고2·3 화학Ⅰ 「화학 결합」 단원은 원자들이 전자를 주고받거나 함께 쓰면서 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합을 이루는 과정과, 그 결합 방식에 따라 물질의 성질이 달라지는 까닭을 다룹니다. 아래 시험지 20문항으로는 결합의 종류별 특징과 몰 계산, 정전기적 인력의 크기 비교를 얼마나 정확히 구분하는지 확인합니다.
📝 화학 결합 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
이온 결합, 공유 결합, 금속 결합. 이름은 셋인데 시험지에서는 한 문제 안에 섞여 나오기 쉽습니다. 저는 수학을 가르치는 사람이라 화학 내용을 짚어 드릴 처지가 못 됩니다. 시험지를 어떻게 쓰느냐만 말씀드리겠습니다.
20문항을 하루에 다 끝낼 필요는 없습니다. 버거워 보이면 절반에서 멈추셔도 됩니다. 풀이는 옆에서 불러 주지 말고 아이 손에 맡기십시오. 몰 계산이 나오는 문항은 식을 직접 써 봐야 어디서 꼬였는지 드러납니다.
틀린 문항은 그날 해설을 읽고 덮어 두십시오. 그리고 몇 주 지나 시험이 가까워졌을 때 같은 문항을 다시 풀게 하십시오. 그때 혼자 맞히면 그 문항은 제대로 남은 것입니다.
— 수학의 신호 원장
화학 결합, 무엇을 배우나
이 단원은 결합의 종류를 구분하는 데서 출발합니다. 이온 결합은 양이온과 음이온 사이의 정전기적 인력으로, 공유 결합은 원자들이 전자쌍을 공유하면서, 금속 결합은 금속 양이온과 자유 전자 사이의 인력으로 이루어집니다. 결합 방식이 정해지면 전기 전도성, 부서지는 성질, 펴지는 성질이 그에 맞춰 설명됩니다.
개념은 계산 문제로도 이어집니다. 문항 표본에는 분자당 공유 전자쌍 수를 mol로 바꿔 더하는 문제, 화학식에서 이온의 총 몰수를 구하는 문제, 두 이온의 전하량 곱과 거리의 제곱으로 인력의 크기를 비교하는 문제가 있습니다. 결합의 성질을 말로 이해한 뒤 질량과 몰, 전하량과 거리 같은 수치로 옮기는 흐름입니다.
화학 결합에서 자주 헷갈리는 곳
고체와 액체의 전도성 이온 결합 물질은 고체에서는 이온이 고정되어 전류가 흐르지 않고, 액체나 수용액에서는 이온이 이동해 전류가 흐릅니다. 고체에서도 흐른다고 고르기 쉽습니다.
공유 전자쌍과 비공유 전자쌍 H₂O는 두 전자쌍이 각각 2개로 같지만, NH₃는 3개와 1개, N₂는 3개와 2개, HCl은 1개와 3개입니다. 분자마다 두 값을 따로 세어야 합니다.
화학식의 아래 첨자와 이온의 몰수 CaF₂ 1 mol에는 이온이 3 mol 들어 있고, MgCl₂는 Mg²⁺ 1개에 Cl⁻ 2개가 나옵니다. 화학식의 아래 첨자(구성 이온 수)를 곱하지 않으면 총 이온 수가 틀어집니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
다음 분자 중 분자 1개에 들어 있는 비공유 전자쌍의 수가 가장 많은 것은? (단, 모든 원자는 옥텟 규칙(수소는 2개의 전자)을 만족한다.) ① NH₃ ② H₂O ③ HF ④ CO₂정답 · ④ CO₂ — 비공유 전자쌍 수는 NH₃ 1개, H₂O 2개, HF 3개, CO₂ 4개이다. CO₂는 O=C=O 구조에서 각 산소 원자가 비공유 전자쌍을 2개씩 가지므로 가장 많다.
