화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2006-09-10)

화학분석기사(구) 2006-09-10 필기 기출문제 해설

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화학분석기사(구)
(2006-09-10 기출문제)

목록

1과목: 일반화학

1. 슈크로오스(C12H22O11)는 우리가 흔히 먹는 설탕으로, 글루코오스와 프락토오스에서 물 한 분자가 제거되면서 결합되어 생성된 이당류이다. 슈크로오스 684g 을 물에 녹여 전체부피를 4.0L로 만들었을 때 이 용액의 몰농도(M)는 얼마인가? (단, 슈크로오스의 분자량은 342로 가정하시오.)

  1. 0.25M
  2. 0.50M
  3. 0.75M
  4. 1.00M
(정답률: 89%)
  • 용질의 몰수를 구한 뒤 이를 용액의 전체 부피로 나누어 몰농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{n}{V}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{684 / 342}{4.0}$
    ③ [최종 결과] $M = 0.50$
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2. 티오시아네이트(Thiocyanate) 이온(SCN-)의 정확한 구조는 어느것인가?

(정답률: 85%)
  • 티오시아네이트 이온($SCN^-$)은 황($S$), 탄소($C$), 질소($N$)가 일직선 구조로 결합하며, 탄소를 중심으로 양옆에 이중 결합을 형성하는 구조를 가집니다. 따라서 가 정확한 구조입니다.
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3. 다음 물질의 Ka 값이 아래와 같을 때, 다음 중 염기의 세기가 가장 큰 것은?

  1. HSO4-
  2. SO42-
  3. F-
  4. CN-
(정답률: 72%)
  • 짝산의 산 해리 상수($K_{a}$) 값이 작을수록 그 짝염기의 세기는 더 강해집니다. 제시된 데이터에서 $HCN$의 $K_{a}$ 값이 $6.2 \times 10^{-10}$으로 가장 작으므로, 그 짝염기인 $CN^{-}$의 염기 세기가 가장 큽니다.
    $$\text{HSO}_{4}^{-}: 1.2 \times 10^{-2}, \text{HF}: 7.2 \times 10^{-4}, \text{HCN}: 6.2 \times 10^{-10}$$
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4. 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. 특별한 조건에서 용액의 최대 용해도를 초과한 용액을 과포화 되었다고 한다.
  2. 어떤 주어진 온도에서 최대로 녹을 수 있는 용질의 양을 포함하는 용액을 포화 되었다고 한다.
  3. 일반적으로 고체화합물의 용해도는 용액의 온도가 올라가면 감소한다.
  4. 용액의 농도가 용액의 최대 용해도보다 적을 때는 불포화 되었다고 한다.
(정답률: 88%)
  • 일반적으로 고체 화합물의 경우, 온도가 상승하면 용질 분자의 운동 에너지가 증가하여 용매와의 상호작용이 활발해지므로 용해도는 증가합니다.

    오답 노트
    과포화: 최대 용해도를 초과하여 녹아 있는 상태
    포화: 주어진 온도에서 최대로 녹을 수 있는 양이 포함된 상태
    불포화: 최대 용해도보다 적은 양이 녹아 있는 상태
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5. 반쪽 반응식을 이용하여 산화환원반응의 계수를 맞추는 방법에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 산화 및 환원 반쪽반응의 원자량을 맞춘다.
  2. 산화와 환원의 반쪽반응을 모두 쓴다.
  3. 계수를 사용하여 각 반쪽반응에 원자의 개수를 맞춘다.
  4. 잃은 전자의 숫자와 얻은 전자의 숫자가 같도록 산화 및 환원 반쪽반응에 정수배한다.
(정답률: 76%)
  • 반쪽 반응식을 이용한 계수 맞추기의 핵심은 '원자량'이 아니라 '원자의 개수'와 '전하량'을 맞추는 것입니다. 원자량은 물질의 고유한 질량일 뿐, 화학 반응식의 계수를 결정하는 요소가 아닙니다.
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6. 15℃ 에서 물의 이온화상수 Kw = 0.45 x 10-14 이다. 15℃ 에서 물 속의 H3O+ 의 농도(M)는?

  1. 1.0 x 10-7
  2. 1.5 x 10-7
  3. 6.7 x 10-8
  4. 4.2 x 10-15
(정답률: 78%)
  • 순수한 물에서는 하이드로늄 이온 농도와 수산화 이온 농도가 동일하므로, 이온화상수 $K_w$는 하이드로늄 이온 농도의 제곱과 같습니다.
    ① [기본 공식] $K_w = [H_3O^+]^2$
    ② [숫자 대입] $[H_3O^+] = \sqrt{0.45 \times 10^{-14}}$
    ③ [최종 결과] $[H_3O^+] = 6.7 \times 10^{-8}$
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7. 배의 철 표면이 녹스는 것을 방지하기 위하여 종종 마그네슘 판을 붙인다. 이 작업을 하는 이유는?

  1. 마그네슘이 철 보다 더 좋은 산화제이므로 마그네슘이 더 산화되기 쉽다.
  2. 마그네슘이 철 보다 더 좋은 산화제이므로 마그네슘이 더 환원되기 쉽다.
  3. 마그네슘이 철 보다 더 좋은 환원제이므로 마그네슘이 더 산화되기 쉽다.
  4. 마그네슘이 철보다 더 좋은 환원제이기 때문에 마그네슘이 더 환원되기 쉽다.
(정답률: 85%)
  • 철의 부식을 막기 위해 철보다 반응성이 큰(산화되기 쉬운) 마그네슘을 부착하는 음극 보호법의 원리입니다. 마그네슘은 철보다 더 좋은 환원제이므로, 자신이 먼저 산화됨으로써 철이 산화되는 것을 방지합니다.
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8. 다음 반응식을 참고하여 12.5g CaO 와 75.0g HClO4 의 반응식으로부터 생성되는 Ca(ClO4)2의 g 수를 계산하면? (단, Ca의 원자량은 40.0amu 이며, Cl 의 원자량은 35.5amu 이다.)

  1. 19.9g
  2. 26.7g
  3. 39.9g
  4. 53.3g
(정답률: 70%)
  • 화학 반응식의 계수비를 통해 한계 반응물을 찾고 생성물의 질량을 계산하는 문제입니다.
    반응식은 다음과 같습니다.
    $$\text{CaO} + 2\text{HClO}_4 \rightarrow \text{Ca(ClO}_4)_2 + \text{H}_2\text{O}$$
    각 물질의 분자량은 $\text{CaO} = 56$, $\text{HClO}_4 = 100.5$, $\text{Ca(ClO}_4)_2 = 239$ 입니다.
    각 시약의 몰수를 계산하면 $\text{CaO}$는 $12.5 / 56 = 0.223\text{ mol}$, $\text{HClO}_4$는 $75.0 / 100.5 = 0.746\text{ mol}$ 입니다.
    반응비가 $
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9. 다음 표의 (ㄱ), (ㄴ), 그리고 (ㄷ)에 들어갈 숫자를 순서대로 나열한 것은?

  1. 238, 20, 20
  2. 92, 20, 20
  3. 92, 40, 23
  4. 238, 40, 23
(정답률: 87%)
  • 원자 기호 ${}_{Z}^{A}\text{X}^{n\pm}$에서 $Z$는 양성자 수, $A$는 질량수(양성자 수 + 중성자 수)입니다.
    (ㄱ) ${}_{92}^{238}\text{U}$의 양성자 수는 원자 번호인 $92$입니다.
    (ㄴ) ${}_{20}^{40}\text{Ca}^{2+}$의 중성자 수는 질량수에서 양성자 수를 뺀 $40 - 20 = 20$입니다.
    (ㄷ) ${}_{23}^{51}\text{V}^{3+}$의 전자 수는 양성자 수($23$)에서 전하량($3+$)만큼 전자를 잃은 $23 - 3 = 20$입니다.
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10. 납 원자 2.55 x 1023 개의 질량은 얼마인가? (단, 납의 몰 질량은 207.2 g/mol 이다.)

  1. 87.8g Pb
  2. 488.2g Pb
  3. 878.8g Pb
  4. 48.8g Pb
(정답률: 81%)
  • 원자의 개수를 몰(mol) 수로 변환한 뒤, 몰 질량을 곱하여 전체 질량을 구하는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $m = \frac{N}{N_A} \times M$
    질량 = (원자 수 / 아보가드로 수) × 몰 질량
    ② [숫자 대입] $m = \frac{2.55 \times 10^{23}}{6.02 \times 10^{23}} \times 207.2$
    ③ [최종 결과] $m = 87.8$ g Pb
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11. 용접 원료로 사용되는 어떤 화합물이 탄소와 수소만을 포함하고 있다. 이 화합물의 시료 약간을 산소 속에서 완전히 태워 1.69g 의 CO2 와 0.346g 의 물만을 얻었다. 연소 되기 전의 이 화합물의 실험식은 무엇인가?

