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2015학년도 11월 고2 전국연합학력평가

정답 및 해설

[화학Ⅰ]

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

1. [출제의도] 인류 문명 발전에 기여한 물질 구별하기

(가)는 [eqn: rmN _{2}]와 [eqn: rmH _{2}]의 반응으로 생성되는 [eqn: rmNH _{3}]이고, (나)는 철광석을 코크스([eqn: rmC])로 제련하여 얻을 수 있는 [eqn: rmFe]이다. (다)는 지질 시대 생물의 사체가 특수한 환경에서 분해되어 생성된 석유이다.

2. [출제의도] 원소, 분자, 화합물 구별하기

광합성: 6[eqn: rmCO _{2}] + 6[eqn: rmH _{2} O] [eqn: ->] [eqn: rmC _{6} H _{12} O _{6}] + 6[eqn: rmO _{2}]

호흡: [eqn: rmC _{6} H _{12} O _{6}] + 6[eqn: rmO _{2}] [eqn: ->] 6[eqn: rmCO _{2}] + 6[eqn: rmH _{2} O]

ㄱ. (가)는 [eqn: rmO _{2}]이다. ㄴ. [eqn: rmC _{6} H _{12} O _{6}]은 구성 원소가 [eqn: rmC], [eqn: rmH], [eqn: rmO]이므로 화합물이다. ㄷ. 광합성에서의 반응물은 [eqn: rmCO _{2}]와 [eqn: rmH _{2} O]로 3개의 원자로 구성된 3원자 분자이다.

3. [출제의도] 전자 배치와 주기율표 관계 이해하기

(가) ～ (마) 위치 중 비금속 원소는 (다), (라), (마) 위치이고, 바닥 상태에서 홀전자가 1개인 원소는 (가), (나), (라) 위치이므로 [eqn: rmX]는 (라)에 해당한다.

4. [출제의도] 탄소의 전자 배치 분류하기

ㄱ, ㄴ. (가) ~ (라) 중 [eqn: 1s], [eqn: 2s] 오비탈에 전자가 최대로 들어있는 전자 배치는 (나), (다), (라)이고 이 중 훈트 규칙을 만족하는 전자 배치는 (나), (다)이다. 따라서 Ⅰ에는 (나)와 (다), Ⅱ에는 (라), Ⅲ에는 (가)가 해당된다. ㄷ. (가)의 전자 배치는 [eqn: 2s] 오비탈에 전자가 최대로 들어있지 않으므로 들뜬 상태이다.

5. [출제의도] 화학 결합의 종류 구분하기

원소 [eqn: rmA]~[eqn: rmD]는 각각 [eqn: rmNa], [eqn: rmO], [eqn: rmH], [eqn: rmCl]이다. ① 화학 반응식은 [eqn: rm ABC] + [eqn: rm CD] [eqn: ->] [eqn: rmAD] + [eqn: rmC _{2} B]이므로 [eqn: rm X]는 [eqn: rmC _{2} B]이다. ② [eqn: rm ABC]에서 [eqn: rm A]는 가장 바깥 전자 껍질에 전자가 8개로 옥텟 규칙을 만족한다. ③ [eqn: rmCD]는 공유 전자쌍이 1개인 공유 결합 물질이다. ④ [eqn: rmAD]는 이온 결합 물질로 액체 상태에서 전기 전도성이 있다. ⑤ [eqn: rmC _{2} B]([eqn: rmH _{2} O])는 비공유 전자쌍이 2개이고, [eqn: rm B _{2}]([eqn: rmO _{2}])는 비공유 전자쌍이 4개이다.

6. [출제의도] 원자의 구성 입자 이해하기

ㄱ. 원자에서 양성자 수는 전자 수와 같다. 따라서 [eqn: rmA]와 [eqn: rmB]의 양성자는 각각 1개, 2개이므로 (가)는 중성자이다. ㄴ, ㄷ. [eqn: rmA]와 [eqn: rmB]는 질량수가 3으로 같은 [eqn: {} _{1} ^{3} rm H], [eqn: {} _{2} ^{3} rmHe]이고, [eqn: {} _{2} ^{3} rm He]은 [eqn: {} _{1} ^{2} rm H]의 동위 원소가 아니다.

