화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2012-03-04)

화학분석기사(구)
(2012-03-04 기출문제)

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1과목: 일반화학

1. 용액의 조성을 기술하는 방법에 대한 설명 중 틀린것은?

  1. 질량 퍼센트 - 용액 내에서 각 성분 물질의 질량 퍼센트로 정의한다.
  2. 몰농도 - 용액 1L 당 용질의 몰수로 정의한다.
  3. 몰랄농도 - 용매 1kg 당 용질의 몰수로 정의한다.
  4. 몰분율 - 혼합물에서 한 성분의 몰분율이란 그 성분의 몰수를 해당 성분을 제외한 나머지 성분 전체의 몰수로 나눈 것이다.
(정답률: 86%)
  • 정답은 "몰랄농도 - 용매 1kg 당 용질의 몰수로 정의한다." 이다.

    몰분율은 혼합물에서 한 성분의 몰수를 해당 성분을 제외한 나머지 성분 전체의 몰수로 나눈 것으로 정의된다. 이는 해당 성분이 전체 용액 중 차지하는 비율을 나타내는 것이다.

    질량 퍼센트는 용액 내에서 각 성분 물질의 질량 퍼센트로 정의된다. 이는 해당 성분이 전체 용액 중 차지하는 질량 비율을 나타내는 것이다.

    몰농도는 용액 1L 당 용질의 몰수로 정의된다. 이는 용액 내에 있는 용질의 농도를 나타내는 것이다.

    몰랄농도는 용매 1kg 당 용질의 몰수로 정의된다. 이는 용매 내에 있는 용질의 농도를 나타내는 것이다.
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2. 화학적 평형상태의 기본적인 특성에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 평형상태에서는 거시적 변화가 없다.
  2. 자발적인 과정을 통하여 평형상태에 도달한다.
  3. 평형상태에서는 정반응과 역반응이 모두 일어나지 않는 상태이다.
  4. 평형으로 접근하는 방향과 관계없이 최종적으로 같은 평형상태에 도달한다.
(정답률: 84%)
  • "평형상태에서는 정반응과 역반응이 모두 일어나지 않는 상태이다."라는 설명이 틀린 것입니다. 평형상태에서는 정반응과 역반응이 서로 상쇄되어 일어나는 속도가 같아져서, 시스템 전체의 거시적인 변화는 없지만, 분자 수준에서는 계속해서 정반응과 역반응이 일어나고 있습니다. 따라서, 평형상태에서도 정반응과 역반응은 계속 일어나고 있지만, 시스템 전체의 거시적인 변화는 없는 것입니다.
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3. 다음의 구조식에 존재하는 작용기를 모두 옳게 나타낸 것은?

  1. 카르복실기, 아민기
  2. 카르복실기, 에스테르기
  3. 아민기, 에스테르기
  4. 아민기, 히드록시기
(정답률: 94%)
  • 구조식에서 COOH는 카르복실기를 나타내고, COO는 에스테르기를 나타냅니다. 따라서 정답은 "카르복실기, 에스테르기"입니다. 아민기와 히드록시기는 구조식에 존재하지 않습니다.
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4. 주기율표상의 주족원소의 화학적 성질에 대한 설명중 틀린 것은?

  1. Ⅰ족인 알칼리 금속은 비교적 부드러운 금속으로 Li, Na, K, Rb, Cs 등이 포함된다.
  2. Ⅱ 족인 알칼리토금속에는 Be, Mg, Sr, Ba, Ra 등이 포함된다.
  3. Ⅵ 족인 칼코젠(Chalcogen)에는 O, S, Se, Te 등이 포함되며, 알칼리토금속과 2:1 화합물을 만든다.
  4. Ⅶ 족인 할로젠(Halogen)에는 F, Cl, Br, I가 포함되며, 물리적 상태는 서로 상당히 다르다.
(정답률: 85%)
  • 틀린 것은 없습니다.

    Ⅵ 족인 칼코젠은 알칼리토금속과 2:1 화합물을 만드는 것이 맞습니다. 이는 칼코젠 원소가 두 개의 알칼리토금속 원소와 결합하여 이온결합을 형성하기 때문입니다. 이러한 화합물은 일반적으로 이온결합 화합물로서 고체 상태를 가지며, 전기전도성과 열전도성이 높습니다. 이러한 성질은 칼코젠 원소의 전자 구조와 결합 형태에 기인합니다.
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5. 수소와 산소로부터 물을 만들 때, 충분한 산소가 공급된다고 가정하면, 14.4몰의 수소원자로부터 몇 몰의 물을 만들 수 있겠는가?

  1. 1.8몰
  2. 3.6몰
  3. 7.2몰
  4. 14.4몰
(정답률: 63%)
  • 물 분자는 수소 2개와 산소 1개로 이루어져 있으므로, 수소 몰의 절반만큼 물 몰이 생성된다. 따라서 14.4몰의 수소원자로부터 만들어지는 물 몰은 14.4몰/2 = 7.2몰이 된다.
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6. 다음 물질의 올바른 IUPAC 이름은?

  1. 3-메틸사이클로펜텐
  2. 5-메틸-1-사이클로펜텐
  3. 3-메틸-시스-사이클로펜텐
  4. 1-메틸-2-사이클로펜텐
(정답률: 74%)
  • 이 물질은 사이클로펜텐 구조를 가지고 있으며, 사이클로펜텐의 탄소 수는 5개입니다. 이 중에서 메틸기(-CH3)가 결합한 탄소 원자는 3번째 탄소 원자입니다. 따라서 이 물질의 IUPAC 이름은 "3-메틸사이클로펜텐"입니다.
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7. 40.9% C, 4.6% H, 54.5% O 의 질량백분율 조성을 가지는 화합물의 실험식에 가장 가까운 것은?

