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위험물의 분류 (지정수량)

#위험물 #지정수량 #산화성 #인화성 #자연발화성 #자기반응성

보어의 원자 모형부터 "양자수"라는 개념이

가볍게 등장하게 되는데 이 부분을 이해하는데 있어

수험생들이 많이들 어려움을 겪게 되지요.

​

이번 포스팅에서는 보어의 원자 모형과 양자수라는

개념을 연관지어 정리해보는 시간을 갖겠습니다.

[목차]

​

1. 러더퍼드 원자 모형의 한계점.

2. 양자화란?

3. 보어의 원자 모형과 주 양자수.

4. 주 양자수(n)는 어떻게 정해질까?

러더퍼드 모형 보어의 원자 모형

러더퍼드가 제안한 원자 모형과 보어의 모형에서

가장 두드러진 차이점은 전자의 궤도입니다.

​

과거 러더퍼드 모형에서 전자는 특정한 궤도가 없이

무작위로 돌고 있는 형태를 보이고 있습니다.

​

전자가 원자핵 주위를 무작위로 돌고 있다는 것은

시간이 지날수록 전자가 에너지를 잃게되며

원자핵에 점점 가까워져 소실된다는 것이지요.

(핵(+)과 전자(-)의 인력 작용)

​

거리가 점점 가까워진다는 것은

연속적으로 가까워진다는 것이므로,

연속된 에너지(E)가 방출 됨.

​

하지만, 실제 수소 원자의 스펙트럼을 보면

연속적이지 않은 "불연속 선 스펙트럼"의

형태를 보이게 됩니다.

수소 원자의 선 스펙트럼

원자는 연속적인게 아닌, 특정한 에너지 값만

갖고 있는 다는 것이므로, 러더퍼드의 원자 모형은

한계를 보이게 되지요.

​

보어는 이러한 불 연속적인 특정한 에너지 값만 갖는

원자를 설명하기 위한 원자 모형을 제시하게 됩니다.

원자의 불연속적인 선 스펙트럼을 설명하기 위해서

과학자들은 양자화라는 개념을 도입했습니다.

​

양자화라는 것은 간단히 말해서

원자가 갖는 에너지(E)는 연속적이지 않으므로,

모든 에너지는 "정수배"의 수식으로 나타내어

에너지값을 해석해 보겠다는 뜻입니다.

​

이러한 "정수배"의 관계로 E 값을 구하기 위해

나타내는 필요한 수식들을 "양자수"라고 합니다.

(ex.) 주 양자수(n)=1, 2, 3, 4...)

​

E 값을 모두 정수배로 해석하기 때문에

이러한 양자수들은 정수값을 갖게 됩니다.

​

[정리]

​

원자의 에너지는 연속적이지 않음.

↓

불연속적인 에너지 값을 갖음.

↓

에너지(E)를 정수배(양자화)로 해석.

↓

양자수(정수값)와 관련된 수식을 이용해 E 값을 구함.

보어는 러더퍼드 모형의 한계점과

불연속 선 스펙트럼을 설명하기 위한

새로운 원자 모형을 제안합니다.

※보어의 모형은 "수소 원자"를 기반으로 설명함※

​

보어의 원자모형

보어는 전자가 에너지(E)를 잃지 않는

특정 궤도만을 돌고 있고,

각 궤도는 원자핵에 가까운 순서부터

K, L, M, N... 껍질이라 정의합니다.

​

각 껍질(궤도)에 존재하는 전자의 에너지(E)는

껍질마다 해당하는 "주 양자수(n) 값"에 의해

결정이 되는 것이지요.

(ex. K껍질 : n=1, L껍질 : n=2...)

​

여기서, 주 양자수는 1, 2, 3, 4의 정수값을 갖고

실제로 각 궤도의 전자가 갖는 에너지는

주 양자수와 관련된 에너지 값을 갖는다는 것을

알게 됩니다.

​

[각 껍질에서 수소전자의 에너지 준위]​

K껍질(n=1) : E1 = - 1312 / 12 kJ / mol

L껍질(n=2) : E2 = -1312 / 22 kJ / mol

M껍질(n=3) : E3 = -1312 / 32 kJ / mol

…

​

그렇다면, 도대체 에너지 준위를 구해주는

주 양자수(n)란 어떻게 나온 것일까..?​

사실, 양자수는 이해하기에 꽤나 난해한 이론입니다.

​

대략적인 틀만 이해해보면 다음과 같습니다.

과학자들은 "이중슬릿 실험"을 통해

전자는 입자와 파동의 성질을 모두 갖는다는 것을

발견했습니다.

출처 : 나무위키

​

각 궤도의 불연속적인 에너지(E) 값을 나타내는

주 양자수(n)는 이러한 전자의 파동의 성질에

기반하여 나온 정수입니다.

​

드브로이라는 학자는 전자가 입자와 파동의 성질을

갖는다고 가정하고, 입자라고만 생각했던 전자가 파동의

특성을 보일수 있음을 수학적으로 유도해냅니다.

