01 전자쌍 반발 원리에 대한 설명으로 옳은 것은 ◯ 옳지 않은 것은 ×로 표시하시오.

Ⅲ. 아름다운 분자 세계 / 2. 분자 구조와 극성 및 탄소 화합물

16. 분자의 구조

소단원 문제

(1) 분자의 모양은 중심 원자에 있는 전자쌍의 종류와 수 에 따라 결정된다.········································(     )

(2) 공유 전자쌍의 반발력과 비공유 전자쌍의 반발력은 서로 같다.···················································(     )

(3) 중심 원자에 비공유 전자쌍이 없을 때 단일 결합만 2 개인 분자와 2중 결합만 2개인 분자의 모양은 서로 같다.··························································(     )

(4) 배위 결합의 공유 전자쌍은 보통의 공유 전자쌍보다 반발력이 작다.·············································(     )

02 그림은 전자쌍 반발 원리에 따라 중심 원자에 있는 전자쌍의 배치를 나타낸 것이다.

(가)                (나)                (다)

BeF2, BF3, NF3에서 중심 원자의 전자쌍 배치와 가장 가

까운 전자쌍의 배치를 (가)~(다)에서 골라 쓰시오.

(1) BeF2 ··························································(     )

(2) BF3 ···························································(     )

(3) NF3 ···························································(     )

03 그림은 물 분자의 구조식에 비공유 전자쌍을 함께 나타낸 것이다.

결합각 α, β, γ의 크기를 옳게 비교한 것은?

① α>β>γ          ② α>γ>β          ③ β>α>γ

④ β>γ>α          ⑤ γ>β>α

04 그림은 중심 원자가 4개의 전자쌍을 갖는 분자 메테인, 암모니아, 물의 루이스 전자점식이다.

메테인	암모니아	물

3가지 분자를 결합각이 큰 것부터 순서대로 나열하시오.

05 다음은 몇 가지 화합물의 분자식을 나타낸 것이다.

BeH2                        NH3                            CF4

BF3                          H2O                CO2

(1) 모양이 같은 분자를 쓰시오.

(2) 분자를 이루는 원자의 중심이 같은 평면에 있는 분자

를 모두 쓰시오.

(3) 결합각이 가장 큰 분자를 쓰시오.

(4) 결합각이 가장 작은 분자를 쓰시오.

06 다음은 원소 A~C의 바닥상태 전자 배치를 나타낸 것이다.

A : 1s1

B : 1s2 2s2 2p2

C : 1s2 2s2 2p3

원자 A~ C로 이루어진 분자 ABC와 결합각이 같은 분자

는? (단, A~ C는 임의의 원소 기호이다.)

① BeH2                   ② BF3                    ③ CH4

④ NH3                     ⑤ H2O

07 다음은 4가지 분자와 이온을 화학식으로 나타낸 것이다.

CH4      BeCl2      NH4+    H3O+

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 4가지 입자는 모두 모양이 다르다. ㄴ. 입체 구조의 입자가 평면 구조의 입자보다 많다. ㄷ. 굽은 형의 분자와 평면 정삼각형의 분자는 각각 1개씩 있다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

08 다음은 중심 원자가 1개인 어떤 분자에 대한 조사 결과이다.

•중심 원자에 4개의 전자쌍을 가지고 있다.

•중심 원자에 비공유 전자쌍을 가지고 있다.

•분자를 이루는 원자들의 중심은 모두 동일 평면에 있지 않은 입체 구조이다.

이 분자에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 중심 원자는 14족 원소이다. ㄴ. 중심 원자에는 3개의 공유 전자쌍이 있다. ㄷ. 결합각은 109.5°보다 작다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

09 다음은 1, 2주기 원소 X, Y, Z의 루이스 전자점식이다.

X~Z의 화합물에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X~Z는 임의의 원소 기호이다.)