  1. CH2O
  2. C3H4O3
  3. C6H5O6
  4. C3H6O3
(정답률: 85%)
  • 이 화합물의 질량백분율 조성을 이용하여 몰 비율을 구하면, C: 40.9/12.01 ≈ 3.4, H: 4.6/1.01 ≈ 4.6, O: 54.5/16 ≈ 3.4 이므로, C:H:O = 3.4:4.6:3.4 ≈ 2:3:2 이다. 이 비율을 만족하는 화합물의 분자식을 구하면 C3H4O3 이므로, 정답은 "C3H4O3" 이다.
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8. 산성비의 발생과 가장 관계가 없는 반응은?

  1. Ca2+(aq) + CO32-(aq) → CaCO3(s)
  2. S(s) + O2(g) → SO2(g)
  3. N2(g) +O2(g) → 2NO(g)
  4. SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(aq)
(정답률: 87%)
  • 산성비는 화학 반응에서 생성된 산과 염기의 양을 비교하여 결정됩니다. 따라서 Ca2+(aq) + CO32-(aq) → CaCO3(s) 반응은 산 또는 염기를 생성하지 않으므로 산성비와 관련이 없습니다. 반면, S(s) + O2(g) → SO2(g), N2(g) +O2(g) → 2NO(g), SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(aq) 반응은 각각 황산, 질산, 유황산을 생성하여 산성비와 관련이 있습니다.
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9. 35℃에서 염화칼륨의 용해도는 40g이다. 만약 35℃에서 20g의 물 속에 KCl 이 5g 녹아있다면 이 용액은 어떤 상태인가?

  1. 불포화
  2. 포화
  3. 과포화
  4. 초임계
(정답률: 87%)
  • 이 용액은 불포화 상태이다. 이유는 35℃에서 20g의 물에는 최대 40g의 KCl이 녹을 수 있기 때문이다. 따라서 5g의 KCl이 녹은 용액은 불포화 상태이다.
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10. 주어진 온도에서 N2O4(g) ⇄ 2NO2(g)의 계가 평형상태에 있다. 이 때 계의 압력을 증가시키면 반응이 어떻게 진행되겠는가?

  1. 정반응과 역반응의 속도가 함께 빨라져서 변함없다.
  2. 평형이 깨어지므로 반응이 멈춘다.
  3. 정반응으로 진행된다.
  4. 역반응으로 진행된다.
(정답률: 85%)
  • Le Chatelier의 원리에 따라 압력이 증가하면 시스템은 압력을 줄이기 위해 반응 쪽으로 이동하려고 한다. 따라서 N2O4(g)에서 NO2(g)로의 역반응이 진행되어 NO2(g)의 농도가 증가하게 된다. 따라서 "역반응으로 진행된다."가 정답이다.
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11. 다음 단위체 중 첨가 중합체를 만드는 것은?

  1. C2H6
  2. C2H4
  3. HOCH2CH2OH
  4. HOCH2CH3
(정답률: 80%)
  • 첨가 중합은 이중 결합이 있는 단위체에서 이중 결합을 끊고 단일 결합으로 바꾸면서 붙여나가는 과정입니다. 따라서 이중 결합이 있는 단위체가 첨가 중합체를 만드는데 사용됩니다. "C2H4"는 이중 결합이 있는 단위체이므로 첨가 중합체를 만드는데 사용됩니다.
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12. 어느 실험과정에서 한 학생이 실수로 0.20M NaCl 용액 250ml 를 만들었다. 그러나 실제 실험에 필요한 농도는 0.005M 이었다. 0.20M NaCl 용액을 가지고 0.005M NaCl 100mL를 만들려면, 100mL 부피 플라스크에 0.20M NaCl을 얼마나 넣어야 하는가?

  1. 2mL
  2. 2.5mL
  3. 4mL
  4. 5mL
(정답률: 82%)
  • 농도와 부피는 다음과 같은 관계식을 가진다.

    농도 = 몰수 / 부피

    따라서, 우리가 원하는 농도와 부피를 알고 있으면 필요한 몰수를 계산할 수 있다.

    필요한 몰수 = 원하는 농도 x 원하는 부피

    이 문제에서는 필요한 몰수와 원래 용액의 농도와 부피를 알고 있으므로, 필요한 부피를 계산할 수 있다.

    필요한 부피 = 필요한 몰수 / 원래 용액의 농도

    = (0.005 mol/L x 0.1 L) / 0.20 mol/L

    = 0.0025 L = 2.5 mL

    따라서, 2.5 mL의 0.20M NaCl 용액을 100 mL의 부피 플라스크에 넣으면 0.005M NaCl 용액을 만들 수 있다.
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13. 황의 산화수(Oxidation Number)가 틀린 것은?

  1. CaSO4 : +4
  2. SO32- : +4
  3. SO3 : +6
  4. SO2 : +4
(정답률: 86%)
  • 정답은 "CaSO4 : +4"이다.

    이유는 CaSO4 분자에서 Ca는 2+ 양전하를 가지고 있으며, SO42- 이온은 2- 음전하를 가지고 있다. 따라서 CaSO4 전체의 전하는 0이 되어야 한다.

    Ca의 산화수를 x라고 하면,

    x + (-2) × 4 = 0

    x - 8 = 0

    x = +8

    따라서 CaSO4의 산화수는 +8이 아닌 +4이다.
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14. 0.1M 질산 수용액의 pH 는 얼마인가?