7. [출제의도] 탄소 동소체의 특성 비교하기

ㄱ. 다이아몬드와 그래핀은 모두 [eqn: rmC]로만 이루어졌으므로 완전 연소 생성물은 [eqn: rmCO _{2}]뿐이다. ㄴ. 탄소 원자 간 결합각은 다이아몬드가 109.5°, 그래핀이 약 120°이다. ㄷ. 탄소 원자 1개와 결합한 탄소 원자는 다이아몬드가 4개, 그래핀이 3개이다.

8. [출제의도] 보어의 원자 모형과 현대적 원자 모형 비교하기

ㄱ. 보어의 원자 모형에서 수소 원자의 에너지 준위는 불연속적이다. ㄴ. (나)에서 [eqn: 2s] 오비탈은 전자가 발견될 확률이 90%인 공간을 경계면으로 나타낸 것이므로 오비탈 경계면 밖에서도 전자가 발견될 확률이 있다. ㄷ. 수소 원자에서 (가)의 전자 껍질 [eqn: rmL]과 (나)의 [eqn: 2s] 오비탈은 주양자수가 2로 같으므로 에너지 준위가 같다.

9. [출제의도] 원소의 주기적 성질 이해하기

금속 원소는 양이온이 되면서 반지름이 작아지므로 [eqn: rm ` {원자``반지름} over {이온``반지름}] > 1이고, 비금속 원소는 음이온이 되면서 반지름이 커지므로 [eqn: rm ` {원자``반지름} over {이온``반지름}] < 1이다. 따라서 [eqn: rmA]와 [eqn: rmC]는 2족인 금속 원소이고, [eqn: rm `B]와 [eqn: rmD]는 16족인 비금속 원소이다. ㄱ, ㄴ. [eqn: rmA], [eqn: rmC]는 이온의 전자 수가 각각 10, 18이므로 [eqn: rmA]는 3주기 2족 [eqn: rm `Mg]이고, [eqn: rm C]는 4주기 2족 [eqn: rm `Ca]이다. [eqn: rmB], [eqn: rmD]는 이온의 전자 수가 각각 10, 18이므로 [eqn: rmB]는 2주기 16족 [eqn: rm `O]이고, [eqn: rmD]는 3주기 16족 [eqn: rm `S]이다. 같은 주기에서 원자 번호가 작을수록, 같은 족에서 원자 번호가 클수록 원자 반지름은 증가하므로 [eqn: rmC]([eqn: rmCa])가 가장 크다. ㄷ. 원자가 전자의 유효 핵전하는 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 증가하므로 [eqn: rmD]([eqn: rmS])가 [eqn: rmA]([eqn: rmMg])보다 크다.

10. [출제의도] 탄화수소의 실험식 구하기

연소 생성물로부터 반응물에 포함된 [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 질량을 구하면 [eqn: rmC]의 질량 = [eqn: rm 88mg`][eqn: TIMES][eqn: {12} over {44}] = [eqn: rm 24mg`], [eqn: rmH]의 질량 = [eqn: rm 54mg`][eqn: TIMES][eqn: {2} over {18}] = [eqn: rm 6mg`]이므로 실험 Ⅰ과 Ⅱ에서 시료의 질량은 30[eqn: rm mg]으로 같다. Ⅰ에서 [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 몰수 비는 [eqn: rmC] : [eqn: rmH] = [eqn: {24} over {12}] : [eqn: {6} over {1}]이므로 [eqn: rm X]의 실험식은 [eqn: rmCH _{3}]이고 실험식량은 15이다. Ⅱ에서 [eqn: rm Y]와 [eqn: rmCH _{4}]의 질량비가 7 : 8이므로 [eqn: rmY]의 질량은 [eqn: rm 14mg`], [eqn: rm CH _{4}]의 질량은 [eqn: rm 16mg]이다. [eqn: rmCH _{4}]에서 [eqn: rmC], [eqn: rmH]의 질량은 각각 12[eqn: rm mg], 4[eqn: rm mg]이므로 [eqn: rmY]에서 [eqn: rmC], [eqn: rmH]의 질량은 각각 12[eqn: rm mg], 2[eqn: rm mg]이다. [eqn: rmY]에서 [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 몰수 비는 [eqn: rmC] : [eqn: rmH] = [eqn: {12} over {12}] :  [eqn: {2} over {1}]이므로 [eqn: rm Y]의 실험식은 [eqn: rm CH _{2}]이고 실험식량은 14이다. 따라서 [eqn: {rmY의``실험식량 it} over {rmX의``실험식량 it}] = [eqn: {14} over {15}]이다.

