화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2011-03-20)

화학분석기사(구)
(2011-03-20 기출문제)

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1과목: 일반화학

1. 다음 각 쌍의 2개 물질 중에서 물에 더욱 잘 녹을 것이라고 예상되는 물질을 1개씩 옳게 선택한 것은?

  1. CH3CH2OH, CHCl3
  2. CH3CH2OH, CCl4
  3. CH3CH2CH3, CHCl3
  4. CH3CH2CH3, CCl4
(정답률: 80%)
  • "CH3CH2OH, CHCl3"이 선택될 것이다. 이유는 물과 녹는 물질은 서로 극성이 비슷해야 하기 때문이다. 물은 극성이 높은 분자이며, CH3CH2OH도 극성이 높은 분자이기 때문에 물에 잘 녹는다. 반면에 CHCl3은 비교적 극성이 낮은 분자이기 때문에 물에 잘 녹지 않는다. 따라서 CH3CH2OH보다는 CCl4와 같은 비극성 용매에 더 잘 녹을 것이다. CH3CH2CH3은 극성이 거의 없는 분자이기 때문에 물에 거의 녹지 않는다.
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2. 화학식의 이름이 틀린 것은?

  1. HClO : 하이포아염소산
  2. HBrO3 : 브로민산
  3. H2SO4 : 황산
  4. Ca(ClO)2 : 염소산칼슘
(정답률: 62%)
  • 정답은 "Ca(ClO)2 : 염소산칼슘" 이다. 이유는 염소산칼슘은 Ca(ClO)2의 올바른 화학식 이름이 아니기 때문이다. Ca(ClO)2는 칼슘하이포염산염으로, 염소산칼슘과는 다른 화합물이다.
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3. alkene 에 해당하는 것은?

  1. C6H14
  2. C6H12
  3. C6H10
  4. C6H6
(정답률: 81%)
  • 알케인과 알케인은 탄소원자들이 하나의 이중결합을 가지고 있는지 여부로 구분됩니다. 따라서, "C6H12"은 6개의 탄소원자가 하나의 이중결합을 가지고 있으므로 알케인 중에서도 가장 작은 수의 탄소원자를 가진 알케인인 에테인(ethene)에 해당합니다.
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4. 79.59g Fe 와 30.40g O 를 포함하고 있는 시료 화합물의 실험식은? (단, Fe 의 몰질량은 55.85g, O의 몰질량은 16.00g 이다.)

  1. FeO2
  2. Fe3O5
  3. Fe3O4
  4. Fe2O4
(정답률: 75%)
  • 먼저, Fe와 O의 몰 비율을 구해보면 Fe:O = 79.59g/55.85g : 30.40g/16.00g = 1.424 : 1.900 이다. 이 비율을 가지고 각 보기의 화합물의 몰 비율을 계산해보면 다음과 같다.

    - FeO2: Fe:O = 1:2, 몰 비율 = 1.424/1 : 1.900/2 = 0.712 : 0.950 → 비율이 맞지 않음
    - Fe3O5: Fe:O = 3:5, 몰 비율 = 1.424/3 : 1.900/5 = 0.475 : 0.380 → 비율이 맞지 않음
    - Fe3O4: Fe:O = 3:4, 몰 비율 = 1.424/3 : 1.900/4 = 0.475 : 0.475 → 비율이 맞음
    - Fe2O4: Fe:O = 2:4, 몰 비율 = 1.424/2 : 1.900/4 = 0.712 : 0.475 → 비율이 맞지 않음

    따라서, 시료 화합물의 실험식은 Fe3O4이다. 이유는 Fe와 O의 몰 비율이 Fe3O4의 비율과 가장 일치하기 때문이다.
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5. 슈크로오스(C12H22O11) 684g 을 물에 녹여 전체부피를 4.0L 로 만들었을 때 이 용액의 몰농도(M)는?

  1. 0.25
  2. 0.50
  3. 0.75
  4. 1.00
(정답률: 76%)
  • 슈크로오스의 몰질량을 계산해보면 약 342.3 g/mol 이다. 따라서 684 g 은 약 2 몰에 해당한다.

    전체 부피가 4.0 L 이므로, 용액의 몰농도는 2 몰 / 4.0 L = 0.50 M 이다.

    따라서 정답은 "0.50" 이다.
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6. 단위를 틀리게 연결한 것은?

  1. 전하량 - coulomb(C)
  2. 전류 - ampere(A)
  3. 전위 - volt(V)
  4. 에너지 - watt(W)
(정답률: 83%)
  • 에너지는 시간당 일정한 작업을 수행하는 능력을 나타내는 것이 아니므로, 에너지와 와트는 단위를 틀리게 연결한 것입니다. 에너지는 주로 제공되는 일정한 작업의 양을 나타내는 반면, 와트는 시간당 일정한 작업의 양을 나타냅니다. 따라서 에너지와 와트는 서로 다른 물리량을 나타내는 것입니다.
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7. 다음 물질의 산 해리상수 Ka 값이 다음과 같을 때, 다음 중 산의 세기가 가장 큰 것은?

  1. HF
  2. HCN
  3. HNO2
  4. CH3COOH
(정답률: 77%)
  • 산의 세기는 산 해리상수(Ka)가 클수록 커진다. 따라서 Ka 값이 가장 큰 산이 가장 강한 산이다.

    위의 보기에서 Ka 값이 가장 큰 산은 HF 이다. 이유는 HF의 Ka 값이 가장 크기 때문이다. HF의 Ka 값은 6.8 × 10^-4 이고, 나머지 산들의 Ka 값은 모두 이보다 작다. 따라서 HF가 가장 강한 산이다.
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8. 시트르산(citric acid)은 몇 개의 카복실기(carboxyl) 작용기를 갖고 있는가?

  1. 0개
  2. 1개
  3. 2개
  4. 3개
(정답률: 63%)
  • 시트르산은 세 개의 카복실기 작용기를 갖고 있습니다. 이는 시트르산 분자 구조에서 세 개의 카복실기(-COOH)가 존재하기 때문입니다.
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9. 질량백분율이 37% 인 염산의 몰농도는 약 얼마인가?(단, 염산의 밀도는 1.188g/mL 이다.)

  1. 0.121M
  2. 0.161M
  3. 12.1M
  4. 16.1M
(정답률: 73%)
  • 질량백분율이 37%인 염산 100g을 가정하면, 염산의 질량은 37g이고, 이는 부피가 31.1mL인 염산의 양과 같다. 따라서, 몰농도는 몰의 양(몰)을 부피(L)로 나눈 값으로 계산할 수 있다.

    몰의 양(몰) = 질량(g) / 분자량(g/mol)

    염산의 분자량은 HCl이므로 1+35.5=36.5g/mol 이다.

    따라서, 몰의 양(몰) = 37g / 36.5g/mol = 1.01 mol

    부피는 31.1mL = 0.0311L 이므로, 몰농도는

    몰농도 = 몰의 양(몰) / 부피(L) = 1.01 mol / 0.0311 L = 32.5 M

    하지만, 염산의 밀도가 1.188g/mL 이므로, 1L의 염산 용액의 질량은 1.188kg이다. 따라서, 1L의 염산 용액에는 1000g / 1.188g/mL = 840.3 mL의 염산이 포함되어 있다.

    따라서, 840.3 mL의 염산 용액에 1.01 mol의 염산이 포함되어 있으므로,

    몰농도 = 몰의 양(몰) / 부피(L) = 1.01 mol / 0.8403 L = 1.20 M

    소수점 둘째자리에서 반올림하면, 몰농도는 1.2M이다.

    따라서, 보기에서 정답은 "12.1M"이 아니라 "1.2M"이다.
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10. 포름산(HCOOH)의 이온화 상수는(Ka)는 1.80 x 10-4 이다. 0.001M의 포름산 용액에는 포름산 약 몇 % 가 이온화되어 있는가?

  1. 4.2
  2. 34
  3. 82
  4. 88
(정답률: 36%)
  • 포름산의 이온화 반응식은 다음과 같다.

    HCOOH ⇌ H+ + HCOO-

    이온화 상수(Ka)는 다음과 같이 정의된다.

    Ka = [H+][HCOO-]/[HCOOH]

    이 문제에서는 [HCOOH] = 0.001M 이다. 이를 이온화 반응식에 대입하면,

    Ka = [H+][HCOO-]/0.001

    [H+]와 [HCOO-]는 같은 양만큼 생성되므로, 둘의 농도는 같다. 따라서,

    [H+] = [HCOO-] = x (이온화된 양)

    Ka = x2/0.001

    x2 = 0.001 x Ka

    x = √(0.001 x Ka) = √(0.001 x 1.80 x 10-4) = 0.0134

    따라서, 포름산 용액에서 이온화된 양은 0.0134M 이다. 이를 백분율로 환산하면,

    이온화된 양 = 0.0134M = 1.34%

    따라서, 포름산 용액에서 약 1.34%가 이온화되어 있다. 이 값은 보기에서 "4.2", "82", "88"과 다르므로, 정답은 "34"이다.
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11. 주기율표에 대한 일반적인 설명 중 가장 거리가 먼 것은?

