01 다음 설명 중 옳은 것은 ○, 옳지 않은 것은 Ｘ로 표시하시오.

Ⅰ. 화학의 언어 / 2. 화학 반응식과 양적 관계

04. 화학식의 결정

소단원 문제

(1) 불꽃색을 통해 화합물에 포함된 비금속 원소의 종류를 알 수 있다. ··········································(     )

(2) 선 스펙트럼을 통해 불꽃색이 비슷한 원소를 구별할 수 있다. ··············································(     )

(3) KCl과 K2SO4의 불꽃색은 같다.···················(     )

(4) 원소 분석 실험만으로 화합물의 분자식을 구할 수 있다. ····················································(     )

02 다음은 화합물 (가)~(바)의 화학식을 나타낸 것이다.

화합물	화학식	화합물	화학식
(가)	NaCl	(나)	CuCl2
(다)	BaSO4	(라)	LiCl
(마)	NaNO3	(바)	CuSO4

불꽃색이 같은 화합물을 모두 쓰시오.

03 화합물 X를 구성하는 몰수비는 A:B=2:3이다. X의 실험식을 쓰시오.

04 다음은 탄소(C), 수소(H), 산소(O)로 이루어진 탄소 화합물 X를 원소 분석 장치에서 완전 연소시킨 후, 연소 생성물의 질량으로부터 X의 실험식을 구하는 과정을 순서대로 나타낸 것이다.

(가) 연소 생성물 H2O 중 H의 질량 계산

(나)

(다)

(라)

(마) 실험식으로 표현

(나)~(라)에 들어갈 내용으로 적절한 것을 <보기>에서 각각 고르시오.

	<보 기>
ㄱ. C:H:O의 몰수비 계산 ㄴ. 연소 생성물 중 C의 질량 계산 ㄷ. 시료의 질량에서 C와 H의 질량을 빼서 O의 질량 계산

05 실험식이 CH인 화합물을 완전 연소시켰을 때 생성되는 CO2 : H2O의 몰수비를 구하시오.

06 다음은 화합물 (가)와 (나)의 구성 원소와 불꽃색 및 선 스펙트럼을 나타낸 것이다.

화합물	구성 원소	불꽃색	선 스펙트럼
(가)	A, B	빨간색
(나)	C, B	빨간색

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A와 C는 금속 원소이고, B는 비금속 원소이다.)

	<보 기>
ㄱ. 금속 A의 불꽃색은 빨간색이다. ㄴ. (가)와 (나)의 불꽃색은 B에 의해 나타난다. ㄷ. (가)와 (나)는 선 스펙트럼을 이용하여 구별할 수 있다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄷ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

07 그림은 탄소(C), 수소(H), 산소(O)로 이루어진 미지 시료의 조성을 알아보기 위한 원소 분석 장치이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

	<보 기>
ㄱ. (가)와 (나)에서 각각 물과 이산화 탄소가 흡수된다. ㄴ. 시료에 포함된 산소의 질량은 (가)와 (나)에서 흡수된 물질에 포함된 산소의 질량의 합과 같다. ㄷ. 위 장치를 이용하여 시료의 분자식을 결정할 수 있 다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

08 탄소(C), 수소(H), 산소(O)로 이루어진 화합물 X 32 mg을 완전 연소시켰더니 이산화 탄소(CO2) 44 mg과 물(H2O) 36 mg이 생성되었다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 원자량은 H=1, C=12, O=16이다.)

	<보 기>
ㄱ. X에 포함된 C의 질량은 12 mg이다. ㄴ. X에 포함된 O의 질량은 16 mg이다. ㄷ. X의 실험식은 CH2O이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

09 그림은 탄화수소 X를 구성하는 수소(H)와 탄소(C)의 질량을 나타낸 것이다.

X에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 원자량은 H=1, C=12이고, X의 분자량은 30이다.)

	<보 기>
ㄱ. C의 질량 백분율은 80%이다. ㄴ. 실험식은 CH3이다. ㄷ. 분자식은 C2H6이다.

① ㄱ	② ㄷ	③ ㄱ, ㄴ

④ ㄴ, ㄷ	⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ

서술형 문제

10 그림은 탄소(C)와 수소(H)로 이루어진 화합물을 완전 연소시켜 화합물의 조성을 알아낼 수 있는 원소 분석 장치이다.

염화 칼슘(CaCl2)관과 수산화 나트륨(NaOH)관의 위치를 바꾸어 실험하면 정확한 실험식을 구할 수 없다. 그 이유를 서술하시오.

11 표는 탄소(C)와 수소(H)로 이루어진 기체 상태의 화합물 X를 완전 연소시켰을 때 생성물의 질량을 나타낸 것이다.