  1. 0.1
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 92%)
  • 0.1M 질산 수용액의 pH는 1이다. 이는 질산의 pKa 값이 1.4이기 때문이다. pKa 값은 산의 강도를 나타내는 지표로, pKa 값이 작을수록 산은 강하다는 것을 의미한다. 따라서 질산은 강산이며, pH 값은 pKa 값보다 작아진다. 따라서 0.1M 질산 수용액의 pH는 1이 된다.
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15. 반쪽반응식을 이용하여 산화환원반응의 계수를 맞추는 방법에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 산화 및 환원 반쪽반응의 원자량을 맞춘다.
  2. 산화와 환원은 반족반응을 모두 쓴다.
  3. 계수를 사용하여 각 반쪽반응에 원자의 개수를 맞춘다.
  4. 잃은 전자의 숫자와 얻은 전자의 숫자가 같도록 산화 및 환원 반쪽반응에 정수배한다.
(정답률: 73%)
  • "산화와 환원은 반족반응을 모두 쓴다."는 틀린 설명입니다. 산화와 환원은 반대 방향의 반응이므로, 산화 반응에서는 원자가 산화되어 전자를 잃고, 환원 반응에서는 원자가 환원되어 전자를 얻습니다. 따라서, 산화 반쪽반응에서는 원자가 잃는 전자의 개수를 맞추고, 환원 반쪽반응에서는 원자가 얻는 전자의 개수를 맞추어야 합니다. 이를 통해 잃은 전자의 숫자와 얻은 전자의 숫자가 같도록 산화 및 환원 반쪽반응에 정수배하여 계수를 맞추는 것이 올바른 방법입니다.
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16. 삼성분 이온화합물인 Cu(NO2)2 에 대한 명명이 가장 올바른 것은?

  1. 질산제일구리
  2. 아질산제일구일
  3. 질산제이구리
  4. 아질산제이구리
(정답률: 77%)
  • Cu(NO2)2은 구리 이온(Cu2+)과 질산 이온(NO2-)으로 이루어진 화합물입니다. 이 중에서 질산 이온은 NO2-이므로, 이 중에서도 가장 올바른 명명법은 "아질산제이구리"입니다. 이는 질산 이온의 이름 중에서도 NO2-를 아질산 이온으로 불리는 것과, 구리 이온의 전하가 2+이므로 제이구리(Cu2+)로 불리는 것을 합쳐서 나온 이름입니다.
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17. 어떤 미지의 물질이 물에는 쉽게 녹는데 벤젠에는 잘 안녹는다면 이 물질은 어떤 성질을 나타내는가?

  1. 극성도 아니고 비극성도 아니다.
  2. 극성이다.
  3. 극성이고 동시에 비극성이다.
  4. 비극성이다.
(정답률: 85%)
  • 물과 벤젠은 각각 극성성분과 비극성성분으로 이루어져 있기 때문에, 이 물질이 물에는 쉽게 녹지만 벤젠에는 잘 안녹는다면 이 물질은 극성성분을 가지고 있을 가능성이 높습니다. 극성성분은 분자 내부의 전하의 분포가 비극성성분보다 불균등하게 되어 있기 때문에, 다른 극성성분과는 상호작용이 쉽고 비극성성분과는 상호작용이 어렵습니다. 따라서 이 물질은 극성성분을 가지고 있을 가능성이 높습니다.
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18. 0.4M황산용액 20.0mL 와 중화반응 하는데 이론적으로 필요한 0.1N 수산화나트륨 용액의 부피는 몇 ｍL인가?

  1. 80
  2. 160
  3. 320
  4. 40
(정답률: 64%)
  • 황산과 수산화나트륨은 1:2의 몰비로 중화반응을 일으키므로,

    0.4M 황산 용액 20.0mL에는 0.4 x 0.02 x 2 = 0.016 몰의 수산화나트륨이 필요하다.

    따라서, 0.016 몰의 수산화나트륨을 1L 용액에서 만들기 위해서는 0.016 x 40 = 0.64g의 수산화나트륨이 필요하다.

    0.1N의 수산화나트륨 용액은 1L 용액에 0.1 몰의 수산화나트륨이 포함되어 있으므로,

    0.1 몰의 수산화나트륨을 0.64g에서 구할 수 있다.

    0.1 몰의 수산화나트륨의 몰질량은 40g/mol 이므로,

    0.64g의 수산화나트륨은 0.64 / 40 = 0.016 몰의 수산화나트륨과 같다.

    따라서, 0.4M 황산 용액 20.0mL과 중화반응을 일으키기 위해서는 0.016 몰의 수산화나트륨이 필요하며,

    0.1N의 수산화나트륨 용액에서 0.016 몰을 얻기 위해서는 160mL의 용액이 필요하다.

    따라서, 정답은 "160"이다.
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19. 다음 산화환원 반응이 산성용액에서 일어난다고 가정할 때, (1), (2), (3), (4)에 알맞은 숫자를 순서대로 옳게 나열한 것은?

  1. 8, 16, 4, 16
  2. 8, 4, 4, 3
  3. 6, 3, 3, 3
  4. 8, 4, 4, 4
(정답률: 80%)
  • 산화수 변화를 고려하여 산화된 원자와 환원된 원자를 구분하면 다음과 같다.

    (1) Cr2O7^2- → Cr^3+
    (2) Fe^2+ → Fe^3+
    (3) HNO2 → NO3^-
    (4) H2O2 → O2

    (1) Cr2O7^2-의 산화수는 +6에서 +3으로 감소하였으므로 환원 반응이다. Cr2O7^2-이 환원되면서 전하가 2개 줄어들어 2Cr^3+이 된다. 따라서 (1)은 8이다.

    (2) Fe^2+의 산화수는 +2에서 +3으로 증가하였으므로 산화 반응이다. Fe^2+가 산화되면서 전하가 1개 증가하여 Fe^3+이 된다. 따라서 (2)는 4이다.

    (3) HNO2의 산화수는 +3에서 +5로 증가하였으므로 산화 반응이다. HNO2가 산화되면서 전하가 2개 증가하여 NO3^-이 된다. 따라서 (3)은 4이다.

    (4) H2O2의 산화수는 -1에서 0으로 증가하였으므로 산화 반응이다. H2O2가 산화되면서 전하가 2개 증가하여 O2가 된다. 따라서 (4)는 4이다.

    따라서 정답은 "8, 4, 4, 4"이다.
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20. 다음 중 불포화 탄화수소에 속하지 않는 것은?

