[2025] 6월 모의고사 통합과학_11~15번 풀이
11. 별의 진화와 원소의 생성
11. 그림 (가)는 중심부에서 수소 핵융합 반응이 일어나고 있는 태양의 내부 구조를, (나)는 수소(H) 원자와 원자 A, B의 첫 번째 전자 껍질과 두 번째 전자 껍질에 들어 있는 전자 수를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A 와 B 는 임의의 원소 기호이고, 전자는 원자핵에 가까운 전자 껍질부터 차례로 배치된다.)
이 문항은 태양과 같은 별의 내부 구조에서 일어나는 수소 핵융합 반응과 생성되는 원소를 묻고 있습니다. 자료 (나)의 전자 배치를 보면 수소는 첫 번째 전자 껍질에 전자 1개를 가집니다. 원자 A는 첫 번째 껍질에만 전자 2개를 가지므로 원자 번호 2번인 헬륨(He)입니다. 원자 B는 첫 번째 껍질에 2개 두 번째 껍질에 2개의 전자를 가지므로 원자 번호 4번인 베릴륨(Be)입니다.
ㄱ. (가)의 중심부에서 A의 원자핵이 생성된다.
→ O(별의 중심부에서는 수소 원자핵 4개가 결합하여 1개의 헬륨 원자핵이 되는 수소 핵융합 반응이 일어납니다. A가 헬륨이므로 올바른 설명입니다)
ㄴ. A와 B는 같은 족 원소이다.
→ X(자가 전자의 수가 A(헬륨)는 0개로 18족 비활성 기체에 해당하며 B(베릴륨)는 2개로 2족 원소에 해당합니다. 따라서 두 원소는 같은 족이 아닙니다)
ㄷ. (가)의 중심부에서 핵융합 반응으로 만들어질 수 있는 가장 무거운 원소는 철(Fe)이다.
→ X(그림 (가)는 태양의 내부 구조입니다. 질량이 태양 정도인 별은 중심부에서 헬륨 핵융합 반응이 일어나 탄소까지만 만들어집니다. 철은 질량이 태양보다 매우 큰 별의 중심부에서 만들어집니다)
정답은 ①입니다.
💡 전자 배치를 통해 주어진 미지의 원소가 무엇인지 파악하고 별의 질량에 따라 내부에서 생성될 수 있는 원소의 종류와 핵융합 반응의 한계가 다름을 명확히 이해하는 것이 핵심입니다.
12. 원소의 주기성과 결합
12. 그림은 주기율표의 일부를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, X 와 Y 는 임의의 원소 기호이다.)
이 문항은 주기율표 상의 위치를 통해 미지 원소의 종류를 파악하고 각 원소의 화학적 특성과 화합물 형성 원리를 묻고 있습니다. 주기율표에서 2주기 1족인 X는 리튬(Li)이고 2주기 16족인 O는 산소(O)이며 3주기 17족인 Y는 염소(Cl)임을 알 수 있습니다.
ㄱ. X 와 O는 2:1의 개수비로 결합하여 안정한 화합물을 형성한다.
→ O(X(리튬)는 전자 1개를 잃고 +1가 양이온이 되기 쉽고 O(산소)는 전자 2개를 얻어 -2가 음이온이 되기 쉽습니다. 전하량을 맞추기 위해 양이온 2개와 음이온 1개가 결합하므로 2:1의 개수비라는 설명은 맞습니다)
ㄴ. Y2는 상온에서 특유의 색을 띤다.
→ O(17족 원소인 할로젠에 속하는 Y(염소)는 상온에서 이원자 분자인 기체 상태로 존재하며 황록색이라는 특유의 색을 띱니다)
ㄷ. O는 지각과 생명체를 이루는 주요 원소이다.
→ O(산소(O)는 지각의 규산염 광물을 구성하는 핵심 원소이자 생명체를 구성하는 다양한 유기물의 뼈대에 결합하는 주요 원소입니다)
정답은 ⑤입니다.
💡 주기율표의 족과 주기를 바탕으로 1족 알칼리 금속 16족 원소 17족 할로젠 원소 등을 식별하고 이들이 안정해지기 위해 전자를 주고받으며 결합하는 개수비와 물질의 고유한 성질을 종합적으로 추론해야 합니다.
13. 알칼리 금속의 화학적 성질
13. 다음은 원소 X에 대한 자료이다. X의 전자 배치를 원자 모형으로 나타낸 것으로 가장 적절한 것은? (단, X는 임의의 원소 기호이다.)
이 문항은 주어진 화학적 성질을 통해 미지 원소의 정체를 밝히고 그 원소의 정확한 원자 전자 배치 모형을 찾는 것입니다. 조건을 보면 3주기 원소이며 고체 상태에서 물과 격렬히 반응하고 염소(Cl)와 1:1로 정전기적 인력으로 결합하여 화합물(XCl)을 형성합니다. 이러한 특성은 1족 알칼리 금속이 나타내는 성질이므로 원소 X는 3주기 1족 원소인 나트륨(Na)임을 알 수 있습니다.