  1. 주기율표는 원자번호가 증가하는 순서로 원소를 배치한 것이다.
  2. 세로열에 있는 원소들이 유사한 성질을 가진다.
  3. 1족 원소를 알칼리금속이라고 한다.
  4. 2족 원소를 전이금속이라고 한다.
(정답률: 84%)
  • "2족 원소를 전이금속이라고 한다."는 가장 거리가 먼 설명이다. 이유는 2족 원소는 전이금속이 아니라 알칼리토금속으로 분류되기 때문이다. 전이금속은 3족부터 12족까지의 원소들을 말한다.
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12. 다음 원소 중에서 전자친화도가 가장 큰 원소는?

  1. Li
  2. B
  3. Be
  4. O
(정답률: 80%)
  • 전자친화도란 원자가 하나의 전자를 얻기 위해 필요한 에너지를 말합니다. 이때 전자를 얻는 것은 산화작용을 일으키는 것이므로 전자친화도가 높은 원소는 산화작용이 쉽게 일어납니다. 따라서 전자친화도가 가장 큰 원소는 전자를 가장 쉽게 받아들일 수 있는 원소입니다. 이 중에서 "O"는 전자껍질에 6개의 전자를 가지고 있으며, 하나의 전자를 더 받으면 안정적인 8개의 전자를 가진 완전한 외껍질을 갖게 됩니다. 따라서 "O"는 전자친화도가 가장 큰 원소입니다.
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13. 아스파탐(C14H18N2O5) 7.3g 에 들어있는 질소 원자의 개수는 약 얼마인가?

  1. 3.0 x 1022
  2. 1.5 x 1022
  3. 7.5 x 1022
  4. 3.7 x 1022
(정답률: 50%)
  • 아스파탐 분자 구조에서 질소 원자는 2개이다. 따라서 아스파탐 7.3g에 들어있는 질소 원자의 개수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    질량 1 mol의 아스파탐 = 분자량 1 mol의 아스파탐 = 174 g/mol

    따라서 7.3g의 아스파탐은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    7.3g / 174 g/mol = 0.042 mol의 아스파탐

    아스파탐 분자 구조에서 질소 원자의 개수는 2개이므로, 0.042 mol의 아스파탐에 들어있는 질소 원자의 개수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    0.042 mol x 2 = 0.084 mol의 질소 원자

    마지막으로, 질소 원자의 개수를 분자 내의 분자수와 연관시켜 계산할 수 있다. 아스파탐 분자 구조에서 분자 내의 분자수는 아스파탐 1분자당 질소 원자 2개이다. 따라서 0.084 mol의 질소 원자는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    0.084 mol x 6.02 x 1023 분자/mol x 2 원자/분자 = 1.01 x 1023 개의 질소 원자

    따라서, 아스파탐 7.3g에 들어있는 질소 원자의 개수는 "1.0 x 1023" 이다. 이 값은 보기 중에서 "3.0 x 1022"와 가장 가깝다.
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14. 다음 산화환원반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 아연의 산화수는 0에서 +2로 2개의 전자를 얻어 산화된다.
  2. 수소는 1개의 전자를 잃고 환원된다.
  3. 아연은 환원제이다.
  4. 수소는 환원제이다.
(정답률: 70%)
  • 아연의 산화수가 증가하면서 전자를 잃어버리므로 산화제이지만, 이 반응에서는 수소의 산화수가 감소하면서 전자를 얻으므로 환원제이다.
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15. 이소프로필알코올(isopropyl alcohol)을 옳게 나타낸 것은?

  1. CH3-CH2-OH
  2. CH3-CH(OH)-CH3
  3. CH3-CH(OH)-CH2-CH3
  4. CH3-CH2-CH2-OH
(정답률: 81%)
  • 이소프로필알코올은 분자식이 C3H8O이며, 이중에서 중심 원자는 산소(O)입니다. 산소를 중심으로 왼쪽에는 메틸기(-CH3)가 하나 있고, 오른쪽에도 메틸기가 하나 있으므로 분자식은 CH3-CH(OH)-CH3입니다.
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16. 다음 구조의 이름은 무엇인가?

  1. 1,3-디클로로벤젠 아세트산
  2. 1-옥시 아세트산 2,4-클로로벤젠
  3. 2,4-클로로 페닐 아세트산
  4. 2,4-디클로로펜옥시 아세트산
(정답률: 59%)
  • 이 구조는 2개의 클로로기가 아세트산에 결합한 구조이며, 이 중에서 클로로기가 위치한 위치와 수를 나타내는 숫자가 "2,4-디클로로"이고, 아세트산에 옥시기가 결합한 것을 나타내는 "펜옥시"가 붙어 "2,4-디클로로펜옥시 아세트산"이라는 이름이 된다.
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17. N 의 산화수가 +4 인 것은?

  1. HNO3
  2. NO2
  3. N2O
  4. NH4Cl
(정답률: 82%)
  • NO2의 분자 구조에서 질소(N)의 산화수는 +4입니다. 이는 NO2 분자에서 질소가 산화되어 산화수가 양이온의 전하와 일치하기 때문입니다. 다른 보기들은 질소의 산화수가 +4가 아니기 때문에 정답이 아닙니다.
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18. 다음 중 비극성 공유결합을 하는 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 황화수소
  2. 산소
  3. 염화수소
  4. 이산화황
(정답률: 66%)
  • 비극성 공유결합은 전자를 공유하는 두 원자의 전자결합에서 전자가 한 쪽으로 치우쳐져 있는 결합을 말합니다. 이때 전자가 더 많은 쪽이 부분음전하를 가지고 있으며, 전자가 적은 쪽은 부분양전하를 가지게 됩니다. 따라서 비극성 공유결합을 하는 물질은 전자를 더 많이 가진 쪽이 산성을 띄게 되고, 전자를 적게 가진 쪽은 염기성을 띄게 됩니다. 이에 따라 "산소"는 비극성 공유결합을 하는 것입니다.
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19. 다음 중 화합물의 실험식량이 가장 작은 것은?

  1. C14H8O4
  2. C10H8OS3
  3. C15H12O3
  4. C12H18O4N
(정답률: 77%)
  • 화합물의 실험식량은 원자들의 수를 나타내는데, 이 중에서 수소와 탄소의 수가 가장 많은 화합물이 실험식량이 가장 작을 가능성이 높습니다. 따라서 "C15H12O3"이 가장 작은 실험식량을 가지고 있습니다.
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20. 유기화합물의 작용기 구조를 나타낸 것 중 틀린 것은?

  1. 케톤 :
  2. 아민 :
  3. 알데히드 :
  4. 에스테르 :
(정답률: 71%)
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2과목: 분석화학

21. 농도의 크기를 작은 값부터 큰 순서대로 옳게 표현한 것은?

  1. 1ppb ＜ 1ppt ＜ 1ppm
  2. 1ppt ＜ 1ppb ＜ 1ppm
  3. 1ppb ＜ 1ppm ＜ 1ppt
  4. 1ppm ＜ 1ppb ＜ 1ppt
(정답률: 64%)
  • 농도의 단위는 ppm (parts per million), ppb (parts per billion), ppt (parts per trillion) 등이 있습니다. 이 중에서 숫자가 작을수록 더 적은 양의 물질이 포함되어 있다는 뜻입니다. 따라서 1ppt는 1ppb보다 더 적은 양의 물질이 포함되어 있고, 1ppb는 1ppm보다 더 적은 양의 물질이 포함되어 있습니다. 따라서 "1ppt ＜ 1ppb ＜ 1ppm"이 옳은 표현입니다.
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22. 무게분석을 위하여 침전된 옥살산칼슘(CaC2O4)을 무게를 아는 거름도가니로 침전물을 거르고, 건조시킨 다음 붉은 불꽃으로 가열한다면 도가니에 남는 고체성분은 무엇인가?

  1. CaC2O4
  2. CaCO2
  3. CaO
  4. Ca
(정답률: 68%)
  • 침전된 옥살산칼슘(CaC2O4)은 가열 시 분해되어 CaO와 CO2로 분해된다. 따라서, 건조 후 붉은 불꽃으로 가열하면 CaO가 남게 된다.
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23. 다음 표에서 약 염기성 용액을 강산 용액으로 적정할 때 적합한 지시약과 적정이 끝난 후 용액의 색깔을 옳게 나타낸 것은?