	<보 기>
ㄱ. X2Y는 직선형의 분자이다. ㄴ. X와 Z의 화합물의 분자식은 ZX4이다. ㄷ. ZY2에서 Z의 주위에는 비공유 전자쌍이 없다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

10 표는 화합물 (가), (나)에 대한 자료이다. X와 Y는 2주기 원소를 나타내는 임의의 원소 기호이며, 화합물에서 옥텟 규칙을 만족한다.

화합물	(가)	(나)
분자식	X2H2	Y2H2
공유 전자쌍 수	4	5

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 원자가 전자 수는 X가 Y보다 많다. ㄴ. X와 Y는 모두 비공유 전자쌍이 있다. ㄷ. (가)와 (나)는 모두 직선형의 분자이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

11 그림은 5가지 분자를 단계적으로 분류하는 과정을 나타낸 것이다.

분자 A~E에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 분자를 이루는 원자 수가 가장 많은 것은 A이다.

② B는 E보다 결합각이 크다.

③ 중심 원자의 비공유 전자쌍은 B가 D보다 많다.

④ D는 직선형의 구조이다.

⑤ E의 중심 원자에는 비공유 전자쌍이 있다.

12 다음은 탄산(H2CO3)이 생성되는 반응을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 결합각은 α가 β보다 작다. ㄴ. 이산화 탄소에서 탄소 원자는 확장된 옥텟 규칙을 만 족한다. ㄷ. 탄산에서 산소 원자의 비공유 전자쌍의 수는 모두 2 개씩이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

13 표는 원소 W~Z로 이루어진 안정한 분자 (가)~(라)에 대한 자료이다. W~Z는 각각 H, C, N, O 중의 하나이며, 분자의 구성 원자 수는 4개 이하이다.

분자	구성 원소의 종류	분자 내 비공유 전자쌍 수	분자의 구조	분자의 극성
(가)	W, X	1		극성
(나)	X, Y	2	굽은 형	극성
(다)	Y, Z	4	선형	무극성
(라)	W, X, Z	1		극성

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, (가)~(라)에서 모든 원자는 옥텟 규칙을 만족한다.)

	<보 기>
ㄱ. 분자를 구성하는 원자 수가 가장 많은 것은 (가)이다. ㄴ. 결합각은 (가)가 (라)보다 더 크다. ㄷ. 다중 결합을 갖는 분자는 (다)와 (라)이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

서술형 문제

14 표는 2주기 원소의 화합물의 분자 모형을 (가)와 (나) 2가지로 분류한 것이다.

(가)
(나)

(가)와 (나)로 분류한 기준을 서술하시오.

15 표는 2주기 원소인 X, Y, Z에 의해서 만들어진 화합물

XY3와 ZY3의 원자가 전자 수의 총합을 나타낸 것이다.

화합물	XY3	ZY3
원자가 전자 수의 총합(개)	26	24

두 화합물의 루이스 구조식을 쓰고, 중심 원자 주위의 전자쌍 수를 비교하시오. (단, X~Z는 임의의 원소 기호이며, 이 중 하나는 할로젠 원소이다.)

16 다음은 탄소와 수소로 이루어진 3가지 물질의 구조식을 나타낸 것이다.

(가)             (나)             (다)

(가)~(다)에서 결합각 ∠CCC의 크기를 비교하고, 그 이유

를 서술하시오.

정답과 해설

01 (1) ◯(2) × (3) ◯(4) × 02 (1) (가) (2) (나) (3) (다) 03 ①

04 메테인, 암모니아, 물 05 (1) BeH2 , CO2 (2) BeH2 , BF3 ,

H2O, CO2 (3) BeH2, CO2 (4) H2O 06 ① 07 ① 08 ④

09 ④ 10 ① 11 ① 12 ④ 13 ④ 14 해설 참조 15 해설

참조 16 해설 참조

01

(1) 전자쌍 반발 원리는 중심 원자 주위의 전자쌍 반발에 의해 전자쌍들이 가장 멀리 떨어지려는 경향에 의해 분자의 모양이 결정된다는 원리이다. 이 원리에 의해 중심 원자 주위의 전자쌍 종류와 수로 분자의 모양을 예측할 수 있다.

