고2·3 화학Ⅰ의 「전자 배치와 주기적 성질」 단원은 원자 안에서 전자가 어떤 오비탈에 어떤 규칙으로 들어가는지를 정하고, 그 배치가 이온화 에너지, 이온 반지름, 원소의 반응성 같은 성질로 어떻게 이어지는지를 다룹니다. 아래 시험지 20문항으로는 바닥상태 전자 배치의 규칙, 순차 이온화 에너지 읽기, 이온 반지름 비교, 물질량을 곁들인 계산을 스스로 설명할 수 있는지 확인합니다.
📝 전자 배치와 주기적 성질 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 수학을 가르치는 사람이라 화학 내용을 설명해 드릴 처지는 아닙니다. 다만 전자 배치에서 이온화 에너지, 이온 반지름으로 이어지는 이 단원처럼 앞의 것이 뒤의 바탕이 되는 단원은, 문제를 몇 개 푸느냐보다 어떻게 푸느냐가 갈립니다.
20문항을 한꺼번에 밀어붙이지 마시고 하루에 풀 분량을 정해 두세요. 답을 적은 뒤에는 왜 그 답인지 한 문장으로 소리 내어 말해 보게 하십시오. 옆에서 거들면 술술 말하는데 혼자서는 막힌다면, 아직 자기 것이 아니라는 신호로 저는 봅니다.
답지를 먼저 펴서 외우는 공부는 반대입니다. 생각을 건너뛰기 때문입니다. 종이로 풀 때는 이 소단원 20문항을, 화면이 편하면 '화면에서 풀고 채점하기'를 쓰세요.
— 수학의 신호 원장
시험지에서 뽑아 본 문제
바닥상태 원자의 전자 배치가 1s²2s²2p⁶3s²3p³일 때, 이 원자의 홀전자 수는? (단위 포함)정답 · 3개 — 3p 오비탈은 3개이고 전자가 3개이므로 훈트 규칙에 따라 각 오비탈에 전자가 1개씩 들어간다. 따라서 홀전자 수는 3개이다.
표는 3주기 원소 X와 Y의 순차 이온화 에너지(E₁~E₃)를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? 원소 | E₁ | E₂ | E₃ (kJ/mol) X | 496 | 4562 | 6912 Y | 738 | 1451 | 7733 ① Y의 원자가 전자 수는 2이다. ② X는 2가 양이온이 되기 쉽다. ③ X는 2족 원소이다. ④ Y는 X보다 제1 이온화 에너지가 작다.정답 · ① Y의 원자가 전자 수는 2이다. — Y는 E₂에서 E₃로 갈 때 이온화 에너지가 급증하므로 원자가 전자가 2개인 2족 원소이다. X는 E₁에서 E₂로 갈 때 급증하므로 1족 원소이고 1가 양이온이 되기 쉬우며, E₁은 X(496)가 Y(738)보다 작
다음은 원소 W~Z의 제1 이온화 에너지 자료이다. W~Z는 원자 번호가 연속인 2, 3주기 원소이며, 원자 번호는 W < X < Y < Z이다. 이에 대한 〈보기〉의 설명 중 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? 원소: W / X / Y / Z 제1 이온화 에너지(kJ/mol): 1681 / 2081 / 496 / 738 〈보기〉 ㄱ. X는 18족 원소이다. ㄴ. 원자 반지름은 Y가 Z보다 크다. ㄷ. 원자가 전자 수는 Z가 Y보다 작다. 원자 번호가 연속인 원소들의 제1 이온화 에너지를 측정하여 비교하였다. 이온화 에너지는 기체 상태의 중성 원자 1 mol에서 전자 1 mol을 떼어 내는 데 필요한 에너지이다. ① ㄱ ② ㄱ, ㄴ ③ ㄴ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ정답 · ② ㄱ, ㄴ — X에서 Y로 갈 때 이온화 에너지가 급격히 줄어드므로 X는 2주기 18족, Y는 3주기 1족, Z는 3주기 2족이다. 따라서 ㄱ은 옳고, 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 반지름이 작아 Y > Z이므로 ㄴ도 옳다.
