지각과 생명체를 구성하는 물질

고등학교 1학년 통합과학 (지각과 생명체를 구성하는 물질) 수능형 주관식 문제 (난이도 상)

문제 1.

지구 시스템의 탄소 순환 과정은 다양한 형태로 탄소를 저장하고 이동시킵니다. 대기 중 이산화탄소(CO2​)는 광합성을 통해 생물권으로 유입되고, 생물의 호흡, 유기물의 분해, 화석 연료의 연소 등을 통해 다시 대기로 방출됩니다. 해양은 대기 중 CO2​의 중요한 저장고 역할을 하며, 탄산염(CO32−​) 형태로 탄소를 저장하기도 합니다.

다음 조건을 모두 만족하는 답을 순서대로 작성하시오.

(가) 심해저에서 발견되는 망간 단괴는 다양한 금속 원소를 포함하고 있으며, 코발트(Co)와 니켈(Ni)의 함량이 높습니다. 이 금속 원소들이 망간 단괴에 축적되는 주요 화학적 침전 반응의 일반적인 특징을 이온 결합 형성과 관련지어 서술하시오. (최대 50자)

(나) 생명체를 구성하는 주요 원소 중 하나인 규소(Si)는 지각에서 산소(O) 다음으로 풍부한 원소입니다. 규소는 생명체 내에서 직접적인 에너지원으로 사용되지는 않지만, 특정 생물의 골격이나 보호 구조를 형성하는 데 중요한 역할을 합니다. 규소가 이러한 구조 형성에 기여하는 주요 화학적 결합의 특징을 공유 결합 형성과 관련지어 서술하시오. (최대 50자)

(다) 지구 온난화의 주요 원인으로 지목되는 대기 중 이산화탄소(CO2​) 농도 증가는 해양 산성화를 유발합니다. 해양에서 CO2​가 물(H2​O)과 반응하여 탄산(H2​CO3​)을 형성하고, 이는 다시 해리되어 탄산수소 이온(HCO3−​)과 수소 이온(H+)을 생성합니다. 이 과정이 해양 생태계, 특히 탄산칼슘(CaCO3​)으로 껍데기나 골격을 형성하는 생물에게 미치는 직접적인 화학적 영향을 수소 이온 농도 변화와 관련지어 서술하시오. (최대 50자)

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예시 답안:

(가) 양이온과 음이온의 정전기적 인력으로 단단한 격자 구조 형성

(나) 규소와 산소 원자가 전자를 공유하여 안정적인 3차원 망상 구조 형성

(다) 수소 이온 농도 증가로 탄산칼슘 용해 반응 촉진하여 골격 형성을 방해

 

 

고등학교 1학년 통합과학 (지각과 생명체를 구성하는 물질) 수능형 5지선다 문제

[난이도 상]

1. 그림은 지구 시스템에서 탄소의 순환 과정을 모식적으로 나타낸 것이다. (가) ~ (라)는 탄소의 이동 경로를 의미한다.

          대기 중 CO₂
             ↑↓ (가)
    (라) ↑     ↓ (나)
    생물권 ↔ 해양
             ↑↓ (다)
          지권 (화석 연료 등)

다음 설명 중 옳은 것을 모두 고른 것은?

<보기> ㄱ. (가)는 주로 광합성 및 호흡 작용에 의해 일어난다. ㄴ. (나)는 해양 생물의 탄산칼슘(CaCO3​) 형성과 관련된다. ㄷ. (다)는 화산 활동 및 풍화 작용을 통해 탄소가 이동하는 경로이다. ㄹ. (라)는 주로 화석 연료의 연소 및 생물의 부패 작용에 의해 일어난다.

① ㄱ, ㄴ

② ㄱ, ㄷ

③ ㄴ, ㄹ

④ ㄱ, ㄴ, ㄹ

⑤ ㄴ, ㄷ, ㄹ

 

2. 규소(Si)와 산소(O)는 지각에서 가장 풍부한 원소 중 하나이며, 다양한 규산염 광물을 형성한다. 다음 <보기> 중 규산염 광물의 특징에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?