(2) 공유 전자쌍의 반발력이 비공유 전자쌍의 반발력보다

작다.

(3) 2중 결합과 3중 결합의 경우 전자쌍이 합쳐진 경우이

므로 전자쌍 반발 원리를 적용할 때 2중 결합이나 3중 결

합은 단일 결합 1개인 것으로 간주한다. 그러므로 중심 원

자가 단일 결합만 2개인 분자와 2중 결합만 2개인 분자의

모양은 서로 같다.

(4) 배위 결합의 공유 전자쌍은 보통의 공유 전자쌍과 같

은 배치이므로 반발력이 서로 같다.

02

BeF2는 공유 전자쌍만 2개 있으므로 전자쌍은 (가)와 같이 배치되고 , BF3는 공유 전자쌍만 3개 있으므로 (나)와 같이 배치되며, NF3는 공유 전자쌍 3개와 비공유 전자쌍 1개로 중심 원자 주위에 있는 전자쌍은 모두 4개이므로 (다)와 같이 배치된다.

03

전자쌍 사이의 반발력 세기는 다음과 같다.

비공유 전자쌍		비공유 전자쌍		공유 전자쌍
│	>	│	>	│
비공유 전자쌍		공유 전자쌍		공유 전자쌍

반발력이 강할수록 결합각은 커지므로 비공유 전자쌍 사

이의 반발력이 작용하는 α가 가장 크고, 다음으로 비공유

전자쌍과 공유 전자쌍 사이의 반발력이 작용하는 β가 크고, 공유 전자쌍 사이의 반발력이 작용하는 γ가 가장 작다.

04

중심 원자 주위에 있는 전자쌍의 종류와 수는 다음과 같다.

분자	메테인	암모니아	물
총 전자쌍 수	4	4	4
공유 전자쌍 수	4	3	2
비공유 전자쌍 수	0	1	2

총 전자쌍 수가 같을 때는 반발력이 강한 비공유 전자쌍

수가 많을 때 결합각이 작다. 그러므로 결합각은 메테인이

가장 크고, 물이 가장 작다.

05

(1) 전자쌍 반발 원리에 의하면 중심 원자 주위의 전자쌍의 종류와 수가 같으면 분자의 모양이 같다. CO2의 경우 2개의 2중 결합이 있으므로 분자의 모양은 단일 결합만 2개 있는 BeH2와 같다.

(2) 분자를 구성하는 원자 수가 3개 이하인 BeH2, H2O, CO2 분자는 항상 원자의 중심이 같은 평면에 있으며, 공유 전자쌍만 3개가 있어서 평면 정삼각형 구조를 갖는 BF3가 원자의 중심이 같은 평면에 있다.

(3) 결합각은 직선형인 BeH2와 CO2가 180°로 가장 크다.

(4) 전자쌍 수가 많을수록, 비공유 전자쌍 수가 많을수록 결합각이 작다, 그러므로 결합각은 H2O이 가장 작다.

06

A, B, C의 원자가 전자 수는 1개, 4개, 5개로 B는 A와 단일 결합을 하고, C와 3중 결합을 하여 분자 ABC를 이룬다. 따라서 ABC의 구조식은 다음과 같다.

A-B≡C

중심 원자 주위에 단일 결합 1개와 3중 결합 1개가 있으

므로 분자의 결합각은 중심 원자 주위에 단일 결합만 2개

있는 BeH2와 180°로 같다.

07

각 분자에서 중심 원자 주위의 전자쌍의 종류와 수, 분자의 모양은 다음과 같다.

분자	CH4	BeCl2	NH4+	H3O+
총 전자쌍 수	4	2	4	4
공유 전자쌍 수	4	2	4	3
비공유 전자쌍 수	0	0	0	1
분자의 모양	정사면체형	직선형	정사면체형	삼각뿔형
평면 또는 입체 구조	입체	평면	입체	입체

ㄴ. 입체 구조의 분자는 3가지, 평면 구조의 분자는 1가지이다.