표는 원자 번호가 연속인 서로 다른 7가지 원소 A~G의 제1 이온화 에너지이다. 원자 번호는 A<B<…<G이며 2주기와 3주기 원소가 섞여 있다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? 원소: A, B, C, D, E, F, G 제1 이온화 에너지(kJ/mol): 1314, 1681, 2081, 496, 738, 578, 787 ① A는 3주기 원소이다. ② B와 D는 같은 족 원소이다. ③ E의 제1 이온화 에너지가 F보다 큰 것은, E는 3s 오비탈의 전자를, F는 에너지 준위가 더 높은 3p 오비탈의 전자를 떼어 내기 때문이다. ④ 원자 반지름은 G가 D보다 크다.정답 · ③ E의 제1 이온화 에너지가 F보다 큰 것은, E는 3s 오비탈의 전자를, F는 에너지 준위가 더 높은 3p 오비탈의 전자를 떼어 내기 때문이다. — D에서 이온화 에너지가 급감하므로 D는 새로운 주기의 1족 원소이고, A~C는 2주기, D~G는 3주기 원소이다. E는 2족(3s), F는 13족(3p)이므로 3p 전자가 떼어 내기 쉬워 F의 이온화 에너지가 더 작
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
전자 배치와 주기적 성질, 무엇을 배우나
전자 배치의 바탕은 쌓음 원리, 파울리 배타 원리, 훈트 규칙입니다. 전자는 에너지가 낮은 오비탈부터 채워진다는 쌓음 원리와, 한 오비탈에는 전자가 최대 2개까지 들어간다는 파울리 배타 원리와, 에너지가 같은 오비탈에는 전자가 하나씩 먼저 들어간다는 훈트 규칙입니다. 이 규칙으로 바닥상태 배치를 쓰면 쌍을 이룬 전자와 홑전자의 수, 전자가 들어 있는 오비탈 수를 셀 수 있습니다.
배치는 곧 성질로 이어집니다. 원자가 전자 수가 정해지면 순차 이온화 에너지에서 값이 급격히 커지는 지점이 정해지고, 그 수가 족을 알려 줍니다. 같은 주기와 같은 족에서의 이온화 에너지와 반지름의 경향, 전자 수가 같은 이온끼리의 반지름 비교, 알칼리 금속의 반응성도 핵전하와 전자 껍질이라는 같은 뿌리에서 나옵니다.
전자 배치와 주기적 성질에서 헷갈리는 곳
규칙 위반과 들뜬상태의 구분 에너지가 같은 2p 오비탈이 비어 있는데 전자가 쌍을 이루면 훈트 규칙에 어긋납니다. 규칙은 지키지만 에너지가 더 높은 배치는 들뜬상태이므로 둘을 따로 판단해야 합니다.
순차 이온화 에너지는 뛰는 자리를 봅니다 E₃에서 E₄로 넘어갈 때처럼 값이 급격히 커지기 직전까지의 개수가 원자가 전자 수입니다. 값의 크기 자체보다 뛰는 위치를 보아야 족을 바르게 정할 수 있습니다.
전자 수가 같은 이온의 반지름 O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺는 전자 수가 같아서 원자 번호(핵전하)가 클수록 전자를 세게 당겨 반지름이 작아집니다. 원자 번호가 클수록 크다고 답하기 쉬운 부분입니다.
전자 배치와 주기적 성질, 집에서 공부하는 순서
먼저 원자 번호 1부터 20까지 바닥상태 전자 배치를 오비탈 그림으로 직접 그려 보십시오. 하루 15분 안팎으로 하되, 쌍을 이룬 전자와 홑전자의 수, 전자가 들어 있는 오비탈 수까지 함께 세어 두면 뒤의 문항이 수월해집니다.
그다음에 순차 이온화 에너지 표에서 급격히 커지는 지점을 찾아 원자가 전자 수와 족을 말로 설명해 보고, 전자 수가 같은 이온의 반지름을 핵전하로 설명해 보십시오. 마지막으로 이온화 에너지에 물질량을 곱하는 계산을 단위까지 한 줄씩 써 보면 됩니다.