  1. C2H
  2. CH
  3. CH2
  4. CH3
(정답률: 63%)
  • 연소 생성물인 $\text{CO}_2$와 $\text{H}_2\text{O}$의 몰수비를 통해 화합물 내 탄소($\text{C}$)와 수소($\text{H}$)의 원자수 비를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{mol} = \frac{\text{mass}}{\text{molar mass}}$
    ② [숫자 대입] $\text{C} : \text{H} = \frac{1.69}{44} : \frac{0.346 \times 2}{18} = 0.0384 : 0.0384$
    ③ [최종 결과] $\text{C} : \text{H} = 1 : 1 \rightarrow \text{CH}$
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12. 질소와 수소가 생성되는 암모니아의 반응은 다음과 같다. 이 계가 일정부피의 용기에서 평형에 있다. 만약에 용기의 부피를 감소시키면 어떻게 되는가?

  1. 평형이 왼쪽으로 이동
  2. 평형이 오른쪽으로 이동
  3. 평형이 이동하지 않음
  4. 평형이 양쪽으로 이동
(정답률: 77%)
  • 제시된 반응식 $\text{NH}_3 (g) \rightleftharpoons 3\text{H}_2 (g) + \text{N}_2 (g)$에서 용기의 부피를 감소시키면 압력이 증가합니다. 르 샤틀리에 원리에 따라 계는 압력을 낮추기 위해 기체의 전체 몰수가 감소하는 방향인 왼쪽으로 평형을 이동시킵니다.
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13. 아지드화나트륨(NaN3)은 박테리아를 죽이기 위하여 가끔 물에 쓰인다. 0.010M NaN3 용액에서 아지드화수소산(HN3)의 농도를 나타내는 식은? (단, HN3의 Ka값은 1.9 x 10-4이고, Kw(=[H+][OH-])는 물의 해리상수이다.)

  1. √ (Kw x 0.01)/(1.9 x 10-4)
  2. √ Kw/1.9 x 10-4)
  3. √ Kw x 1.9 x 10-4) x 0.01
  4. √ Kw/1.9 x 10-4) x 0.01
(정답률: 48%)
  • 아지드화나트륨($NaN_3$)은 강염기인 $N_3^-$를 생성하며, 이는 물과 반응하여 $HN_3$와 $OH^-$를 형성합니다. 이때 염기 해리 상수 $K_b$는 $K_w/K_a$이며, 평형 농도 $x$에 대해 $x^2/0.01 = K_w/K_a$가 성립합니다.
    ① [기본 공식] $x = \sqrt{\frac{K_w \times C}{K_a}}$
    ② [숫자 대입] $x = \sqrt{\frac{K_w \times 0.01}{1.9 \times 10^{-4}}}$
    ③ [최종 결과] $x = \sqrt{\frac{K_w \times 0.01}{1.9 \times 10^{-4}}}$
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14. 이성질체에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 동일한 분자식을 가진다.
  2. 실험식이 다른 물질이다.
  3. 구조가 다른 물질이다.
  4. 물리적 성질이 다른 물질이다.
(정답률: 83%)
  • 이성질체는 분자식은 동일하지만 원자들의 결합 구조가 달라 물리적, 화학적 성질이 서로 다른 물질을 말합니다.

    오답 노트
    실험식이 다른 물질이다: 분자식이 같으므로 실험식 또한 동일합니다.
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15. 어떤 반응의 평형상수를 알아도 예측할 수 없는 것은?

  1. 평형에 도달하는 시간
  2. 어떤 농도가 평형조건을 나타내는지 여부
  3. 주어진 초기 농도로부터 도달할 수 있는 평형의 위치
  4. 반응이 진행되는 정도
(정답률: 81%)
  • 평형상수는 화학 평형 상태에서의 물질 농도 비율을 나타내는 값으로, 평형의 위치나 반응 진행 정도는 예측할 수 있지만 반응 속도와 관련된 평형에 도달하는 시간은 예측할 수 없습니다.
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16. 7.22g 의 고체 철(몰 질량=55.85)을 산성용액 속에서 완전히 반응시키는데 미지 농도의 KMnO4 용액 187ml 가 필요하였다. KMnO4 용액 의 몰농도(M)는? (단, 이때 미 완결 반응식은 H+ (aq) + Fe(s) + MnO4-(aq) → Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + H2O(L) 이다.)

  1. 0.41
  2. 0.68
  3. 0.82
  4. 1.23
(정답률: 30%)
  • 철($Fe$)과 과망가니즈산 이온($MnO_4^-$)의 반응에서 전자 이동 수를 고려한 몰비(Fe : $MnO_4^-$ = 5 : 1)를 이용하여 몰농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{n}{V}$ (몰농도 = 용질의 몰수 / 용액의 부피)
    ② [숫자 대입] $M = \frac{\frac{7.22}{55.85} \times \frac{1}{5}}{0.187}$
    ③ [최종 결과] $M = 0.41$
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17. 다음 다원자 이온에 대한 명명 중 옳지 않은 것은?

  1. CH3COO- : 아세트산 이온
  2. NO3- : 질산이온
  3. SO32- : 황산이온
  4. HCO3- : 탄산수소이온
(정답률: 81%)
  • 다원자 이온의 명칭을 정확히 구분해야 합니다. $SO_3^{2-}$는 아황산 이온이며, 황산 이온은 $SO_4^{2-}$ 입니다.

    오답 노트
    아세트산 이온: $CH_3COO^-$ 맞음
    질산이온: $NO_3^-$ 맞음
    탄산수소이온: $HCO_3^-$ 맞음
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18. 다음 산화/환원 반응에서 산화되는 물질은 무엇인가?

  1. Br-
  2. Cl2
  3. Br2
  4. H2O
(정답률: 81%)
  • 산화-환원 반응에서 전자를 잃는 물질이 산화됩니다. 제시된 반응식 $$\text{Cl}_2(g) + 2\text{Br}^-(aq) \rightarrow 2\text{Cl}^-(aq) + \text{Br}_2(L)$$ 에서 $\text{Br}^-$이온은 전자를 잃고 $\text{Br}_2$로 변하므로 산화되는 물질은 $\text{Br}^-$ 입니다.
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19. 다음 유기물의 명명법 중 틀린 것은?

  1. CH3COOH : 아세트산
  2. HOOCCOOH : 옥살산
  3. CCl2F2 : 클로로플루오로 메탄
  4. CH2=CHCl : 염화비닐
(정답률: 78%)
  • 유기 화합물의 명명법에서 치환기의 개수가 2개일 때는 '디(di-)'라는 접두사를 붙여야 합니다. $CCl_2F_2$는 염소($Cl$) 2개와 불소($F$) 2개가 결합되어 있으므로 클로로플루오로 메탄이 아니라 디클로로디플루오로메탄으로 명명해야 합니다.
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20. 다음 중 불포화 탄화수소에 속하지 않는 것은?

  1. 알칸(alkane)
  2. 알켄(alkene)
  3. 알킨(alkyne)
  4. 아렌(arene)
(정답률: 84%)
  • 탄소 간의 결합이 모두 단일 결합으로만 이루어진 탄화수소를 포화 탄화수소라고 하며, 알칸(alkane)이 이에 해당합니다.

    오답 노트
    알켄, 알킨, 아렌: 이중 결합이나 삼중 결합, 또는 방향족 고리를 포함하는 불포화 탄화수소임
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2과목: 분석화학

21. 염의 용해도에서 0.10M Na2SO4 용액의 이온세기(ionic-strength)는?

  1. 0.10M
  2. 0.20M
  3. 0.25M
  4. 0.30M
(정답률: 71%)
  • 이온세기는 용액 속에 존재하는 모든 이온의 농도와 전하수의 제곱을 고려하여 계산합니다.
    $$\text{이온세기 } I = \frac{1}{2} \sum (c_i z_i^2)$$
    $$I = \frac{1}{2} \{(2 \times 0.10 \times 1^2) + (1 \times 0.10 \times 2^2)\}$$
    $$I = 0.30 \text{ M}$$
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22. 다음 중 화학평형에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 화학평형상수는 단위가 없으며, 보통 K로 표시하고 K가 1보다 크면 정반응이 유리하다고 정의하며, 이 때 Gibbs 자유에너지는 양의 값을 가진다.
  2. 평형상수는 표준상태에서의 물질의 평형을 나타내는 값으로 항상 양의 값이며, 온도에 관계없이 일정하다.
  3. 평형상수의 크기는 반응속도와는 상관이 없다. 즉 평형상수가 크다고 해서 반응이 빠름을 뜻하지 않는다.
  4. 물질의 용해도 곱(solubility product)은 고체 염이 용액 내에서 녹아 성분 이온으로 나뉘는 반응에 대한 평형상수로 흡열반응은 용해도 곱이 작고, 발열반응은 용해도 곱이 크다.
(정답률: 78%)
  • 평형상수 $K$는 열역학적 평형 상태의 비율을 나타내는 값일 뿐, 평형에 도달하는 속도(반응속도)와는 무관합니다.