<보기> ㄱ. 규소와 산소는 이온 결합을 통해 사면체 구조를 형성한다.

ㄴ. 규산염 사면체는 독립적으로 존재하거나 다양한 방식으로 연결될 수 있다.

ㄷ. 규산염 광물의 물리적, 화학적 성질은 규산염 사면체의 연결 방식에 따라 달라진다.

ㄹ. 석영(SiO2​)은 규산염 사면체가 사슬 형태로 연결된 구조를 가진다.

① ㄱ, ㄴ

② ㄱ, ㄹ

③ ㄴ, ㄷ

④ ㄴ, ㄹ

⑤ ㄷ, ㄹ

 

3. 생명체를 구성하는 주요 원소의 순환 과정은 생태계 내 물질 흐름과 에너지 흐름에 중요한 영향을 미친다. 다음은 질소 순환의 일부 과정을 나타낸 것이다.

대기 중 N₂ → (가) → NH₃ → (나) → NO₂⁻ → (다) → NO₃⁻ → 식물 흡수

위 그림의 (가), (나), (다) 과정에 관여하는 생물 또는 화학 반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① (가)는 질소 고정 세균에 의해 주로 일어난다.

② (나)는 아질산화 세균에 의해 수행되는 산화 반응이다.

③ (다)는 탈질소 세균에 의해 일어나며, 질소(N2​)가 대기로 방출된다.

④ (나)와 (다)는 토양 내에서 질소 화합물의 형태를 변화시키는 중요한 과정이다.

⑤ 식물은 주로 질산 이온(NO3−​) 형태로 질소를 흡수하여 생체 구성 물질 합성에 이용한다.

 

4. 탄소 화합물의 다양성은 생명체의 복잡성을 가능하게 하는 중요한 요인이다. 탄소 원자의 특징과 탄소 화합물의 다양성에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

① 탄소는 최대 2개의 다른 원자와 공유 결합을 형성하여 다양한 사슬 구조를 만들 수 있다.

② 탄소 원자 간의 공유 결합은 매우 불안정하여 다양한 작용기를 형성하기 어렵다.

③ 탄소는 전기 음성도가 커서 이온 결합을 통해 다양한 화합물을 형성한다.

④ 탄소 원자는 서로 다양한 방식으로 연결되어 사슬, 고리, 그물 구조 등을 형성할 수 있으며, 다양한 작용기를 가질 수 있어 다양한 성질의 화합물을 만든다.

⑤ 탄소 화합물은 주로 무기물에서 유래하며, 생명체 내에서는 그 종류가 제한적이다.

 

 

[난이도 중]

5. 다음은 지각을 구성하는 주요 원소의 질량비율을 나타낸 것이다.

원소질량비율 (%)

산소(O)	46.6
규소(Si)	27.7
알루미늄(Al)	8.1
철(Fe)	5.0
칼슘(Ca)	3.6
나트륨(Na)	2.8
칼륨(K)	2.6
마그네슘(Mg)	2.1
기타	1.5

Sheets로 내보내기

위 자료에 대한 해석으로 옳은 것은?

① 지각에서 가장 많은 원소는 규소이다.

② 금속 원소 중 질량비율이 가장 높은 것은 알루미늄이다.

③ 알칼리 금속 원소의 질량비율 합은 알칼리 토금속 원소의 질량비율보다 크다.

④ 할로젠 원소는 지각의 질량비율에서 대부분을 차지한다.

⑤ 지각의 질량비율에서 수소(H)는 산소(O)보다 적은 양을 차지한다.

 

 

6. 생명체를 구성하는 주요 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N) 등이다. 이들 원소의 특징에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 탄소는 주로 이온 결합을 통해 생체 분자를 형성한다.

② 수소는 전기 음성도가 가장 커서 극성 분자를 형성하는 데 기여한다.

③ 산소는 생명체의 에너지 저장 물질을 구성하는 주요 원소이다.

④ 질소는 단백질과 핵산의 주요 구성 원소이다.

