2018 소방간부 자연과학개론(21번 ~ 25번)

21. 그림과 같이 마찰이 없는 레일 위에 가만히 놓인 물체가 레일을 따라 움직이고 있다. A 지점에서 물체의 속력은 B 지점에서 물체의 속력의 몇 배인가? (단, 레일은 동일 연직면상에 있고, 공기 저항은 무시하며, 퍼텐셜 에너지 의 기준은 지면이다.)

답: √2

풀이
에너지 보존을 이용한다
1/2mv^2 + mgh

A에서의 속도 = v’
B에서의 속도 = v”

1.5mg = 1/2mv’^2 + 0.5mg = 1/2mv”^2 + mg
1/2mv’^2 = mg
1/2mv”^2 = 0.5mg
v’ = v” √2

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22. 다음 중에서 공유 결합 물질은?

① Cu ② CO2 ③ LiBr ④ NaCl ⑤ MgO

답: 2번
① Cu -> 원자
② CO2 -> O = C = O 이중결합으로 이루어져 있는 공유결합물질
③ LiBr -> Li+ Br- 이온결합
④ NaCl -> Na+ Cl- 이온결합
⑤ MgO -> Mg2+ o2- 이온결합

< 이온결합 >

- 금속 양이온과 비금속 음이온 사이의 정전기적 인력에 의해 형성되는 결합

< 공유결합 >

- 비금속 원자들이 서로 전자를 제공하여 전자쌍을 이루고, 이 전자쌍을 서로 공유함으로써 형성되는 결합
-> 공유 결합을 형성한 분자는 비활성 기체와 같은 전자 배치를 가짐
① 공유 전자쌍：결합에 참여한 두 원자가 서로 공유하는 전자쌍
② 비공유 전자쌍：결합에 참여하지 않아 한 원자에만 속해 있는 전자쌍

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23. 에테인(C2H6) 1몰을 연소시킬 때 발생하는 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)의 질량비는? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다.)

① 2 : 3 ② 2 : 7 ③ 4 : 6 ④ 22 : 9 ⑤ 44 : 27

답: 5번

풀이
2C2H6 + 7O2 -> 4CO2 + 6H2O
1mol      3.5mol     2mol     3mol

CO2 = 2mol -> 88g
H2O = 3mol -> 54g

CO2 : H2O = 88 : 54 = 44 : 27

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24. 25.0 ℃에서 50.0 mL의 0.20 M NaOH(aq) 와 50.0 mL의 물을 혼합하여 얻은 용액 의 pH는?

답: 13

풀이
[OH-] = ( 0.05L x 0.2 mol/L ) / 0.1L = 0.1
pOH = 1
pH = 14 - pOH = 13

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25. 현대적 원자 모형에 따른 전자 배치 와 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?

① 수소 원자의 경우, 오비탈의 종류에 관계 없이 주양자수에 의해서만 에너지 준위가 결정된다.
② 한 개의 오비탈에는 스핀 방향이 같은 두 개의 전자가 동시에 존재할 수 없다.
③ 한 개의 오비탈에는 전자가 최대 2개 까지 채워질 수 있다.
④ 전자들이 한 개의 오비탈에 쌍을 이루어 들어가는 것이 에너지 준위가 같은 여러 개의 오비탈에 한 개씩 들어가는 것보다 더 안정하다.
⑤ 각운동량(방위) 양자수는 오비탈의 모양을 결정한다.

답: 4번
④ 전자들이 한 개의 오비탈에 쌍을 이루어 들어가는 것은 에너지 준위가 같은 여러 개의 오비탈에 한 개씩 들어가는 것보다 더 불안정하다

< 전자배치 >

1. 훈트의 규칙

1) 원자의 전자 배열에 대하여 가장 큰 스핀 양자수를 갖는 전자 배치가 가장 낮은 에너지 준위(바닥상태)를 나타낸다.
2) 같은 스핀 양자수를 갖는 배치에 대하여는 궤도 각운동량 양자수가 가장 큰 쪽이 가장 낮은 에너지를 갖는다.
3) 스핀 양자수와 궤도 각운동량 양자수가 모두 같은 경우에는 원자의 가장 바깥쪽 버금껍질(subshell)이 채워진 정도에 따라 그 정도가 절반 미만일 때에는 총 각운동량 양자수가 가장 작을 때, 그 정도가 절반 이상일 때에는 총 각운동량 양자수가 가장 클 때 각각의 가장 낮은 에너지 준위를 갖는다.

2. 파울리 배타원리

- 원자 내부에 존재하는 전자는 서로 동일한 에너지 준위상태를 가질 수 없다는 원리
- 원자 내부에 존재하는 각 전자껍질에는 일정한 개수의 전자만이 존재할 수 있으며, 같은 전자껍질에 있는 전자라도 각각의 준위 상태는 모두 다르다.