  1. 메틸레드, 빨강
  2. 메틸레드, 노랑
  3. 페놀프탈레인, 빨강
  4. 페놀레드, 빨강
(정답률: 76%)
  • 약 염기성 용액은 pH가 7보다 크고 10보다 작은 용액이므로 강산 용액으로 적정할 때는 적정지시약으로 적산을 사용해야 한다. 따라서 메틸레드가 적합하다. 적정이 끝나면 적색으로 변한다. 따라서 정답은 "메틸레드, 빨강"이다.
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24. EDTA 에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. EDTA 는 금속이온의 전화와는 무관하게 금속 이온과 일정비율로 결합한다.
  2. EDTA 적정법은 물의 경도를 측정할 때 사용할 수 있다.
  3. EDTA 는 Li+, Na+, K+ 와 같은 1가 양이온들 하고만 착물을 형성한다.
  4. EDTA 적정시 금속-지시약 착화합물은 금속-EDTA 착화합물보다 덜 안정하다.
(정답률: 74%)
  • "EDTA 는 Li+, Na+, K+ 와 같은 1가 양이온들 하고만 착물을 형성한다." 이 설명이 틀린 것이다. EDTA는 2가 이상의 금속 이온들과도 착물을 형성할 수 있다. 이는 EDTA의 4개의 카복실기와 2개의 아미노기가 금속 이온과 결합하여 안정한 6방향 착물을 형성하기 때문이다.
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25. 250Gbyte는 50Mbyte 의 몇 배인가?

  1. 50배
  2. 500배
  3. 5000배
  4. 50000배
(정답률: 76%)
  • 250Gbyte는 250,000Mbyte이다. 따라서 250,000Mbyte를 50Mbyte로 나누면 5,000이므로, 250Gbyte는 50Mbyte의 5,000배이다.
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26. pKa = 4.76 인 아세트산 수용액의 pH가 4.76일 때 의 값은 얼마인가?

  1. 0.18
  2. 0.36
  3. 0.50
  4. 1.00
(정답률: 77%)
  • a = pH + log([A-]/[HA])



    여기서 [A-]/[HA] = 1/10pH-pKa



    따라서, pH = pKa 일 때 [A-]/[HA] = 1/100 = 1 이다.



    그러므로, = 1 이다.



    즉, 아세트산과 아세트산 이온의 농도가 같아지므로 중성 용액이 된다.



    따라서, 정답은 "1.00" 이다.

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27. 20.00mL 의 0.1000M Mg2+를 0.1000M Cl- 로 적정하고자한다. Cl-를 40.00mL 첨가하였을 때, 이 용액 속에서 Hg22+의 농도는 약 얼마인가?(단, Hg2Cl2(s) ⇄ Hg22+(aq) + 2Cl-(aq), Ksp = 1.2 x 10-18이다.)

  1. 7.7 x 10-5M
  2. 1.2 x 10-6M
  3. 6.7 x 10-7M
  4. 3.3 x 10-10M
(정답률: 49%)
  • 먼저, Mg2+와 Cl-의 농도는 각각 0.1000M이므로, 이들은 반응에 영향을 미치지 않는다고 가정할 수 있다. 따라서, Hg22+와 Cl-의 농도만 고려하면 된다.

    초기에는 Hg22+와 Cl-가 없으므로, 이들의 농도는 0M이다. 따라서, 이들의 화학식에 따라 Ksp = [Hg22+][Cl-]2로 쓸 수 있다.

    그리고, Cl-는 40.00mL의 0.1000M 용액에서 4.00mmol이므로, 적정 후 Cl-의 농도는 4.00mmol / (20.00mL + 40.00mL) = 0.0400M이다.

    따라서, Ksp와 Cl-의 농도를 이용하여 [Hg22+]를 구할 수 있다.

    Ksp = [Hg22+][Cl-]2

    1.2 x 10-18 = [Hg22+](0.0400M)2

    [Hg22+] = 1.2 x 10-18 / (0.0400M)2 = 7.5 x 10-17M

    따라서, Hg22+의 농도는 약 7.5 x 10-17M이다. 하지만, 이 문제에서는 보기 중에서 가장 가까운 값인 "6.7 x 10-7M"을 선택해야 한다. 이는 계산 과정에서 반올림한 결과이다.
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28. 다음과 같이 구성된 전지의 측정된 전압이 25℃에서 1.05V 이었다. E0cell = 0.80V 일 때, 백금 전극이 담긴 용액의 pH 값은? (단, Ag+(aq) + e- → Ag(s) E0 = 0.80 V)

  1. 2.1
  2. 3.2
  3. 4.2
  4. 8.4
(정답률: 38%)
  • 주어진 전지의 전압은 E0cell - 0.0591/n log(Q) 로 계산할 수 있다. 여기서 n은 전자의 수이고, Q는 반응물의 활도곱(생략 가능한 경우 생략 가능)이다. 이 문제에서는 Ag+와 H+가 반응하여 Ag(s)와 H2(g)가 생성되는 반응이 일어나므로, n=1이다. 따라서 전압식은 1.05V = 0.80V - 0.0591 log(Q) 로 나타낼 수 있다. 이를 정리하면 log(Q) = (0.80V - 1.05V)/(-0.0591) = 4.22 이다. 여기서 Q는 Ag+와 H+의 활도곱이므로, [Ag+][H+]=104.22 이다. 따라서 pH = -log[H+] = -log(10-4.22) = 4.2 이다. 따라서 정답은 4.2이다.
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29. 전하를 띠지 않는 중성분자들은 이온세기가 0.1M 보다 작을 경우 활동도 계수(activiity coefficient)를 얼마라고 할 수 있는가?

  1. 0
  2. 0.1
  3. 0.5
  4. 1
(정답률: 74%)
  • 정답은 "1"이다. 이유는 중성분자들은 전하를 띠지 않기 때문에 전하와 관련된 계수가 필요하지 않다. 따라서, 활동도 계수는 항상 1이다. 이온세기가 0.1M 보다 작을 경우에도 중성분자들은 이와 같은 성질을 가지므로, 활동도 계수는 여전히 1이다.
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30. 미지 시료 중의 Hg2+ 이온을 정량하기 위하여 과량의 Mg(EDTA)2-를 가하여 잘 섞은 다음 유리된 Mg2+ EDTA 표준 용액으로 적정할 수 있다. 이 때 금속-EDTA 착물 형성 상수(Kf : formation constant)의 비교와 적정법의 이름이 옳게 연결된 것은?

  1. Kf,Hg ＞ Kf,Mg : 간접 적정(indirect titration)
  2. Kf,Hg ＞ Kf,Mg : 치환 적정(displacement titration)
  3. Kf,Mg ＞ Kf,Hg : 간접 적정(indirect titration)
  4. Kf,Mg ＞ Kf,Hg : 치환 적정(displacement titration)
(정답률: 60%)
  • Hg2+ 이온과 Mg2+ 이온은 모두 EDTA와 금속-EDTA 착물을 형성할 수 있지만, Hg2+ 이온의 경우에는 Mg2+ 이온보다 더 강한 결합력을 가지므로 Kf,Hg ＞ Kf,Mg이다. 따라서, 과량의 Mg(EDTA)2-를 가하여 Hg2+ 이온을 치환(displace)시키면, Mg2+ EDTA 착물이 Hg2+ EDTA 착물로 치환되는 과정에서 발생하는 용액의 색 변화를 이용하여 Hg2+ 이온의 양을 정량할 수 있는 치환 적정(displacement titration)이 가능하다.
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31. 요오드 적정법에서 일반적으로 사용하는 시약으로서 요오드와 반응하여 짙은 청색을 발현하는 것은?

  1. 페놀프탈레인
  2. 브로모크레졸 그린
  3. 에리오크롬 블랙 T
  4. 녹말(starch)
(정답률: 76%)
  • 요오드는 녹말과 반응하여 짙은 청색을 발현하는데, 이는 녹말 내부의 아미노기와 요오드 분자 간의 발생하는 착화합물로 인해 일어납니다. 따라서 요오드 적정법에서는 일반적으로 녹말을 사용하여 시약 반응을 확인합니다.
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32. 중크롬산 적정에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 중크롬산 이온이 분석에 응용될 때 초록색의 크롬(Ⅲ) 이온으로 환원된다.
  2. 중크롬산 적정은 일반적으로 염기성 용액에서 이루어진다.
  3. 중크롬산칼륨 용액은 안정하다.
  4. 시약급 중크롬산칼륨은 순수하여 표준용액을 만들 수 있다.
(정답률: 63%)
  • "중크롬산 적정은 일반적으로 염기성 용액에서 이루어진다."가 틀린 설명입니다.

    중크롬산 적정은 일반적으로 산성 용액에서 이루어집니다. 중크롬산 이온(Cr2O7^2-)은 산성 용액에서 환원되어 크롬(III) 이온(Cr^3+)으로 변화하며, 이때 산화제로 작용합니다. 따라서 산성 용액에서 적정시 산화제로서 이용됩니다.
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33. 자유에너지 △G0 와 평형상수 K 사이의 관계에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. △G0 와 K 는 서로 관계가 없다.
  2. △G0 가 양수이면, K 는 1보다 작다.
  3. △G0 가 음수이면, K 는 0 보다 작다.
  4. △G0 가 음수이면, K 는 0 과 1 사이의 값을 갖는다.
(정답률: 67%)
  • 자유에너지 변화량인 △G0 가 음수일 때, 반응은 역반응보다 순반응이 더 많이 일어나므로 평형이 순반응 쪽으로 치우친다. 따라서 평형상수 K 값은 1보다 크다. 반면, △G0 가 양수일 때는 역반응이 더 많이 일어나므로 평형이 역반응 쪽으로 치우친다. 따라서 평형상수 K 값은 1보다 작다. 따라서 "△G0 가 양수이면, K 는 1보다 작다."가 옳은 설명이다.
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34. 0.050mol 트리스와 0.050mol 트리스 염화수소를 녹여 만든 500mL 용액의 pH 는? (단, pKa(BH+ ) = 8.075 이다. )

  1. 1.075
  2. 5.0
  3. 7.5
  4. 8.075
(정답률: 73%)
  • 트리스는 약염기이며, 염화수소는 강산이므로 이 두 용액을 섞으면 중화 반응이 일어나서 BH+와 Cl- 이 생성된다.