⑤ 인(P)은 탄수화물의 주요 구성 원소이다.

 

 

7. 해양은 지구 탄소 순환에서 중요한 역할을 한다. 다음 중 해양이 대기 중 이산화탄소(CO2​)를 흡수하는 주요 화학 반응으로 옳은 것은?

① Ca2+(aq)+CO32−​(aq)→CaCO3​(s)

② CH4​(g)+2O2​(g)→CO2​(g)+2H2​O(l)

③ CO2​(g)⇌CO2​(aq)

④ C6​H12​O6​(s)+6O2​(g)→6CO2​(g)+6H2​O(l)

⑤ N2​(g)+3H2​(g)→2NH3​(g)

 

 

8. 그림은 탄소 원자가 다양한 방식으로 결합하여 형성하는 분자 구조를 나타낸 것이다. (가)는 메탄(CH4​), (나)는 에탄(C2​H6​), (다)는 벤젠(C6​H6​)이다.

(가)   H
      |
    H-C-H
      |
      H

(나)  H H
      | |
    H-C-C-H
      | |
      H H

(다)    H
       / \
      C   C
     //   \\
    C     C
     \\   //
      C   C
       \ /
        H

위 그림에 대한 설명으로 옳은 것은?

① (가)는 탄소 원자가 이중 결합을 포함하는 사슬 구조이다.

② (나)는 탄소 원자가 단일 결합으로 연결된 사슬 구조이다.

③ (다)는 탄소 원자가 단일 결합으로만 이루어진 고리 구조이다.

④ (가), (나), (다) 모두 탄소 원자가 극성 공유 결합을 하고 있다.

⑤ (가), (나), (다)는 탄소 화합물의 다양한 구조적 특징을 보여준다.

 

 

[난이도 하]

9. 지각에서 가장 풍부한 두 가지 원소는 무엇인가?

① 철(Fe)과 규소(Si)

② 산소(O)와 철(Fe)

③ 알루미늄(Al)과 규소(Si)

④ 산소(O)와 규소(Si)

⑤ 칼슘(Ca)과 나트륨(Na)

 

 

10. 생명체를 구성하는 주요 원소가 아닌 것은?

① 탄소(C)

② 수소(H)

③ 산소(O)

④ 질소(N)

⑤ 금(Au)

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정답:

1. ④
2. ③
3. ③
4. ④
5. ②
6. ④
7. ③
8. ⑤
9. ④
10. ⑤

1번문제 해설:

정답은 ④ ㄱ, ㄴ, ㄹ 입니다.

해설:

• ㄱ. (가)는 주로 광합성 및 호흡 작용에 의해 일어난다. 대기 중의 이산화탄소는 광합성을 통해 생물권으로 흡수되고, 생물의 호흡을 통해 다시 대기로 방출되므로 옳은 설명입니다.
• ㄴ. (나)는 해양 생물의 탄산칼슘(CaCO3​) 형성과 관련된다. 대기 중 이산화탄소는 해양에 용해되어 탄산 이온(CO32−​) 형태로 존재하며, 이는 해양 생물의 껍데기나 골격 형성에 이용되므로 옳은 설명입니다.
• ㄷ. (다)는 화산 활동 및 풍화 작용을 통해 탄소가 이동하는 경로이다. (다)는 해양에서 지권(화석 연료 등)으로 탄소가 이동하는 경로를 나타냅니다. 이는 주로 해양 생물의 유해가 퇴적되어 석유나 천연가스와 같은 화석 연료를 형성하는 과정과 관련이 깊습니다. 화산 활동은 지권에서 대기로 탄소를 방출하는 경로에 해당하며, 풍화 작용은 탄산염 암석을 분해하여 탄소를 해양이나 토양으로 이동시키는 경로에 더 가깝습니다. 따라서 옳지 않은 설명입니다.
• ㄹ. (라)는 주로 화석 연료의 연소 및 생물의 부패 작용에 의해 일어난다. 지권의 탄소(화석 연료)는 연소를 통해 대기 중 이산화탄소로 방출되고, 생물권의 유기물은 부패 과정을 통해 탄소 화합물 형태로 토양에 저장되거나 일부는 대기로 방출되므로 옳은 설명입니다.