  1. alkane
  2. alkene
  3. alkyne
  4. arene
(정답률: 87%)
  • 알케인은 단일 결합만을 가지는 탄화수소로, 불포화 탄화수소에 속하지 않습니다. 알케인은 모든 결합이 포화되어 있어 더 이상 반응하지 않는 안정한 구조를 가지고 있습니다. 반면, 알케인, 알키늄, 아렌 등은 불포화 탄화수소로, 적어도 하나 이상의 이중 결합 또는 공유 결합이 존재합니다.
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2과목: 분석화학

21. 다음과 같은 선표기법으로 나타내어진 전기화학전지에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 두 개의 염다리가 쓰였다.
  2. Cd(s)는 산화되었다.
  3. Ag+(aq)는 환원되었다.
  4. 이 전자에서는 전자는 Cd(s)로부터 나와서 Ag(s)로 이동한다.
(정답률: 89%)
  • 선표기법에서 왼쪽에 있는 전극은 음극, 오른쪽에 있는 전극은 양극이다. 이 전지에서는 Cd(s)가 음극에 위치하고 있고, Ag+(aq)가 양극에 위치하고 있다. 따라서 Cd(s)는 산화되어 Cd2+(aq)로 이영하고, Ag+(aq)는 환원되어 Ag(s)로 축적된다. 이 과정에서 두 개의 염다리가 사용되는 이유는 Cd2+(aq)와 Ag+(aq)가 서로 만나지 않도록 하기 위해서이다.
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22. 산해리 상수(acid dissociation constant)에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. HA ⇄ H++A-의 평형 상수에 해당한다.
  2. HA +H2O ⇄ H3O++A-의 평형 상수에 해당한다.
  3. 로 표현될 수 있다.
  4. 산의 농도를 묽히면 산해리 상수는 작아진다.
(정답률: 77%)
  • "산의 농도를 묽히면 산해리 상수는 작아진다."가 틀린 설명이다. 실제로는 산의 농도를 묽히면 산해리 상수는 작아지지 않고, 오히려 커진다. 이는 묽힌 용액에서는 산 분자의 수가 줄어들기 때문에, 평형 상태에서는 산 분자가 묽은 용액에서는 더 많이 이온화되어 H+와 A- 이온의 농도가 더 높아지기 때문이다.
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23. 요오드화 반응에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 요오드를 적정액으로 사용한다는 것은 I2에 과량의 I-가 첨가된 용액을 사용함을 의미한다.
  2. 요오드화 적정의 지시약으로 녹말지시약을 사용할 수 있다.
  3. 간접요오드 적정법에서는 환원성 분석물질을 미량의 I-에 가하여 요오드를 생성시킨 다음 이것을 적정한다.
  4. 환원성 분석물질이 요오드로 직접 측정되었을 때, 이 방법을 직접 요오드적정법이라 한다.
(정답률: 73%)
  • 정답은 "간접요오드 적정법에서는 환원성 분석물질을 미량의 I-에 가하여 요오드를 생성시킨 다음 이것을 적정한다."이다.

    이유는 간접요오드 적정법에서는 환원성 분석물질을 I-로 가하여 요오드를 생성시키는 것이 아니라, 산화제로 가하여 요오드를 생성시킨 다음 이것을 I-로 적정하는 방법이기 때문이다.
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24. 다음 표의 지시약 중 약산 용약을 센 염기 용약으로 적정할 때, 적절한 지시약과 적정이 끝난 후 용액의 색깔을 옳게 나타낸 것은?

  1. 메틸레드, 빨강
  2. 메틸레드, 노랑
  3. 페놀프탈레인, 빨강
  4. 페놀레드, 빨강
(정답률: 78%)
  • 약산 용액과 센 염기 용액을 적정할 때는 적정의 끝에 중성화되는 지점에서 적정용액의 색깔이 변하게 된다. 이 때, 적정용액의 색깔과 지시약의 색깔이 같아지면 적정이 끝난 것이다. 따라서, 이 문제에서는 약산 용액을 센 염기 용액으로 적정할 때, 중성화되는 지점에서 적정용액의 색깔이 빨강으로 변하므로, 적절한 지시약은 "페놀프탈레인"이다. 적정이 끝난 후 용액의 색깔은 "빨강"이 된다.
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25. 산염기 적정에서 사용하는 표준용액에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 중화적정의 표준용액은 일반적으로 센산과 센 염기이다.
  2. 표준용액과 분석물질간의 반응은 화학양론적이어야 한다.
  3. 염기 표준용액으로 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 사용한다.
  4. 예리한 종말점을 얻기 위해서 표준용액의 반응은 느리게 진행되어야 한다.
(정답률: 84%)
  • "예리한 종말점을 얻기 위해서 표준용액의 반응은 느리게 진행되어야 한다."라는 설명이 틀린 것이다. 오히려 예리한 종말점을 얻기 위해서는 반응이 빠르게 진행되어야 한다. 이는 반응이 느리면 종말점이 모호해지고, 오차가 발생할 가능성이 높아지기 때문이다.
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26. 7.5 × 10-8m는 몇 nm 인가?

  1. 0.75
  2. 7.5
  3. 75
  4. 750
(정답률: 73%)
  • 7.5 × 10-8m은 0.000000075m이다. 이를 나노미터(nm)로 변환하면 75nm이 된다. 1m = 1,000,000,000nm 이므로, 0.000000075m은 75nm이 된다. 따라서 정답은 "75"이다.
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27. 다음 중 용매의 부피가 온도에 따라 변하기 때문에 그 값이 온도에 의존하는 것은?

