN], [eqn: RMNa]이다. ㄱ. (가)는 [eqn: rm HF]로 공유 결합 물질이다. ㄴ. (나)는 [eqn: RMNF _{3}]로 모든 원자가 옥텟 규칙을 만족한다. ㄷ. (다)는 [eqn: RMNaF]이다. 액체 상태에서 전기 전도성은 이온 결합 물질인 (다)가 공유 결합 물질인 (나)보다 크다.

13. [출제의도] 탄화수소 분류하기

(가)~(다)의 분자식과 구조식은 다음과 같다.

탄화수소	(가)	(나)	(다)
분자식	[eqn: rm C _{4} H _{6}]	[eqn: rm C _{4} H _{8}]	[eqn: rm C _{4} H _{10}]
구조식
[eqn: rmH] 2개와 결합한 C 수	0	4	2

ㄱ. (가)는 C 사이의 결합각이 모두 180°인 분자로 3중 결합이 있다. ㄴ. (나)는 고리 모양의 탄화수소이다. ㄷ. (다)는 [eqn: rm C] 사이의 결합이 모두 단일 결합인 포화 탄화수소이다.

14. [출제의도] 수소 원자의 선 스펙트럼과 전자 전이의 관계 이해하기

수소 원자의 에너지 준위 [eqn: E _{n}]=-[eqn: {k} over {n ^{2}}]kJ/몰이고 [eqn: k]는 상수이다. ㄱ. [eqn: n]=2 → [eqn: n]=1로의 전자 전이에서 방출되는 에너지 [eqn: b]=(-[eqn: {k} over {2 ^{2}}])-(-[eqn: {k} over {1 ^{2}}])=[eqn: {3} over {4} k]이다. 빛의 파장은 에너지에 반비례하므로 파장의 비([eqn: lambda _{Ⅰ}]:[eqn: lambda _{Ⅱ}]:[eqn: lambda _{Ⅲ}])가 4:5:20일 때, 에너지의 비([eqn: a]:[eqn: b]:[eqn: c])는 5:4:1이다. 따라서 [eqn: a]=[eqn: {15} over {16} k], [eqn: c]=[eqn: {3} over {16} k]이므로 [eqn: a]=[eqn: b]+[eqn: c]이다. ㄴ. 선 Ⅰ에 해당하는 빛의 에너지 [eqn: a]=(-[eqn: {k} over {4 ^{2}}])-(-[eqn: {k} over {1 ^{2}}])=[eqn: {15} over {16} k]이므로, (가)는 [eqn: n]=4→ [eqn: n]=1로의 전자 전이이다. ㄷ. [eqn: n]=4→ [eqn: n]=2로의 전자 전이에서 방출되는 빛의 에너지는 (-[eqn: {k} over {4 ^{2}}])-(-[eqn: {k} over {2 ^{2}}])=[eqn: {3} over {16} k]로 선 Ⅲ에 해당하는 빛의 에너지 [eqn: c]와 같고, 이 빛의 파장은 발머 계열에서 두 번째로 길다.

15. [출제의도] 산화수 변화로 산화 환원 반응 이해하기

ㄱ, ㄴ. (가)에서 [eqn: rmO _{2}]는 환원([eqn: RMO]의 산화수 감소: 0→-2)되고, (나)에서 [eqn: rm Fe(OH) _{2}]은 산화([eqn: rmFe]의 산화수 증가: +2→+3)된다. ㄷ. (가)와 (나)에서 [eqn: rmH _{2} O]의 [eqn: rmH]와 [eqn: rmO]의 산화수가 변하지 않았으므로, [eqn: rmH _{2} O]은 산화제가 아니다.

16. [출제의도] 원소의 주기적 성질 비교하기

2주기에서 홀전자 수가 2 또는 3인 원자는 [eqn: RMC],  [eqn: rm N], [eqn: RMO]이고, 이 원자들의 제2 이온화 에너지는 [eqn: RMO]>[eqn: rm N]>[eqn: rm C]이다. 따라서 X, Y, Z는 각각 [eqn: RMC], [eqn: RMO], [eqn: rm N]이다. ㄱ. 원자가 전자가 느끼는 유효 핵전하는 [eqn: RMY]([eqn: RMO])>Z([eqn: rm N])>X([eqn: rm C])이다. ㄴ. 원자 반지름은 X([eqn: rm C])>Z([eqn: rm N])>Y([eqn: RMO])이다. ㄷ. 제1 이온화 에너지는 Z([eqn: rm N])>Y([eqn: RMO])>X([eqn: RMC])이다.

17. [출제의도] 산화수로부터 전기음성도 비교하기

공유 결합 물질에서 산화수는 결합에 참여하는 원자 중에서 전기음성도가 더 큰 원자로 공유 전자쌍이 완전히 이동하였다고 가정할 때, 원자가 갖는 전하의 수이다. 화합물에서 각 원자의 산화수 합은 0이다. [eqn: RMZ _{Ⅰ}]은 산화수가 +1인 3개의 X와 1개의 [eqn: rm Z _{Ⅱ}]와 결합하므로 산화수가 –3이고, [eqn: rm Z _{Ⅱ}]는 산화수가 –2인 2개의 Y(이 중 1개의 Y는 산화수가 +1인 X와 결합)와 1개의 [eqn: RMZ _{Ⅰ}]과 결합하므로 산화수가 +3이다. 분자에서 각 원자의 산화수는 다음과 같다.

따라서 전기음성도는 Y>Z>X이다.

