원자의 구조 단원은 원자를 이루는 입자의 수, 같은 원소이면서 질량수가 다른 동위 원소, 전자를 확률로 나타내는 오비탈, 수소 원자의 에너지 준위를 다룹니다. 아래 20문항으로는 질량수와 중성자 수 계산, 동위 원소의 존재비와 평균 원자량, 오비탈의 뜻, 전자 껍질의 오비탈 수, 에너지 준위 사이의 전이를 정확히 다루는지 확인합니다.
📝 원자의 구조 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
저는 수학 학원을 하는 사람이라 화학 내용을 가르친다고 말씀드릴 수는 없습니다. 다만 20문항짜리 한 장을 집에서 어떻게 쓰면 좋은지는 말할 수 있습니다.
질량수와 중성자 수 계산, 존재비로 평균 원자량 구하기, 오비탈의 뜻. 이런 문항은 옆에서 조금만 거들어 주면 술술 답하다가, 혼자 하라고 하면 막히는 경우가 많습니다. 솔직히 그건 아직 자기 것이 아니라는 뜻입니다.
그러니 답지는 덮어 두고 혼자 끝까지 풀게 하십시오. 채점한 뒤에는 틀린 문항 하나를 골라 자기 말로 설명해 보게 하세요. 종이로 먼저 푼 다음 화면에서 풀고 채점하기로 한 번 더 확인하는 순서도 괜찮습니다.
— 수학의 신호 원장
원자의 구조 시험지에 나오는 문항 모양
계산
표 해석
단답
선다
그래프·표 해석
개념 확인
원자의 구조, 무엇을 배우는가
이 단원은 원자 속 입자의 수를 세는 일에서 출발합니다. 이온의 전자 수에서 중성 원자의 전자 수와 양성자 수를 구하고, 질량수에서 양성자 수를 빼면 중성자 수가 나옵니다. 이 계산이 동위 원소의 질량수 합, 존재비, 평균 원자량 문제로 그대로 이어집니다.
다음으로 전자의 모습을 다룹니다. 보어 모형은 전자가 일정한 궤도를 돈다고 보지만, 현대 원자 모형의 오비탈은 전자가 발견될 확률이 높은 공간의 분포입니다. 주양자수 n인 껍질에는 오비탈이 n²개 있고, 수소 원자의 전자는 높은 준위에서 낮은 준위로 전이할 때 두 준위의 에너지 차이만큼 빛을 방출합니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
표는 중성 원자 (가)~(라)의 양성자 수와 중성자 수를 나타낸 것이다. 서로 동위 원소인 것끼리 짝지은 것은? (가) 양성자 6, 중성자 6 (나) 양성자 6, 중성자 8 (다) 양성자 7, 중성자 7 (라) 양성자 8, 중성자 8 ① (가), (나) ② (가), (다) ③ (나), (다) ④ (다), (라)정답 · ① (가), (나) — 동위 원소는 양성자 수(원자 번호)는 같고 중성자 수(질량수)가 다른 원자이다. (가)와 (나)는 양성자 수가 6으로 같고 중성자 수가 달라 동위 원소이다. (나)와 (다)는 질량수만 14로 같을 뿐 양성자 수가 달
가상의 원소 X의 동위 원소는 ³⁹X와 ⁴¹X 두 가지뿐이고, X의 평균 원자량은 39.4이다. 이때 ⁴¹X의 존재 비율(%)을 단위와 함께 쓰시오. (단, 동위 원소의 상대 질량은 질량수와 같다고 가정한다.)정답 · 20 % — ⁴¹X의 존재 비율을 x라 하면 39×(1−x)+41×x=39.4이다. 이를 정리하면 39+2x=39.4이므로 x=0.2이다. 따라서 ⁴¹X의 존재 비율은 20 %이다.
원소 X에는 동위 원소 ⁷⁹X와 ⁸¹X만 존재하고, X의 평균 원자량은 79.8이다. 이때 ⁸¹X의 존재 비율(%)을 구하시오. (단, 각 동위 원소의 원자량은 질량수와 같다고 가정한다.)정답 · 40 % — ⁸¹X의 존재 비율을 x라 하면 평균 원자량 = 79(1 − x) + 81x = 79 + 2x = 79.8이므로 x = 0.4이다. 따라서 ⁸¹X의 존재 비율은 40 %이다.
수소 원자에서 전자의 에너지 준위는 Eₙ=−1312/n² (kJ/mol)이다. 표는 전자 전이 (가)~(다)를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (가) n=3 → n=2 (나) n=2 → n=1 (다) n=4 → n=2 ① (나)에서 출입하는 빛에너지가 가장 크다. ② (다)에서는 빛을 흡수한다. ③ 방출하는 빛의 파장은 (가)가 (다)보다 짧다. ④ (가)와 (나)에서 출입하는 에너지는 같다.정답 · ① (나)에서 출입하는 빛에너지가 가장 크다. — 세 전이는 모두 높은 준위에서 낮은 준위로 가므로 빛을 방출하며, 에너지는 (가) 1312×(1/4−1/9)≈182 kJ/mol, (나) 1312×(1−1/4)=984 kJ/mol, (다) 1312×(1/4−1/16
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
원자의 구조에서 자주 헷갈리는 곳
겹치는 값 세기 H₂O 분자량은 18, 19, 20과 20, 21, 22가 나오지만 20이 겹쳐 서로 다른 값은 5개입니다. 존재비 문항도 ²⁰X와 ²²X가 하나씩 결합하는 경우는 순서가 둘이라 2×0.8×0.2로 계산합니다.
오비탈 수와 전자 수 주양자수 n인 껍질의 오비탈 수는 n²개이고, 들어갈 수 있는 최대 전자 수는 2n²입니다. n이 3이면 오비탈은 9개, 최대 전자 수는 18개이니 둘을 바꿔 고르지 않도록 합니다.
오비탈과 궤도의 구분 일정한 원형 궤도를 도는 전자는 보어 모형의 설명입니다. 오비탈은 확률의 분포여서 경계면 밖에서도 전자가 발견될 확률이 0이 아닙니다. 보기의 단정적인 표현을 눈여겨봐야 합니다.
집에서는 이 순서로 공부하면 됩니다
하루 30분 안팎으로 잡고 입자 수 계산부터 시작합니다. 이온이면 잃거나 얻은 전자 수를 되돌려 중성 원자의 전자 수를 구하고, 그 값이 양성자 수임을 적은 뒤 질량수에서 빼서 중성자 수를 냅니다. 이 흐름이 막힘없이 되면 동위 원소 문항으로 넘어갑니다.
그다음에는 한 동위 원소의 존재비를 a로 두고 40(1−a)+42a처럼 평균 원자량 식을 세우는 연습을 합니다. 질량 스펙트럼 문항은 세기비에서 존재비를 거꾸로 구합니다. 마지막 며칠은 오비탈 설명을 보어 모형과 나란히 비교해 적고, 에너지 준위 표에서는 높은 준위에서 낮은 준위를 뺀 값을 직접 계산해 봅니다.