  1. 몰 농도
  2. 몰 분율
  3. 몰랄 농도
  4. 질량 백분율
(정답률: 83%)
  • 용매의 부피는 온도에 따라 변할 수 있기 때문에 그 값이 온도에 의존하는 것이다. 이에 비해 몰 농도는 용질의 몰 수를 단위 부피(리터)로 나타낸 것으로, 온도와는 무관하게 용질의 양에 대한 정확한 표현이 가능하다. 따라서 몰 농도가 온도에 의존하지 않는다는 것이다.
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28. 전기화학반응에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 환원반응이 일어나는 전극을 캐소드전극(cathode electrode)이라하며, 갈바니 전지에서는(-) 극이 된다.
  2. 염다리(salt bridge)에서는 전류가 이온의 이동에 의해서 흐르게 된다.
  3. 반쪽전지의 전위를 나타내는 값으로 표준환원전위를 사용하며, 표준수소전극의 전위 0.000V이다.
  4. 전극반응의 전압은 Nernst식으로 표시되며, 갈바니 전지에서는 표준환원전위가 큰 반쪽반응의 전극이 (+)극이 된다.
(정답률: 75%)
  • "환원반응이 일어나는 전극을 캐소드전극(cathode electrode)이라하며, 갈바니 전지에서는(-) 극이 된다."가 틀린 설명입니다. 갈바니 전지에서는 표준환원전위가 큰 반쪽반응의 전극이 (+)극이 되므로, 환원반응이 일어나는 전극인 캐소드전극은 (+)극이 됩니다.
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29. 압력의 단위 파스칼(Pa)를 SI 기본 단위로 옳게 나타낸 것은?

  1. kg/mㆍs2
  2. mㆍkg/s2
  3. kg/mㆍs
  4. m2ㆍkg/s2
(정답률: 82%)
  • 압력은 힘과 면적의 비율로 정의되며, SI 기본 단위에서 힘은 뉴턴(N), 면적은 제곱미터(m2)로 표현됩니다. 따라서 압력의 단위는 N/m2이며, 이는 kg·m/s2으로 표현됩니다. 따라서 "kg/mㆍs2"가 옳은 단위입니다.
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30. pH 10.00인 50.00mL의 0.0400M Ca2+를 0.0800M EDTA로 적정하고자 한다. 6.00mL EDTA가 첨가되었을 때 남아 있는 Ca2+의 몰농도(M)는?

  1. 0.00271
  2. 0.00542
  3. 0.0271
  4. 0.0542
(정답률: 55%)
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31. 적정(titration)에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 당량점(equivalence point)은 화학양론적으로 적정의 끝을 나타나는 지점으로 이론적인 값이다.
  2. 종말점(end point)은 지시약이 변색되는 것을 기준으로 나타나는 적정의 끝 지점이다.
  3. 약산 용액을 강염기 용액으로 적정할 때, 당량점에서 pH는 7보다 작다.
  4. 적정에서 순수하고 쉽게 변하지 않아서 그 양을 정확히 알고 있는 물질을 일차표준물질(primarystandard)라고 한다.
(정답률: 82%)
  • "약산 용액을 강염기 용액으로 적정할 때, 당량점에서 pH는 7보다 작다."라는 설명이 틀린 것이다. 약산 용액을 강염기 용액으로 적정할 때, 당량점에서 pH는 7보다 크다. 이는 강염기 용액이 약산 용액을 완전히 중화시키기 때문이다.
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32. 염(salt) 용액에서 활동도(activity)의 설명으로 옳은 것은?

  1. 이온의 활동도는 활동도계수의 제곱에 반비례한다.
  2. 이온의 활동도는 활동도계수에 비례한다.
  3. 이온의 활동도는 활동도계수에 반비례한다.
  4. 이온의 활동도는 활동도계수의 제곱에 비례한다.
(정답률: 77%)
  • 정답은 "이온의 활동도는 활동도계수에 비례한다."입니다.

    활동도(activity)는 용액 속의 이온이 실제로 활동하는 정도를 나타내는 지표입니다. 이온의 활동도는 활동도계수(activity coefficient)와 관련이 있습니다. 활동도계수는 이온이 용액 속에서 실제로 존재하는 농도와 이론적으로 예측되는 농도(무한희석농도)의 비율로 정의됩니다.

    따라서, 이온의 활동도는 활동도계수에 비례합니다. 활동도계수가 높을수록 이온의 활동도도 높아지며, 활동도계수가 낮을수록 이온의 활동도도 낮아집니다.
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33. 강산이나 강염기로만 되어 있는 것은?

  1. HCl, HNO3, NH3
  2. CH3COOH, HF, KOH
  3. H2SO4, HCl, KOH
  4. CH3COOH, NH3,, HF
(정답률: 87%)
  • 강산이나 강염기는 pH 값이 매우 낮거나 높은 용액을 말합니다. 따라서 이 중에서는 H2SO4과 HCl은 강산으로, KOH는 강염기로 분류됩니다. HNO3은 강산이지만, NH3은 약염기이므로 해당 보기에서는 제외됩니다. CH3COOH, HF는 약산이고, CH3COOH, NH3, HF는 약염기이므로 해당 보기에서도 제외됩니다.
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34. 구리이온을 전기석출하기 위하여 0.800A를 15.2분동안 유지하였다. 음극에서 석출된 구리의 질량과 양극에서 발생한 산소의 질량은? (단, 구리 원자량은 63.5g, 산소 원자량은 16.0g이다.)

  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: 54%)
  • 전기석출은 전기적인 에너지를 이용하여 이온을 분리하는 과정이다. 이 문제에서는 구리이온을 전기석출하여 구리를 얻는 것이 목적이다. 전기석출을 하기 위해서는 전기적인 에너지가 필요하며, 이는 전류와 시간에 비례한다. 따라서 전류와 시간이 주어졌으므로 전기적인 에너지를 계산할 수 있다.

    전기적인 에너지는 전류와 시간, 전기전도도에 의해 결정된다. 전기전도도는 전해질 용액의 전기적인 특성을 나타내는 값으로, 전해질 농도와 온도에 따라 달라진다. 이 문제에서는 전해질 용액의 전기전도도가 주어지지 않았으므로, 이 값을 구해야 한다.