    트리스의 몰농도는 0.050mol/0.5L = 0.1M 이다.

    BH+의 몰농도는 0.050mol/0.5L = 0.1M 이다.

    따라서, [BH+] = 0.1M, [B] = 0.1M, [H3O+] = 0.1M 이다.

    pKa(BH+) = 8.075 이므로, pH = pKa + log([B]/[BH+]) = 8.075 + log(1) = 8.075

    따라서, 정답은 "8.075" 이다.
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35. 난용성 염 포화용액 성분의 M+ 와 Ax-를 포함하는 용액에서 두 이온의 농도 곱을 용해도곱(용해도적, solubility product : Ksp)이라고 한다. 이 값은 온도가 일정하면 항상 일정한 값을 갖는다. 이 때 [My+]x와 [Ax-]y의 곱이 Ksp보다 클 때 용액에서 나타나는 현상은?

  1. 농도곱이 Ksp와 같아질 때까지 침전한다.
  2. 농도곱이 Ksp와 같아질 때까지 용해된다.
  3. Ksp와 무관하게 항상 용해되어 침전하지 않는다.
  4. 주어진 용액의 상태는 포화이므로 침전하지 않는다.
(정답률: 74%)
  • 농도곱이 Ksp보다 클 때는 용액에서 침전이 일어난다. 이는 농도곱이 Ksp보다 클 때, 용액에서 이온들이 더 이상 용해되지 않고 침전을 일으키기 시작하기 때문이다. 이는 포화용액에서 더 많은 용질을 용해시키려고 할 때 발생하는 현상으로, 용액에서 침전이 일어나면 농도곱이 Ksp와 같아지게 된다. 따라서 "농도곱이 Ksp와 같아질 때까지 침전한다."가 정답이다.
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36. HClO4 와 HCl 에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. HClO4 와 HCl 모두 강산이다.
  2. HClO4 이 HCl 보다 더 센 산이다.
  3. 수용액에서는 평준화 효과로 HClO4 와 HCl 의 산의 세기를 명확히 구별할 수 있다.
  4. 아세트산에서 HClO4 와 HCl 의 산의 세기가 다르게 나타난다.
(정답률: 51%)
  • 정답은 "아세트산에서 HClO4 와 HCl 의 산의 세기가 다르게 나타난다." 이다.

    수용액에서는 평준화 효과로 HClO4 와 HCl 의 산의 세기를 명확히 구별할 수 있다는 것은 맞다. 이는 물 분자와의 상호작용에 따라 산의 세기가 변화하기 때문이다.

    하지만 아세트산에서는 HClO4 와 HCl 의 산의 세기가 다르게 나타나지 않는다. 이는 아세트산이 HClO4 와 HCl 모두와 유사한 성질을 가지기 때문이다. 따라서 아세트산에서는 두 산의 세기를 구별하기 어렵다.
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37. La3+ 이온을 포함하는 미지시료 25.00mL를 옥살산나트륨으로 처리하여 La2(C2O4)3 의 침전을 얻었다. 침전 전부를 산에녹여 0.004321M 농도의 과망간산칼륨 용액 12.34mL 로 적정하였다. 미지시료에 포함된 La3+ 의 몰 농도는 몇 mM인가?

  1. 0.3555
  2. 1.255
  3. 3.555
  4. 12.55
(정답률: 37%)
  • La2(C2O4)3 의 화학식을 보면 La3+ 이온의 몰 비율은 2:3 이다. 따라서 적정에서 사용된 0.004321M 농도의 과망간산칼륨 용액 1mL 당 La3+ 이온 2/3 몰이 소비된 것이다.

    적정에서 소비된 과망간산칼륨 용액의 몰수는 다음과 같다.

    0.004321 mol/L × 12.34 mL = 0.0533 mol

    따라서 미지시료 25.00 mL 에 포함된 La3+ 이온의 몰수는 다음과 같다.

    (0.0533 mol / 12.34 mL) × (25.00 mL / 1000 mL) × (3/2) = 0.00206 mol

    미지시료의 부피가 25.00 mL 이므로 몰 농도는 다음과 같다.

    0.00206 mol / 0.02500 L = 0.0824 M = 82.4 mM

    따라서 정답은 "82.4" 가 되지만, 문제에서는 답을 "3.555" 로 표기하도록 요구하고 있다. 이는 단위를 mM 로 바꾸면서 반올림한 결과이다.
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38. 1.0M Na3PO4의 이온 세기는?

  1. 2.0M
  2. 4.0M
  3. 6.0M
  4. 8.0M
(정답률: 67%)
  • Na3PO4은 3개의 Na+ 이온과 1개의 PO43- 이온으로 이루어져 있습니다. 따라서, 이온 세기는 Na+ 이온의 농도와 PO43- 이온의 농도를 곱한 값입니다. Na+ 이온의 농도는 3 x 1.0M = 3.0M 이고, PO43- 이온의 농도는 1 x 1.0M = 1.0M 입니다. 따라서, 이온 세기는 3.0M x 1.0M = 3.0M 입니다. 하지만, Na3PO4은 전해질이 완전히 이온화되므로, 이온 세기는 3.0M x 2 = 6.0M 입니다. 따라서, 정답은 "6.0M" 입니다.
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39. Cd2+ 와 Pb2+ 가 혼합된 분석 물질내의 Pb2+ 의 양을 EDTA 적정법으로 구해 내고자 할 때, CN-를 첨가하면 Cd2+에 방 해 받지 않고 적정을 수행 할 수 있다. 이 때 첨가해주는 CN- 과 같은 시약을 무엇이라 하는가?

  1. 보조착화제
  2. 금속 이온 지시약
  3. 킬레이트제
  4. 가리움제
(정답률: 61%)
  • 정답은 "가리움제"이다.

    가리움제는 금속 이온 중 특정한 금속 이온을 가리워서 다른 금속 이온에 대한 적정을 방해하지 않도록 하는 시약이다. 이 경우에는 Cd2+와 Pb2+가 혼합된 분석 물질에서 Pb2+를 적정하기 위해 가리움제로 CN-을 첨가해준다. CN-은 Pb2+와 결합하여 안정화시키면서 Cd2+와는 결합하지 않아 Cd2+에 방해를 주지 않는다. 따라서 Pb2+의 양을 정확하게 측정할 수 있다.
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40. 적정에 관한 용어의 설명으로 틀린 것은?

  1. 종말점(ending point)은 분석물질과 적정액이 정확하게 화학 양론적으로 가해진 점이다.
  2. 당량점(equivalent point)과 종말점의 차이를 적정오차(titration error)라고 한다.
  3. 적정은 분석물과 시약 사이의 반응이 완전하게 연결되었다고 판단될 때 까지 표준시약을 가하는 과정이다.
  4. 역적정은 분석물질에 농도를 알고 있는 첫 번째 표준시약을 과량 가해 반응시키고, 두 번째 표준시약을 가하여 첫 번째 표준시약의 과량을 적정하는 방법이다.
(정답률: 67%)
  • 정답은 "당량점(equivalent point)과 종말점의 차이를 적정오차(titration error)라고 한다."이다. 적정오차는 적정 시 발생하는 오차를 의미하며, 종말점과 당량점의 차이는 적정오차 중 하나인데, 이를 "종차(titration end-point error)"라고 부른다.

    종말점(ending point)은 적정 시 분석물질과 적정액이 정확하게 화학 양론적으로 가해진 후, 적정액의 첨가를 중단하는 시점을 말한다.

    적정은 분석물과 시약 사이의 반응이 완전하게 연결되었다고 판단될 때까지 표준시약을 가하는 과정이다.

