01 사슬 모양 탄화수소에 대한 설명으로 옳은 것은 O 옳지 않은 것은 ×로 표시하시오.

Ⅲ. 아름다운 분자 세계 / 2. 분자 구조와 극성 및 탄소 화합물

18. 사슬 모양 탄화수소

소단원 문제

(1) 사슬 모양 탄화수소는 탄소와 수소만으로 이루어진 분자이다.····················································(     )

(2) 사슬 모양 탄화수소는 탄소와 수소 사이의 극성 공유 결합에 의한 분자로 물에 잘 녹지 않는다.·······(     )

(3) 단일 결합을 하는 탄소를 중심으로 한 부분은 입체 구조이다.····················································(     )

(4) 2중 결합을 하는 탄소를 중심으로 한 결합각은 3중 결합을 하는 탄소를 중심으로 하는 결합각보다 크다.

································································(     )

02 사슬 모양 탄화수소의 성질에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 물에 잘 녹는다.

② 반응성이 매우 크다.

③ 분자는 모두 입체 구조이다.

④ 상온에서 모두 기체 상태로 존재한다.

⑤ 탄소 수가 4개 이하인 사슬 모양 탄화수소는 천연가스

와 석유 가스의 주성분이다.

03 그림은 탄소 원자가 2개인 탄화수소 분자의 구조식이다.

(가)

(나)

①

②

③

④

⑤

(다)

(1) 탄소 사이의 결합 길이가 긴 것부터 순서대로 나열하시오.

(2) 결합각 ∠HCC가 큰 것부터 순서대로 나열하시오.

04 다음은 탄소 2개로 이루어진 탄화수소 분자에 대한 설명이다. 각각에 해당하는 물질의 분자식을 쓰시오.

(1) 분자를 구성하는 원자들의 중심이 같은 평면에 있지

않은 분자·················································(     )

(2) 완전 연소시켰을 때 생성되는 이산화 탄소와 수증기의

몰수가 서로 같은 분자·································(     )

(3) 분자를 이루는 원자들의 중심이 동일 직선상에 있는

분자·······················································(     )

05 그림은 4가지 탄화수소를 몇 가지 기준에 따라 분류하는 과정을 나타낸 것이다.

(가)~(다)에 적절한 분류 기준을 다음에서 고르시오.

•포화 탄화수소인가?

•3중 결합이 있는가?

•사슬 모양 탄화수소인가?

06 그림은 뷰테인(C4H10)의 구조를 탄

소 골격만으로 나타낸 것이다.

이와 같은 구조의 뷰테인과 다른 성질을 갖는 뷰테인은?

07 표는 몇 가지 사슬 모양 탄화수소의 성질을 조사한 결과이다.

탄소 수	1	2	3	4	4
분자식	CH4	C2H6	(가)	C4H10	C4H10
끓는점(℃)	-162	(나)	-42	-0.5	-11.7

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. (가)는 C3H8이다. ㄴ. (나)는 -162보다 크고 -42보다 작다. ㄷ. 탄소 수가 4개인 물질 중 끓는점이 -0.5°C인 물질과 -11.7°C인 물질은 서로 이성질체이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

08 그림은 메테인(CH4)의 구조로 가능한 것을 나타낸 것이다.

(가)             (나)            (다)

메테인의 구조를 확인하기 위한 방법으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 메테인의 연소 생성물이 물과 이산화 탄소이므로 메 테인의 구조는 (가)이다. ㄴ. 메테인은 무극성 분자이므로 메테인의 구조는 (가) 또는 (다)이다. ㄷ. 메테인의 4개의 수소 중 2개를 염소로 치환했을 때 생성물은 모두 같은 종류의 물질이므로 메테인의 구 조는 (다)이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

09 그림은 사슬 모양 포화 탄화수소 A~C의 성질을 나타낸 것이다.

A~C에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 밀도는 0°C, 1기압에서 측정한 값이다.)

