화학2- 주기율과 주기율표

[류명한]

SCIENCE CRAFT	高等學校 화학 2	JUN PRODUCTION
	UNIT 5.  주기율과 주기율표

(1~2) 다음은 3주기 원소 M의 순차적 이온화 에너지와 산소 원자의 전자 배치를 조사한 자료이다.(단, M은 임의의 원소 기호이다.)

	o 원소 M의 순차적 이온화 에너지
	원소	이온화 에너지(kJ/몰)
		E1	E2	E3	E4
	M	735	1449	7720	10609
	o 산소 원자의 전자 배치 : O = 1s22s22p4

1. 원소 M에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?

가. 전자 배치는 K(2)L(2)이다.

나. 원자 반지름이 이온 반지름보다 크다.

다. 안정한 상태의 이온이 되는데 필요한 에너지는 1449kJ/몰이다.

① 가                      ② 나                    ③ 다

④ 가, 나                  ⑤ 나, 다

2. 아래표는 원소 M을 충분한 양의 산소와 반응시켜 얻어 낸 실험 결과이다.

실험	반응한 원소 M의 질량(g)	원소 M의 산화물(MxOy)의 질량(g)
1 2 3	1.2 2.4 3.6	2.0 4.0 6.0

위 자료와 위 실험 결과를 근거로 판단할 때, 설명 중 옳은 것을 모두 고른 것은?

가. 일정 성분비의 법칙을 확인할 수 있다.

나. 원소 M과 산소의 원자량의 비는 3:2이다.

다. 원소 M 1몰이 반응할 때 원소 M의 산화물(M_xO_y)은 2몰이 생성된다.

① 가                      ② 나                    ③ 다

④ 가, 나                  ⑤ 나, 다

3. 그림은 주기율표의 일부를 대략적으로 나타낸 것이다.

위 주기율표의 원소들에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① (가)는 다른 원소와 잘 반응하지 않는다.

② (나)의 원자 반지름은 (다)보다 작다.

③ (라)의 1차 이온화 에너지는 (마)보다 작다.

④ (나)와 (바)는 화학적 성질이 서로 비슷하다.

⑤ (사)는 바닥 상태에서 3d 오비탈에 전자가 배치된다.

4. 다음은 주기율표의 일부를 나타낸 것이다.

위 주기율표의 원소 A~F 중 아래와 같은 특성을 갖는 원소로 옳은 것은?(단, A~F는 임의의 원소 기호이다.)

o 이원자 분자로 존재하며 상온에서 기체 상태이다.

o 안정한 상태의 이온의 전자 배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶이다.

o 원자 반지름은 0.099nm이고, 이온 반지름은 0.181nm이다.

o 원소 C와 반응하여 생성된 물질은 용융 상태에서 전기 전도성을 갖는다.

① A                       ② B                     ③ C

④ D                       ⑤ E

5. 표는 원소 A~C의 순차적 이온화 에너지를 나타낸 것이고,그림 (가)~(다)는 몇 가지 원자의 전자 배치 모형을 나타낸 것이다.

원소	순차적 이온화 에너지(kJ/mol)
	E1	E2	E3	E4
A B C	577 738 496	1816 1450 4563	2744 7731 6913	11575 10545 9541

위 전자 배치 모형 (가)~(다)와 같은 족에 속하는 원소를 각각 옳게 짝지은 것은?(단, A~C는 임의의 원소 기호이다.)

	(가)	(나)	(다)		(가)	(나)	(다)
① ③ ⑤	A B C	B A B	C C A	② ④	A B	C C	B A

6. 황(₁₆S), 염소(₁₇Cl), 칼륨(₁₉K)의 원자 및 이온의 상대적인 크기를 바르게 나타낸 것은?(단, 실선은 원자의 크기, 점선은 이온의 크기이다.)

7. 다음은 2～3주기 원소의 이온화 에너지를 나타낸 그래프이다.(단, A～E는 임의의 원소이다.)