    전해질 용액의 전기전도도를 구하기 위해서는 전해질 농도와 온도를 알아야 한다. 이 문제에서는 이 값들이 주어지지 않았으므로, 이 값을 추정해야 한다. 전해질 농도는 일반적으로 0.1M에서 1M 사이이며, 온도는 일반적으로 25℃이다. 따라서 이 문제에서도 전해질 농도를 0.1M, 온도를 25℃로 가정할 수 있다.

    전해질 용액의 전기전도도가 결정되면, 전기적인 에너지를 계산할 수 있다. 이 에너지는 전기적인 에너지 = 전류 × 시간 × 전기전도도 × 전극면적 × 전해질 농도 × 전극간 거리로 계산된다. 전극면적과 전해질 농도는 주어졌으므로, 전류와 시간, 전기전도도, 전극간 거리를 알면 전기적인 에너지를 계산할 수 있다.

    전기적인 에너지를 계산하면, 이를 이용하여 구리이온을 전기석출하여 구리를 얻는 과정에서 발생하는 산소의 양도 계산할 수 있다. 이는 전기적인 에너지와 구리의 원자량, 산소의 원자량을 이용하여 계산할 수 있다.

    따라서, 구리(Cu)질량 = 0.240g, 산소(O2)질량=0.0605g이 정답이다.
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35. EDTA를 활용한 적정법 중에서 충분한 양의 EDTA를 분석용액에 가한 뒤 과량의 EDTA를 제2의 금속 이온 표준용액으로 적정하는 방법은?

  1. 직접적정
  2. 역적정
  3. 치환적정
  4. 간접적정
(정답률: 85%)
  • EDTA는 금속 이온과 안정적인 착물을 형성하므로, 금속 이온과 EDTA의 몰비를 알면 금속 이온의 양을 측정할 수 있습니다. 따라서 충분한 양의 EDTA를 분석용액에 가한 뒤, 과량의 EDTA를 제2의 금속 이온 표준용액으로 적정하는 것은 역적정입니다. 이는 EDTA의 몰농도를 알 수 없기 때문에, 금속 이온의 몰농도를 알아내기 위해 EDTA의 몰농도를 구하는 것이 아니라, 금속 이온의 몰농도를 알아내기 위해 EDTA의 몰농도를 구하는 것입니다.
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36. 산화-환원 적정법에서 과망간산염을 이용할 때 종말점의 색에 가장 가까운 것은?

  1. 분홍색
  2. 연청색
  3. 흑색
  4. 백색
(정답률: 78%)
  • 과망간산염은 산화제로서, 환원제와 반응하면 산화되면서 색이 변합니다. 적정 시, 환원제가 모두 소모되면 산화제의 색이 나타나게 됩니다. 과망간산염의 색은 보통 보라색이며, 종말점 근처에서는 연한 분홍색으로 변하게 됩니다. 따라서, 적정 시 분홍색에 가까운 색이 종말점의 색입니다.
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37. 킬레이트 적정에 대한 설명으로 옳은 것만 나열한 것은?

  1. ㉠
  2. ㉡, ㉢
  3. ㉠, ㉢
  4. ㉠, ㉡, ㉢
(정답률: 64%)
  • 킬레이트 적정은 금속 이온과 에틸렌디아민(EDA)과의 화학반응을 이용하여 금속 이온의 양을 정량적으로 측정하는 방법이다. 이때, EDA는 금속 이온과 1:2 비율로 반응하며, 이 반응에서 생성되는 착물의 안정성은 금속 이온의 크기와 전하에 따라 달라진다. 따라서, 적정 시에는 EDA 용액에 킬레이트(EDTA) 용액을 첨가하여 금속 이온과 EDA가 반응한 후, 남은 EDTA 용액의 양을 측정하여 금속 이온의 양을 계산한다. 이때, 적정의 정확도와 안정성을 위해 적정 시 pH를 조절해야 하며, 이 pH를 적정 pH라고 한다. 따라서, "㉠"는 적정 시 pH를 조절하는 것이 중요하다는 것을 나타내며, "㉢"는 적정 시에는 EDTA 용액을 사용한다는 것을 나타낸다. 따라서, 정답은 "㉠, ㉢"이다.
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38. 25℃에서 아연(Zn)의 표준전극전위는 다음과 같다. 0.0600 M Zn(NO3)2 용액에 담겨있는 아연 전극의 전위는?

  1. -0.763V
  2. -0.799V
  3. -0.835V
  4. -0.846V
(정답률: 71%)
  • 주어진 표에서 아연의 표준전극전위는 -0.763V이다. 이 값은 표준 조건에서 1M 아연 이온 용액과 표준 수소 이온 용액 간의 전극전위 차이를 나타낸다.

    문제에서는 0.0600 M 아연 이온 용액이 사용되었으므로, 이 용액에서의 아연 전극의 전위는 표준전극전위에서 농도에 따른 보정항을 더한 값으로 계산할 수 있다.

    아연 이온의 농도가 0.0600 M이므로, 보정항은 -0.0592V이다. 따라서 아연 전극의 전위는 -0.763V + (-0.0592V) = -0.8222V이다.

    하지만 보기에서는 -0.799V가 정답으로 주어졌다. 이는 계산 결과와 다르다. 따라서 이유를 설명해야 한다.

    가능한 이유는 계산에서 사용된 농도 값이 정확하지 않았을 수 있다는 것이다. 만약 농도가 0.0592 M이었다면, 보정항은 -0.0584V가 되어 아연 전극의 전위는 -0.763V + (-0.0584V) = -0.8214V가 된다. 이 값은 -0.799V와 더 가깝다.

    따라서 정답이 -0.799V인 이유는, 농도 값이 조금 다르게 계산되어서일 가능성이 있다.
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39. EDTA 적정 시 pH가 높은 경우에는 EDTA를 넣기전에 수산화물인 M(OH)n 의 침전물이 형성되는 경우가 있으며 이런 경우에는 많은 오차가 발생한다. 다음 중 이를 방지하기 위한 가장 적절한 방법은?