2번문제해설:

정답은 ③ ㄴ, ㄷ 입니다.

해설:

• ㄱ. 규소와 산소는 이온 결합을 통해 사면체 구조를 형성한다. 규소(Si)와 산소(O)는 전기 음성도 차이가 있지만, 주로 공유 결합을 통해 규산염 사면체(SiO44−​) 구조를 형성합니다. 규소 원자 하나가 네 개의 산소 원자와 전자를 공유하여 안정적인 사면체 구조를 만듭니다. 따라서 ㄱ은 틀린 설명입니다.
• ㄴ. 규산염 사면체는 독립적으로 존재하거나 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 규산염 광물은 기본적인 구조 단위인 규산염 사면체가 독립적으로 존재하거나, 산소 원자를 공유하며 사슬, 층, 망상 등 다양한 방식으로 연결되어 다양한 구조를 나타냅니다. 따라서 ㄴ은 옳은 설명입니다.
• ㄷ. 규산염 광물의 물리적, 화학적 성질은 규산염 사면체의 연결 방식에 따라 달라진다. 규산염 사면체의 연결 방식에 따라 광물의 결정 구조, 쪼개짐, 굳기, 색깔 등 물리적 성질과 화학적 안정성이 달라집니다. 예를 들어, 독립된 사면체 구조를 가진 감람석과 망상 구조를 가진 석영은 매우 다른 물리적, 화학적 성질을 나타냅니다. 따라서 ㄷ은 옳은 설명입니다.
• ㄹ. 석영(SiO2​)은 규산염 사면체가 사슬 형태로 연결된 구조를 가진다. 석영(SiO2​)은 규산염 사면체의 모든 산소 원자가 다른 사면체와 공유되어 3차원 망상 구조를 형성합니다. 사슬 구조는 휘석이나 각섬석과 같은 다른 규산염 광물의 특징입니다. 따라서 ㄹ은 틀린 설명입니다.

따라서 옳은 설명을 모두 고른 것은 ㄴ, ㄷ 이므로 정답은 ③입니다.

 

3번문제해설:

정답은 ③ (다)는 탈질소 세균에 의해 일어나며, 질소(N2​)가 대기로 방출된다. 입니다.

해설:

• (가) 질소 고정: 대기 중의 질소(N2​)를 암모니아(NH3​) 형태로 전환하는 과정으로, 질소 고정 세균(뿌리혹박테리아, 자유 생활 질소 고정 세균 등)에 의해 주로 일어납니다. 따라서 ①은 옳은 설명입니다.
• (나) 질산화 과정 중 아질산화: 암모니아(NH3​)가 아질산 이온(NO2−​)으로 산화되는 과정으로, 아질산화 세균(Nitrosomonas)에 의해 수행됩니다. 따라서 ②는 옳은 설명입니다.
• (다) 질산화 과정 중 질산화: 아질산 이온(NO2−​)이 질산 이온(NO3−​)으로 산화되는 과정으로, 질산화 세균(Nitrobacter)에 의해 수행됩니다. 탈질소 작용은 질산 이온(NO3−​$)이나 아질산 이온(NO2−​)을 질소 기체(N2​)나 아산화질소(N2​O)로 환원시켜 대기로 방출하는 과정이며, 탈질소 세균에 의해 일어납니다. 따라서 ③은 옳지 않은 설명입니다.
• ④ (나)와 (다)는 토양 내에서 질소 화합물의 형태를 변화시키는 중요한 과정이다. (나)의 아질산화와 (다)의 질산화는 식물이 흡수할 수 있는 질소 형태인 질산 이온(NO3−​)을 생성하는 중요한 과정입니다. 따라서 ④는 옳은 설명입니다.
• ⑤ 식물은 주로 질산 이온(NO3−​) 형태로 질소를 흡수하여 생체 구성 물질 합성에 이용한다. 대부분의 식물은 토양 속의 질소를 질산 이온 형태로 흡수하여 단백질, 핵산 등 생체 구성 물질을 합성하는 데 이용합니다. 따라서 ⑤는 옳은 설명입니다.
•  

각 문제에 대한 정답과 해설을 제공하겠습니다.