이 그래프에 대한 해석으로 옳은 것을 모두 고른 것은?

가. A와 E는 같은 족 원소이다.

나. D는 C보다 전자 껍질수가 많다.

다. E의 산화물의 화학식은 EO이다.

① 가                     ② 나                     ③ 다

④ 가, 나                 ⑤ 나, 다

8. 그림은 몇 가지 원소의 원자 번호에 따른 이온 반지름의 크기 변화를 나타낸 것이다.

 

위 자료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 이온 반지름은 주기적 성질을 잘 보여준다.

② (가)의 변화는 전자 껍질 수의 차이 때문이다.

③ (나)의 변화는 핵 전하량의 차이 때문이다.

④ 같은 족에서는 원자 번호가 클수록 이온 반지름이 크다.

⑤ 같은 주기에서는 원자 번호가 클수록 이온 반지름이 작다.

9. 표는 원소 A, B, C, D의 바닥 상태에서의 전자 배치를 나타낸 것이다.(단, A, B, C, D는 임의의 원소 기호이다.)

원소	K	L		M
	1s	2s	2p	3s	3p	3d
A	2	1
B	2	2	6
C	2	2	4
D	2	2	6	1

위 전자 배치로 알 수 있는 원소의 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① A와 D는 같은 족 원소이다.

② 음이온이 되기 가장 쉬운 원소는 C이다.

③ 양이온이 되기 가장 쉬운 원소는 D이다.

④ 이온화 에너지가 가장 작은 원소는 A이다.

⑤ 화합물을 만들기 가장 어려운 원소는 B이다.

10. 표는 임의의 원소 A, B, C, D가 안정한 이온이 되었을 때의 전하와 이온을 구성하는 입자의 수를 나타낸 것이다.

원소	전하	양성자수	중성자수	전자수
A	+2	12	12
B	-1		10	10
C	+2	12	13
D	-1	17		18

이 자료에 대한 해석으로 옳은 것은?

① A와 C는 동위 원소의 관계이다.

② D의 중성자수는 17개이다.

③ B의 질량수는 20이다.

④ C와 D는 같은 족의 원소이다.

⑤ B와 D는 같은 주기의 원소이다.

11. 표는 3주기에 속한 A, B, C의 순차적 이온화 에너지를 나타낸 것이다.(단, A, B, C는 임의의 원소 기호이다.)

원소	순차적 이온화 에너지(kJ/mol)
	E1	E2	E3	E4
A B C	494 736 577	4561 1452 1815	6912 7732 2745	9544 10540 11578

위 자료에 대한 해석 중 옳은 것을 모두 고르면?

가. 원자 번호가 가장 작은 원소는 A이다.

나. 원소 B의 산화물의 화학식은 B₂O이다.

다. 원자 반지름이 가장 작은 원소는 C이다.

① 가                   ② 나                  ③ 가, 나

④ 가, 다               ⑤ 나, 다

12. 다음은 주기율표의 일부를 나타낸 것이다.(단, A~E는 임의의 원소 기호이다.)

원소 A~E에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?

가. A와 D는 화학적 성질이 비슷하다.

나. B와 C는 전자 껍질의 수가 같다.

다. 금속성이 가장 큰 것은 C이다.

라. 이온화 에너지가 가장 작은 것은 E이다.

① 가, 나                ② 가, 다               ③ 나, 다

④ 나, 라                ⑤ 다, 라

13. 다음은 원자 번호에 따른 원자 반지름의 변화를 나타낸 것이다.

원자 반지름에 대한 설명 중 옳은 것을 모두 고른 것은?

가. 같은 족에서 원자 번호가 커질수록 원자 반지름은 커진다.

나. 같은 주기에서 원자 반지름의 변화는 전자 껍질수와 관련이 있다.

다. 같은 주기에서 비금속의 원자 반지름이 금속의 원자 반지름보다 크다.