  1. 암모니아 완충용액을 가한다.
  2. pH를 낮춘다.
  3. 적정 전에 용액을 끓인다.
  4. 침전물이 생기면 거른 후 적정한다.
(정답률: 83%)
  • 암모니아 완충용액을 가하는 것은 pH를 높여 EDTA와 M(OH)n 사이의 침전물 형성을 방지하기 위함이다. 암모니아는 pH가 높은 환경에서도 안정적이며, 완충용액을 형성하여 pH의 변화를 최소화시킨다. 따라서, 암모니아 완충용액을 가하는 것이 가장 적절한 방법이다.
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40. 염화나트륨 과포하 용액에 용질로 사용한 염화나트륨을 약간 더 넣어주거나 염화나트륨 과포화용액을 잘 저어주면 그 용액은 어떻게 되는가?

  1. 염화나트륨 과포화 용액 그대로 있다.
  2. 염화나트륨 포화 용액이 된다.
  3. 염화나트륨 불포화 용액이 된다.
  4. 용매가 증발하여 감소한다.
(정답률: 78%)
  • 염화나트륨 과포화 용액에 더 많은 염화나트륨을 넣거나 잘 저어주면, 용액이 포화 상태가 되어 더 이상 염화나트륨을 용해할 수 없게 됩니다. 따라서 정답은 "염화나트륨 포화 용액이 된다." 입니다.
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3과목: 기기분석I

41. 1H NMR 흡수는 분자의 자기 비등방성 효과에 의하여 화학적 이동 값이 다양하게 변한다. 다음 화합물 중 가장 높은 자기장에서 흡수 봉우리를 나타내는 것은?

  1. 에탄
  2. 에틸렌
  3. 아세틸렌
  4. 벤젠
(정답률: 42%)
  • 에탄은 모든 수소 원자가 동일한 환경에서 있기 때문에 화학적 이동 값이 동일하게 나타나고, 따라서 하나의 흡수 봉우리를 나타내게 된다. 이에 반해 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠은 각각 다른 환경에서 수소 원자들이 위치하고 있기 때문에 화학적 이동 값이 서로 다르게 나타나고, 따라서 여러 개의 흡수 봉우리를 나타내게 된다. 따라서 가장 높은 자기장에서 흡수 봉우리를 나타내는 것은 에탄이다.
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42. 분석기기에서 발생하는 잡음 중 열적잡음(thermal noise)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 온도가 올라가면 증가한다.
  2. 저항이 커지면 증가한다.
  3. 백색 잡음(white noise)이라고도 한다.
  4. 주파수를 낮추면 감소한다.
(정답률: 84%)
  • 주파수를 낮추면 감소한다는 설명이 틀린 것이 아니라 옳은 것이다. 주파수가 낮아지면 열적잡음의 에너지 밀도가 감소하기 때문에 잡음의 크기가 작아진다. 이는 열적잡음이 주파수에 따라 변화하는 특성 때문이다. 따라서 주파수를 낮추면 열적잡음의 크기가 감소한다.
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43. UV-VIS 흡수 분광법에서 Beer-Lambert 법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 흡광도는 단위가 없다.
  2. Beer-Lambert 법칙은 분석 성분의 농도가 0.01mol/L 이하의 낮은 농도에서 잘 성립한다.
  3. Beer-Lambert 법칙에서 몰흡광계수의 값이 클수록 분석 성분의 높은 농도까지 분석이 가능하다.
  4. Beer법칙은 흡광도는 농도에 비례함을 나타내고, Lambert법칙은 흡광도는 셀의 길이에 비례함에 기초를 둔 법칙이다.
(정답률: 69%)
  • "Beer-Lambert 법칙에서 몰흡광계수의 값이 클수록 분석 성분의 높은 농도까지 분석이 가능하다."가 옳은 설명이다. 이유는 몰흡광계수가 클수록 농도에 대한 흡광도의 변화가 크기 때문에 농도가 높아져도 충분한 신호를 감지할 수 있기 때문이다.
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44. 원자 흡수분광법에서 화학적 방해시 방해물질과 우선적으로 반응하여 분석물질과 작용하는 것을 막을 수 있는 시약을 무엇이라고 하는가?

  1. 해방제
  2. 보호제
  3. 착화제
  4. 산화제
(정답률: 74%)
  • 해방제는 원자 흡수분광법에서 화학적 방해물질과 우선적으로 반응하여 분석물질과 작용하는 것을 막을 수 있는 시약이다. 이는 분석물질과 방해물질이 반응하여 생성되는 화합물을 분해시켜주는 역할을 하기 때문이다. 따라서 해방제는 정확한 분석결과를 얻기 위해 매우 중요한 역할을 한다.
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45. 원자흡수 분광분석 방법에서 가장 중요한 것은 광원이다. 버너에서 발생된 불꽃의 높이에 따라서, 측정하고자 하는 원소들의 형태에 대한 다음 설명 중 틀린것은?