11. [출제의도] 분자의 극성 이해하기

(가)의 [eqn: rmC]와 [eqn: rmH]의 몰수 비는 [eqn: rmC] : [eqn: rm H] = [eqn: {3} over {12}] : [eqn: {1} over {1}]이므로 실험식이 [eqn: rm CH _{4}]이고, (나)의 [eqn: rm O]와 [eqn: rm H]의 몰수 비는 [eqn: rm O] : [eqn: rm H] = [eqn: {16} over {16}]: [eqn: {1} over {1}]이므로 실험식이 [eqn: rm OH]이다. (가)와 (나)에서 [eqn: rm C], [eqn: rmO]가 옥텟 규칙을 만족하므로 (가)는 [eqn: rm CH _{4}]이고, (나)는 [eqn: rm `H _{2} O _{2}]이다. ㄱ. (가)의 구조식은 로 결합의 쌍극자 모멘트의 합은 0이다. ㄴ. (나)의 분자식은 [eqn: rm `H _{2} O _{2}]이다. ㄷ. (가)에서 [eqn: rmC]와 [eqn: rm H], (나)에서 [eqn: rmO]와 [eqn: rmH]는 전기 음성도가 서로 다르므로 (가), (나)에는 극성 공유 결합이 있다.

12. [출제의도] 전자쌍 반발 원리를 이용한 분자 구조 이해하기

기준 (가)를 만족하는 분자는 [eqn: rmH]-[eqn: rmC]≡[eqn: rmN], [eqn: rmO]=[eqn: rmC]=[eqn: rmO]로 다중 결합이 있다. 기준 (나)를 만족하는 분자는 [eqn: rmO]=[eqn: rmC]=[eqn: rmO], 로 결합의 쌍극자 모멘트 합이 0인 무극성 분자이다.

13. [출제의도] 몰과 아보가드로 수 관계 이해하기

ㄱ, ㄷ. 원자량 기준이 다르더라도 원자 1개의 실제 질량은 변하지 않으므로 [eqn: {} ^{1} rmH] 원자 1개의 실제 질량과 12[eqn: rmg]의 [eqn: {} ^{12} rmC]에 들어있는 원자 수는 변하지 않는다. ㄴ. 기준 (가), (나)에 의한 [eqn: rm ^{1} rmH]로만 구성된 [eqn: {} rm H _{2}]의 분자량은 각각 2.016과 2.000으로 서로 다르다.

14. [출제의도] 몰과 분자 수, 부피, 질량 관계 이해하기

온도와 압력이 같을 때 기체의 부피는 기체의 분자 수에 비례한다. ㄱ. 온도와 압력이 같은 조건에서 [eqn: rm AB _{2}](g)와 [eqn: rm C _{2} B](g)의 부피 비가 1 : 2이므로 기체 분자 수는 [eqn: rm C _{2} B]가 [eqn: rm AB _{2}]의 2배이다. ㄴ. 같은 온도와 압력에서 [eqn: rm AB _{2}](g), [eqn: rm C _{2} B](g) 1[eqn: rmL]에 들어있는 분자 수는 같고, 질량도 11[eqn: rmg]으로 같으므로 분자량([eqn: M])은 서로 같다. 또한 [eqn: rm AB _{2}](g), [eqn: rm C _{2} B](g) 각 1[eqn: rmL]에 포함된 [eqn: rm B]만의 질량은 각각 8[eqn: rm g], 4[eqn: rm g]이고, 한 분자당 [eqn: rm B] 원자가 각각 2개, 1개 있으므로 [eqn: rm B]의 원자량은 [eqn: 4over11][eqn: M]이다. 또한 [eqn: rm A], [eqn: rmC]의 원자량은 각각 [eqn: {3} over {11}][eqn: M], [eqn: {3.5} over {11}][eqn: M]이므로 원자량은 [eqn: rmB] > [eqn: rmC] > [eqn: rmA]이다. ㄷ. 같은 질량에서 [eqn: rm AB _{2}](g)와 [eqn: rm C _{2} B](g)의 분자 수는 같으므로 같은 질량의 [eqn: rm AB _{2}]와 [eqn: rm C _{2} B]에 들어있는 [eqn: rmB]의 원자 수는 [eqn: rm AB _{2}]가 [eqn: rm C _{2} B]의 2배이다.