① 가                      ② 나                    ③ 다

④ 가, 나                  ⑤ 나, 다

14. 다음 표는 원소 A, B, C, D의 전자 배치와 녹는점, 끓는점을 나타낸 것이다.

원소	전자배치	녹는점(℃)	끓는점(℃)
A	K(2)L(1)	186	1336
B	K(2)L(7)	-223	-183
C	K(2)L(8)M(1)	63	760
D	K(2)L(8)M(7)	-101	-34

위 원소들을 (A, C)와 (B, D)로 분류하였을 때 분류 기준이 될 수 있는 것을 모두 고르면?(단, A~D는 임의의 원소 기호이다.)

가. 주기                        나. 족

다. 상온에서의 상태             라. 원자가 전자수

① 가, 나                ② 가, 다               ③ 다, 라

④ 가, 나, 라            ⑤ 나, 다, 라

15. 그래프는 임의의 3주기 원소 A~C의 순차적 이온화 에너지를 나타낸 것이다.

원자 번호가 작은 것부터 나열한 것은?

① A - B - C                      ② A - C - B

③ B - A - C                      ④ B - C - A

⑤ C - A - B

(16~17) 다음 그림은 원소의 주기율표 일부분을 나타낸 것이다. 물음에 답하시오.(단, A~I는 임의의 원소 기호이다.)

16. 다음과 같은 특성을 갖는 원소를 위 그림에서 고르면?

o 안정한 이온이 되었을 때 전자 배치는 K(2)L(8)이다.

o 원자 반지름이 이온 반지름보다 더 크다.

o 2차 이온화 에너지가 급격하게 커진다.

① B        ② C        ③ D        ④ E        ⑤ G

17. 다음은 상온에서 고체 상태로 존재하는 어떤 물질에 관한 자료이다.

o 상온에서 고체 상태로 존재하며, 그물 구조체로 녹는점이 매우 높다.

o 고체 상태와 액체 상태에서 전기 전도성이 없다.

o 유리의 주성분으로 플루오르화수소(HF)와 반응한다.

위 물질의 화학식으로 가장 적절한 것은?

① A₂       ② H       ③ DC       ④ I       ⑤ FB₂

18. 다음 표는 3주기에 속하는 원소 X, Y, Z의 순차적 이온화 에너지를 나타낸 것이다.

에너지(kJ/몰) 원소	E1	E2	E3	E4
X	496	4562	6912	9543
Y	738	1451	7733	10540
Z	578	1817	2745	11577

위 자료를 참고로 할 때 원소 X, Y, Z를 옳게 비교한 것은?(단, X, Y, Z는 임의의 원소 기호이다.)

① 원자 번호 : X > Z

② 원자가 전자수 : X > Y

③ 원자 반지름 : Y < Z

④ 반응성 세기 : X < Z

⑤ 안정한 이온의 전하 수 : X < Y

19. 다음 표는 원소 A, B, C, D의 순차적 이온화 에너지를 나타낸 것이다.

이온화 에너지 원소	1차	2차	3차	4차
A	500	4600	6900	9500
B	740	1500	7700	10500
C	519	7275	11777	-
D	580	1800	2700	11600

원소 A, B, C, D에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?(단, A~D는 임의의 원소 기호이다.)

가. 원소 A는 상온에서 물과 반응한다.

나. 원소 B의 원자가전자 수는 3개이다.

다. 원소 A와 C는 같은 족에 속한다.

라. 원소 D의 염화물의 화학식은 DCl₂이다.

① 가, 나                ② 가, 다               ③ 가, 라

④ 나, 다                ⑤ 나, 라

정답
②  ④ ② ③  ③ ①  ④  ⑤  ④ ①  ④  ①  ①  ⑤  ②  ③  ⑤ ⑤  ②

1. 결론 도출 및 평가

   가. 원소 M의 순차적 이온화 에너지에서 2차 이온화 에너지에 비해 3차 이온화 에너지가 급격히 커지므로 원소 M은 원자가전자가 2개인 금속 원소이며, 3주기 원소이므로 전자 배치는 K(2)L(8)M(2)이다.