ㄱ. CH4과 NH4+는 정사면체형으로 서로 모양이 같으므로 4가지 입자의 모양이 모두 다른 것은 아니다.

오답 체크

ㄷ. 굽은 형의 분자와 평면 정삼각형의 분자는 없다.

08

중심 원자가 4개의 전자쌍을 갖는 경우는 중심 원자가 14족, 15족, 16족, 17족인 경우이다. 중심 원자가 14~17족인 경우의 분자 구조에 대한 자료는 다음과 같다.

분자	14족	15족	16족	17족
총 전자쌍 수	4	4	4	4
공유 전자쌍 수	4	3	2	1
비공유 전자쌍 수	0	1	2	3
분자의 모양	사면체형	삼각뿔형	굽은 형	-
결합각	109.5°	정사면체형보다 작다.	삼각뿔형 보다 작다.	-
평면 또는 입체 구조	입체	입체	평면	평면

ㄴ. 비공유 전자쌍을 가지면서 입체 구조인 경우는 중심 원자가 15족인 경우로 3개의 공유 전자쌍이 있다.

ㄷ. 비공유 전자쌍의 반발력이 더 크므로 결합각은 109.5°보다작다.

ㄱ. 중심 원자에 있는 4개의 전자쌍 중 1개가 비공유 전자쌍인 경우는 중심 원자가 15족인 경우이다.

오답 체크

09

X~Z로 이루어진 화합물을 루이스 전자점식으로 나타내면 다음과 같다.

ㄴ. X의 원자가 전자 수는 1개, Z의 원자가 전자 수는 4

개이므로 X와 Z로 이루어진 화합물의 분자식은 ZX4이다.

ㄷ. ZY2에서 중심 원자인 Z 주위에는 비공유 전자쌍이 없다.

ㄱ. X2Y는 중심 원자 주위에 공유 전자쌍과 비공유 전자쌍이 각각 2개씩 있으므로 분자 구조가 굽은 형이다.

오답 체크

10

X2H2는 4개의, Y2H2는 5개의 공유 전자쌍을 가지므로 분

자 구조는 표와 같다.

수소는 1개의 공유 전자쌍만 가질 수 있으므로 남은 전자

쌍은 X와 Y 사이의 다중 결합으로 충족시켜야 하고, 옥텟

규칙은 비공유 전자쌍으로 충족시켜야 한다.

ㄱ. 원자가 전자 수는 X 5개, Y는 4개이다.

ㄴ. (가)에서 X에는 비공유 전자쌍이 1개 있으나, (나)에서 Y에는 비공유 전자쌍이 없다.

오답 체크

ㄷ. (가)는 X에 공유 전자쌍 2개와 비공유 전자쌍 1개가

있는 경우와 같으므로 굽은 형의 분자이지만, (나)는 공유

전자쌍만 2개가 있는 경우와 같으므로 직선형 분자이다.

11

•옥텟 규칙을 만족하는 것은 NH3, C2H4, H2O, NH3BF3이다.

•입체 구조인 것은 NH3, NH3BF3이다.

•입체 구조인 것 중에서 배위 결합이 있는 것은 NH3BF3이다.

•평면 구조인 것 중에서 다중 결합이 있는 것은 C2H4이다.

그러므로 A~E는 각각 NH3BF3, NH3, C2H4, H2O, BF3이다.

① 분자를 이루는 원자 수는 NH3BF3가 가장 많다.

② B는 NH3로 중심 원자 주위에 전자쌍이 4개이고, E는 BF3로 중심 원자 주위에 전자쌍이 3개이므로 결합각은 E가 크다.

오답 체크

③ B는 NH3로 중심 원자 주위에 비공유 전자쌍이 1개 있

으며, D는 H2O로 중심 원자 주위애 비공유 전자쌍이 2개

있다.

④ D는 H2O로 중심 원자 주위에 공유 전자쌍 2개, 비공

유 전자쌍 2개이므로 굽은 형이다.

⑤ E는 BF3로 중심 원자인 B는 원자가 전자 수가 3개이

고, 3개 모두 F과 공유 결합을 하므로 비공유 전자쌍이

없다.