15. [출제의도] 수소 원자의 선 스펙트럼 이해하기

ㄱ. [eqn: rmA]에서 방출되는 빛의 파장 은 가시광선 영역에 해당하므로 [eqn: rmA]는 [eqn: n=2]로의 전자 전이이다. 따라서 [eqn: a=2]이다. ㄴ. 은 [eqn: n=6] → [eqn: n=2]일 때 방출되는 빛의 파장이고, 는 [eqn: n=3] → [eqn: n=2]일 때 방출되는 빛의 파장이므로 는 발머 계열 중 파장이 가장 길다. ㄷ. [eqn: rm A]에서 방출되는 빛에너지 [eqn: DELTA E] =[eqn: LEFT ( - {k} over {6 ^{2}} RIGHT )]-[eqn: LEFT ( - {k} over {2 ^{2}} RIGHT )]=[eqn: {8} over {36} k]이고, [eqn: rm B]에서 방출되는 빛에너지 [eqn: DELTA E] = 0-[eqn: LEFT ( - {k} over {3 ^{2}} RIGHT )]=[eqn: {4} over {36} k]이므로 [eqn: {rm B에서``방출되는``빛에너지 it} over {rm A에서``방출되는``빛에너지 it}]=[eqn: {1} over {2}]이다.

16. [출제의도] 다양한 탄화수소의 구조 파악하기

(가) ～ (다)는 분자 내 탄소 원자 사이의 공유 전자쌍 수의 합이 3인 탄화수소이다. ㄱ. (가)의 구조식은 [eqn: rmH]-[eqn: rmC]≡[eqn: rmC]-[eqn: rmH](에타인)으로 직선형이다. ㄴ. (나)의 구조식은  [eqn: rmH _{2} C]=[eqn: rmCH]-[eqn: rmCH _{3}](프로펜)으로 2중 결합이 존재하므로 불포화 탄화수소이다. ㄷ. (다)의 구조식은 (사이클로프로페인)으로 (나)와 (다)를 구성하는 수소 원자 수는 6으로 같다.

17. [출제의도] 순차적 이온화 에너지 비교하기

순차적 이온화 에너지의 급격한 변화로 원자가 전자 수를 알 수 있으므로 [eqn: rmA]는 원자가 전자 수가 3인 13족 원소이고, [eqn: rmB]와 [eqn: rmC]는 원자가 전자 수가 2인 2족 원소이다. [eqn: rmA]의 원자 번호가 가장 크므로 [eqn: rmA]는 3주기 13족인 [eqn: rmAl]이고, [eqn: rmB]는 [eqn: rmC]보다 [eqn: E _{2}]～[eqn: E _{4}]가 작으므로 [eqn: rmB]는 3주기인 [eqn: rmMg], [eqn: rmC]는 2주기인 [eqn: rmBe]이다. 2주기인 [eqn: rmC]([eqn: rmBe])는 3주기인 [eqn: rmB]([eqn: rmMg])보다 전자 껍질 수가 적으므로 [eqn: E _{1}]이 더 크다. 13족인 [eqn: rmA]([eqn: rmAl])와 2족인 [eqn: rmB]([eqn: rmMg])의 전자 배치는 각각 [[eqn: rmN`e]][eqn: 3s ^{2} 3p ^{1}], [[eqn: rmN`e]][eqn: 3s ^{2}]이며, 에너지 준위가 높은 [eqn: 3p] 오비탈의 전자를 떼어 내기가 더 쉬우므로 [eqn: rmA]([eqn: rmAl])의 [eqn: E _{1}]이 [eqn: rmB]([eqn: rmMg])보다 작다. 따라서 [eqn: E _{1}]은 [eqn: rmC]([eqn: rmBe]) > [eqn: rmB]([eqn: rmMg]) > [eqn: rmA]([eqn: rmAl])이다.