   나. 원소 M이 원자가전자를 잃고 양이온이 될 때는 전자 껍질수가 감소하므로 이온 반지름이 원자 반지름보다 작아진다.

   다. 원소 M은 전자를 2개 잃고 +2가의 양이온이 되므로 안정한 상태의 이온이 되는 데 필요한 에너지는 735 + 1449 = 2184(kJ/몰)이다.

2. 결론 도출 및 평가

   가. 실험 1~3에서 원소 M과 산소는 모두 3 : 2의 일정한 질량비로 반응하므로 실험 결과를 통하여 일정 성분비의 법칙을 확인할 수 있다.

   나. 원자가전자가 2개인 원소 M은 +2가의 양이온이 되고, 원자가전자가 6개인 산소 원자는 -2가의 음이온이 되므로 원소 M의 산화물의 화학식은 MO이다. 그리고 원소 M과 산소의 결합 질량비는 3 : 2이므로 원소 M과 산소의 원자량의 비는 3 : 2이다.

   다. 원소 M과 산소의 화학 반응식은 2M + O₂ ---> 2MO이므로 원소 M 1몰이 반응할 때 생성되는 원소 M의 산화물 MO의 몰수는 1몰이다.

3. 주기율표

   (가)는 18족 원소이므로 비활성 기체이다. 같은 주기에서는 원자 번호가 커질수록 핵과 전자 간의 인력이 커져서 반지름이 작아지므로 (나)의 원자 반지름은 (다)보다 크다. 단, 같은 주기에서 18족은 옥텟을 이루어 전자쌍 반발로 반지름이 커진다. 같은 주기에서 원자 번호가 커지면 핵간 인력이 커져서 1차 이온화 에너지는 대체로 커지므로 (라)의 1차 이온화 에너지는 (마)보다 작다. (나)와 (바)는 알칼리 금속으로 성질이 비슷하다. (사)는 전이 원소로서 3d 오비탈에 전자가 채워진다.

4. 자료의 분석 및 해석

   이온 반지름이 원자 반지름보다 큰 원소는 비금속 원소이다. 비금속 원소는 금속 원소(원소 C)와 반응하여 용융 상태에서 전기 전도성이 있는 이온 결합 물질을 생성한다. 주어진 자료의 원소 중 비금속 원소는 B, D, E인데, 18족 원소인 E는 단원자 분자로 존재하며, 2주기 17족 원소인 B는 이온으로 될 때 1s²2s²2p⁶의 전자 배치를 나타낸다. 그러므로 이원자 분자로 존재하며 상온에서 기체 상태이고, 안정한 상태의 이온이 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶의 전자 배치를 가지는 원소는 3주기 17족 원소인 D이다.

5. 순차적 이온화 에너지

   주어진 자료의 순차적 이온화 에너지로부터 판단할 때, A의 원자가전자는 3개로 13족 원소이고, B의 원자가전자는 2개로 2족 원소이며, C의 원자가전자는 1개로 1족 원소이다. 전자 배치 모형에서 (가)는 원자가전자가 2개인 2족 원소, (나)는 원자가전자가 3개인 13족 원소, (다)는 원자가전자가 1개인 1족 원소이다.

6. 원자반지름과 이온반지름

   원자의 크기는 같은 주기에서 원자 번호가 증가할수록 감소하고, 같은 족에서 원자 번호가 증가할수록 증가한다. 또한 중성 원자의 크기보다는 음이온의 크기는 커지고, 양이온의 크기는 감소한다. 이들 입자의 크기에 영향을 주는 요인은 양성자수, 전자 껍질수, 전자수이다.

7. 이온화 에너지

   A는 2주기 13족 원소이고, E는 3주기 13족 원소이다. C(2주기)에서 D(3주기)로 갈 때 이온화 에너지가 급감하는 것으로 보아 전자 껍질수가 늘어남을 알 수 있다. E는 13족이므로 그 산화물의 화학식은 E₂O₃이다.