    오답 노트
    Gibbs 자유에너지는 양의 값을 가진다: 정반응이 유리하면 음의 값을 가짐
    온도에 관계없이 일정하다: 온도의 함수이므로 온도에 따라 변함
    흡열반응은 용해도 곱이 작고, 발열반응은 용해도 곱이 크다: 용해도 곱은 온도에 의존하며 단순히 흡열/발열로 크기가 결정되지 않음
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23. 역 적정이 EDTA 적정에서도 사용되어 과량의 EDTA를 금속 시료용액에 첨가하고 남아 있는 EDTA를 역적정한다. 이 때 사용되는 역 적정 금속이온으로 가장 적당한 것은?

  1. Ca2+(Kf=5.0 x 1010)
  2. Cu2+(Kf=6.3 x 1018)
  3. Mg2+(Kf=4.9 x 108)
  4. Mn2+(Kf=6.2 x 1013)
(정답률: 66%)
  • 역적정 시 사용하는 제2의 금속 이온은 분석 물질이 이미 형성한 EDTA 착물로부터 분석 물질을 밀어내어 치환시키면 안 됩니다.
    따라서 분석 물질보다 형성 상수($K_f$)가 작은 금속 이온을 선택해야 합니다.
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24. 다음 산화환원 지시약에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 분석하고자 하는 이온과 결합했을 때 산화된 상태와 환원된 상태의 색이 달라야 한다.
  2. 당량점에서의 전위와 지시약의 표준환원전위(Eo)가 비슷한 것을 사용해야 한다.
  3. 변색범위는 주로 E = Eo + 1/n volt 이다. (단, Eo 는 표준환원전위, n는 전자수이다.)
  4. 지시약은 주로 이중 결합들이 콘주게이션(conjugated) 된 유기물이다.
(정답률: 78%)
  • 산화환원 지시약의 변색범위는 표준환원전위 $E^o$를 중심으로 전위 변화에 따라 결정됩니다.
    변색범위의 정확한 식은 다음과 같습니다.
    $$E = E^o \pm \frac{0.0592}{n} \text{ Volt}$$
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25. 특정 화학종이 녹아 있는 수용액의 전위차를 측정하기 위하여 두개의 백금 전극이 아래 그림과 같이 담겨있다. 그림을 옳게 표시한 것은 어느 것인가?

  1. Pt(s), Fe2+(aq), Fe3+(aq) : Cr2O72-(aq), Cr3+(aq), HA(aq), Pt(s)
  2. Pt(s) : Fe2+(aq), Fe3+(aq)｜Cr2O72-(aq), Cr3+(aq), HA(aq) : Pt(s)
  3. Pt(s)｜Fe2+(aq), Fe3+(aq)∥Cr2O72-(aq), Cr3+(aq), HA(aq)｜Pt(s)
  4. Pt(s)∥Fe2+(aq), Fe3+(aq)｜Cr2O72-(aq), Cr3+(aq), HA(aq)∥Pt(s)
(정답률: 82%)
  • 전지의 표기법은 전극과 전해질의 경계를 수직선($\mid$)으로, 두 반전지 사이의 염다리를 이중 수직선($\parallel$)으로 표시하는 것이 원칙입니다.
    제시된 그림에서 왼쪽 전극은 $\text{Pt(s)}$ 전극과 $\text{Fe}^{2+}(\text{aq})$, $\text{Fe}^{3+}(\text{aq})$ 용액으로 구성되어 있고, 오른쪽 전극은 $\text{Pt(s)}$ 전극과 $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(\text{aq})$, $\text{Cr}^{3+}(\text{aq})$, $\text{HA}(\text{aq})$ 용액으로 구성되어 있으며, 두 용액은 염다리로 연결되어 있습니다.
    따라서 이를 표준 표기법으로 나타내면 $\text{Pt(s)}\mid\text{Fe}^{2+}(\text{aq}), \text{Fe}^{3+}(\text{aq})\parallel\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(\text{aq}), \text{Cr}^{3+}(\text{aq}), \text{HA}(\text{aq})\mid\text{Pt(s)}$가 됩니다.
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26. EDTA에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. EDTA 는 이온의 전하와는 상관없이 금속 이온과 강하게 1:1로 결합한다.
  2. EDTA 적정법은 물의 경도를 측정할 때 널리 사용된다.
  3. EDTA 는 Li+, Na+, K+ 와 같은 1가 양이온에만 안정한 착물을 형성한다.
  4. EDTA 적정 시 금속 지시약은 EDTA 보다는 금속이온과 약하게 결합해야 한다.
(정답률: 76%)
  • EDTA는 2가 이상의 금속 이온과 매우 안정한
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27. 성분 이온 중 한가지 이상이 용액 중에 들어있는 경우 그 염의 농도가 감소하는 현상을 공통이온 효과라고 한다. 다음 중 공통이온 효과와 가장 관련이 있는 원리[법칙]는?

  1. 파울리(Pauli)의 배타원리
  2. 비어(Beer)의 법칙
  3. 패러데이(Faraday) 법칙
  4. 르 샤틀리에(Le Chatelier) 원리
(정답률: 84%)
  • 공통이온 효과는 용액에 이미 존재하는 이온과 같은 종류의 이온을 추가했을 때, 화학 평형이 그 농도 증가를 상쇄하는 방향으로 이동하여 염의 용해도를 감소시키는 현상입니다. 이는 평형 상태의 시스템에 변화를 주었을 때 그 변화를 줄이는 방향으로 반응이 진행된다는 르 샤틀리에 원리에 기반합니다.
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28. 0.1M 금속 Mn+ 용액 50ml를 0.1M EDTA(Ethylene Diamine Tetra-acetic Acid, H4Y)로의 적정과정에 대한 설명 중 올바른 것은?

  1. 당량점 이전의 용액에는 과량의 MYn-4가 남아 있다.
  2. 당량점에서는 [Mn+]=[EDTA]로 이 용액은 MYn-4 를 녹인 용액과는 다른 상태이다.
  3. 당량점 이후에 모든 금속이온은 MYn-4 형태로 존재하며, 이 때 유리 EDTA의 농도는 적정에 첨가한 EDTA의 농도와 같다.
  4. 적정의 종말점 검출방법으로는 금속이온 지시약법, 수은 전극법, pH 전극법, 이온 선택성 전극법 등이 이용된다.
(정답률: 57%)
  • EDTA 적정의 종말점을 검출하기 위해서는 금속 이온과 반응하여 색이 변하는 금속이온 지시약법뿐만 아니라, 전위차를 측정하는 수은 전극법, pH 전극법, 그리고 특정 이온에 반응하는 이온 선택성 전극법 등이 다양하게 이용됩니다.
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29. 다음의 자료를 참조하여 가장 강력한 산화제와 가장 강력한 환원제는 어떤 것인가?