	<보 기>
ㄱ. A~C는 25°C에서 모두 액체이다, ㄴ. 한 분자 내의 탄소 수는 A< B< C이다. ㄷ. 분자의 상대적 질량은 A : B = 7 : 20이다.

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

10 다음은 분자 내 탄소 원자가 2개인 탄화수소의 반응을 화학 반응식으로 나타낸 것이다.

•C2H2+H2   →  (가)

•(가)+H2   →  (나)

(가)로부터 (나)가 생성되는 반응에서 반응 후가 반응 전보다 작은 값을 갖는 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. 쌍극자 모멘트 ㄴ. 결합각 ∠HCC ㄷ. 분자 내 비공유 전자쌍 수

① ㄱ	② ㄴ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

11 다음은 탄화수소의 분자 모형 조립 세트의 구성과 이 세트로 조립한 C2H4 분자 모형을 나타낸 것이다.

원자 모형				결합 모형
원소 기호	모형	결합각	개수	모형	결합 종류	개수
C		109.5°	a		탄소와 탄소 사이의 탄일결합	e
		120°	b		탄소와 탄소 사이의 2중 결합	f
		180°	c		탄소와 탄소 사이의 3중 결합	g
H		-	d		탄소와 수소 사이의 단일 결합	h

표의 모형 세트로 사슬 모양 프로펜(C3H6)의 분자 모형을 만들 때 필요한 모형의 개수 a~h에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. c와 g는 0이다. ㄴ. d와 h는 같다. ㄷ. a+b+e+f=4이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

12 다음은 분자 X, Y, Z에 대한 자료이다.

•실험식은 X: CH3, Y: CH2, Z: CH이다.

•X와 Y는 탄소 원자 수가 같다.

•Z의 구조는 직선형이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. X~Z는 분자 내 탄소 원자 수가 모두 같다. ㄴ. 결합각(∠HCC)는 X<Y<Z이다. ㄷ. X와 Y는 입체 구조이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

13 표는 사슬 모양 탄화수소 (가)~(라)에 대한 자료이다.

탄화수소	분자식	-CH3의 수	(C-C)의 수
(가)	C4H10	2	3
(나)	C4H10	3	3
(다)	C4H8	2	2
(라)	C4H8	1	2

(가)~(라)에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. (가)와 (나)는 이성질체이다. ㄴ. (다), (라)는 탄소 사이에 2중 결합이 1개씩 있다. ㄷ. 분자가 공 모양에 가장 가까운 것은 (가)이다.

① ㄴ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄱ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

서술형 문제

14 표는 몇 가지 알케인에 대한 자료를 조사한 것이다.

알케인	메테인	에테인	프로페인	뷰테인	펜테인
분자식	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12
끓는점(℃)	-162	-89	-42	-0.5	36

알케인의 끓는점의 경향성을 쓰고 이유를 서술하시오.

15 <보기>는 펜테인의 3가지 이성질체를 나타낸 것이다.

	<보 기>
ㄴ. ㄷ. ㄱ.

끓는점이 높은 것부터 차례로 쓰고, 그 이유를 서술하시오.

정답과 해설

01 (1) ◯(2) ◯(3) ◯(4) × 02 ⑤ 03 (1) (나), (다), (가) (2)

(가), (다), (나) 04 (1) C2H6 (2) C2H4 (3) C2H2 05 (가) 포화 탄화수소인가?, (나) 사슬 모양 탄화수소인가?, (다) 3중 결합이 있는가? 06 ⑤ 07 ⑤ 08 ④ 09 ④ 10 ② 11 ③ 12 ③ 13 ③ 14 해설 참조 15 해설 참조

01 (1) 사슬 모양 탄화수소는 탄소와 수소만으로 이루어진 분자로 탄소가 사슬 모양을 이루고 있는 분자이다.

(2) 전기 음성도는 수소보다 탄소가 크므로 탄소와 수소는 극성 공유 결합을 이루고, 사슬 모양 탄화수소는 분자 구조가 사면체형, 삼각형, 직선형을 기본으로 하므로 무극성이거나 극성이 작아 물에 잘 녹지 않는다.