12

ㄱ. α는 비공유 전자쌍이 2개 있는 산소를 중심으로 한 결합각이고, β는 탄소를 중심으로 공유 전자쌍만 3개 있는 것과 같은 평면 삼각형의 결합각이므로 α가 β보다 작다.

ㄷ. 산소는 모두 2개씩의 비공유 전자쌍을 갖는다.

ㄴ. 탄소 원자는 4개의 공유 전자쌍을 가지므로 옥텟을 만족한다.

오답 체크

13각 화합물은 다음과 같다.

(가) : 2종류의 원자가 극성 분자를 만드는 경우는 서로 다른 원자로 이루어진 2원자 분자이거나 삼각뿔형 분자, 굽은 형 분자의 경우이며, 비공유 전자쌍이 1개인 경우는 삼각뿔형인 NH3이다.

(나) : 비공유 전자쌍이 2개이고 굽은 형 분자인 것은 H2O이다. 그러므로 (가)와 (나)에 공통으로 들어 있는 X는 수소이고, W는 질소, Y는 산소이다.

(다) : Z는 탄소이고, 탄소와 산소로 이루어진 선형의 무극성 분자로 분자 내 비공유 전자쌍이 4개인 화합물은 CO2이다.(라) : W, X, Z는 각각 질소, 수소, 탄소이며, 이 3가지 원소로 이루어진 극성 분자로 분자 내 비공유 전자쌍 수가 1개인 화합물은 HCN이다.

ㄱ. 분자를 구성하는 원자 수가 가장 많은 것은 NH3인

(가)이다.

ㄷ. 다중 결합을 갖는 것은 CO2인 (다)와 HCN인 (라)이

다.

ㄴ. (가)는 NH3로 삼각뿔형이고, (라)는 직선형이므로 결합각은 (라)가 더 크다.

오답 체크

14

평면 구조, 입체 구조, 같은 평면상

정답 키워드

모범답안_ 평면(입체) 구조인지의 여부, (가)는 평면 구조이고, (나)는 4개 이상의 원자로 구성된 입체 구조이다.

등급	채점 기준	배점(%)
A	분류 기준을 옳게 제시하고, (가)는 평면 구조, (나)는 입체 구조임을 서술한 경우	100
B	분류 기준만 옳게 제시한 경우	50

15

모범답안_

중심 원자의 전자쌍 수는 XY3는 공유 전자쌍 3개, 비공유 전자쌍 1개로 총 4개이고, ZY3는 공유 전자쌍만 3개가 있다.

해설_ ZY3의 원자가 전자 수는 모두 24개이므로 Z 주위에는 3개의 공유 전자쌍이 있으며, Z 주위의 Y에는 각각 3개씩의 비공유 전자쌍이 있다. XY3와 ZY3에서 Y3가 공통이므로 원자가 전자 수의 차이 2개는 X와 Z의 원자가 전자 수의 차이와 같다.

등급	채점 기준	배점(%)
A	루이스 구조식을 옳게 쓰고, 전자쌍 수를 옳게 비교한 경우	100
B	루이스 구조식을 옳게 썼으나, 전자쌍 수를 잘못 비교한 경우	50

16

단일 결합, 사면체형, 평면 삼각형

정답 키워드

모범답안_ (가): 중심 원자인 탄소에 4개의 단일 결합이 있으므로 사면체형이며, 결합각은 109.5°이다.

(나): 중심 원자인 탄소에 단일 결합 1개와 2중 결합 1개

가 있으므로 평면 삼각형이며, 결합각은 약 120°이다.

(다): 중심 원자인 탄소에 단일 결합 1개와 3중 결합 1개

가 있으므로 직선형이며, 결합각은 180°이다.

등급	채점 기준	배점(%)
A	(가)~(다)의 결합각의 크기를 옳게 비교하고, 이유를 옳게 서술한 경우	100
B	(가)~(다)의 결합각의 크기만을 옳게 비교한 경우	50