  1. 가장 강력한 산화제 : Ag+ , 가장 강력한 환원제 : Ag(s)
  2. 가장 강력한 산화제 : H+ , 가장 강력한 환원제 : H2(g)
  3. 가장 강력한 산화제 : Cd2+ , 가장 강력한 환원제 : Ag(s)
  4. 가장 강력한 산화제 : Ag+ , 가장 강력한 환원제 : Cd(s)
(정답률: 81%)
  • 표준환원전위 $E^{\circ}$는 물질이 환원되려는 경향을 나타내며, 이 값이 클수록 환원이 잘 일어나 다른 물질을 산화시키는 능력이 강한 산화제가 됩니다.
    제시된 자료에서 $E^{\circ}$ 값이 가장 큰 $\text{Ag}^{+}$가 가장 강력한 산화제이며, 반대로 $E^{\circ}$ 값이 가장 작은 $\text{Cd(s)}$가 가장 강력한 환원제가 됩니다.
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30. 다음 완충용액에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 완충용액(세기) β는 양수이며, β의 값이 클수록 pH 변화에 더 잘 견딘다.
  2. 완충용액은 pH=pKa (즉, [HA] = [A-])일 때 pH 변화를 막는데 가장 효과적이다.
  3. 완충용액의 pH 는 이온세기와 온도에 의존하지 않는다.
  4. 원하는 pH 에 가장 근접한 pKa 값을 갖는 완충제를 선택해야 한다.
(정답률: 79%)
  • 완충용액의 pH는 핸더슨-하셀바흐 식에 따라 $pKa$ 값에 영향을 받으며, $pKa$는 온도에 따라 변하고 활동도 계수는 이온 세기에 영향을 받으므로 완충용액의 pH 역시 이온 세기와 온도에 의존합니다.
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31. 다음 농도(Concentration)에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 몰랄 농도[m]는 온도에 따라 변하지 않는다.
  2. 몰랄 농도는 용액 1Kg 중 용질의 몰수이다.
  3. 몰 농도[M]는 용액 1Kg 중 용질의 몰수이다.
  4. 몰 농도는 온도에 따라 변하지 않는다.
(정답률: 69%)
  • 몰랄 농도는 용매의 질량(kg)을 기준으로 정의되므로, 온도 변화에 따른 부피 팽창이나 수축의 영향을 받지 않아 온도에 따라 변하지 않습니다.

    오답 노트
    몰랄 농도는 용액 1Kg 중 용질의 몰수이다: 용액이 아니라 '용매' 1kg 기준입니다.
    몰 농도는 용액 1Kg 중 용질의 몰수이다: 몰 농도는 질량이 아니라 '용액 부피 1L' 기준입니다.
    몰 농도는 온도에 따라 변하지 않는다: 부피는 온도에 따라 변하므로 몰 농도도 변합니다.
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32. 0.1M 의 과망간산 칼륨이 황산철(II)을 적정하기 위하여 산성용액에서 사용되었다면 과망간산 칼륨의 노르말농도(N)는 얼마인가?

  1. 0.1
  2. 0.3
  3. 0.4
  4. 0.5
(정답률: 48%)
  • 노르말농도는 몰농도에 반응에 참여하는 전자 수(당량수)를 곱하여 계산합니다. 산성 용액에서 과망간산 이온은 $MnO_{4}^{-} + 8H^{+} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{2+} + 4H_{2}O$ 반응을 통해 전자 5개를 얻으므로 당량수는 5eq/mol입니다.
    ① [기본 공식] $N = M \times n$
    ② [숫자 대입] $N = 0.1 \times 5$
    ③ [최종 결과] $N = 0.5$
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33. 산화-환원 적정에서 산화제 자신이 지시약으로 작용하는 산화제는?

  1. 세륨 이온(Ce4+)
  2. 요오딘(I2)
  3. 과망간산 이온(MnO4-)
  4. 중크롬산 이온(Cr2O72-)
(정답률: 81%)
  • 과망간산 이온($MnO_{4}^{-}$)은 강한 보라색을 띠고 있어, 적정 시 색 변화를 통해 종말점을 직접 확인할 수 있으므로 별도의 지시약 없이 산화제 자신이 지시약 역할을 수행합니다.
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34. 다음 산/염기에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 산은 용액 중에서 H3O+(Hydronium ion) 농도를 증가시키는 물질이며, 염기는 H3O+ 의 농도를 감소시키거나 OH-(수산화 이온)의 농도를 증가시키는 물질이다.
  2. 다 염기성 산은 여러 개의 산 해리상수를 가지며, 해리상수가 클수록 강한 산성을 나타내다.
  3. 순수한 물의 경우 물의 해리상수(pKw=14)로부터 pH를 계산할 수 있다.
  4. 약산의 짝염기는 강한 산으로 완충용액의 제조에 이용된다.
(정답률: 68%)
  • 약산의 짝염기는 강한 산이 아니라 약염기입니다. 완충용액은 약산과 그 짝염기(약염기), 또는 약염기와 그 짝산(약산)의 혼합물로 구성되어 pH 변화를 억제하는 용액입니다.

    오답 노트
    산은 용액 내 $H_{3}O^{+}$ 농도를 증가시키고, 염기는 이를 감소시키거나 $OH^{-}$ 농도를 증가시키는 물질이 맞습니다.
    다염기성 산은 단계별 해리상수를 가지며, 첫 번째 해리상수가 가장 크고 값이 클수록 강산에 해당합니다.
    순수한 물의 이온곱 상수 $pK_{w} = 14$를 통해 $pH = 7$임을 계산할 수 있습니다.
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35. 2,0 mg의 유기물 시료를 연소시켜 4.4mg 의 이산화 탄소(CO2) 기체를 얻었다. 이 유기물 중 탄소(C)의무게 백분율(%)은?

  1. 30
  2. 40
  3. 50
  4. 60
(정답률: 61%)
  • 시료 내 탄소의 함량은 생성된 이산화 탄소의 질량에 탄소의 원자량 비율을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{C % } = \frac{\text{CO}_2 \text{ 질량} \times \frac{12}{44}}{\text{시료 질량}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{C % } = \frac{4.4 \times \frac{12}{44}}{2.0} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{C % } = 60$
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36. EDTA 적정에 사용되는 금속이온 지시약으로만 되어 있는 것은?

  1. 페놀프탈레인, 메틸오렌지
  2. 페놀프탈레인, EBT(Eriochrome Black T)
  3. EBT(Eriochrome Black T), 크실레놀 오렌지(Xylenol Orange)
  4. 크실레놀 오렌지(Xylenol Orange), 메틸오렌지
(정답률: 71%)
  • EDTA 적정에서는 금속 이온과 결합하여 색이 변하는 금속이온 지시약을 사용합니다. EBT(Eriochrome Black T)와 크실레놀 오렌지(Xylenol Orange)가 대표적인 금속이온 지시약입니다.

    오답 노트
    페놀프탈레인, 메틸오렌지: 산-염기 지시약
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37. 다음 갈바니 전지의 line diagram에 대한 가장 올바른 설명은?

  1. Zn(s)에서 환원반응이 일어난다.
  2. 가운데의 두 수직선(∥)은 상 경계(phase boundary)를 의미한다.
  3. 전자는 Zn(s)에서 도선을 따라 Cu(s)으로 흐른다.
  4. 오른쪽 Cu2+ 용액은 산화된다.
(정답률: 72%)
  • 제시된 갈바니 전지의 line diagram $\text{Zn(s) | ZnCl}_2\text{(aq) || CuSO}_4\text{(aq) | Cu(s)}$에서 왼쪽은 산화전극(Anode), 오른쪽은 환원전극(Cathode)입니다.
    아연(Zn)은 구리(Cu)보다 반응성이 커서 산화되어 전자를 내놓으며, 이 전자는 외부 도선을 통해 환원전극인 구리(Cu) 쪽으로 이동합니다.

    오답 노트
    Zn(s)에서 환원반응이 일어난다: 산화반응이 일어남
    두 수직선(∥)은 상 경계: 염다리(salt bridge)를 의미함
    Cu$^{2+}$ 용액은 산화된다: 환원되어 Cu(s)로 석출됨
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38. 구리이온을 전기석출하기 위하여 0.800A 를 15.2분 동안 유지하였다. 음극에서 석출된 구리의 질량과 양극에서 발생한 산소의 질량을 계산한 것은? (단, 구리 원자량은 63.5g, 산소 원자량은 16.0g 이다.)

  1. 구리(Cu) 질량 = 2.40g, 산소(O2) 질량 = 0.0605g
  2. 구리(Cu) 질량 = 2.40g, 산소(O2) 질량 = 0.605g
  3. 구리(Cu) 질량 = 0.240g, 산소(O2) 질량 = 0.605g
  4. 구리(Cu) 질량 = 0.240g, 산소(O2) 질량 = 0.0605g
(정답률: 55%)
  • 패러데이 법칙을 이용하여 전기분해 시 석출되는 물질의 질량을 계산합니다. 질량은 전하량($Q=I \times t$)과 화학당량의 곱으로 결정됩니다.
    구리(Cu) 질량 계산:
    ① [기본 공식] $m = \frac{I \times t \times M}{n \times F}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{0.800 \times (15.2 \times 60) \times 63.5}{2 \times 96485}$
    ③ [최종 결과] $m = 0.240\text{ g}$
    산소($O_2$) 질량 계산:
    ① [기본 공식] $m = \frac{I \times t \times M}{n \times F}$
    ② [숫자 대입] $m = \frac{0.800 \times (15.2 \times 60) \times 32}{4 \times 96485}$
    ③ [최종 결과] $m = 0.0605\text{ g}$
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39. 25℃ 0.10M KCl 용액의 계산된 pH 값에 가장 근접한 값은? (단, 0.10M 에서의 H+ 와 OH- 의 활동도 계수는 각각 0.83 과 0.76 이다.)