이것을 드브로이의 "물질파"라고 부르게 되지요.

​

이 "물질파"를 바탕으로 보어의 원자 모형에서

에너지를 잃지 않는 특정 궤도를 간단히 설명하면

다음과 같습니다.

전자의 각 궤도와 파동의 관계

그림과 같이 각 궤도에서 파장이 정확히 정수배로

끊기는 부분에 전자가 존재해야 에너지를 잃지 않고

궤도를 유지할 수 있다는 것이지요.

​

그림과 같이 각 껍질에서 궤도의 길이가

파장의 길이의 1배 일 때, n=1

파장의 길이가 2배 일 때, n=2

파장의 길이가 3배 일 때, n=3

의 관계 정도로 해석하면 좋을 듯 합니다.

(이해를 돕기위한 간략한 설명일 뿐입니다.)

다른 궤도에 전자가 존재할 경우.

위와 같은 궤도 외에 전자가 존재하게 된다면

파장의 길이가 궤도와 정수배에 해당하지 않으므로,

파장의 시작점과 궤도의 시작점이 일치하지 않게되어

​

다음 파동에서 상쇄가 일어나기 때문에 전자는

에너지를 잃고 존재하지 않게 됩니다.

​​

따라서,

각 궤도의 전자가 갖는 에너지 준위를

주 양자수(n)를 이용해 에너지(E)값을 구할 수 있고,

​

이러한 에너지(E)를 불연속 값(정수배, 주 양자수)

으로 설명할 수있게 되는 것이지요.

​

#양자수 #에너지궤도 #보어 #원자모형

【화합물의 명명법】

​

1. 일반적인 화합물

  ① 이온 결합을 하는 화합물은 음이온의 원소의 이름 끝에 '~화'를 붙인 다음 양이온의 원소의 이름을 붙인다.

  ② 공유결합을 하는 화합물은 전기음성도가 큰 원소의 이름의 끝에 '~화'를 붙인 다음 전기음성도가 작은 원소의 이름을

        붙인다.

  ③ 음이온이나 전기음성도가 큰 원소의 이름이 '~소'로 끝나는 경우에는 '~소'를 생략한다.

  ④ 음이온이나 전기음성도가 큰 원소의 이름이 수소인 경우에는 '~소'를 생략하지 않는다.

  ⑤ 아래표는 여러가지 화합물의 이름을 나타낸 것이다.

2. 배수비례의 법칙이 성립하는 화합물 - 1

  ① 이온결합을 하는 화합물 중 배수비례의 법칙이 성립하는 화합물은 일반적인 화합물과 같이 표시한 뒤 양이온의 전하량

       을 로마숫자로 표시하여 붙인다.

  ② 아래표는 여러가지 산화망가니즈의 이름을 나타낸 것이다.

  ③ 아래 표는 여러가지 산화철의 이름을 나타낸 것이다.

  ④ 아래 표는 여러가지 산화구리의 이름을 나타낸 것이다.

3. 비수비례의 법칙이 성립하는 화합물 - 2

  ① 공유결합을 하는 화합물 중 배수비례의 법칙이 성립하는 일반적인 화합물과 같이 표시한 뒤 원자의 수를 넣는다.

  ② 혼동의 우려가 없는 경우에는 원자의 수를 생략할 수 있다.

  ③ 아래의 표는 여러가지 산화질소의 이름을 나타낸 것이다.

  ④ 아래 표는 여러가지 산화탄소의 이름을 나타낸 것이다.

4. 산소산

  ① 산소를 포함하는 산을 산소산이라고 한다.

  ② 산소산의 이름은 수소와 산소를 제외한 원소의 이름의 끝에 '~산'을 붙인다.

  ③ 수소와 산소를 제외한 원소의 이름이 '~소'로 끝나는 경우에는 '~소'를 생략한다.

  ④ 수소화 산소를 제외한 원소의 이름이 염소인 경우에는 '~소'를 생략하지 않는다.

  ⑤ 아래의 표는 여러가지 산소산의 이름을 나타낸 것이다.

​

#화학명 #화합물 #명명법 #이온결합 #공유결합 #산소산 #배수비례법칙

151. Pauli의 배타율 (Pauli exclusion principle)에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ①

   ① 한 개의 원자 중에는 4개의 양자수가 똑같은 전자 2개를 가질 수 없다.

   ② 한 개의 전자 중에는 4개의 중성자 수가 똑같은 양자 2개를 가질 수 없다.

   ③ 양자수를 나열하면 각각의 주준위에 속하는 최소 전자수를 계산할 수 있다.

   ④ 자기 양자수를 나열하면 각각의 주준위에 속하는 최대 전자수를 계산할 수 있다.

[풀이] 파울리는 "동일한 양자 상태에 두 개 이상의 전자가 존재할 수 없다"는 원리를 발견했다.

           여기서 양자상태는 4가지 경우가 있다.