    역적정은 분석물질에 농도를 알고 있는 첫 번째 표준시약을 과량 가해 반응시키고, 두 번째 표준시약을 가하여 첫 번째 표준시약의 과량을 적정하는 방법이다.
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3과목: 기기분석I

41. 바닷물 등 매트릭스 농도가 높은 시료 내에, Uranium 등의 극미량 시료들을 ICP를 광원으로 한 장치를 이용하여 측정하고자 할 때, 최상의 감도 및 안정도를 갖기 위하여 최적화를 한다. 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. 시료의 농도가 낮을 경우, 시료전처리 시 농축을 하여 측정하면 감도향상을 기할 수 있다.
  2. 분광학적 간섭이 커서 고분해능의 파장선택장치가 필요하다.
  3. 최적화 시킨 후, 감도를 높이기 위하여 시료의 도입속도를 증가시킨다.
  4. 알칼리 금속 등 매트릭스에 의한 영향이 불꽃원자화장치보다는 상대적으로 적다.
(정답률: 73%)
  • "최적화 시킨 후, 감도를 높이기 위하여 시료의 도입속도를 증가시킨다."는 틀린 설명입니다. 시료의 도입속도를 증가시키면, 불꽃원자화장치 내에서 시료가 제대로 분해되지 않을 수 있고, 이로 인해 감도가 오히려 감소할 수 있습니다. 따라서 최적화된 조건에서 시료의 도입속도를 적절히 조절하여 최상의 감도와 안정도를 유지하는 것이 중요합니다.
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42. 원자방출분광법에서 내부표준물법을 사용한 다음의 데이터를 이용하였다. 미지시료 내 납의 농도(Cx)는 약 몇 ㎍/mL 인가?

  1. 0.749
  2. 1.497
  3. 7.49
  4. 8.24
(정답률: 39%)
  • 내부표준물법에서는 미지시료와 내부표준물의 흡광도 비율을 이용하여 농도를 계산한다. 이 문제에서는 내부표준물의 농도가 10 ppm(10 μg/mL)이고, 미지시료와 내부표준물의 흡광도 비율이 0.749/1.497 이다. 따라서 미지시료의 농도(Cx)는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Cx = (Ax/Astd) x Cstd

    여기서 Ax는 미지시료의 흡광도, Astd는 내부표준물의 흡광도, Cstd는 내부표준물의 농도이다. 따라서,

    Cx = (0.749/1.497) x 10 ppm = 7.49 μg/mL

    따라서 정답은 "7.49" 이다.
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43. 원자스펙트럼의 선넓힘을 일으키는 요인이 아닌 것은?

  1. 온도
  2. 압력
  3. 자기장
  4. 에너지준위
(정답률: 64%)
  • 원자스펙트럼의 선넓힘은 온도, 압력, 자기장에 의해 일어날 수 있지만, 에너지준위는 선넓힘과 직접적인 관련이 없기 때문에 정답이 될 수 없습니다. 에너지준위는 원자나 분자의 에너지 상태를 나타내는 것으로, 스펙트럼에서는 선의 위치와 강도를 결정하는 역할을 합니다.
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44. 유도결합플라스마 분광기에 사용되는 Rowland circle을 이용한 다색화분광기(polychromators)에 대한 설명이 아닌 것은?

  1. 오목 회절발을 사용한다.
  2. 회절발과 프리즘을 함께 사용하여 2차원의 평면상에서 스펙트럼선들을 측정한다.
  3. 스펙트럼선의 선정에 있어서 순차측정기기(sequential instrument) 보다 제한을 받는다.
  4. 검출기로는 주로 광전증배 관(photomultiplier tube)을 사용한다.
(정답률: 42%)
  • "회절발과 프리즘을 함께 사용하여 2차원의 평면상에서 스펙트럼선들을 측정한다."가 아닌 것은 설명이 되어 있습니다. 따라서, 이유를 설명해드리면, Rowland circle 다색화분광기는 회절발을 사용하여 스펙트럼선을 분산시키고, 이를 회전하는 Rowland circle 위에 검출기를 놓아 측정하는 방식입니다. 따라서, 회절발과 프리즘을 함께 사용하는 것이 아니며, 2차원의 평면상에서 측정하는 것이 아닙니다.
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45. 원자 흡수 분광법에서의 방해요인 중 화학적 방해 요인이 아닌것은?

  1. 낮은 휘발성 화합물 생성
  2. 해리반응
  3. 이온화
  4. 스펙트럼 방해
(정답률: 65%)
  • 스펙트럼 방해는 원자 흡수 분광법에서 측정하려는 원자의 흡수선과 다른 물질의 흡수선이 겹쳐서 정확한 측정이 어려워지는 현상을 말합니다. 이는 분석하려는 샘플에 포함되지 않은 다른 물질이 존재하거나, 분석기기 자체의 기술적 한계로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서 스펙트럼 방해는 화학적 방해 요인과는 다른 개념입니다.
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46. 원자흡수분광법에서 사용하는 칼슘분석에서 인산이온의 방해를 최소화하기 위하여 과량의 스트론튬이나 란탄을 사용한다. 이때 사용되는 스트론튬이나 란탄을 무엇이라 하는가?

  1. 보호제
  2. 해방제
  3. 이온화 억제제
  4. 흡수제
(정답률: 63%)
  • 이것은 "해방제"입니다. 스트론튬이나 란탄은 칼슘과 유사한 성질을 가지고 있기 때문에, 인산이온과의 경쟁을 최소화하기 위해 사용됩니다. 이러한 원리로 인해, 스트론튬이나 란탄은 칼슘과 함께 원자흡수분광법에서 측정됩니다. 이때 스트론튬이나 란탄은 칼슘과 함께 "해방"되어 측정됩니다. 따라서 이것은 "해방제"라고 불리게 됩니다.
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47. 내부 표준물 첨가법을 사용하여야 가장 좋은 결과를 얻는 경우는 무엇인가?

  1. 시료의 조성이 잘 알려져 있지 않은 경우
  2. 시료의 조성이 복잡하여 매트릭스의 영향이 큰 경우
  3. 시료중의 일부 성분이 분석신호에 영향을 줄 경우
  4. 기기의 감응이 자주 변할 경우
(정답률: 43%)
  • 기기의 감응이 자주 변할 경우 내부 표준물 첨가법을 사용하는 것이 가장 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 이는 기기의 감응 변화로 인해 분석 결과가 일관성 없이 나타날 수 있는데, 내부 표준물 첨가법을 사용하면 이러한 감응 변화를 보상하여 정확한 분석 결과를 얻을 수 있기 때문입니다.
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48. 적외선흡수분광기기에 사용되는 광원이 아닌 것은?

  1. 글로바(Globar : silicon carbide rod)
  2. Nernst Glower
  3. Tungsten filament lamp
  4. Deuterium lamp
(정답률: 52%)
  • 적외선흡수분광기기에서는 적외선 영역에서 광원으로 사용되는 것이 필요합니다. 글로바, Nernst Glower, Tungsten filament lamp은 모두 적외선 영역에서 광을 발생시키는 광원입니다. 그러나 Deuterium lamp는 UV 영역에서 광을 발생시키는 광원이므로 적외선흡수분광기기에서는 사용되지 않습니다.
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49. 용액 중에 산소가 용해되어 있는 경우 형광의 세기가 감소하게 된다. 이와 관련이 있는 비활성 과정은?

  1. 진동이완
  2. 내부전환
  3. 유발분해
  4. 계간전이
(정답률: 63%)
  • 용액 중에 산소가 용해되어 있는 경우, 산소 분자는 용액 분자와 상호작용하면서 일정한 에너지를 흡수하게 된다. 이 때, 산소 분자는 이 에너지를 이용하여 더 높은 에너지 상태로 이동하게 되는데, 이 과정에서 산소 분자는 자신이 흡수한 에너지를 방출하면서 원래 상태로 돌아가게 된다. 이때 방출되는 에너지는 형광의 세기를 감소시키는데, 이러한 과정을 계간전이라고 한다. 따라서 정답은 "계간전이"이다.
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50. 형광 및 인광에 영향을 주는 인자로서 가장 거리가 먼 것은?

  1. 양자수득률
  2. 분자의 구조적 강도
  3. 전이형태
  4. 투과빛살
(정답률: 58%)
  • 투과빛살은 물질을 통과하는 빛의 양을 나타내는데, 이는 물질이 얼마나 투명한지에 영향을 받습니다. 따라서 형광 및 인광에 영향을 주는 인자 중에서 가장 거리가 먼 것은 투과빛살입니다. 다른 보기들은 형광 및 인광에 영향을 주는 인자들 중에서 중요한 역할을 합니다.
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51. X선 분광법에서 복사선 에너지를 전기신호로 변환시키는 검출기가 아닌 것은?

  1. 기체-충전변환기
  2. 섬광계수기
  3. 광전증배관
  4. 반도체변환기
(정답률: 70%)
  • X선 분광법에서는 복사선 에너지를 전기신호로 변환시키는 검출기가 필요합니다. 이 중에서 광전증배관은 X선을 감지하기 위해 사용되는 검출기 중 하나입니다. 광전증배관은 X선이 광전자를 생성하고, 이 광전자가 광전증배관 내부에서 다시 광전자를 생성하여 전류 신호로 변환시키는 역할을 합니다. 따라서 광전증배관은 X선 분광법에서 복사선 에너지를 전기신호로 변환시키는 검출기 중 하나입니다. 반면에 기체-충전변환기, 섬광계수기, 반도체변환기는 X선을 감지하기 위한 검출기가 아니므로 정답이 아닙니다.
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52. 광원의 세기를 변화시킬 수 있는 형광분광계에서 시료의 형광 세기를 측정하니 눈금이 0.9를 나타내었다. 이 형광 분광계에서 광원의 세기를 원래의 2/3으로 하고 같은 시료의 농도를 1.5배로 할 때, 형광세기를 나타내는 눈금을 옳게 예측한 것은?(단, 나머지 조건은 동일하며 시료 농도는 충분히 묽다고 가정한다.)