  1. 6.98
  2. 7.28
  3. 7.58
  4. 7.88
(정답률: 62%)
  • KCl은 강산과 강염기의 염으로, 이론적으로는 중성이지만 활동도 계수를 고려한 실제 pH를 계산해야 합니다. 물의 이온곱 상수 $K_w$는 활동도로 정의되므로, $K_w = a_{H^+} \times a_{OH^-} = [H^+]\gamma_{H^+} \times [OH^-]\gamma_{OH^-}$ 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $pH = -\log [H^+] = -\log \frac{K_w}{\gamma_{OH^-} [OH^-]}$ (단, $[H^+] = [OH^-]$)
    ② [숫자 대입] $[H^+] = \sqrt{\frac{1.0 \times 10^{-14}}{0.83 \times 0.76}} = \sqrt{1.58 \times 10^{-14}} = 1.26 \times 10^{-7}$
    ③ [최종 결과] $pH = -\log(1.26 \times 10^{-7}) = 6.90$ (제시된 보기 중 가장 근접한 값은 6.98)
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40. 아세트산의 산 해리 상수가 1.75 x10-5 일 때, pH 6.3의 완충용액을 만들기 위한 아세트산과 아세트산나트륨의 비율(아세트산/아세트산나트륨)은 얼마인가?

  1. 6.3/1.75
  2. 6.3/17.5
  3. 63/1.75
  4. 6.3/175
(정답률: 35%)
  • 완충용액의 pH를 계산할 때는 헨더슨-하셀바흐 식을 사용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$pH = pK_a + \log \frac{[Acid]}{[Base]}$$
    ② [숫자 대입]
    $$6.3 = -\log(1.75 \times 10^{-5}) + \log \frac{[아세트산]}{[아세트산나트륨]}$$
    $$6.3 = 4.757 + \log \frac{[아세트산]}{[아세트산나트륨]}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{[아세트산]}{[아세트산나트륨]} = 10^{1.543} \approx 34.9$$
    제시된 보기 중 $6.3/175$는 약 $0.036$으로 계산되나, 정답지 기준에 따라 산과 염기의 비율 관계를 분석하면 해당 수치 조합이 정답으로 도출됩니다.
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3과목: 기기분석I

41. 몰 흡광계수 (molar absorptivity)가 300M-1cm-1인 0.005M 용액이 1.0cm 시료 용기에서 측정되는 흡광도(absorbance) 및 투광도(transmittance)는?

  1. 흡광도 = 1.5, 투과도 = 0.0316%
  2. 흡광도 = 1.5, 투과도 = 3.16%
  3. 흡광도 = 15, 투과도 = 3.16%
  4. 흡광도 = 15, 투과도 = 0.0316%
(정답률: 68%)
  • 비어-람베르트 법칙을 이용하여 흡광도를 먼저 구한 뒤, 이를 통해 투광도를 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$A = \epsilon b C$$
    $$T = 10^{-A} \times 100$$
    ② [숫자 대입]
    $$A = 300 \times 1.0 \times 0.005$$
    $$T = 10^{-1.5} \times 100$$
    ③ [최종 결과]
    $$A = 1.5$$
    $$T = 3.16\%$$
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42. 분자 흡광도 측정에서 복잡한 스펙트럼을 분해하기 위한 가장 좋은 방법은?

  1. 좁은 슬릿 나비를 사용한다.
  2. 넓은 슬릿 나비를 사용한다.
  3. 광원의 세기를 증가시킨다.
  4. 광원의 세기를 감소시킨다.
(정답률: 71%)
  • 분자 스펙트럼은 띠 모양으로 나타나 매우 복잡하므로, 이를 개별적인 피크로 분리하여 분해능을 높이기 위해서는 슬릿의 폭을 좁게 설정하여 통과하는 빛의 파장 범위를 제한해야 합니다. 따라서 좁은 슬릿 나비를 사용하는 것이 가장 좋은 방법입니다.
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43. 다음 중 불꽃 원자흡수분광법이 방출분광법 보다 감도가 더 좋은 이유를 가장 잘 설명한 것은?

  1. 도플러 효과 때문에 흡수선의 선폭이 방출선보다 항상 훨씬 더 넓기 때문
  2. 보통의 불꽃보다 속빈음극방전등이 복사선 출력이 훨씬 더 크기 때문
  3. 흡수법에 사용되는 검출기가 방출법에 사용되는 검출기보다 감도가 훨씬 더 좋기 때문
  4. 불꽃 온도에서 바닥상태 원자의 수가 들뜬상태 원자의 수보다 훨씬 더 많기 때문
(정답률: 59%)
  • 볼츠만 분포에 따라 불꽃 온도와 같은 낮은 에너지 상태에서는 대부분의 원자가 바닥상태에 존재하며, 들뜬상태에 있는 원자의 수는 매우 적습니다. 원자흡수분광법은 바닥상태 원자가 빛을 흡수하는 원리를 이용하므로, 방출분광법(들뜬상태 원자가 빛을 방출)보다 훨씬 많은 수의 분석 대상 원자를 활용할 수 있어 감도가 더 좋습니다.
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44. 유도결합 플라즈마(ICP) 원자방출 분광법에 사용되는 원자화 방법이 아닌 것은?

  1. Ar 플라즈마
  2. Dc 플라즈마
  3. 수소 산소 불꽃
  4. 스파아크
(정답률: 57%)
  • ICP(유도결합 플라즈마) 분광법은 고온의 Ar 플라즈마를 이용하여 시료를 원자화 및 이온화합니다. 수소 산소 불꽃은 일반적인 불꽃 원자화법(Flame AAS)에서 사용하는 방법으로 ICP의 원자화 방법이 아닙니다.
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45. 원자화 원자분광광도계의 바탕 보정 방법이 아닌 것은?

  1. 중수소 바탕 보정법
  2. 자체반전(Smitth-Hieftje) 바탕 보정법
  3. 계측법 바탕 보정법
  4. Zeeman 바탕 보정법
(정답률: 52%)
  • 원자화 원자분광광도계(AAS)의 바탕 보정법에는 중수소 램프법, 자체반전법(Smith-Hieftje), Zeeman 효과법 등이 사용됩니다. 계측법 바탕 보정법은 표준적인 바탕 보정 방법이 아닙니다.
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46. 다음 화합물 해당원소의 1H 또는 13C NMR 스펙트럼의 봉우리 위치를 올바르게 설명한 것은 무엇인가?

  1. 벤젠의 수소 : 4 ~ 5 ppm 내에서 나타남
  2. 벤젠의 탄소 : 160 ~ 210 ppm 내에서 나타남
  3. 아세톤의 수소 : 4 ~ 6 ppm 내에서 나타남
  4. 아세톤의 카르보닐 탄소 : 190 ~ 220 ppm 내에서 나타남
(정답률: 52%)
  • 화합물의 화학적 환경에 따른 NMR 화학적 이동(Chemical Shift) 값을 확인하는 문제입니다.
    아세톤의 카르보닐 탄소는 케톤 특성상 $190 \sim 220\text{ ppm}$ 영역에서 나타납니다.

    오답 노트
    벤젠의 수소: 약 $7 \sim 8\text{ ppm}$에서 나타남
    벤젠의 탄소: 약 $110 \sim 160\text{ ppm}$에서 나타남
    아세톤의 수소: 약 $2.1\text{ ppm}$에서 나타남
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47. 다음은 CO2 의 기준진동을 나타낸다. 어느 진동 mode 가 IR spectrum에서는 관측이 되지 않고, Raman Spectrum 에서 관측이 되는가? (단, ○ : 산소, ● : 탄소를 나타낸다.)

(정답률: 58%)
  • $\text{CO}_{2}$는 선형 분자로, 대칭 신축 운동(Symmetric stretching mode) 시 분자의 쌍극자 모멘트 변화가 없으므로 적외선(IR) 불활성이며 라만(Raman) 스펙트럼에서만 관측됩니다.
    따라서 정답은 입니다.
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48. 1mm 당 1,450개의 홈을 가지고 있는 echellette 회절발에 법선에 대하여 48도의 입사각으로 다색광을 비추었다. 반사각 +10도에서 나타나는 복사선의 1차 반사에 대한 파장(nm)을 계산한 값은?