​

152. 다음 중 알코올의 산화반응에 대한 설명으로 옳은 것은 ? ②

① 1차 알코올은 쉽게 산화되지 않는다.

② 2차 알코올은 산화되어 케톤 (ketone)이 된다.

③ 3차 알코올은 산화되어 알데하이드 (aldehyde)가 된다.

④ 산화반응에서 촉매는 니켈이다.

​

153. 원자의 구성입자 중 질량이 가장 가벼운 것은 ? ④

   ① 양성자 (p)        ② 중성자 (n)          ③ 중간자 (m)             ④ 전자 (e)

[풀이] ① 양성자 (p) : 1.673 × 10-24 g

          ② 중성자 (n) : 1.675 × 10-24 g

          ③ 전자 (e) : 9.11 × 10-28 g

​

154. 벤젠(C6H6)에 직접 반응하는 라디칼은 ? ③

   ① -OH            ② -NH2             ③ -SO3H                 ④ -COOH

[풀이] 벤젠 술폰산의 알칼리 융해 : 알칼리 융해란 여러가지 유기화합물을 고체의 수산화 알칼리와 함께 가열 · 유해하여

           변화시키는 과정을 말한다.

​

155. 염소(Cl)의 산화수가 +3인 물질은 ? ③

   ① HClO4            ② HClO3               ③ HClO2                 ④ HClO

[풀이] H 산화수 = +1

          O의 산화수 = -2

          염소 (Cl) 산화수는 1 × 1 + 염소 (Cl) + (-2) × 2 = 0

          ∴ 염소 (Cl) = 3

​

156. 극성 공유결합으로 이루어진 분자가 아닌 것은 ? ④

   ① HF                  ② CH3COOH                 ③ NH3                  ④ CH4

[풀이] 극성 공유결합 : HF, CH3COOH, NH3

           비극성 공유결합 : CH4

​

157. 압력이 일정할 때 일정량의 기체의 부피는 절대온도에 비례한다. 다음 중 가장 관련이 깊은 법칙은? ③

   ① 뉴턴의 제3법칙                 ② 보일의 법칙           ③ 샤를의 법칙              ④ 보일 - 샤를의 법칙

[풀이] 샤를의 법칙 : (V/T)p = 일정

​

158. 27℃, 2.0 atm 에서 20.0 g의 CO2 기체가 차지하는 부피는 ? ①

         (단, 기체상수 R=0.082 ℓ·atm/mol · K 이다.)

   ① 5.59 ℓ              ② 2.80 ℓ               ③ 1.40 ℓ                ④ 0.50 ℓ

[풀이] PV = nRT, PV = (W/M)RT, V = (WRT)/(PM)

           V = (20g × 0.082 atm ·ℓ/ mol · K × 300K) / (2atm × 44 g/mol) = 5.59 ℓ

​

159. 0.2 N, HCl 500 ㎖ 에 물을 가해 2 ℓ 로 하였을 때 pH는 (단, log 5 = 0.7) ①

   ① 1.3               ② 2.3               ③ 3.0               ④ 4.3

[풀이]​

167. 산소 16g과 수소 4g이 반응할 때 몇 g의 물을 얻을 수 있는가 ? ③

   ① 9g          ② 16 g            ③ 18 g             ④ 36 g

[풀이]​

168. 어떤 기체의 확산속도가 SO2의 2배일 때 이 기체의 분자량을 추정하면 얼마인가 ? ①

   ① 16             ② 21              ③ 28              ④ 32

[풀이] 기체의 확산속도​

169. 다음 보기중 유기화합물에 속하는 것은 ? ①

   ① (NH2)2CO              ② K2CrO4            ③ HNO3                ④ CO

[풀이] 유기화합물 : (NH2)2CO

           무기화합물 : K2CrO4, HNO3, CO

​

170. 다음 화학반응식의 계수는 ? ①

   ⓧ KOH + ⓨ Cl2 → ⓐ KClO3 + ⓑKCl + ⓒH2O

  ① ⓧ = 6, ⓨ= 3, ⓐ = 1, ⓑ = 5, ⓒ = 3                     ② ⓧ = 3, ⓨ= 6, ⓐ = 1, ⓑ = 5, ⓒ = 3

  ③ ⓧ = 1, ⓨ= 5, ⓐ = 3, ⓑ = 3, ⓒ = 6                     ④ ⓧ = 6, ⓨ= 3, ⓐ = 3, ⓑ = 1, ⓒ = 5

[풀이] 화학반응식 : ⓧ KOH + ⓨ Cl2 → ⓐ KClO3 + ⓑKCl + ⓒH2O

           for K : x = a + b

           for O : x = 3a + c

           for H : x = 2c

           for Cl : 2y = a + b

           Let, C = 1 이라면 x = 2가 될 것이다.​

171. 다음 중 sp3 혼성궤도함수가 아닌 것은 ? ②

   ① CH4           ② BF3            ③ NH3              ④ H2O

[풀이] sp3 혼성오비탈 : CH4, NH3, H2O

          sp2 배위결합 혼성 오비탈 : BF3

​

172. 금속의 명칭과 불꽃반응 색이 옳게 연결된 것은 ? ②

   ① Li - 노란색            ② K - 보라색           ③ Na - 진한 빨간색              ④ Cu - 주황색

[풀이] Li - 빨간색, Na - 노란색, Cu - 녹색

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173. 다음 설명 중 옳은 것은 ? ③

   ① Cu2O는 산화 제2구리이다.           