표는 가상의 2원자 분자 A₂, B₂, C₂의 결합 길이와 결합 에너지(결합 1 mol을 끊어 원자로 만드는 데 필요한 에너지)이다. 이에 대한 설명으로 〈보기〉에서 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? | 분자 | 결합 길이(pm) | 결합 에너지(kJ/mol) | |---|---|---| | A₂ | 120 | 500 | | B₂ | 100 | 950 | | C₂ | 150 | 150 | 〈보기〉 ㄱ. 표의 분자에서는 결합 길이가 짧을수록 결합 에너지가 크다. ㄴ. A₂ 2 mol의 결합을 모두 끊는 데 필요한 에너지는 500 kJ이다. ㄷ. 두 원자 사이의 퍼텐셜 에너지가 가장 낮아지는 거리는 B₂가 가장 짧다. ① ㄱ ② ㄴ ③ ㄱ, ㄷ ④ ㄴ, ㄷ정답 · ③ ㄱ, ㄷ — 표에서 결합 길이는 B₂ < A₂ < C₂ 순이고 결합 에너지는 B₂ > A₂ > C₂ 순이므로 ㄱ이 옳다. 결합 길이는 퍼텐셜 에너지가 가장 낮아지는 두 원자 사이의 거리이므로 ㄷ도 옳다. A₂ 2 mol을 끊으려
금속 결정과 이온 결정에 외부에서 힘을 가했을 때의 차이를 옳게 설명한 것은? ① 이온 결정은 힘을 받으면 자유 전자가 이동하여 얇게 펴진다. ② 금속 결정은 힘을 받으면 같은 전하를 띤 입자끼리 마주 보게 되어 반발력 때문에 쪼개진다. ③ 금속 결정은 힘을 받아 양이온의 배열이 어긋나도 자유 전자가 결합을 유지해 주므로 펴지거나 늘어난다. ④ 이온 결정은 힘을 받아도 양이온과 음이온의 배열이 변하지 않으므로 잘 펴진다.정답 · ③ 금속 결정은 힘을 받아 양이온의 배열이 어긋나도 자유 전자가 결합을 유지해 주므로 펴지거나 늘어난다. — 금속에서는 양이온 층이 밀려 어긋나도 자유 전자가 전체를 묶고 있어 결합이 유지되므로 전성·연성이 있다. 이온 결정은 층이 밀리면 같은 전하의 이온이 마주 보게 되어 반발력으로 쉽게 쪼개진다.
질소(N₂) 2.8 g과 물(H₂O) 3.6 g에 들어 있는 공유 전자쌍과 비공유 전자쌍을 모두 합한 전자쌍은 총 몇 mol인가? (단, 원자량은 H=1, N=14, O=16이며, 각 분자는 옥텟 규칙(H는 2개)을 만족한다.) 단위를 포함하여 쓰시오.정답 · 1.3 mol — N₂ 2.8 g은 0.1 mol이고 분자 1개당 공유 전자쌍 3, 비공유 전자쌍 2로 전자쌍 5개이므로 0.1×5=0.5 mol이다. H₂O 3.6 g은 0.2 mol이고 분자 1개당 공유 전자쌍 2, 비공유 전자쌍
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
화학 결합 시험지에 나오는 문항 모양
원리 적용
단답
선다
그래프·표 해석
4지선다
화학 결합 공부는 이 순서로
먼저 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합의 성질을 표 하나에 정리하고, 하루 15분쯤 소리 내어 설명해 봅니다. 고체와 액체의 전도성, 이온 결합 물질이 부서지는 까닭, 금속이 펴지는 까닭이 서로 어떻게 다른지 말로 구분되는지 확인하는 단계입니다.
그다음 계산을 붙입니다. 질량을 몰로 바꾸고 화학식 1 mol에 든 이온 수(아래 첨자)나 분자당 공유 전자쌍 수를 곱해 공유 전자쌍이나 이온의 몰수를 구하는 풀이를 하루 두세 문항씩 손으로 써 봅니다. 정전기적 인력은 전하량 곱을 거리의 제곱으로 나눈 값을 직접 세워 비교하는 연습을 마지막에 넣습니다.