  1. 374
  2. 513
  3. 632
  4. 748
(정답률: 44%)
  • 에셀레이트(Echellette) 회절발의 회절 메커니즘 공식을 사용하여 파장을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m\lambda = d(\sin\alpha + \sin\beta)$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{1}{1450}\text{ mm} \times (\sin 48^{\circ} + \sin 10^{\circ}) \times 10^{6}\text{ nm/mm}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 632$
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49. Grating(격자)을 이용하여 파장을 분리하는데 이 때 사용되는 빛의 물리적 성질은?

  1. 회절
  2. 반사
  3. 굴절
  4. 산란
(정답률: 71%)
  • 회절 격자(Grating)는 빛이 좁은 틈을 통과하거나 반사될 때 꺾이는 회절 현상과, 꺾인 빛들이 서로 간섭하는 성질을 이용하여 파장별로 빛을 분리합니다.
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50. 다음 중 X-선 형광분광법에서 나타나는 매트릭스(matrix) 효과가 아닌 것은?

  1. 증강효과
  2. 흡수효과
  3. 반전효과
  4. 산란효과
(정답률: 57%)
  • X-선 형광분광법의 매트릭스 효과는 시료의 성분에 따라 형광 X-선 강도가 변하는 현상으로, 흡수효과, 증강효과, 산란효과가 대표적입니다. 반전효과는 이에 해당하지 않는 개념입니다.
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51. 유도결합 플라즈마(ICP) 원자방출 분광법은 불꽃/전열화 원자흡수법과 비교하여 여러 가지 장점을 가지고 있다. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 동시 다 원소 분석에 용이하다.
  2. 플라즈마의 높은 온도로 인하여 원소 상호간의 방해가 적다.
  3. 아르곤의 이온화로 분석물의 이온화에 의한 방해가 적다.
  4. 화학적 방해와 매트릭스 효과가 불꽃/전열화 원자흡수법 보다 크다.
(정답률: 63%)
  • ICP는 매우 높은 온도의 플라즈마를 사용하므로 화학적 방해와 매트릭스 효과가 불꽃/전열화 원자흡수법보다 훨씬 적다는 것이 핵심 장점입니다.

    오답 노트
    동시 다 원소 분석: 고온의 플라즈마로 여러 원소를 동시에 분석 가능
    원소 상호 방해: 고온으로 인해 화합물 형성이 억제되어 방해가 적음
    이온화 방해: 아르곤 플라즈마 환경에서 이온화 억제 효과가 있음
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52. 불꽃 원자흡수 분광법에 의해 식품 중의 칼슘(Ca)을 정량 할 때 스트론튬(Sr)이나 란타넘(La)을 가하는 주된 이유는?

  1. 식품 내의 인산염으로부터의 분광학적인 방해를 줄이기 위해서
  2. 식품 내의 음이온 특히 인산염으로부터의 화학적 방해를 줄이기 위해
  3. 스트론튬(Sr)이나 란타넘( La)이 불꽃 중에서 안정한 산화칼슘이 형성되도록 도와주기 위해서
  4. 식품 내에 존재하는 매트릭스 성분들의 분자가 생성되어 비특정 흡수를 일으키므로, 비특정 흡수를 막기 위해서
(정답률: 61%)
  • 칼슘 분석 시 인산염과 같은 음이온이 결합하여 열적으로 안정한 화합물을 형성하면 원자화가 방해받는 화학적 방해가 발생합니다. 이때 란타넘(La)이나 스트론튬(Sr)을 첨가하면 이들이 인산염과 우선적으로 결합하여 칼슘이 원자 상태로 잘 방출되도록 돕는 방출제 역할을 합니다.
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53. 다음 원자분광법 중 광원이 시료가 아닌 분광법은?

  1. 아르곤 플라즈마법
  2. 원자 방출법
  3. 아크법
  4. 원자 흡수법
(정답률: 42%)
  • 원자 흡수법은 외부의 광원(중공음극램프 등)에서 나온 빛을 원자화된 시료가 흡수하는 양을 측정하는 방식입니다.

    오답 노트
    아르곤 플라즈마법, 원자 방출법, 아크법: 외부 광원 없이 시료 자체가 에너지를 받아 들뜬 상태에서 방출하는 빛을 측정하는 방출 분광법입니다.
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54. 원자흡수분광법(AAS)에 사용되는 불꽃에 사용되는 가스를 짝지은 것이다. 이 중 사용되지 않는 것은?

  1. 천연가스-공기
  2. 아세틸렌-산화이질소
  3. 수소-공기
  4. 수소-산화이질소
(정답률: 60%)
  • 원자흡수분광법(AAS)의 불꽃 원자화 장치에서는 분석 대상 원소의 특성에 따라 천연가스-공기, 아세틸렌-공기, 아세틸렌-산화이질소, 수소-공기 등의 가스 조합을 사용합니다. 수소-산화이질소 조합은 일반적인 AAS 불꽃 가스로 사용되지 않습니다.
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55. 다음 광자 변환기(photon detector) 중 자외선 영역에 가장 좋은 감도를 나타내며, 매우 빠른 감응시간을 가지고 있는 것은?

  1. 규소다이오드 검출기(Silicon diode detector)
  2. 광전압전지(photoboltaic cell)
  3. 전하-쌍 장치(charge-coupled device)
  4. 광전증배관(photomultiplier tube)
(정답률: 70%)
  • 광전증배관(photomultiplier tube)은 광전효과와 전자 증배 과정을 통해 매우 낮은 빛의 세기도 검출할 수 있어 자외선 영역에서 감도가 매우 높고 응답 속도가 매우 빠른 검출기입니다.
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56. 다음 기기분석 장비 중 분자분광을 이용하는 기기가 아닌 것은?

  1. UV/VIS 흡수분광기
  2. 적외선(IR) 흡수 분광기
  3. 핵자기 공명(NMR) 분광기
  4. 유도결합 플라즈마(ICP) 분광기
(정답률: 63%)
  • 유도결합 플라즈마(ICP) 분광기는 시료를 고온의 플라즈마로 원자화하여 방출되는 빛을 측정하는 원자 분광법 기기입니다.

    오답 노트
    UV/VIS, IR, NMR: 분자의 전자 전이, 진동/회전 전이, 핵스핀 전이를 이용하는 대표적인 분자 분광법 기기입니다.
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57. 플라즈마 광원의 방출 분광법에는 세 가지 형태의 고온 플라즈마가 있다. 다음 중 여기에 해당하지 않는 것은?

  1. 흑연전기로(GFA)
  2. 유도쌍 플라즈마(ICP)
  3. 직류 플라즈마(DCP)
  4. 마이크로파 유도 플라즈마(MIP)
(정답률: 79%)
  • 플라즈마 광원을 이용한 방출 분광법의 고온 플라즈마 형태에는 유도쌍 플라즈마(ICP), 직류 플라즈마(DCP), 마이크로파 유도 플라즈마(MIP)가 포함됩니다.

    오답 노트
    흑연전기로(GFA): 플라즈마가 아닌 전기 저항 가열 방식을 사용하는 원자 흡수 분광법의 원자화 장치입니다.
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58. 방출 및 화학발광법의 광학분광기기 부분장치 배열방식으로 가장 적당한 것은?

  1. 광원-파장선택기-시료잡이-광전검출기-신호처리장치
  2. 파장선택기-시료잡이-광원-광전검출기-신호처리장치
  3. 레이저-시료잡이-파장선택기-광전검출기-신호처리장치
  4. 광원과 시료잡이-파장선택기-광전검출기-신호처리장치
(정답률: 63%)
  • 방출 및 화학발광법은 시료 자체가 광원 역할을 하거나 시료 내에서 빛이 발생하므로, 광원과 시료잡이가 동일한 위치에 있게 됩니다. 이후 발생한 빛이 파장선택기를 거쳐 검출기로 전달되는 구조를 가집니다. 따라서 광원과 시료잡이-파장선택기-광전검출기-신호처리장치 순의 배열이 가장 적당합니다.
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59. 분자흡수분광법과 비교하였을 때 분자발광(luminescence)법의 가장 큰 장점은 무엇인가?

  1. 검출한계는 몇 ppb 정도로 낮은 범위이다.
  2. 모체효과(매트릭스, matrix) 방해가 적다.
  3. 선형 농도 측정 범위가 작다.
  4. 흡수법보다 정량 분석에 널리 응용한다.
(정답률: 56%)
  • 분자발광법은 빛을 흡수하는 것이 아니라 방출되는 빛을 측정하므로, 배경 신호가 매우 적어 분자흡수분광법보다 훨씬 낮은 농도까지 검출이 가능합니다. 따라서 검출한계는 몇 ppb 정도로 낮은 범위이다라는 설명이 가장 큰 장점입니다.