   ② 산소의 1g당량은 8g 이다.

   ③ 어떤 물질의 화학적 성질을 나타내려면 화학식을 구조식으로 나타내는 것이 가장 좋다.

   ④ 일정한 압력에서 일정량의 기체 부피는 절대 온도에 비례하는 것을 보일의 법칙이라 한다.

[풀이 ① Cu2O는 산화구리이다.

         ② 산소의 1g 당량은 16g 이다.

         ④ 일정한 압력에서 일정량의 기체 부피는 절대온도에 비례하는 것을 샤를의 법칙이라 한다.

​

174. 고급 지방산과 고급 1가 알코올로 부터 만들어지는 고형 에스터를 무엇이라고 부르는가 ? ②

   ① 와세린             ② 왁스             ③ 테로우               ④ 버터

​

175. 표준상태에서 질량이 0.8g 이고 부피가 0.4 ℓ 인 혼합 기체의 평균분자량 (g/mol)은 ?

   ① 22.2            ② 32.4              ③ 33.6                ④ 44.8

[풀이] 아보가드로의 법칙에 의하면 모든 기체 1 mol이 차지하는 부피는 표준상태에서 22.4ℓ를 차지한다.​

176. 원형 직관 속을 흐르는 유체의 손실수두에 관한 사항으로 옳은 것은 ? ④

   ① 관의 길이에 반비례한다.            ② 중력가속도에 비례한다.

   ③ 관의 직경에 비례한다.                ④ 유속의 제곱에 비례한다.

[풀이]

   여기서, f 마찰손실계수, l : 길이, D : 관직경, g : 중력가속도, v : 유속

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177. 무수황산 (Sulfer trioxide)이 물과 반응하여 생성하는 물질은 ? ④

   ① H2SO4 와 Cl2                       ② H2SO4 와 SO3

   ③ H2SO 와 SO3                       ④ H2SO4

[풀이] SO3 (무수황산) + H2O → H2SO4

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178. 하이드록실기 (-OH)를 갖는 물질 중 액성이 산성인 것은 ? ③

   ① NaOH          ② CH3OH              ③ C6H5OH                  ④ NH4OH

[풀이] 염기성 : NaOH, CH3OH, NH4OH

           산성 : C6H5OH

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179. H2SO4 에서 S의 산화수는 얼마인가 ? ④

   ① 1             ② 2             ③ 4                 ④ 6

[풀이] H 산화수 = 1

          O 산화수 = -2

          S 산화수는 1 × 2 + S + (-2 × 4) = 0, ∴ S = 6

​

180. 소방수조에 물을 채워 직경 4 ㎝의 파이프를 통해 8 m/sec 의 유속으로 흘려 직경 2 ㎝의 노즐을 통해 소화할 때 노즐

         끝에서 유속은 ? ③

   ① 16 m/sec           ② 24 m/sec             ③ 32 m/sec              ④ 64 m/sec

[풀이] Q = av = π/4 · d2 × v​

181. 분자량 78인 어떤 물질 6g이 1atm, 90℃ 에서 차지하는 부피는 ? (단, 이상기체로 취급하며 R = 0.082 atm · ℓ/mol · K

         이다) ②

   ① 1.29 ℓ             ② 2.29 ℓ             ③ 3.29 ℓ                ④ 4.29 ℓ

[풀이]​

182. 다음 중 유량을 측정하는 계측기구가 아닌 것은 ? ②

   ① 오리피스미터             ② 마노미터            ③ 로터미터                ④ 벤투리미터

[풀이] 유량측정 : 오리피스 미터, 로터미터, 벤츄리미터, 위어, 노즐

           압력측정 : 마노미터

​

183. 산소 32g과 질소 56g 을 기온 20℃에서 30 ℓ의 용기에 혼합하였을 때 이 혼합 기체의 압력(atm)은 ?