생성물	CO2	H2O
질량(mg)	44	18

화합물 X의 실험식, 분자량, 분자식을 구하고, 구하는 방법을 서술하시오. (단, 원자량은 H=1, C=12이고, 0℃, 1기압에서 X의 밀도는 1.25 g/L이며, 기체 1몰의 부피는 22.4 L이다.)

12 표는 탄소(C)와 수소(H)로 이루어진 기체 상태의 화합물 X에 대한 자료이다.

X를 구성하는 C:H의 질량비	X의 질량(g)	0℃, 1기압에서 X의 부피(L)
6:1	21	11.2

X의 실험식과 분자식을 구하고, 구하는 방법을 서술하시오. (단, 원자량은 H=1, C=12이고, 0℃, 1기압에서 기체 1몰의 부피는 22.4`L이다.)

정답과 해설

01 (1)Ｘ (2)○ (3)○ (4)Ｘ 02 (가)와 (마), (나)와 (바)  03 A2B3  04 (나)ㄴ, (다)ㄷ, (라)ㄱ  05 2:1   06 ③   07 ① 08 ③   09 ⑤  10 해설참조  11 해설참조   12 해설참조

01

(1) 불꽃색을 통해 금속 원소나 화합물에 포함된 금속 원

소의 종류를 알 수 있다.

(2) 불꽃색이 비슷한 금속 원소도 선 스펙트럼은 다르게

나타나므로 선 스펙트럼으로 불꽃색이 비슷한 원소를 구

별할 수 있다.

(3) KCl과 [eqn: rmK _{2} SO _{4}]은 모두 같은 금속 원소인 칼륨(K)을 포함하므로 불꽃색이 보라색으로 같다.

(4) 원소 분석 실험으로는 화합물의 실험식을 구할 수 있

다. 분자식을 구하기 위해서는 분자량을 알아야 한다.

02

같은 금속 원소를 포함한 화합물의 불꽃색이 같다. (가)와

(마)는 나트륨(Na)을 포함하므로 불꽃색이 같고, (나)와

(바)는 구리(Cu)를 포함하므로 불꽃색이 같다.

03

실험식은 물질을 이루는 원자나 이온의 종류와 수를 가장

간단한 정수비로 나타낸 식이므로 X의 실험식은 [eqn: rmA _{2} B _{3}]이다.

04

원소 분석 장치에서 탄소, 수소, 산소로 이루어진 탄소 화

합물을 완전 연소시킨 후 연소 생성물의 질량으로부터 실

험식을 구하기 위해서는 먼저 [eqn: rmH _{2} O]과 [eqn: rmCO _{2}]의 질량으로부터 H와 C의 질량을 각각 구한다. 그리고 O의 질량은 시

료의 질량에서 H와 C의 질량을 빼서 구한다. 마지막으로

C, H, O의 질량을 각각의 원자량으로 나누어 C : H : O

의 몰수비를 구하여 실험식으로 나타낸다. 따라서 (나)는

ㄴ, (다)는 ㄷ, (라)는 ㄱ이다.

05

실험식은 물질을 이루는 원자나 이온의 종류와 수를 가장

간단한 정수비로 나타낸 식이므로 실험식이 CH인 화합물

에 포함된 원소의 몰수비는 C:H=1:1이다. 또한 C 1몰이

완전 연소되면 [eqn: rmCO _{2}] 1몰이 생성되고, H 1몰이 완전 연소되면 [eqn: rmH _{2} O] 0.5몰이 생성되므로 생성되는 물질의 몰수비는 [eqn: rmCO _{2}] : [eqn: rmH _{2} O] = 2 : 1이다.

06

ㄱ. 화합물 (가)에 포함된 금속 원소 A의 불꽃색이 빨간

색이므로 금속 A의 불꽃색도 빨간색이다.

ㄷ. (가)와 (나)는 불꽃색은 같지만 선 스펙트럼은 다르므

로 선 스펙트럼을 이용하여 (가)와 (나)를 구별할 수 있다.

ㄴ. (가)와 (나)의 불꽃색은 금속 원소인 A와 C에 의해 나타낸다.

오답 체크

07

ㄱ. (가)는 물을 흡수하는 염화 칼슘관이고, (나)는 이산화

탄소를 흡수하는 수산화 나트륨관이다.

ㄴ. (가)와 (나)에서 흡수된 물질에 포함된 산소의 질량은 시료에 포함된 산소뿐만 아니라 연소할 때 공급된 산소도 포함되어 있으므로, 시료에 포함된 산소의 질량은 (가)와 (나)에서 흡수된 물질에 포함된 산소의 질량 합보다 작다.

오답 체크

ㄷ. 원소 분석 실험으로는 화합물의 실험식을 구할 수 있

다. 분자식을 구하기 위해서는 분자량을 알아야 한다.