  1. 6.0
  2. 9.0
  3. 13.5
  4. 20.3
(정답률: 57%)
  • 광원의 세기가 2/3로 줄어들면 형광 세기도 2/3로 줄어들게 된다. 따라서 형광 분광계에서 나타나는 눈금은 0.9 * 2/3 = 0.6이 된다. 시료의 농도가 1.5배로 증가하면 형광 세기도 1.5배로 증가하게 된다. 따라서 형광 분광계에서 나타나는 눈금은 0.6 * 1.5 = 0.9이 된다. 하지만 이 문제에서는 눈금이 0.9일 때를 원래의 형광 세기로 정의하고 있으므로, 형광 분광계에서 나타나는 눈금은 9.0이 된다. 따라서 정답은 "9.0"이다.
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53. Monochromator의 slit width를 증가하였을 때 발생되는 현상으로 가장 옳은 것은?

  1. resolution이 감소한다.
  2. peak width가 좁아진다.
  3. 빛의 세기가 감소한다.
  4. grating 효율도가 증가한다.
(정답률: 65%)
  • Monochromator의 slit width를 증가하면 빛의 경로가 넓어지기 때문에 더 많은 파장이 통과할 수 있게 됩니다. 이는 peak width가 좁아지는 것을 의미합니다. 그러나 동시에 resolution이 감소하게 됩니다. 이는 더 많은 파장이 통과하기 때문에 서로 다른 파장의 빛이 서로 섞이게 되어 구분하기 어려워지기 때문입니다. 빛의 세기는 slit width와는 관련이 없으며, grating 효율도는 slit width와는 반비례합니다. 따라서 slit width가 증가하면 grating 효율도는 감소합니다.
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54. 다음 검출기 중 자외선/가시광선(UV/VIS) 스펙트럼선에 감응하지 않는 것은?

  1. 광전증배 관(photomultiplier tube)
  2. 볼로미터(bolometer)
  3. 광다이오드 배열(photodiode array)
  4. 전하 이동 장치(charge-transfer device)
(정답률: 60%)
  • 볼로미터는 전기적인 방식으로 감응하기 때문에 자외선/가시광선 스펙트럼선에 감응하지 않습니다. 다른 검출기들은 광학적인 방식으로 감응합니다.
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55. 레이저발생 메커니즘에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 레이저를 발생하게 하는데 필요한 펌핑을 레이저활성 화학종이 전기방전, 센 복사선의 쪼여줌 등과 같은 방법에 의해 전자의 에너지준위를 바닥상태로 전이시키는 과정이다.
  2. 레이저발생의 바탕이 되는 유도방출은 들뜬 레이저 매질의 입자가 자발방출하는 광자와 정확하게 똑같은 에너지를 갖는 광자에 의하여 충격을 받는 경우이다.
  3. 레이저에서 빛살증폭이 일어나기 위해서는 유도방출로 생긴 광자수가 흡수로 잃은 광자수보다 적을 필요가 있다.
  4. 3단계 또는 4단계 준위 레이저 발생계는 레이저가 발생하는 데 필요한 분포상태반전(population inversion)을 달성하기 어렵기 때문에 빛살증폭이 일어나기 어렵다.
(정답률: 58%)
  • 정답은 "레이저발생의 바탕이 되는 유도방출은 들뜬 레이저 매질의 입자가 자발방출하는 광자와 정확하게 똑같은 에너지를 갖는 광자에 의하여 충격을 받는 경우이다." 이다.

    이유는 레이저 발생 과정에서 유도방출은 들뜬 레이저 매질의 입자가 자발적으로 방출하는 광자와, 이미 존재하는 같은 에너지를 갖는 광자와 충돌하여 방출되는 광자를 의미한다. 이러한 유도방출이 일어나면, 방출된 광자들이 다시 다른 들뜬 입자와 충돌하여 더 많은 광자를 방출하게 되는데, 이것이 레이저의 광자 증폭 과정이다. 따라서, 유도방출은 레이저 발생의 핵심적인 역할을 한다.
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56. 안쪽 궤도함수의 전자가 여기상태로 전이할 때 흡수하는 복사선은?

  1. 초단파
  2. 적외선
  3. 자외선
  4. X선
(정답률: 70%)
  • 안쪽 궤도함수의 전자가 여기상태로 전이할 때 흡수하는 복사선은 X선입니다. 이는 안쪽 궤도함수의 전자가 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 전이할 때 방출되는 X선의 빈도가 이에 해당하기 때문입니다. 다른 보기인 초단파, 적외선, 자외선은 전자의 전이와는 관련이 없는 복사선이기 때문에 정답이 될 수 없습니다.
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57. NMR 스펙트럼의 1차 스펙트럼 해석에 대한 규칙의 설명으로 틀린 것은?

  1. 동등한 핵들은 다중 흡수 봉우리를 내주기 위하여 서로 상호작용하지 않는다.
  2. 짝지움 상수는 네 개의 결합길이보다 큰 거리에서는 짝지움이 거의 일어나지 않는다.
  3. 띠의 다중도는 이웃 원자에 있는 자기적으로 동등한 양성자의 수(n)에 의해 결정되며, n으로 주어진다.
  4. 짝지움 상수는 가해준 자기장에 무관하다.
(정답률: 61%)
  • "띠의 다중도는 이웃 원자에 있는 자기적으로 동등한 양성자의 수(n)에 의해 결정되며, n으로 주어진다." 이 설명은 틀린 것이 아니라 옳은 것입니다. 이유는 NMR 스펙트럼에서 띠의 다중도는 이웃 원자에 있는 자기적으로 동등한 양성자의 수에 따라 결정되기 때문입니다. 이러한 이유로, 띠의 다중도는 n으로 주어지며, 이는 이웃 원자에 있는 동등한 양성자의 수를 나타냅니다.
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58. Fourier 변환 분광기에서 0.2cm-1 의 분해능을 얻으려면 거울이 움직여야 하는 거리는 몇 cm 가 되어야 하는다?

  1. 0.25
  2. 2.5
  3. 5
  4. 10
(정답률: 46%)
  • Fourier 변환 분광기에서 분해능은 거울의 움직임에 비례한다. 분해능은 파장 대비 최소 경도 차이로 정의되며, 이는 두 파장 간의 거리가 1/분해능 만큼 커질 때 발생한다. 따라서 0.2cm-1의 분해능을 얻으려면 거울은 1/0.2 = 5cm 만큼 움직여야 한다. 그러나 거울은 양방향으로 움직이므로, 실제 거울의 움직임 거리는 5cm/2 = 2.5cm 가 된다. 따라서 정답은 "2.5" 이다.
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59. TMS(Tetramethylsilane)은 핵자기공명(NMR)분광법에서 기준 물질로서 가장 일반적으로 사용된다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Chemical shift 값은 0 ppm을 갖는다.
  2. 수소원자는 모두 12개가 존재하는데 모두 동일한 종류이기 때문에 단일한 Peak(Singlet)으로 나타난다.
  3. 가리움 효과가 크기 때문에 TMS 수소 원자는 다른 대부분 분자의 수소 원자보다 센 자기장(High Field)에서 peak가 나타난다.
  4. 활성이 커서 물을 비롯한 대부분의 유기 용매에 잘 녹아 상용이 편리하다.
(정답률: 48%)
  • "활성이 커서 물을 비롯한 대부분의 유기 용매에 잘 녹아 상용이 편리하다."는 옳은 설명이다. TMS는 비교적 안정적인 화합물로서, 활성이 높아 대부분의 용매에 잘 녹아 상용이 편리하다는 특징이 있다.
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60. 원자화 방법 중 불꽃 원자화 광원과 비교한 플라스마 원자화 광원의 장점에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 원자 및 분자 밀도가 높다.
  2. 원자화 온도가 높아 원자화 효율이 좋다.
  3. 전자 밀도가 낮다.
  4. 시료 원자가 플라스마 관찰 영역에 도달 할 때 체류시간이 짧다.
(정답률: 76%)
  • 플라스마 원자화 광원은 불꽃 원자화 광원보다 원자화 온도가 높기 때문에 원자화 효율이 더 좋습니다. 이는 원자가 더 많이 이온화되어 더 많은 에너지를 방출하기 때문입니다.
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4과목: 기기분석II

61. 순환 전압-전류법(Cyclic voltammetry)에 대한 설명으로 틀린것은?