        (단, 이상기체로 취급하며 R = 0.082 atm · ℓ / mol · K 이다.) ②

   ① 약 1.4               ② 약 2.4                ③ 약 3.4                   ④ 약 4.4

[풀이]

184. 유체의 유입방향과 유출방향이 같으나 유체가 밸브 내에서 직각 방향으로 꺾이고 밸브의 개폐가 용이하여 유량조절

         이 쉬운 밸브는 ? ①

   ① 글로브 밸브         ② 게이트 밸브           ③ 체크밸브                  ④ 버터플라이 밸브

​

185. 40%의 산소와 60%의 질소로 구성되어 있는 기체 혼합물의 평균분자량은 몇 g/mol인가 ? ④

   ① 20.1             ② 22.2                ③ 26.4                 ④ 29.6

[풀이] 산소 O2의 분자량 : 32, 질소 N2의 분자량 : 28

           혼합물의 분자량 : 32 × 0.4 + 28 × 0.6 = 29.6

​

186. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O인 메탄의 연소반응에서 메탄 1 ℓ 에 대해 필요한 공기 요구량은 약 몇 ℓ 인가 ? (단, 0℃,

         1atm이고, 공기중의 산소는 21%로 계산한다.) ②

   ① 2.4             ② 9.5              ③ 15.3                    ④ 21.1

[풀이] 산소 O2 요구량 : 메탄 1mol에 산소 2mol이 필요하므로 메탄 1ℓ에는 산소 2ℓ가 필요하다.

           그런데 공기중에 산소가 21%가 포함되어 있으므로 공기요구량은 2 ℓ × 100 / 21 = 9.52

​

187. 에탄올 1몰이 표준상태에서 완전연소하기 위해 필요한 공기량은 약 몇 ℓ인가 ? ③

   ① 122             ② 244           ③ 320                  ④ 410

[풀이] C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

          에탄올 1mol에 산소 3mol이 필요하므로 산소요구량의 부피는 3 × 22.4 ℓ = 67.2 ℓ

          공기중의 산소량은 21%를 차지하므로 공기요구량은 67.2 × 100 / 21 = 320 ℓ

​

188. 알코올류의 탄소수가 증가함에 따른 일반적인 특성으로 옳은 것은 ? ③

   ① 인화점이 낮아진다.                    ② 연소범위가 넓어진다.

   ③ 증기비중이 증가한다.                ④ 비중이 증가한다.

[풀이] 탄소수가 증가할 수록 변화하는 현상

   ㉠ 인화점이 높아진다.

   ㉡ 증기비중이 커진다.

   ㉢ 발화점이 낮아진다.

   ㉣ 연소범위가 좁아진다.

   ㉤ 수용성이 감소된다.

   ㉥ 비등점, 융점이 좁아진다.

​

189. 물분무소화에 사용된 20 ℃ 의 물 2g이 완전히 기화되어 100 ℃ 의 수증기가 되었다면 흡수된 열량과 수증기 발생량은

        약 얼마인가 ? (단, 1기압을 기준으로 한다.)

   ① 1,240 cal, 2,400 ㎖                  ② 1,240 cal, 3,400 ㎖

   ③ 2,480 cal, 6,800 ㎖                  ④ 2,480 cal, 10,200 ㎖

[풀이] Q1 (현열 : 상태변화없이 온도가 변화될 때 필요한 열량) = G × C (t2 - t1)

          Q1 = 2 × 1 × (100 - 20) = 160 cal

          Q2 (잠열 : 온도 변화없이 상태를 변화시키는데 필요한 열량) = G × r = 2g × 539cal/g = 1,078cal

          ∴ 열량 = Q1 + Q2 = 160 cal + 1,078 cal = 1,238 cal

          또한, 1g의 물이 (액상에서) 기체 상태로 변화할 때 표준대기압에서의 체적 변화는 1,670배로 증가

          하므로 수증기 발생량은 2g × 1,670 ㎖ / g = 3,340 ㎖

​

190. 다음 중 염소(Cl)의 산화수가 +3 인 물질은 ? ③

   ① HClO4             ② HCLO3              ③ HClO2                ④ HClO

[풀이] H 산화수 1, O 산화수 = -2

          염소 산화수 (Cl) 3 : 1 × 1 + 염소(Cl) 3 + (-2 × X) = 0, 2X = 4, X = 2

           ∴ 염소 산화수 (Cl) 3인 물질은 HClO2

​

191. 유체의 물리적 성질에 대한 설명 중 틀린 것은 ? ④

   ① 물은 일반적으로 비압축성으로 가정한다.                     ② 유체의 중량은 질량과 중력가속도의 곱이다.

   ③ 액체에서의 기체 용해도는 압력이 높을수록 크다.        ④ 액체에서의 기체 용해도는 온도가 높을수록 크다.

[풀이]

   ㉠ 물은 일반적으로 비압축성으로 가정한다.

   ㉡ 유체의 중량은 질량과 중력가속도의 곱이다.

   ㉢ 액체에서의 기체 용해도는 압력이 높을수록 크다.

   ㉣ 액체의 물에 대한 용해도는 온도가 올라가면 증가하는 것이 많은데, 기체의 용해도는 일반적으로 온도가 올라가면

        감소한다.

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192. 원소주기율표상의 같은 주기에서 원자번호가 증가함에 따라 일반적으로 증가하는 것이 아닌 것은? ③

   ① 원자가 전자수           ② 비금속성            ③ 원자 반지름               ④ 이온화 에너지

[풀이] 원소 주기율표상의 같은 주기에서 원자번호가 증가함에 따라 원자가 전자수, 비금속성, 이온화에너지는 증가하나

          원자반지름은 감소한다.