(3) 단일 결합을 하는 탄소는 공유 전자쌍을 4개 가지므로 사면체형의 입체 구조이다.

(4) 2중 결합을 하는 탄소를 중심으로 평면 삼각형의 구조가 되므로 결합각은 약 120°이고, 3중 결합을 하는 탄소를 중심으로 직선형 구조가 되므로 결합각은 180°이다.

02

⑤ 천연가스는 탄소 수가 1개 또는 2개인 사슬 모양 탄화수소가 주성분이고, 석유 가스는 탄소 수가 3개 또는 4개인 사슬 모양 탄화수소가 주성분이다.

① 탄화수소는 무극성이거나 극성이 작은 물질이므로 극성인 물에 잘 녹지 않는다.

오답 체크

② 사슬 모양 탄화수소는 탄소와 수소 사이의 공유 결합

이 강한 결합이므로 반응성이 작다.

③ 탄소 사이의 결합이 2중 결합이나 3중 결합인 탄소를

중심으로 한 부분은 평면 구조이다.

④ 탄소 수가 적으면 끓는점이 낮아 상온에서 기체이지만,

탄소 수가 많아짐에 따라 끓는점이 높아지므로 상온에서

액체나 고체인 사슬 모양 탄화수소도 존재한다.

03 (1) 결합 길이는 단일 결합이 가장 길고, 3중 결합이 가장 짧다.그러므로 탄소 사이의 결합 길이는 (나)>(다)>(가)이다.

(2) 결합각(∠HCC)은 탄소의 3중 결합이 있는 경우 직선형으로 180°, 탄소의 2중 결합이 있는 경우 평면 삼각형으로 120°, 탄소의 단일 결합이 있는 경우 사면체형으로 109.5°이다.

04 탄소 2개로 이루어진 탄화수소 분자는 다음의 3가지가 있다.

(1) 입체 구조인 탄화수소는 단일 결합을 하는 탄소가 있는 C2H6이다.

(2) 완전 연소시킬 때 생성되는 이산화 탄소와 물의 몰수가 같기 위해서 탄화수소를 이루는 탄소와 수소의 원자 수비는 1:2가 되어야 한다. 그러므로 C2H4가 해당한다.

(3) 분자 구조가 직선형인 것은 탄소 간 3중 결합이 있는 C2H2이다.

05

(가) C2H6과 ⌬은 포화 탄화수소이고, C2H2과 C2H4은 불포화 탄화수소이며, (나) C2H6은 사슬 모양, ⌬은 고리 모양 탄화수소이다. (다) C2H2에는 3중 결합이, C2H4에는 2중 결합이 있다.

06

탄화수소에서 탄소는 사면체의 중심에 있으므로 모든 꼭짓점이 대등하다. 그러므로 ①~④의 탄화수소는 주어진 그림의 구조와 같은 물질이다.

⑤의 경우는 문제에서 주어진 그림의 구조와는 다른 구조이다.

07

ㄱ. 탄소 수를 n이라고 할 때 화학식은 CnH2n+2이므로 (가)에 적당한 화학식은 C3H8이다.ㄴ. 끓는점은 탄소 수가 증가할 때 같이 증가하므로 (나)는 -162보다 크고 -42보다 작다.ㄷ. 분자식이 C4H10으로 같으면서 끓는점이 다른 두 물질은 서로 이성질체이다.

08

ㄴ. (가)와 (다)는 대칭 구조로 무극성 분자이고, (나)는 비대칭 구조이므로 극성 분자이다. 메테인이 무극성이므로 구조는 (가) 또는 (다)이다.

ㄷ. (가)는 염소가 치환된 위치에 따라 극성 분자인 경우와 무극성 분자인 이성질체가 존재하지만, (다)의 경우는 4개의 꼭짓점이 모두 대등한 위치이므로 이성질체가 없다.