18. [출제의도] 중화 반응의 양적 관계 이해하기

단위 부피당 이온 수를 혼합 용액 1mL당 이온 수([eqn: N]/mL)로 가정하면, [eqn: rm HCl][eqn: rm ( it aq)] 20mL 속 B의 수는 9[eqn: N]/mL[eqn: TIMES]20mL=[eqn: RM]180[eqn: N]이다. ㄱ. [eqn: rm NaOH][eqn: rm ( it aq)] 10mL를 넣었을 때 B의 수는 6[eqn: N]/mL[eqn: TIMES]30mL=180[eqn: N]으로, [eqn: rm NaOH][eqn: rm ( it aq)]을 넣기 전과 이온 수가 동일하므로 [eqn: RMB]는 [eqn: rmCl ^{-}]이다. 또한, [eqn: rm NaOH][eqn: rm ( it aq)]을 넣었을 때 A는 중화점 이전에도 단위 부피당 이온 수가 증가하므로 [eqn: rmNa ^{+}]이다.([eqn: rmOH ^{-}]은 중화점 이후부터 이온 수가 증가한다.) ㄴ. [eqn: rm NaOH][eqn: rm ( it aq)] 30mL를  넣었을 때, 단위 부피당 B의 수([eqn: x])는 [eqn: rm {180itN} over {50mL}]=3.6[eqn: N]/mL이므로 [eqn: x]는 3.6[eqn: N]이다. 이때 A와 B의 단위 부피당 이온 수가 같으므로 A의 수는 180[eqn: N]이고, [eqn: rm NaOH][eqn: rm ( it aq)] 10mL당 A의 수는 60[eqn: N]이다. 따라서 [eqn: rm NaOH][eqn: rm ( it aq)] 10mL를 넣었을 때, 단위 부피당 B의 수([eqn: y])는 [eqn: rm {60itN} over {30mL}]=2[eqn: N]/mL이므로 [eqn: x]+[eqn: y]=5.6[eqn: N]이다. ㄷ. [eqn: rm NaOH][eqn: rm ( it aq)] 40mL를 첨가하였을 때 [eqn: rmH ^{+}], [eqn: rmCl ^{-}], [eqn: rmNa ^{+}], [eqn: rmOH ^{-}]의 수는 각각 0, 180[eqn: N], 240[eqn: N], 60[eqn: N]이고, 수용액의 전체 부피는 60mL이므로 단위 부피당 전체 이온 수는 8[eqn: N]이다.

19. [출제의도] 전자 이동에 의한 산화 환원 반응 이해하기

(다)에서 금속 B 0.4몰이 모두 반응하였으므로 반응 후 [eqn: rm A ^{3+}]와 [eqn: rm B ^{itn+}]는 각각 0.2몰, 0.4몰이다. (가)에서 [eqn: RMH ^{+}]과 (나)에서 반응 후 [eqn: RMH ^{+}]을 각각 [eqn: a]몰, [eqn: b]몰로 가정하면 다음과 같다.

과정	(가)	(나)		(다)
양이온 종류	[eqn: RMH ^{+}]	[eqn: RMH ^{+}]	[eqn: rm A ^{3+}]	[eqn: rm A ^{3+}]	[eqn: rm B ^{itn+}]
양이온의 몰수(몰)	[eqn: a]	[eqn: b]	0.6-[eqn: b]	0.2	0.4
전체 양이온의 몰수(몰)	[eqn: a]	0.6		0.6
양이온의 전하량 합	+[eqn: a]	+[eqn: b]+3(0.6-[eqn: b])		+0.6+(+0.4[eqn: n])

과정 (가) ~ (다)의 수용액 속 양이온의 전하량 합은 모두 같다. [eqn: rm B ^{itn+}]의 [eqn: n][eqn: GEQ]3인 경우 [eqn: b][eqn: LEQ]0이고, [eqn: n]=1인 경우 [eqn: b]=0.4이므로 (다)에서 금속 A가 생성될 수 없다. 따라서 [eqn: n]=2이고, [eqn: b]=0.2, [eqn: a]=1.4이다. 따라서 (나)에서 반응한 [eqn: rm H ^{+}]은 1.2몰이므로 생성된 수소 기체([eqn: rm H _{2}])는 0.6몰이다.

20. [출제의도] 화학 반응의 양적 관계 이해하기

일정한 온도와 압력에서 기체의 몰수는 부피에 비례한다. 넣어 준 [eqn: rmO _{2}]가 6몰일 때 A 152g이 모두 반응하여 반응이 종료되었으므로, 그 이후 전체 기체가 증가한 부피는 넣어 준 [eqn: rmO _{2}]의 부피와 같다. 반응 종료 후 [eqn: rmO _{2}] 2몰을 넣을 때 부피(상댓값)가 1만큼 늘어나므로, [eqn: rmO _{2}]를 넣기 전 부피가 1인 A 152g은 2몰이다. 또한 A 2몰과 넣어 준 [eqn: rmO _{2}] 6몰이 모두 반응하여 전체 기체의 부피가 3(6몰)이 되었으므로, 생성물은 총 6몰이다. 화학 반응식의 계수 비([eqn: rmO _{2}]:[eqn: rmCO _{2}])는 3:1이므로 생성된 [eqn: rmCO _{2}]는 반응한 [eqn: rmO _{2}] 몰수의 [eqn: {1} over {3}]인 2몰이고, 생성된 B는 4몰이다. 이 반응에서 반응물과 생성물의  몰수 비가 A:[eqn: rmO _{2}]:[eqn: rmCO _{2}]:B=2:6:2:4=1:3:1:2로 계수 비와 같다. 따라서 [eqn: a]=1, [eqn: b]=2이다. A 152g(2몰)은 [eqn: rmO _{2}] 192g(6몰)과 모두 반응하였고, [eqn: rmCO _{2}] 88g(2몰)이 생성되었으므로 질량 보존 법칙에 의해 B의 질량은 (152g+192g)-88g=256g(4몰)이다. 따라서 B의 분자량은 64이다.