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193. 프로판 가스 3ℓ를 완전연소시키려면 공기 약 몇 ℓ 가 필요한가 ? (단, 공기중 산소는 20% 이다.) ④

   ① 15               ② 25                 ③ 50                     ④ 75

[풀이] C3H8 + 5 O2 → 3CO2 + 4H2O

         프로판 1mol을 완전연소시키기 위해서는 5mol의 산소가 필요하다.

         프로판 3ℓ를 완전연소시키기 위해서는 15 ℓ의 산소가 필요하다. 그런데 공기중 산소는 20%이므로

         프로판 3ℓ를 완전연소시키기 위한 필요 공기량은 15 × 100/20 = 75 ℓ 이다.

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194. 황화수소가스의 밀도 (g/ℓ)는 27℃, 2기압에서 약 얼마인가 ? ③

      ① 2.11               ② 2.42                 ③ 2.76                   ④ 2.98

[풀이]​

195. 64g의 메탄올이 완전연소되면 몇 g의 물이 생성되는가 ? ③

    ① 36                ② 64                   ③ 72                      ④ 144

[풀이] 2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O

          2 mol의 메탄올이 완전연소하면 4 mol의 물이 생성된다.

          메탄올 CH3OH 의 분자량은 12+3+16+1 = 32 g/mol이므로 메탄올 64 g은 2mol 이다.

          메탄올 2 mol 64g이 반응을 하면 물 H2O 4mol이 발생한다.

          물 H2O, 1mol은 18g이다. 그러므로 18g × 4 = 72 g이다.

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196. 다음 금속 원소 중 이온화 에너지가 가장 큰 원소는 ? ①

   ① 리튬             ② 나트륨               ③ 칼륨                     ④ 루비듐

[해설] 원자번호가 작을 수록 이온화 에너지가 크다.

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197. 다음중 은백색의 금속으로 가장 가볍고, 물과 반응시 수소가스를 발생시켜는 것은 ? ③

   ① Al              ② K                  ③ Li                ④ Si

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#보일 #샤를 #이상기체 #산화수 #배타율 #벤젠 #방향족 #콜로이드 #동소체 #확산속도 #혼성궤도

#혼성오비탈 #하이드록실기 #밀도 #에탄올 #메탄올

1. 혼성 오비탈 (Hybrid Orbital)

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오비탈 (orbital)이론이 정립되고 원자들이 결합하여 분자를 형성하는 이유에 대한 가장 직관적인 설명은 전자구름이 겹쳐서 공유결합을 형성한다는 것이었다. 그런데 이러한 원자 오비탈의 모형으로는 이미 알려져 있는 각종 분자의 결합형태를 설명할 수가 없었다.

​

예를 들면 메테인 (CH4)분자에서 C가 H와 결합할 때 2S와 2P 오비탈이 결합에 참여하는데 본래 C에 존재하는 3개의 2P 오비탈은 서로 직각이다. 따라서 이들이 C-H결합을 형성하면 결합각이 90°가 되어야 하지만 실제 메테인의 결합각은 109.5°으로 정사면체 구조를 이룬다.

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또한 C의 2p와 H의 1s 사이의 중첩에 의한 3개의 결합과 C의 2s와 H의 1s 사이의 중첩에 의한 1개의 결합이 생기면 2p와 2s의 에너지가 엄연히 다르므로 결합길이나 에너지가 차이가 나야한다. 그러나 메테인에 존재하는 4개의 공유결합은 모두 결합길이나 에너지가 동일하다.

이러한 현상을 설명하기 위해 등장한 이론이 바로 혼성 오비탈(Hybrid Orbital)이다.

혼성 오비탈을 형성하기 위한 혼성화 (Hybridization)란 결합을 형성하기 위하여 원래의 원자 궤도함수들이 혼합되어 새로운 궤도함수를 형성하는 것을 의미한다.

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2. 혼성 오비탈의 종류

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가. sp3 혼성화 (sp3 Hybridization)

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정사면체 구조를 가진 원자 궤도함수를 이루는 원자는 그 중심원자가 sp3 혼성화를 이룬다. 다시말해 입체수가 4인 분자에서 중심원자는 sp3 혼성 오비탈을 가진다고 할 수 있다.

1개의 s 오비탈과 3개의 p오비탈이 혼성되어 새로운 4개의 혼성오비탈을 형성한다.

이들 혼성오비탈 안의 전자들은 모두 에너지 준위가 같다.

​

그러나 비공유 전자쌍이 있으면 그들 사이의 반발력이 결합에 참여한 전자보다 더 크기 때문에 결합각이 작아진다는 것을 알고 있을 것이다.