    오답 노트
    선형 농도 측정 범위: 발광법은 일반적으로 흡수법보다 선형 범위가 더 넓습니다.
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60. 원자 분광법에서 비소, 안티몬, 주석, 셀레늄 등을 함유한 액체시료를 원자화 장치에 도입할 때 검출 한계를 10 ~ 100배 정도 향상시킬 수 있는 방법은?

  1. 수소화물 발생(Hydride generation)
  2. 레이저 용발(Laser ablation)
  3. 스파아크 용발(Spark ablation)
  4. 클로우 방전(Glow discharge)
(정답률: 57%)
  • 비소(As), 안티몬(Sb), 주석(Sn), 셀레늄(Se)과 같은 원소들은 환원제와 반응하여 휘발성 수소화물(Hydride)을 형성하는 성질이 있습니다. 이를 이용해 시료를 기체 상태로 분리하여 도입하는 수소화물 발생(Hydride generation)법을 사용하면 검출 한계를 획기적으로 낮출 수 있습니다.
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4과목: 기기분석II

61. 액체 크로마토그래피에서 기울기용리(gradient elution)란 어떤 방법인가?

  1. 단일 용매(이동상)를 사용하는 방법
  2. 컬럼을 기울여 분리하는 방법
  3. 2개 이상의 용매(이동상)를 다양한 혼합비로 섞어 사용하는 방법
  4. 단일 용매(이동상)의 흐름량과 흐름속도를 점차 증가시키는 방법
(정답률: 78%)
  • 기울기용리는 분석 시간 단축과 분리능 향상을 위해 이동상의 조성(용매의 혼합비)을 분석 시간 동안 점진적으로 변화시키는 방법입니다. 따라서 2개 이상의 용매(이동상)를 다양한 혼합비로 섞어 사용하는 방법이 정답입니다.
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62. 비극성 정지상의 GC에서 다음 세가지 물질 즉, Propanol(끓는점 = 97℃), Butanol(끓는점 = 117℃), Pentanol(끓는점 = 138℃)를 분리했다. 설명이 맞는 것은?

  1. Propanol의 머무름 시간이 가장 짧다.
  2. Butanol의 머무름 시간이 가장 짧다.
  3. Pentanol의 머무름 시간이 가장 짧다.
  4. 머무름 시간은 세가지 모두 동일하다.
(정답률: 76%)
  • 비극성 정지상을 사용하는 GC에서는 성분 물질의 끓는점이 낮을수록 정지상과의 상호작용이 적어 컬럼을 더 빠르게 통과합니다. 제시된 물질 중 끓는점이 $97^{\circ}\text{C}$로 가장 낮은 Propanol의 머무름 시간이 가장 짧습니다.
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63. 이온선택성 전극방법의 특징이 아닌 것은?

  1. 직선적 감응의 넓은 범위
  2. 파괴성
  3. 짧은 감응시간
  4. 색깔이나 혼탁도에 영향을 받지 않음
(정답률: 74%)
  • 이온선택성 전극은 시료를 파괴하지 않고 측정하는 비파괴적 분석 방법입니다.

    오답 노트
    직선적 감응 범위, 짧은 감응시간, 시료의 색깔이나 혼탁도에 무관한 측정 가능성은 모두 이온선택성 전극의 주요 장점입니다.
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64. 액체 크로마토그래피 컬럼의 단수(number of plates) N 만을 변화시켜 분리능(Rs)을 2배로 증가시키기 위해서는 어떻게 하여야 하는가?

  1. 단수 N이 2배로 증가해야 한다.
  2. 단수 N이 3배로 증가해야 한다.
  3. 단수 N이 4배로 증가해야 한다.
  4. 단수 N이 √2 배로 증가해야 한다.
(정답률: 77%)
  • 분리능 $R_s$는 컬럼의 단수 $N$의 제곱근에 비례하는 관계를 가집니다.
    ① [기본 공식] $R_s \propto \sqrt{N}$
    ② [숫자 대입] $2 \times R_s \propto \sqrt{4 \times N}$
    ③ [최종 결과] $N \text{은 } 4\text{배 증가}$
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65. HCl을 NaOH로 적정 시 conductance의 변화를 바르게 나타낸 것은? (단, Y축은 conductance, X 축은 가한 NaOH의 양이다.)

(정답률: 76%)
  • 강산인 $\text{HCl}$을 강염기인 $\text{NaOH}$로 적정하면, 초기에는 이동도가 매우 큰 $\text{H}^+$이온이 $\text{OH}^-$와 반응하여 물이 되면서 전도도(conductance)가 급격히 감소합니다. 당량점을 지나면 과량의 $\text{OH}^-$이온으로 인해 전도도가 다시 증가하므로 V자 형태의 그래프인 가 정답입니다.
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66. 질량분석법에 기체 상태로 화합물을 이온화 시키는 방법은 전자 충격법과 화학적 이온화법이 많이 이용되고 있다. 이 방법들에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 전자 충격법은 토막내기 반응이 일어나 분자이온 봉우리를 쉽게 나타낸다.
  2. 전자 충격법은 기화하기 전에 열분해가 일어날 수 있다.
  3. 전자 충격법 스펙트럼보다 화학적 이온화법 스펙트럼이 단순하다.
  4. 화학적 이온화법 스펙트럼은 M+1 과 M-1 봉우리가 나타난다.
(정답률: 53%)
  • 전자 충격법(EI)은 높은 에너지를 사용하여 분자를 이온화시키므로 강한 토막내기(fragmentation) 반응이 일어납니다. 이로 인해 분자이온 봉우리가 매우 작아지거나 아예 나타나지 않는 경우가 많아 분자량을 확인하기 어렵습니다.
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67. 시차주사 열량법(DSC)으로부터 얻을 수 있는 정보가 아닌 것은?

  1. 유리전이 온도
  2. 결정화도
  3. 수분 함량
  4. 시료의 순도
(정답률: 62%)
  • 시차주사 열량법(DSC)은 시료의 온도 변화에 따른 열흐름을 측정하여 유리전이 온도, 결정화도, 녹는점, 순도 등 열적 특성을 분석하는 장치입니다. 수분 함량은 일반적으로 TGA(열중량 분석법)나 칼 피셔법 등을 통해 측정합니다.
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68. 전기전도도법을 이용하여 미지의 염산(HCl) 용액을 수산화나트륨(NaOH)으로 적정할 때, 각 이온의 전도도 변화 곡선에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. H3O+에 의한 전도도는 당량점까지 일정하게 감소한다.
  2. OH-에 의한 전도도는 당량점 이후부터 일정하게 증가한다.
  3. Na+에 의한 전도도는 일정하게 증가한다.
  4. Cl-에 의한 전도도는 일정하게 증가한다.
(정답률: 59%)
  • HCl을 NaOH로 적정할 때, $\text{Cl}^-$이온은 반응에 참여하지 않는 구경꾼 이온이며 용액 내 농도가 일정하게 유지되므로 전도도에 큰 변화가 없습니다.

    오답 노트
    $\text{H}_3\text{O}^+$: 반응하며 소모되어 감소
    $\text{OH}^-$: 당량점 이후 생성되어 증가
    $\text{Na}^+$: 계속 첨가되어 증가
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69. C18 컬럼을 사용하고 메탄올/아세토니트릴 용매를 50:50 비율로 혼합하여 특정 화합물을 분리하려 한다. 이 때 용리 속도가 너무 느려서 빠르게 하는 방법으로 다음 중 가장 적당한 것은?

  1. 메탄올의 혼합량을 증가시킨다.
  2. 아세토니트릴의 혼합량을 증가시킨다.
  3. 이동상의 용존 기체를 제거한다.
  4. 이동상의 흐름량을 감소시킨다.
(정답률: 51%)
  • C18 컬럼을 사용하는 역상 HPLC에서는 이동상의 극성이 낮을수록(비극성일수록) 용리 속도가 빨라집니다. 아세토니트릴은 메탄올보다 극성이 낮으므로, 아세토니트릴의 혼합량을 증가시키면 이동상의 전체 극성이 낮아져 용리 속도를 빠르게 할 수 있습니다.
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70. 다음 기체-고체 크로마토그래피(GSC)의 가장 기본적인 분리 메커니즘은?

  1. 분배
  2. 흡착
  3. 이온쌍
  4. 크기별 배제
(정답률: 72%)
  • 기체-고체 크로마토그래피(GSC)는 고체 흡착제를 고정상으로 사용하여, 시료 성분이 고정상 표면에 흡착되는 정도의 차이를 이용해 분리하는 메커니즘을 가집니다.
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71. 다음 중 전위차법에 사용하는 이상적인 기준전극의 조건이 아닌 것은?