① X(전자 껍질이 2개이고 총 전자가 3개(2-1)인 2주기 1족 리튬(Li)의 모형입니다)
② O(전자 껍질이 3개이고 총 전자가 11개(2-8-1)인 3주기 1족 나트륨(Na)의 모형입니다)
③ X(전자 껍질이 3개이고 총 전자가 12개(2-8-2)인 3주기 2족 마그네슘(Mg)의 모형입니다)
④ X(전자 껍질이 3개이고 총 전자가 17개(2-8-7)인 3주기 17족 염소(Cl)의 모형입니다)
⑤ X(전자 껍질이 4개이고 총 전자가 19개(2-8-8-1)인 4주기 1족 칼륨(K)의 모형입니다)
정답은 ②입니다.
💡 물과의 반응성 및 화합물의 화학식(XCl)을 통해 해당 원소가 1족 알칼리 금속임을 논리적으로 유추하고 주기율표의 위치(3주기)에 맞는 정확한 전자 배치 구조를 시각적 모형에서 찾아내는 것이 가장 중요합니다.
14. 이온 결합 물질의 전기 전도성
14. 다음은 물질 A와 B의 전기 전도성을 알아보기 위한 실험이다. A는 설탕과 염화 나트륨 중 하나이고, B는 포도당과 염화 칼륨 중 하나이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 물질의 상태(고체 수용액)에 따른 전기 전도성 차이를 통해 이온 결합 물질과 공유 결합 물질을 구별하는 원리를 묻고 있습니다. 설탕과 포도당은 분자 상태로 존재하는 공유 결합 물질이고 염화 나트륨과 염화 칼륨은 이온 결합 물질입니다. (가)에서 2개의 고체 A와 B 모두 전기 전도성 측정기에서 전류가 흐르지 않았습니다 (나)에서 A 수용액과 B 수용액 모두 측정기의 전구에 불이 켜져 전류가 흐름을 알 수 있습니다. 이를 통해 수용액 상태에서 이온으로 나뉘어 전하를 띠는 이온 결합 물질만이 A와 B가 될 수 있음을 유추해야 합니다. 따라서 A는 염화 나트륨(NaCl)이고 B는 염화 칼륨(KCl)입니다.
ㄱ. ㉠은 2이다.
→ O(모든 이온 결합 물질과 공유 결합 물질은 고체 상태에서 이온이 이동할 수 없거나 전하를 띤 입자가 없어 전류가 흐르지 않습니다. 따라서 설탕, 염화 나트륨, 포도당, 염화 칼륨 4가지 물질 모두 고체 상태에서 전류가 흐르지 않습니다)
ㄴ. (나)에서 A는 분자로 존재한다.
→ X(A는 이온 결합 물질인 염화 나트륨이므로 수용액(나)에서 나트륨 이온과 염화 이온으로 나뉘어 존재합니다)
ㄷ. B는 이온 결합 물질이다.
→ O(B는 수용액 상태에서 전류가 흐르는 특성을 보이므로 이온 결합 물질인 염화 칼륨입니다)
정답은 ③입니다.
💡 이온 결합 물질은 고체에서 전류가 흐르지 않지만 수용액에서는 양이온과 음이온으로 자유롭게 이동하여 전류가 흐른다는 사실과 공유 결합 물질은 수용액에서도 분자로 존재하여 전류가 흐르지 않는다는 핵심 차이를 비교 실험을 통해 정확히 식별해 내야 합니다.
15. 공유 결합
15. 그림은 분자 (가)와 (나)를 화학 결합 모형으로 나타낸 것이다. (가)와 (나)는 각각 물(H2O)과 이산화 탄소(CO2) 중 하나이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?
이 문항은 비금속 원소들이 전자를 공유하여 비활성 기체와 같은 안정한 전자 배치를 이루는 공유 결합의 구조 모형을 묻고 있습니다. (가) 모형은 중심의 탄소(C) 원자 1개와 양쪽의 산소(O) 원자 2개가 각각 2쌍씩 전자를 공유하여 이중 결합을 형성한 이산화 탄소(CO2) 분자입니다. (나) 모형은 중심의 산소(O) 원자 1개와 양쪽의 수소(H) 원자 2개가 각각 1쌍씩 전자를 공유하여 단일 결합을 형성한 물(H2O) 분자입니다.
ㄱ. (가)는 물(H20)이다.
→ X(앞선 분석과 같이 3개의 원자가 결합하여 총 4쌍의 전자를 공유하는 (가)는 이산화 탄소 분자입니다)
ㄴ. (가)에서 모든 원자는 네온(Ne)과 같은 전자 배치를 가진다.
→ O((가)의 이산화 탄소 분자에서 탄소와 산소는 결합 후 모두 가장 바깥쪽 껍질에 8개의 전자를 채워 원자 번호 10번인 네온과 동일한 안정한 전자 배치를 이루게 됩니다)
ㄷ. 공유하는 전자쌍의 수는 (가)와 (나)가 같다.
→ X((가) 이산화 탄소 분자에서 공유하는 전자쌍은 총 4쌍이고 (나) 물 분자에서 공유하는 전자쌍은 총 2쌍입니다)
정답은 ①입니다.
💡 원자들이 공유 결합을 형성할 때 공유 전자쌍의 수를 세어 분자의 화학식을 올바르게 유추하고 결합 후 각 원자가 어떤 비활성 기체와 같은 안정한 전자 배치를 달성하는지 원자 구조 모형을 통해 명확히 파악하는 능력이 핵심입니다.