이 때의 에너지 준위차이를 설명하기 위해서는 분자 오비탈의 개념까지 다뤄야 한다. 비공유 전자쌍의 반발력이 더 큰 이유는 비공유전자쌍은 중심원자로 부터남 인력이 작용하기 때문이다. 서로 밀어내는 작용하는 전자가 가까이 붙어 있으니 반발력이 더 크다.

나. sp2 혼성화 (sp2 Hybridization)

​

1개의 S 오비탈과 2개의 p 오비탈이 혼성화되어 새로운 3개의 혼성 오비탈을 형성한다.

이 때 나머지 한개의 p 오비탈은 혼성에 참여하지 않고 sp2 혼성 오비탈의 평면에 수직 방향으로 놓이게 된다. 세개의 유효한 시그마 결합을 가졌다면 sp2 혼성 오비탈을 가지는 것이다.

따라서 p 오비탈 하나는 빈 오비탈이 되는데 이렇게 빈 오비탈을 가진 분자들이 루이스산으로 잘 작용한다.

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배위 결합은 BF3 같은 분자들이 그 예시이다.

다. SP 혼성화 (SP Hybridization)

​

1개의 s 오비탈과 1개의 p 오비탈이 수학적으로 혼합되어 2개의 새로운 혼성 오비탈을 형성한다.

에타인 (C2H2)의 분자를 생각해 보면 혼성화에 참여하지 않은 2개의 p오비탈이 sp 혼성 오비탈끼리 결합하여 형성된 시그마 결합에 수직하게 (각각 수직하게) 파이결합을 각각 형성한다. 이러한 삼중결합은 두개의 파이결합이 끊어지기 전까지 평면구조를 유지하는데 기여한다.

라. sp3d 혼성화 (sp3d Hybridization)

​

중심원자의 입체수가 5인 PCl5와 같은 분자에서 중심원자는 5개의 동일한 공유결합을 한다. 따라서 P는 5개의 동일한 오비탈을 사용하여야 한다. P과 같은 3주기 이후의 원소들은 에너지가 그리 높지 않은 d 오비탈을 최외각에 가지고 있다.

​

따라서 d 오비탈을 쉽게 활용할 수 있다. 즉 PCl5 의 P원자는 1개의 3s, 3개의 3p와 함께 3d 오비탈을 1개 섞음으로써 5개의 동일한 dsp3 혼성 오비탈을 형성한다. 입체수가 5인 다른 분자들의 중심원자들도 같은 혼성을 한다.

마. sp3d2 혼성화 (sp3d2 Hybridization)

비슷하게 입체수가 6인 SF6 와 같은 분자들은 중심원자는 1개의 S, 3개의 p, 그리고 d 오비탈 2개를 섞어 6개의 동일한 d2sp3 혼성 오비탈을 형성한다.

<추가 예시>

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#오비탈 #혼성화 #혼성오비탈 #메테인 #에타인 #배위결합 #공유결합

1. 공명구조

▣ 공명구조란 ?

   비결합 전자쌍이나 다중결합(π 전자)을 가지고 있는 분자들을 하나의 구조식으로만 나타내기 어려운 경우, 존재 가능한

   2개 이상의 구조를 양쪽 머리 화살표와 대괄호를 사용해 나타낸 것

   ⊙ 공명구조는 가상적인 것임 (실제구조 아님)

   ⊙ 실제구조는 각 공명구조의 혼성체

   ⊙ 움직일 수 있는 전자는 비공유 전자 또는 π결합 전자

   ⊙ 안정된 공명구조일 수록 실제 구조에 대한 기여도가 높다.

        (실제구조는 가장 안정한 공명구조를 닮아 있다)

   ⊙ ↔ 로 연결된 각각을 공명구조라 함

​

2. 가장 안정한 공명구조

 가. 2주기 (C, N, O, F)가 중심원자인 경우

   1순위 : 옥텍규칙을 만족하는 구조

   2순위 : 형식전하의 크기가 작은 구조

   3순위 : 형식전하의 위치가 (-)는 *EN이 큰 원자에

                                              (+)EN이 작은 원자에 있는 구조

     *EN : 전기 음성도

나. 중심원자가 2주기 (C, N, O, F)가 아닌 경우

     옥텍을 초과하더라도 형식 전하의 크기가 작아지는 것에 우선 순위를 둔다.

3. 형식전하

   형식전하의 합 = 전체 전하량

   형식전하의 크기가 작을 수록 1순위

   형식전하의 위치는

      (-) 형식전하는 전기음성도가 큰 원자에

      (+) 형식전하는 전기음성도가 작은 원자에

      배치하는 것이 안정하다. (2순위)

   형식전하 = 중성원자의 전자수 - 현재 원자가 갖는 형식 전하수

   산화수 = 중성원자수 - 현재 원자가 갖는 산화전자수

​

4. 옥텍 규칙 예외

가. 전자 부족 분자 (2족, 13족)

 나. 홀수 전자 분자 (질소와 같은 경우)

       NO2 또는 NO의 경우

​

5. 옥텍 확장

  ▣ 중심원자가 3주기 이상 원자에서 가능

         ClF3                   SF4

         SO3                    I3-

         XeF4                   POCl3

​

#화학결합 #형식전하 #공명구조 #옥텍규칙 #공유결합 #원자 #전자 #전기음성도

1. 공유결합

​

가. 공유결합이란 ?