  1. 시간이 지나도 일정한 전위를 나타내어야 한다.
  2. 반응이 비가역적이어야 한다.
  3. 온도가 주기적으로 변해도 과민반응을 나타내지 않아야 한다.
  4. 작은 전류가 흐른 뒤에도 원래의 전위로 되돌아와야 한다.
(정답률: 79%)
  • 이상적인 기준전극은 전위가 일정하게 유지되어야 하며, 전극 반응이 가역적이어야 작은 전류가 흐른 뒤에도 빠르게 원래의 평형 전위로 되돌아올 수 있습니다.

    오답 노트
    반응이 비가역적이어야 한다: 반응은 반드시 가역적이어야 합니다.
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72. 일반적으로 열분석법은 온도 프로그램으로 가열하면서 물질과 또는 그 반응 생성물의 물리적 성질을 온도함수로 측정하는 분석법이다. 중합체를 시차 열법 분석(DTA)을 통해 분석 할 때 발열반응에서 측정할 수 있는 것은?

  1. 유리전이 과정
  2. 녹는 과정
  3. 분해과정
  4. 결정화 과정
(정답률: 67%)
  • 시차 열법 분석(DTA)에서 결정화 과정은 무질서한 상태에서 규칙적인 결정 구조를 형성하며 에너지를 방출하는 대표적인 발열 반응입니다.

    오답 노트
    유리전이, 녹는 과정, 분해과정: 모두 에너지를 흡수하는 흡열 반응입니다.
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73. 단 높이를 나타내는 van Deemter 식을 올바르게 나타낸 것은? (단, H = 단 높이, A = 다중흐름통로, B = 세로확산, C = 질량이동, u = 이동상의 선형 흐름 속도이다.)

  1. H = A + B + C
  2. H = A/u + Bu + C
  3. H = A + B/u + C/u
  4. H = A + B/u + Cu
(정답률: 74%)
  • van Deemter 식은 컬럼의 효율(단 높이 $H$)을 결정하는 세 가지 요인인 다중흐름통로($A$), 세로확산($B$), 질량이동($C$)과 이동상 속도($u$)의 관계를 나타냅니다.
    $$H = A + \frac{B}{u} + Cu$$
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74. 세 전극(기준, 작업, 보조) 전지의 조절 전위 전기분해에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 작업전극과 기준전극 사이의 전압은 일정 전위기(potentiostat)에 의해서 일정하게 유지된다.
  2. 작업전극과 보조전극 간에는 무시할 수 있을 만큼의 작은 전류가 형성된다.
  3. 세 전극전지를 쓰면 일정한 환원전극 전위 유지 및 전기분해의 선택성을 높일 수 있다.
  4. 기준전극 전위는 저항전위, 농도차 분극, 과 전위의 영향을 받지 않는다.
(정답률: 42%)
  • 세 전극 전지 시스템에서 실제 전기분해 반응이 일어나는 전류 경로는 작업전극과 보조전극 사이입니다. 따라서 이 두 전극 사이에는 전기분해를 위한 큰 전류가 흐르게 됩니다.

    오답 노트
    작업전극과 기준전극 사이의 전압 유지: 일정 전위기(potentiostat)의 핵심 역할입니다.
    선택성 향상: 기준전극을 통해 전위를 정밀하게 제어하므로 가능합니다.
    기준전극 전위: 외부 영향(분극, 과전위 등)을 받지 않고 일정하게 유지되어야 합니다.
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75. 전기화학에서 널리 사용되는 포화 카로멜 기준전극의 전극 반응은?

  1. 2H+ + 2e- ↔ H2(g)
  2. AgCl(s) + e- ↔ Ag(s) + Cl-
  3. Fe(CN)63+ + e- ↔ Fe(CN)64-
  4. Hg2Cl2(s) + 2 e- ↔ 2Hg(L) + 2Cl-
(정답률: 55%)
  • 포화 카로멜 전극(SCE)은 염화제이수은($Hg_{2}Cl_{2}$)과 수은($Hg$), 그리고 포화 $KCl$ 용액을 이용한 기준전극으로, 다음과 같은 전극 반응이 일어납니다.
    $$Hg_{2}Cl_{2}(s) + 2e^{-} \leftrightarrow 2Hg(L) + 2Cl^{-}$$
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76. 열무게 분석법(TGA)를 이용하여 시료 CaC2O4ㆍH2O 를 비활성 기체 속에서 5℃/min 상승시키면서 980℃ 까지 온도를 올렸을 때 서모그램 상에 나타나는 수평영역은 여러 칼슘화합물의 안정한 온도영역을 나타낸다. 두 번째 높은 온도(420~660℃)에서 나타나는 수평영역은 어떤 화합물을 나타내는가?

  1. CaC2O4ㆍH2O
  2. CaCO3
  3. CaO
  4. CaC2O4
(정답률: 64%)
  • 열무게 분석법(TGA)에서 $\text{CaC}_2\text{O}_4\cdot\text{H}_2\text{O}$의 열분해 단계는 온도 상승에 따라 다음과 같은 순서로 진행됩니다.
    $$\text{CaC}_2\text{O}_4\cdot\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CaC}_2\text{O}_4 \rightarrow \text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO}$$
    따라서 첫 번째 수평영역은 $\text{CaC}_2\text{O}_4$, 두 번째 수평영역(420~660℃)은 $\text{CaCO}_3$, 마지막 수평영역은 $\text{CaO}$가 나타나는 구간입니다.
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77. 다음 line diagram 의 전지에서 이론적인 전위(V)는?

  1. -1.066
  2. -1.007
  3. -0.948
  4. -0.519
(정답률: 70%)
  • 전지의 전위는 양극(Cathode)의 전위에서 음극(Anode)의 전위를 뺀 값으로 계산합니다. 주어진 회로에서 SCE가 양극, Zn 전극이 음극으로 작동합니다.
    ① [기본 공식] $E = E_{cathode} - E_{anode}$
    ② [숫자 대입] $E = 0.244 - (-0.763)$
    ③ [최종 결과] $E = 1.007$
    단, 문제의 보기 구성상 전위차의 절대값 또는 방향성에 따라 -1.007 V로 표기되었습니다.
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78. 질량 분석계로 분석 할 경우 상대세기(abundance)가 거의 비슷한 두개의 동위원소를 갖는 할로겐 원소는 어느 것인가?

  1. Cl(Chlorine)
  2. Br(bromine)
  3. F(Fluorine)
  4. I(Iodine)
(정답률: 75%)
  • 할로겐 원소 중 브롬($\text{Br}$)은 자연계에서 $^{79}\text{Br}$과 $^{81}\text{Br}$ 두 가지 동위원소가 약 $50.7\% : 49.3\%$의 비율로 거의 비슷하게 존재하여 질량 분석 시 상대 세기가 유사하게 나타납니다.
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79. 질량 분석법에는 질량 분석관이 이온발생원에서 생성된 이온들을 질량/전하 비에 따라 분리를 하게 된다. 질량 분석관으로 주로 사용하지 않는 것은?

  1. 사중극 질량분석관(Quadrupole Analyzer)
  2. 이중 초점 섹터분석계(Double-Focusing Sector Spectrometer)
  3. 비행 시간형 분석계(Time-of-Flight Spectrometer)
  4. 단색화 분석관(Monochromato Spectrometer)
(정답률: 69%)
  • 질량 분석관은 이온을 질량 대 전하비($m/z$)에 따라 분리하는 장치입니다.
    사중극 질량분석관, 이중 초점 섹터분석계, 비행 시간형 분석계는 모두 대표적인 질량 분석관의 종류입니다.
    반면 단색화 분석관(Monochromato Spectrometer)은 빛의 파장을 선택하는 광학 장치이므로 질량 분석관으로 사용되지 않습니다.
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80. 질량 분석기로 C2H4+(MW=28.0313)과 CO+(MW=27.9949)의 봉우리를 분리하는데 필요한 분리 능은 약 얼마인가?

  1. 770
  2. 1,170
  3. 1,570
  4. 1,970
(정답률: 66%)
  • 질량 분석기의 분리능 $R$은 측정하려는 질량 $m$을 두 봉우리의 질량 차이 $\Delta m$으로 나눈 값으로 정의합니다.
    ① [기본 공식] $R = \frac{m}{\Delta m}$
    ② [숫자 대입] $R = \frac{28}{28.0313 - 27.9949}$
    ③ [최종 결과] $R = 769.7 \approx 770$
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