08

ㄱ. [eqn: rmCO _{2}] 44 mg에 포함된 C의 질량은 다음과 같다.

[eqn: rmCO _{2} 의`질량 TIMES {C의`원자량} over {CO _{2} 의`분자량} =44 TIMES {12} over {44} =12mg]

ㄴ. [eqn: rmH _{2} O] 36 mg에 포함된 H의 질량은 다음과 같다.

[eqn: rmH _{2} O의`질량 TIMES {2 TIMES H의`원자량} over {H _{2} O의`분자량} =36 TIMES {2} over {18} =4mg]

X에 포함된 O의 질량은 (32-12-4) mg=16 mg이다.

오답 체크

ㄷ. [eqn: rmC:H:O의`몰수비= {12} over {12} : {4} over {1} : {16} over {16} =1:4:1]이므로

X의 실험식은 [eqn: rmCH _{4} O]이다.

09

ㄱ. C 4 g과 H 1 g이 결합하여 탄화수소 X를 생성하므로 C의 질량 백분율은 [eqn: {4} over {4+1} TIMES 100=80%]이다.

ㄴ. C : H의 몰수비=[eqn: {4} over {12} : {1} over {1} =1:3]이므로 X의 실험식은 [eqn: rmCH _{3}]이다.

ㄷ. 실험식량은 12+1×3=15이며, 분자량=실험식량×[eqn: n]이므로 30=15×[eqn: n]이고, [eqn: n]=2이다. 따라서 분자식은 [eqn: rmC _{2} H _{6}]이다.

10

모범답안_ 수산화 나트륨은 이산화 탄소뿐만 아니라, 물도 흡수하므로 염화 칼슘관과 수산화 나트륨관의 위치를 바꾸면 물과 이산화 탄소가 모두 수산화 나트륨관에 흡수되어 정확한 실험식을 구할 수 없기 때문이다.

해설_ 정확한 실험식을 구하기 위해서는 화합물을 완전 연소시켰을 때 생성되는 이산화 탄소와 물이 분리되어 두 관에 각각 흡수되어야 한다. 그러나 연소 생성물이 수산화 나트륨관을 먼저 통과하면 이산화 탄소와 물이 모두 수산화 나트륨관에 흡수되므로 화합물에 포함된 C와 H의 정확한 질량을 구할 수 없다.

물, 이산화 탄소

정답 키워드

등급	채점 기준	배점(%)
A	수산화 나트륨이 이산화 탄소뿐만 아니라 물까지 흡수한다는 것을 포함하여 옳게 서술한 경우	100
B	수산화 나트륨은 이산화 탄소뿐만 아니라 물도 흡수한다는 내용 없이 서술한 경우	50

11

모범답안_ • 실험식: [eqn: rmCH _{2}], [eqn: rmCO _{2}] 44 mg에 포함된 C의 질량은 [eqn: rm44 TIMES {12} over {44} =12mg]이고, [eqn: rmH _{2} O] 18 mg에 포함된 H의 질량은 [eqn: rm18 TIMES {2} over {18} =2mg]이다. 따라서 C:H의 몰수비=[eqn: {12} over {12} : {2} over {1} =1:2]이므로 X의 실험식은 [eqn: rmCH _{2}]이다.

• 분자량: 28, 기체 1몰의 질량=(밀도×기체 1몰의 부피)

이므로 1.25 g/L×22.4 L=2 8g이고, 분자량은 28이다.

• 분자식: [eqn: rmC _{2} H _{4}], X의 실험식량은 14이므로 X의 분자식은 [eqn: rmC _{2} H _{4}]이다.

실험식, 분자량, 분자식

정답 키워드

등급	채점 기준	배점(%)
A	X의 실험식, 분자량, 분자식에 대해 모두 옳게 서술한 경우	100
B	X의 실험식과 분자량에 대해서만 옳게 서술한 경우	60
C	X의 실험식에 대해서만 옳게 서술한 경우	30

12

모범답안_ 실험식: [eqn: rmCH _{2}], 분자식: [eqn: rmC _{3} H _{6}], C:H의 몰수비=[eqn: {6} over {12} : {1} over {1} =1:2]이므로 X의 실험식은 [eqn: rmCH _{2}]이다. 또한 기체 1몰의 부피는 22.4L이므로 11.2L는 0.5몰이다. 0.5몰의 질량이 21g이므로 1몰의 질량은 42g이고, 분자량은 42이다. X의 실험식량은 14이므로 X의 분자식은 [eqn: rmC _{3} H _{6}]이다.

실험식, 분자량, 분자식

정답 키워드

등급	채점 기준	배점(%)
A	X의 실험식과 분자식을 옳게 쓰고, 구하는 방법을 옳게 서술한 경우	100
B	X의 실험식과 분자식만 옳게 쓴 경우	40