원자들이 각각 전자를 내 놓아 전자쌍을 만들고, 이 전자쌍을 공유함으로써 형성되는

결합으로 오비탈의 겹침에 의해 원자 핵 사이에 전자밀도가 집중되어 형성된다.

공유결합은 원자 오비탈 겹침에 의하여 형성되고 각 오비탈은 반대 스핀의 한쌍의 전자

를 포함한다. 이 때 각 결합한 원자의 오비탈은 그 상태를 유지하되 겹침 오비탈의 전자쌍

은 두 원자에 의하여 공유한다.

시그마 결합 (σ)

파이 결합 (π)

화합물의 화학식에는 종류가 많다.

아세트산의 화학식의 종류는 분자식, 실험식, 시성식, 구조식, 이온식 등 표기방식이 있다.

화학식은 분자식 보다 넓은 의미이다.

화학식은 분자식과 같은데 분자 이외에도 이온 화합물까지 표현하는 방식이다. NaCl 등...

즉, 특별한 작용기가 없는 화합물은 분자식으로, 작용기가 있는 화합물의 화학식은 시성식으로

표기한다. 결국 화학식은 그 화합물이 정확하게 어떤 작용을 하는가를 표현하는 방식이다.

그럼 아세트산의 화학식은 ?

분자식은 C2H4O2이지만 - COOH (카르복실기)의 작용기가 있으므로

아세트산의 화학식, 시성식은 CH3COOH 이다.

​

[화학식의 종류]

   ① 분자식 : 각 원소별 갯수를 파악해 나열식으로 표현해 주는 방식

   ② 실험식 : 갯수가 아닌 갯수의 비율을 의미, 최대 공약수로 나누어 준다.

   ③ 시성식 : 작용기로 표시해 주는 방식

   ④ 구조식 : 구조식은 분자의 결합상태까지

   ⑤ 이온식 : 이온화 되었을 때의 전하량을 표시해 주는 것

 ※ 작용기란 특정한 성질을 보이는 원소들의 집합

     ex : COOH 카르복실기 ( 이 작용기가 있는 물질들은 공통적인 특징을 갖는다)

시성식(示性式, : rational formula)은 화학에서 화합물의 성질을 밝히기 위해 분자 내의 화학적 특성을 지배하는 원자단을

           쉽게 알 수 있도록 나타낸 화학식이다. 분자 속에 있는 작용기의 종류, 수, 결합의 순서 등을 나타낸다. 예를 들면,

           에탄올의 분자식은 C2H6O이고, 시성식은 C2H5OH이다.

​

제 1류 위험물

   NaClO2 아염소산나트륨

   KClO3 염소산칼륨

   KClO4 과염소산칼륨

   K2O2 과산화칼륨

   KNO3 질산칼륨

   NH4NO3 질산암모늄

   KMnO4 과망간산칼륨

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제 2류 위험물

   P4S3 삼황화린

   P2S5 오황화린

   P4S7 칠황화린

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제 3류 위험물

   P4 황린

   Ca3P2 인화칼슘

   CaC2 탄화칼슘

   Al4C3 탄화알루미늄

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제 4류 위험물

   C2H5OC2H5 디에틸에테르

   CS2 이황화탄소

   CH3CHO 아세트알데히드

   CH3CH2CHO 산화프로필렌

   C8H18 가솔린

   C6H6 벤젠

   C6H5CH3 톨루엔

   CH3COCH3 아세톤

   C5H5N 피리딘

   HCN 시안화수소

   CH3COOCH3 초산메틸

   CH3COOC2H5 초산에틸

   HCOOCH3 의산메틸

   HCOOC2H5 의산에틸

   CH3OH 메틸알코올

   C2H5OH 에틸알코올

   C3H7OH 프로필알코올

   C6H5Cl 클로로벤젠

   CH3COOH 아세트산

   HCOOH 포름산(의산)

   N2H4 히드라진

   C6H5NH2 아닐린

   C6H5NO2 니트로벤젠

   C2H4(OH)2 에틸렌글리콜

   C3H5(OH)3 글리세린

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제 5류 위험물

   CH3NO3 질산메틸

   C2H5NO3 질산에틸

   C2H4(ONO2)2 니트로글리콜

   C3H5(ONO2)3 니트로글리세린

   C6H2OH(NO2)3 트리니트로페놀

   C6H2CH3(NO2)3 트리니트로톨루엔

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제 6류 위험물

   HClO4 과염소산

   H2O2 과산화수소

   HNO3 질산

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소화약제

   NaHCO3 탄산수소나트륨

   KHCO3 탄산수소칼륨

   NH4H2PO4 인산암모늄

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