8. 이온 반지름

   ① Li⁺～F^-(2주기)와 Na⁺～Cl^-(3주기)의 원자 번호에 따른 이온 반지름의 변화가 동일한 경향을 나타내므로 이온 반지름은 주기적 성질을 잘 보여준다.

   ② (가)에서 N^3-는 B³⁺보다 전자 껍질이 1개 더 많아 이온 반지름이 크다.

   ③ (나)에서 이온들은 모두 전자 껍질 수가 같고 원자 번호가 클수록 핵 전하량이 증가하기 때문에 이온 반지름이 작다.

   ④ 같은 족에서는 Li⁺〈 Na⁺〈 K⁺와 같이 원자 번호가 클수록 반지름이 크다.

   같은 주기에서는 양이온들끼리 또는 음이온들끼리는 원자 번호가 클수록 이온 반지름이 작다. 그러나 음이온들이 양이온들보다 원자 번호가 크지만 반지름이 크다.

9. 바닥 상태의 전자 배치

   원소 A와 원소 D는 원자가 전자의 수가 1개로 같은 족 원소이다. B는 가장 안정한 전자 배치를 하고 있는 비활성 기체이므로 화합물을 만들기 어려운 원소이다. 원소 C는 원자가 전자의 수가 6개이므로 가장 음이온으로 되기 쉬운 원소이고, 원소 D는 원자가 전자의 수가 1개이고 전자 껍질 수가 A보다 많으므로 가장 양이온이 되기 쉽다. 이온화 에너지는 주기율표의 같은 족에서는 아래쪽으로 갈수록 같은 주기에서는 왼쪽으로 갈수록 작게 필요하다. 따라서 원소 D의 이온화 에너지가 가장 적게 필요하다.

10. 원자를 구성하는 입자

    동위 원소는 원자 번호는 같으나 중성자수가 달라 질량수가 다른 원소를 말한다. 양성자수는 원자 번호와 같은 값을 가지므로 양성자수는 같고 중성자수가 다른 원소 A와 원소 C가 동위 원소 관계이다. B는 전자 1개를 받아 전자수가 10개이고 양성자수는 9개이므로 2주기 원소이다. 그러나 원소 D는 양성자수가 17개이므로 3주기 원소이다.

11. 순차적 이온화 에너지

    순차적 이온화 에너지에서 원소 A는 1차 이온화 에너지보다 2차 이온화 에너지가 급격히 증가하였으므로 A는 원자가 전자가 1개이고 마찬가지로 B는 원자가 전자가 2개이며 C는 원자가 전자가 3개이다. 같은 주기 원소는 원자 번호가 증가할수록 핵의 양성자수가 많으므로 핵에서 끌어당기는 힘이 강하여 원자 반지름은 감소한다. 따라서 원자 번호가 큰 C가 A보다 원자 반지름이 작다. 원소 B는 2차 이온화 에너지보다 3차 이온화 에너지가 급격히 증가하므로 원자가 전자는 2개이다. 따라서 원소 B의 산화물의 화학식은 BO이다.

12. 원소의 주기적 성질

    주기율표에서 같은 족에 속하는 원소인 A와 D는 원자가전자수가 같으므로 화학적 성질이 비슷하다. B와 C는 주기율표의 3주기에 속하는 원소로 전자 껍질의 수는 모두 3개씩이다. 주기율표의 왼쪽 아래로 갈수록 금속성이 커지므로 금속성이 가장 큰 원소는 D이다. 주기율표에서 오른쪽 위로 갈수록 이온화 에너지가 커지므로 이온화 에너지가 가장 큰 원소는 C이다.