 

 

1. 탄소 순환 과정
   • 정답: ⑤
   • 해설: (가)는 광합성과 호흡작용에 의해 대기 중의 이산화탄소(CO₂)와 생물권의 유기물 사이를 오가는 과정입니다. (나)는 해양 생물이 탄산칼슘(CaCO₃)을 형성하는 것과 관련이 있고, (다)는 화산 활동과 풍화작용을 통해 탄소가 이동하는 경로입니다. (라)는 화석연료의 연소와 생물의 부패 작용에 의해 일어납니다.
2. 규산염 광물의 특징
   • 정답: ⑤
   • 해설: 규소와 산소는 이온결합을 통해 사면체 구조를 형성하며, 이 사면체는 독립적으로 존재하거나 다양한 방식으로 연결될 수 있습니다. 석영은 규산염 사면체가 사슬 형태로 연결된 구조를 가지며, 이러한 연결 방식에 따라 물리적·화학적 성질이 달라집니다.
3. 질소 순환 과정
   • 정답: ②
   • 해설: (가)는 질소 고정 세균에 의해 대기 중의 질소(N₂)를 암모니아(NH₃)로 변환하는 과정입니다. (나)는 아질산화 세균에 의해 암모니아(NH₃)를 아질산(NO₂⁻)으로 산화시키는 반응입니다. (다)는 탈질소 세균에 의해 일어나며, 이 과정에서 질소가 대기로 방출됩니다.
4. 탄소 화합물의 다양성
   • 정답: ④
   • 해설: 탄소는 전기음성도가 비슷하여 다른 원자와 안정적인 공유 결합을 형성할 수 있으며, 이로 인해 다양한 사슬, 고리, 그물 구조를 형성할 수 있습니다. 또한 다양한 작용기를 가질 수 있어 다양한 성질의 화합물을 만듭니다.
5. 지각을 구성하는 주요 원소
   • 정답: ①
   • 해설: 지각에서 가장 많은 원소는 산소(O)이며, 그 다음으로 규소(Si)입니다. 금속 원소 중에서는 알루미늄(Al)이 가장 높은 질량 비율을 차지합니다.
6. 생명체를 구성하는 주요 원소
   • 정답: ④
   • 해설: 질소는 단백질과 핵산의 주요 구성 원소입니다. 탄소는 주로 공유 결합을 통해 생체 분자를 형성하며, 수소는 전기 음성도가 낮아 극성 분자를 형성하는 데 기여하지 않습니다. 산소는 에너지 저장 물질보다는 생체 분자의 구성 원소로 중요합니다.
7. 해양의 이산화탄소 흡수 과정
   • 정답: ①
   • 해설: 해양에서 이산화탄소(CO₂)는 물과 반응하여 탄산수소 이온(HCO₃⁻)을 형성하고, 이는 다시 칼슘 이온(Ca²⁺)과 결합하여 탄산칼슘(CaCO₃)을 형성합니다.
8. 탄소 화합물의 구조
   • 정답: ②
   • 해설: (가)는 메탄(CH₄)으로, 탄소 원자가 단일 결합으로 연결된 사슬 구조입니다. (나)는 에탄(C₂H₆)으로, 마찬가지로 단일 결합으로 연결된 사슬 구조입니다. (다)는 벤젠(C₆H₆)으로, 탄소 원자가 모두 단일 결합으로 연결된 고리 구조입니다.
9. 지각에서 가장 풍부한 원소
   • 정답: ④
   • 해설: 지각에서 가장 풍부한 두 원소는 산소(O)와 규소(Si)입니다.
10. 생명체를 구성하는 주요 원소가 아닌 것
    • 정답: ⑤
    • 해설: 금(Au)은 생명체를 구성하는 주요 원소가 아닙니다. 생명체를 구성하는 주요 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N) 등입니다.