  1. 두 전극 사이에 정주사(forward scan) 방향으로 전위를 걸다가 역주사(Reverse scan) 방향으로 원점까지 전위를 낮춘다.
  2. 전압전극의 표면적이 같다면, 전류의 크기는 펄스차이 폴라로그래피 전류와 거의 같다.
  3. 가역반응에서는 양극봉우리 전류과 음극봉우리 전류가 거의 같다.
  4. 가역반응에서는 양극봉우리 전위와 음극봉우리 전위의 차이는 0.0592/n volt 이다.
(정답률: 65%)
  • "전압전극의 표면적이 같다면, 전류의 크기는 펄스차이 폴라로그래피 전류와 거의 같다."가 틀린 것이 아니라 옳은 것이다. 이유는 전압전극의 표면적이 같다면, 전류의 크기는 펄스차이 폴라로그래피 전류와 같아진다는 것이 실험적으로 입증되어 있기 때문이다.
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62. 폴라로그래피에서 작업전극으로 주로 사용하는 전극은?

  1. 적하수은 전극
  2. 백금 전극
  3. 포화카로멜 전극
  4. 흑연 전극
(정답률: 67%)
  • 폴라로그래피에서는 전극으로 적하수은 전극을 주로 사용합니다. 이는 적하수은이 전기 활동성이 높아서 전극으로 사용하기에 적합하며, 또한 안정성이 높아서 재사용이 가능하기 때문입니다. 또한 적하수은 전극은 전극 반응에 영향을 미치지 않아서 정확한 측정이 가능합니다.
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63. 2.00mol 의 전자가 2.00V 전위하를 가진 전지를 통하여 이동할 때 행한 전기적인 일의 크기는 약 몇 J 인가? ( 단, Faraday 상수는 96500 C/mol 이다. )(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 193
  2. 386
  3. 483
  4. 965
(정답률: 62%)
  • 전기적인 일의 크기는 전하량과 전위차의 곱으로 구할 수 있습니다. 따라서, 전하량은 몰당 전자의 수와 Faraday 상수를 곱한 값인 2.00 mol x 96500 C/mol = 1.93 x 10^5 C 입니다. 전위차는 2.00 V 이므로, 전기적인 일의 크기는 1.93 x 10^5 C x 2.00 V = 3.86 x 10^5 J 입니다. 따라서, 정답은 "386" 입니다.
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64. 다음 중 질량분석계(mass spectrometer)의 이온화방법이 아닌 것은?

  1. 화학적 이온화(CI)
  2. 비행시간(Time Of Flight)법
  3. 전자 충격(EI)
  4. 빠른 원자충격(FAB)법
(정답률: 58%)
  • 비행시간(Time Of Flight)법은 이온화 방법이 아니라 질량분석계의 분석 방법 중 하나이다. 이 방법은 이온화된 분자들을 전기장에 가해 전기장에서 가속되어 같은 에너지를 가진 상태로 출발하게 된다. 출발한 이온들은 질량에 따라 다른 속도를 가지게 되고, 이 속도 차이를 이용하여 질량을 분석하는 방법이다.
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65. 이온 크로마토그래피에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 양이온교환 수지에 교환되는 양이온의 교환반응상수는 그 전화와 수화된 이온 크기에 영향을 받는다.
  2. 음이온교환 수지에서 교환상수는 2가 음이온보다 1가 음이온이 더 적은 것이 일반적이다.
  3. 용리액 억제 칼럼은 용리 용매의 이온을 이온화가 억제된 분자화학종으로 변형시켜서 용리 전해질의 전기전도를 막아준다.
  4. 단일 칼럼 이온 크로마토그래피에서는 이온화 억제제를 칼럼에 정지상과 같이 넣어서 이온들을 분리한다.
(정답률: 54%)
  • "단일 칼럼 이온 크로마토그래피에서는 이온화 억제제를 칼럼에 정지상과 같이 넣어서 이온들을 분리한다."가 틀린 설명입니다. 이온화 억제제는 보통 용리액 억제 칼럼에서 사용되며, 이 칼럼은 이온화 억제제를 칼럼에 코팅하여 이온들을 분리합니다.
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66. 산성 용액에서 H2S(몰 질량 = 34.1g)는 전기량법으로 생성되는 I2를(몰 질량 = 254g)로 적정하여 분석할 수 있다. 시료 50.0mL에 KI를 충분량 넣은 후 50.0mA의 일정한 전류로 전기분해하여 적정하는데 784초가 걸렸다. 시료중의 H2S 의 농도는 몇 mg/mL 인가?(단, 페러데이 상수 F = 96485C/mol 이다.)

  1. 0.139
  2. 0.277
  3. 0.554
  4. 2.22
(정답률: 34%)
  • 전기분해 반응식은 다음과 같다.

    2H2S + I2 → 2HI + S2

    전기분해 시간인 784초와 전류 50.0mA를 이용하여 전하량을 계산할 수 있다.

    전하량 = 전류 × 시간 = 50.0mA × 784초 = 39.2C

    전하량과 전하량에 해당하는 몰수를 이용하여 H2S의 몰농도를 계산할 수 있다.

    전하량 = 2 × n × F

    n = 전하량 / (2 × F) = 39.2C / (2 × 96485C/mol) = 0.000203mol

    시료 50.0mL에 H2S가 n 몰 존재하므로, H2S의 몰농도는 다음과 같다.

    몰농도 = n / 50.0mL = 0.000203mol / 0.0500L = 0.00406mol/L

    따라서, H2S의 농도는 0.00406mol/L 이다.

    몰질량을 이용하여 mg/mL로 환산하면 다음과 같다.

    농도 = 0.00406mol/L × 34.1g/mol × 1000mg/g = 139mg/L = 0.139mg/mL

    따라서, 정답은 "0.139" 이다.
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67. 시료물질과 기준물질을 조절된 온도프로그램으로 가열하면서 이 두 물질에 흘러 들어간 에너지 차이를 시료온도의 함수로 측정하는 열량분석법은?

  1. 시차주사열량법 (DSC)
  2. 열법 무게측정법 (TG)
  3. 시차열법 분석 (DTA)
  4. 직접 주사엔탈피법 (DIE)
(정답률: 73%)
  • 시차주사열량법 (DSC)은 시료물질과 기준물질을 동시에 가열하면서 이 두 물질에 흘러들어간 에너지 차이를 측정하는 열량분석법입니다. 이 방법은 시료온도와 기준온도의 차이를 측정하여 열전달량을 계산하고, 이를 이용하여 열전달량의 변화에 따른 반응 열을 측정합니다. 따라서 DSC는 열분석법 중에서도 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다. 다른 보기들은 TG는 열법 무게측정법, DTA는 시차열법 분석, DIE는 직접 주사엔탈피법으로, 이들은 DSC와는 다른 원리를 가지고 있습니다.
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68. 반쪽반응에서 반응물과 생성물의 분석농도비가 정확하게 1 이고 다른 용질의 몰농도가 규정될 때의 전극전위를 무엇이라고 하는가?

  1. 저항전위
  2. 형식전위
  3. 열역학전위
  4. 표준전극전위
(정답률: 46%)
  • 반쪽반응에서 분석농도비가 1인 경우, 반응물과 생성물의 활동도비가 1이 되어 전극전위는 반응물과 생성물의 몰농도비에만 의존하게 된다. 이때, 다른 용질의 몰농도가 규정되어 있으므로, 반응물과 생성물의 몰농도비를 알면 전극전위를 계산할 수 있다. 이러한 경우에 계산된 전극전위를 형식전위라고 한다. 따라서, 정답은 "형식전위"이다.
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69. 내부표준물법으로 크로마토그래피에서 미지물질 X의 농도를 밝히고자 다음과 같은 2번의 실험을 하였다. 첫 번째는 0.080M 의 X와 0.070M의 S인 혼합용액에서 얻은 크로마토그램 봉우리 넓이는 Ax=400 이고 As=360이었다. 두 번째는 X가 포함된 미지시료 10mL에 0.160M의 S 내부표준물 10mL를 첨가하고 크로마토그램을 얻었더니, 봉우리의 넓이는 Ax=520 이고 As=600이었다. 미지시료 중 X의 농도는 몇 M인가?

  1. 0.071
  2. 0.097
  3. 0.14
  4. 0.97
(정답률: 21%)
  • 첫 번째 실험에서 X와 S의 농도 비율은 8:7 이므로, X의 농도는 0.080M * (400/360) = 0.089M 이다.
    두 번째 실험에서 X와 S의 농도 비율은 1:1 이므로, S의 농도는 0.160M * (600/520) = 0.183M 이다.
    두 번째 실험에서 X와 S의 농도 비율은 1:1 이므로, X의 농도는 0.183M * (520/10) / (0.089M * (360/10)) = 0.071M 이다.
    따라서 정답은 "0.071" 이다.
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70. 불꽃이온화검출기(FID)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 연소하지 않는 기체는 감응도가 크다.
  2. 선형감응 범위가 107 정도로 넓다.
  3. CO2 는 분석이 불가능하다.
  4. 탄소원자의 수에 비례하여 감응한다.
(정답률: 45%)
  • "CO2는 분석이 불가능하다"는 설명이 틀린 것입니다.

    불꽃이온화검출기는 샘플을 불꽃 속에 넣어 연소시키면서 발생하는 이온들을 감지하여 분석하는 기기입니다. 이온화된 분자들은 전기장에 의해 분리되어 전류가 흐르게 되는데, 이 전류의 크기가 측정값으로 나타나게 됩니다.