18. [출제의도] 산화 환원 반응에서 산화수 변화 이해하기

다음은 화학 반응식과 각 원소의 산화수이다.

[eqn: rm underA][eqn: rm underB][eqn: {} _{2}] + [eqn: rm underC][eqn: rm underA][eqn: {} _{2}] → [eqn: rm underC][eqn: rm underA][eqn: {} _{3}] + [eqn: rm underB][eqn: {} _{2}]

+2 –1   +4 –2   +6 –2     0

ㄱ. [eqn: rm AB _{2}]에서 [eqn: rm B _{2}]가 될 때 [eqn: rmB]의 산화수는 –1에서 0으로 증가한다. ㄴ. 반응 전 [eqn: rmCA _{2}]에서 [eqn: rmC]의 산화수는 +4이다. ㄷ. 화합물에서 전기 음성도가 큰 원소의 산화수가 더 작다. [eqn: rm AB _{2}]에서 [eqn: rmB]의 산화수는 [eqn: rmA]보다 작고, [eqn: rmCA _{2}]에서 [eqn: rmA]의 산화수는 [eqn: rmC]보다 작으므로 [eqn: rmB]의 전기 음성도가 가장 크다.

19. [출제의도] 전자 이동에 의한 산화 환원 반응 이해하기

(가)의 반응은 [eqn: rm 2A ^{+} +B` -> ``2A+B ^{2+}]이고, (나)의 반응은 [eqn: rm 2C ^{3+} +3B`` -> ``2 rm C+3B ^{2+}]이다. (가)의 [eqn: rmA ^{+}]가 모두 반응하여 생성된 [eqn: rmB ^{2+}]의 수는 [eqn: N]이므로 반응 전 [eqn: rm A ^{+}]의 수는 [eqn: 2N]이다. (나)의 [eqn: rmC ^{3+}]가 모두 반응하여 생성된 [eqn: rmB ^{2+}]의 수가 [eqn: 2N]이므로 반응 전 [eqn: rmC ^{3+}]의 수는 [eqn: {4} over {3}][eqn: N]이다. 따라서 반응 전 [eqn: x] : [eqn: y] = [eqn: 2N]  : [eqn: {4} over {3}][eqn: N] = 3 : 2이다.

20. [출제의도] 화학 반응에서 양적 관계 이해하기

ㄱ. 반응 전후 [eqn: rmX]와 [eqn: rmY]의 질량 차이만큼 [eqn: rmO _{2}]가 반응하므로 반응한 [eqn: rmO _{2}]의 몰수 = [eqn: {32 rm g it} over {32 rm g/몰 it}] = 1몰이다. [eqn: rmX]와 [eqn: rmO _{2}]는 2 : 1로 반응하므로 반응한 [eqn: rmX]의 몰수는 2몰이고, 반응 전 전체 기체는 5몰이다. 같은 온도, 압력에서 기체의 부피 비와 몰수 비는 같으므로 반응 전후 몰수 비는 5 : 4이다. 반응 후 전체 기체는 4몰이고 반응 후 남아있는 [eqn: rmO _{2}]가 2몰이므로 생성된 [eqn: rmY]의 몰수는 2몰이며 반응 계수 [eqn: a] = 2이다. ㄴ. [eqn: rmY] 2몰의 질량이 160[eqn: rmg]이므로 분자량은 80이다. ㄷ. [eqn: rmX] 2몰의 질량이 128[eqn: rmg]이고, 반응 후 남아있는 [eqn: rmO _{2}] 2몰을 모두 반응시키기 위해 추가로 필요한 [eqn: rmX]는 최소 4몰이므로 질량은 256[eqn: rmg]이다.