ㄱ. 연소 생성물로 알 수 있는 것은 성분 원소의 종류로, 연소 생성물로 분자의 구조를 알 수는 없다.

오답 체크

09

ㄴ, ㄷ. 기체의 온도와 압력이 같을 때 분자량은 밀도에 비례하고, 분자량은 탄소 수가 많을수록 높다. 그러므로 한 분자 내의 탄소 수는 A<B<C이고, 분자의 상대적 질량비는 A:B=0.7:2.0=7:20이다.

ㄱ. A~C의 끓는점이 모두 25℃보다 낮으므로 A~C는 모두 25`℃에서 기체로 존재한다.

오답 체크

10

ㄴ. 결합각은 C2H2 180°, C2H4 120°, C2H6 109 5°이므로 두 반응에서 모두 생성물의 결합각이 반응 전보다 작다.

ㄱ. (가)와 (나)는 모두 무극성 분자로 쌍극자 모멘트가 0이다.

오답 체크

ㄷ. 비공유 전자쌍을 갖는 탄화수소 분자는 없다.

11

프로펜의 구조식은 다음과 같다.

탄소는 3개의 다른 원자와 결합할 수 있는 것 2개와 4개

의 다른 원자와 결합할 수 있는 것 1개가 필요하므로

a=1, b=2이고, 수소가 6개 사용되므로 d=6이다. 탄소 사이

의 2중 결합 1개, 단일 결합 1개이므로 e=1, f=1이고 수소

와의 결합이 6개이므로 h=6이다.

ㄱ. c와 g는 0이다.

ㄴ. d와 h는 6으로 서로 같다.

ㄷ. a+b+e+f=5이다.

오답 체크

12

실험식이 CH3인 분자는 C2H6뿐이므로 X는 C2H6이고, 탄소 수가 2개이면서 실험식이 CH2인 것은 C2H4이므로 Y는 C2H4이다.

실험식이 CH이고 직선형 구조인 것은 C2H2이므로 Z는 C2H2이다.

ㄱ. X~Z는 C2H6, C2H4, C2H2이므로 분자 내 탄소 원자 수는 모두 같다.

ㄴ. C2H6는 사면체 구조가 바탕이므로 결합각은 109.5°, C2H4는 삼각형 구조가 바탕이므로 결합각은 120°, C2H2는 직선형 구조로 결합각은 180°이다.

ㄷ. X는 사면체 구조가 바탕이므로 입체 구조이지만, Z는 직선형이므로 평면 구조이다.

오답 체크

13

ㄱ. (가)와 (나)는 분자식이 같고, 구조가 다르므로 서로 이성질체이다.

ㄴ. (다)와 (라)는 포화 탄화수소에 비해 수소가 2개 부족하므로 2중 결합을 1개씩 갖는다.

ㄷ. 분자의 모양이 공 모양에 가장 가까운 것은 (나)이다.

오답 체크

14

모범답안_ 알케인의 탄소 수가 증가하면서 알케인의 분자 간 인력이 커지므로 끓는점이 높아진다.

탄소 수 증가, 분자 간 인력

정답 키워드

등급	채점 기준	배점(%)
A	끓는점의 경향성을 분자 간 인력과 연관지어 옳게 서술한 경우	100
B	탄소 수가 증가할수록 끓는점이 높아진다고만 서술한 경우	30

15

모범답안_ ㄷ, ㄱ, ㄴ, 가지 달린 사슬 알케인은 직선형의 `사슬 알케인보다 구형에 가깝기 때문에 표면적이 작다. 따라서 분자 간의 접촉력이 작아져 분자 간 인력이 약하므로 끓는점이 낮다. 그러므로 곁가지가 많은 물질일수록 끓는점은 낮다.

가지 달린 사슬 알케인, 직선형의 사슬 알케인

정답 키워드

등급	채점 기준	배점(%)
A	끓는점 순서를 옳게 쓰고, 이유를 옳게 서술한 경우	100
B	끓는점 순서만 옳게 쓰거나, 이유만 옳게 서술한 경우	30