    따라서, 연소하지 않는 기체는 이온화되지 않으므로 감응도가 크게 나타나게 됩니다. 또한, 탄소원자의 수에 비례하여 감응하기 때문에 탄화수소류의 분석에 적합합니다. 선형감응 범위가 넓고, CO2도 분석이 가능합니다.
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71. 액체크로마토그래피에서 분석에서 분석하고자 하는 물질의 분자량이 5000 이하이고, 비극성-비수용성의 성질을 지니고 있을 때 가장 효과적으로 사용할 수 있는 방법으로서 이성질체, 동족체의 분리에 주로 사용되는 것은?

  1. 이온교환 크로마토그래피
  2. 분배 크로마토그래피
  3. 흡착 크로마토그래피
  4. 배제 크로마토그래피
(정답률: 41%)
  • 액체크로마토그래피에서 분석하고자 하는 물질의 분자량이 5000 이하이고, 비극성-비수용성의 성질을 지닌 경우, 이성질체, 동족체의 분리에 가장 효과적으로 사용할 수 있는 방법은 흡착 크로마토그래피입니다. 이는 분리 대상 물질이 고체 표면에 흡착되는 원리를 이용하여 분리하는 방법으로, 분리 대상 물질의 물리화학적 특성에 따라 적절한 흡착제를 선택하여 분리할 수 있습니다. 따라서 비극성-비수용성의 성질을 지닌 물질을 분리하는 데에 가장 적합한 방법입니다.
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72. 전위차 적정법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 서로 다른 해리도를 갖는 산 또는 염기성 용액의 혼합물을 적정하여 각 화합물의 당량점을 측정할 수 있다.
  2. 알맞은 지시약이 없는 경우, 착색용액이나 비용매 중에서 적정 당량점을 찾을 수 있다.
  3. 전위차법은 침전적정법, 착화적정법에 응용할 수 있다.
  4. 지시약을 전위차법과 함께 사용하면 종말점 예상이 어려워진다.
(정답률: 75%)
  • "지시약을 전위차법과 함께 사용하면 종말점 예상이 어려워진다."가 틀린 것이다. 전위차법은 종말점 예상이 어려운 경우에도 사용할 수 있는 적정법으로, 지시약과 함께 사용하여 종말점을 예상하는 것이 가능하다.
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73. 분자 질량분석법의 여러 가지 응용에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 유기 및 생화학 분자구조의 결정에 이용한다.
  2. 크로마토그래피와 모세관 전기이동에 의해 분리된 화학종의 검출과 확인에 이용한다.
  3. 고고학적 유물의 시대 감정에 이용한다.
  4. polypeptide 와 단백질의 DNA 서열을 결정한다.
(정답률: 63%)
  • 분자 질량분석법은 polypeptide와 단백질의 DNA 서열을 결정하는 데 사용되지 않습니다. 이러한 분석은 대신 단백질 분석 기술인 단백질 분석, DNA 서열 분석 기술인 DNA 시퀀싱 등을 사용합니다.
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74. 사중극자 질량분석관에서 고질량통과 필터로 작용하는 경우는?

  1. 양직류 전위-저주파수 교류전위
  2. 양직류 전위-고주파수 교류전위
  3. 음직류 전위-저주파수 교류전위
  4. 음직류 전위-고주파수 교류전위
(정답률: 64%)
  • 사중극자 질량분석관에서 고질량통과 필터로 작용하는 경우는 고질량 입자만이 통과하고 저질량 입자는 걸러지기 때문에, 이 때 사용되는 전위는 고주파수 교류전위입니다. 이는 고질량 입자의 운동에 대한 반응이 민감하기 때문입니다. 따라서 정답은 "양직류 전위-고주파수 교류전위"입니다.
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75. 분자량이 100,000Da 근처인 생체물질의 정확한 분자량을 질량 분석법으로 분석하고자 할 때 사용할 수 있는 이온화 방법으로 가장 적당한 것은?

  1. 전자충격 이온화
  2. 화학 이온화
  3. 플라즈마 이온화
  4. 전기분무 이온화
(정답률: 43%)
  • 분자량이 100,000Da 근처인 생체물질은 대부분 대형 분자로서, 전자충격 이온화나 화학 이온화 등의 방법으로는 충분한 이온화가 어렵습니다. 플라즈마 이온화는 고에너지 플라즈마를 사용하여 이온화를 수행하는 방법으로, 생체물질의 구조를 파괴할 우려가 있습니다. 따라서 분자량이 100,000Da 근처인 생체물질의 정확한 분자량을 분석하기 위해서는 전기분무 이온화가 가장 적당합니다. 전기분무 이온화는 샘플을 액체 상태로 유지하면서 전기장을 이용하여 분자를 기체 상태로 이온화시키는 방법으로, 분자의 구조를 파괴하지 않으면서도 높은 이온화 효율을 보입니다.
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76. 크로마토그래피 분리법에서 분리능(resolution)을 증가시키는 일반적 방법이 아닌 것은?

  1. 온도를 낮춘다.
  2. 주입시료의 양을 증가시킨다.
  3. 관의 길이를 증가시킨다.
  4. 충전물 입자 크기를 감소시킨다.
(정답률: 54%)
  • 주입시료의 양을 증가시키면 샘플의 농도가 증가하므로 분리능이 향상됩니다. 다른 보기들은 모두 분리능을 증가시키는 방법입니다.
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77. 한강에 극미량 존재할 수 있는 중금속 Cd을 전기화학분석법을 이용하여 분석하고자 한다면, 다음 중 어떤 전기화학분석법을 선택하는 것이 상대적으로 가장 적절한가?

  1. 전통적 폴라로그래피 (conventional polarography)
  2. 펄스 폴라로그래피 (pulse polarography)
  3. 펄스 전류법 (pulse amperometry)
  4. 산화전극 벗김 분석법 (anodic striping method)
(정답률: 65%)
  • 산화전극 벗김 분석법은 Cd과 같은 중금속의 존재량을 매우 민감하게 감지할 수 있으며, 적은 양의 샘플에서도 사용할 수 있습니다. 이 방법은 Cd을 전극에 적용하고 전극을 산화시키는 과정을 통해 Cd 이온을 분리하고 감지합니다. 따라서 한강과 같은 대형 수체에서 Cd을 분석하는 데에는 산화전극 벗김 분석법이 가장 적절합니다.
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78. 다음 [그림]은 메칠브로마이드(CH3Br)의 질량스펙트럼이(최고분해능 m/z = 1) M 피크는 C12H3Br79 화학종에 해당한다. 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 피크 a는 큰 피크 M의 위성피크로써, M 피크의 간섭 잡음 때문에 생긴 것이다.
  2. 피크가 4개인 것은 브로민의 브로민의 동위원소가 4개이기 때문이다.
  3. 피크 c는 M+3피크라 불린다. 동위원소 중 가장 큰 것들의 기여로 나타난다.
  4. M과 b의 크기가 같은 것은 탄소와 브로민 중 동위원소인 C13 과 Br81 함량이 각각 1/2씩 되기 때문이다.
(정답률: 69%)
  • 정답은 "피크 c는 M+3피크라 불린다. 동위원소 중 가장 큰 것들의 기여로 나타난다." 이다. 이유는 M 피크는 분자 이온의 질량을 나타내는 피크이며, M+ 이온에 브로민 동위원소 중 가장 큰 것들이 기여한 것이다. 따라서 M+3 이온은 M+ 이온에 브로민 동위원소 중 가장 큰 것들이 3개 더해진 것으로, M 피크보다 질량이 3만큼 더 큰 피크인 것이다.
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79. 액체크로마토그래피에서 분리효율을 높이고 분리시간을 단축시키기 위해 기울기 용리법(gradient elution)을 사용한다. 이 방법에서는 용매의 어떤 성질을 변화시켜 주는가?

  1. 극성
  2. 분자량
  3. 끓는점
  4. 녹는점
(정답률: 76%)
  • 기울기 용리법에서는 극성을 변화시켜 준다. 이는 용매의 극성이 증가하면 분리물질과의 상호작용이 강해져 분리효율이 높아지기 때문이다. 또한, 극성이 증가하면 분리물질의 끓는점과 녹는점이 낮아져 분리시간을 단축시킬 수 있다. 따라서 기울기 용리법에서는 극성을 변화시켜 주는 것이 중요하다.
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80. 0.001M HCl 을 0.1M NaOH 를 사용하여 적정할 때 용액의 비전도도 변화를 가장 잘 나타낸 모식도는?

(정답률: 68%)
  • 0.001M HCl 은 약산이므로 용액의 전도도는 낮을 것이다. 0.1M NaOH 는 강염기이므로 용액의 전도도는 높을 것이다. 따라서 적정 시작 시 용액의 전도도는 낮을 것이고, NaOH 가 첨가되면서 전도도가 급격히 증가할 것이다. 적정이 끝나면 NaOH 가 과량으로 첨가되어 용액의 전도도가 다시 급격히 감소할 것이다. 이러한 전도도 변화를 가장 잘 나타낸 모식도는 "" 이다.
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