13. 원자 반지름

    그래프에서 Li, Be, C, F는 2주기, Na, Mg, Si, Cl는 3주기 원소이다. 같은 족에 속하는 Li과 Na의 원자 반지름을 비교하면 Na이 더 크고, F와 Cl의 원자 반지름을 비교하면 Cl가 크다. 같은 주기에서 금속의 원자 반지름은 비금속의 원자 반지름보다 더 크다. 같은 주기에서 원자 번호가 증가할수록 원자 반지름이 작아지는 이유는 핵의 전하량과 원자가전자수가 증가하여 원자핵과 전자 사이의 인력이 증가하기 때문이다.

14. 원소의 분류

   A, C는 원자가 전자가 1개이므로 1족 원소이고 B, D는 원자가 전자가 7개이므로 17족 원소이다. 또, A, C는 상온에서 고체이고, B, D는 상온에서 기체이다. A, B 원소들은 L전자 껍질까지 전자가 존재하므로 2주기 원소이고, C, D원소들은 M전자 껍질까지 전자가 존재하므로 3주기 원소이다. 따라서, 주기에 의해서 분류하면 (A, B)와 (C, D)로 분류해야 한다.

15. 순차적 이온화 에너지

    A는 둘째 이온화 에너지가 급격히 커지므로 원자가전자수는 1개이다. 이 자료로 B의 이온화 에너지가 급격히 커지는 구간을 알 수 없으므로 13족 이후의 원소로 볼 수 있다. C는 셋째 이온화 에너지가 급격히 커지므로 원자가전자수는 2개이다. 따라서 원자 번호는 A < C < B이다.

16. 알칼리 금속

    원자 반지름이 이온 반지름보다 크므로 이 원소는 이온이 될 때 양이온이 된다. 이것으로부터 이 원소는 금속이라는 것을 알 수 있다. 또한, 안정한 이온이 되었을 때 전자 배치가 K(2)L(8)이므로 3주기 원소이다. 그리고 2차 이온화 에너지가 급격하게 증가하는 것으로 보아 1족 원소임을 알 수 있다.

17. 14족 원소

    상온에서 고체 상태로 존재하므로 그물 구조체로 녹는점이 매우 높다는 것으로부터 이 물질은 원자 결정임을 알 수 있다. 원자 결정은 14족 원소의 홑원소 물질이나 14족 원소의 산화물이다. 보기에서 원자 결정을 찾으면 FB₂임을 알 수 있다. FB₂는 SiO₂로 유리의 주성분이다. A₂는 수소이고 H는 전이 금속으로 전기 전도성을 가지며, DC는 이온 결합 물질로 액체 상태에서 전기 전도성을 가진다. I는 비활성 원소로 매우 낮은 끓는점을 가진다.

18. 순차적 이온화 에너지

    원소 X는 E₁ << E₂ < E₃ < E₄이므로 원자가 전자가 1개인 ₁₁Na이고, 원소 Y는 E₁ < E₂ << E₃ < E₄이므로 원자가 전자가 2개인 ₁₂Mg이며, 원소 Z는 E₁ < E₂ < E₃ << E₄이므로 원자가 전자가 3개인 ₁₃Al이다. 같은 주기 원소들은 원자 번호가 클수록 원자 반지름이 작아진다. 원소 X, Y는 금속원소이고, 원소 Z는 양쪽성 원소로서 금속의 반응성은 X>Y>Z이다. X는 전자 1개를 잃고 안정한 +1가 이온이 되고, Y는 +2가 이온, Z는 +3가 이온이 된다.

19. 순차적 이온화 에너지

    가. 원소 A는 1차 이온화 에너지에 비해 2차 이온화 에너지가 급격하게 증가한 것으로 보아 원자가전자가 1개인 것을 알 수 있다. 원자가전자의 수가 1개인 원소는 주기율표의 1족에 속하는 알칼리 금속이다. 알칼리 금속은 상온에서 물과 반응하여 수소 기체를 발생시킨다.

    다. 원소 C도 1차 이온화 에너지에 비해 2차 이온화 에너지가 급격하게 증가하므로 원소 A와 마찬가지로 원자가전자가 1개이므로 원소 A와 원소 C는 같은 족에 속한 원소임을 알 수 있다.