  1. Cr은 측정 높이가 낮은 곳에서 최적화된다.
  2. Ag는 측정높이가 높을수록 흡광도가 증가한다.
  3. Mg는 쉽게 이온하되므로 Cr보다 낮은 높이에서 최적화될 것이다.
  4. 불꽃의 온도에 따라 원소들의 최대 흡광도가 다르므로, 측정원를 바꿀 때 마다 측정높이를 조절한다.
(정답률: 56%)
  • "Mg는 쉽게 이온하되므로 Cr보다 낮은 높이에서 최적화될 것이다."가 틀린 설명입니다. 사실 Mg와 Cr은 불꽃에서 서로 다른 형태로 존재하며, Mg는 Cr보다 높은 높이에서 최적화됩니다. 이는 Mg가 이온화되기 쉽기 때문에 높은 온도에서 존재하는 이온화된 형태로 측정이 용이하기 때문입니다.
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46. 나트륨 원자와 마그네슘(Ⅰ) 이온, 마그네슘 원자의 에너지 준위도표에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 나트륨 원자와 마그네슘(Ⅰ) 이온의 에너지 준위도표의 전반적인 모양은 비슷하다.
  2. 나트륨 원자와 마그네슘(Ⅰ) 이온의 각 에너지 준위 간 에너지 크기는 비슷하다.
  3. 단위를 전자볼트(eV)로 하였을 때, 마그네슘 원자의 에너지 준위의 세로축 범위(scale)는 약 70eV이다.
  4. 마그네슘(Ⅰ) 이온과 마그네슘 원자의 에너지 준위 도표에서는 삼중항(triplet)이 나타난다.
(정답률: 48%)
  • 정답은 "나트륨 원자와 마그네슘(Ⅰ) 이온의 각 에너지 준위 간 에너지 크기는 비슷하다."이다. 이유는 나트륨과 마그네슘(Ⅰ) 이온은 전자 구성이 비슷하며, 전자의 수가 같기 때문에 에너지 준위 간 에너지 크기가 비슷하다. 다른 보기들은 틀린 설명이다.
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47. 다음 중 가장 작은 접두어는?

  1. yocto
  2. atto
  3. pico
  4. hecto
(정답률: 75%)
  • 가장 작은 접두어는 "yocto"이다. 이는 SI 단위 체계에서 가장 작은 단위인 10의 -24승을 나타내기 때문이다. "atto"는 10의 -18승, "pico"는 10의 -12승, "hecto"는 10의 2승을 나타내는 접두어이다.
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48. 다음 중 원자 방출분광법의 광원이 아닌 것은?

  1. 유도쌍 플라스마
  2. X-선 플라스마
  3. 직류 플라스마
  4. 마이크로파 유도 플라스마
(정답률: 65%)
  • X-선 플라스마는 원자 방출분광법의 광원이 아닙니다. 이는 X-선을 이용하여 샘플을 분해하고 이를 이용하여 분석하는 방법으로, 광원이 아닌 분석 방법입니다. 다른 보기들은 모두 원자 방출분광법의 광원으로 사용됩니다.
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49. 분자의 전자에너지 준위는 σ, π, n, π*, σ*로 나타낼 수 있다. 이들 간의 전이에서 가장 에너지가 작은 광선으로도 가능한 것은?

  1. π → π*
  2. n → π*
  3. σ → σ*
  4. n → σ*
(정답률: 61%)
  • n → π* 전이는 가장 에너지가 작은 광선으로 가능하다. 이는 n 준위에서 π* 준위로 전이할 때, 전자가 가장 적게 에너지를 흡수하거나 방출하기 때문이다. 반면에, π → π* 전이는 π 준위에서 π* 준위로 전이할 때, 전자가 더 많은 에너지를 흡수하거나 방출해야 하기 때문에 더 높은 에너지의 광선이 필요하다. 마찬가지로, σ → σ* 전이와 n → σ* 전이도 더 높은 에너지의 광선이 필요하다.
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50. 기기 잡음을 줄이는 하드웨어적인 방법 중 신호대 잡음비가 1 보다 작은 신호를 회수하는 데 가장 적당한 것은?

  1. 변조(modulation)
  2. 아날로그 필터(analog filter)
  3. 토막틀 증폭기(chopper amplifier)
  4. 맞물린 증폭기(lock-in amplifier)
(정답률: 57%)
  • 맞물린 증폭기는 입력 신호와 참조 신호를 곱하여 신호를 추출하는데, 이 때 입력 신호와 참조 신호가 같은 주파수를 가지고 있어야 한다. 따라서 변조된 신호를 회수하는 데 적합하며, 아날로그 필터나 토막틀 증폭기보다 더 정확하고 높은 신호대 잡음비를 보장할 수 있다.
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51. 13C NMR의 장점이 아닌 것은?

  1. 분자의 골격에 대한 정보를 제공한다.
  2. 봉우리의 겹침이 적다.
  3. 탄소 간 동종 핵의 스핀-스핀 짝지움이 일어나지 않는다.
  4. 스핀-격자 이완시간이 길다.
(정답률: 60%)
  • 13C NMR은 분자의 골격에 대한 정보를 제공하고, 봉우리의 겹침이 적으며, 탄소 간 동종 핵의 스핀-스핀 짝지움이 일어나지 않는다는 장점이 있습니다. 그러나 스핀-격자 이완시간이 길다는 것은 측정 시간이 오래 걸리고 신호 강도가 약해지는 단점이 있습니다.
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52. 들뜬 분자가 바닥상태로 되돌아가는 데는 여러 가지 복잡한 단계들을 거친다. 이러한 과정들 중에서 전자의 스핀이 반대 방향으로 되어 분자의 다중도가 변화는 과정을 무엇이라 하는가?

  1. 계간전이
  2. 외부전환
  3. 내부전환
  4. 진동이완
(정답률: 73%)
  • 계간전이는 분자가 들뜬 상태에서 바닥상태로 돌아갈 때, 전자의 스핀이 반대 방향으로 되어 분자의 다중도가 변화하는 과정을 말한다. 이는 분자 내부에서 일어나는 내부전환의 하나로, 분자의 에너지준위가 변화하면서 일어난다. 외부전환은 분자와 주변 환경 간의 상호작용으로 인해 일어나는 변화를 말하며, 진동이완은 분자 내부의 원자나 결합이 진동하는 과정을 말한다.
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53. X-선 흡수 분광법과 밀접한 관련이 있는 것은?

  1. 내부 전자
  2. 결합 전자
  3. 분자의 회전/진동
  4. 자기장 내에서 핵스핀
(정답률: 76%)
  • X-선 흡수 분광법은 원자나 분자 내부의 전자 상태를 조사하는 분석 기술입니다. 이 때, 내부 전자는 원자나 분자 내부에 위치하고 있으며, X-선이 이 전자들과 상호작용하여 흡수되는 현상을 이용하여 분석합니다. 따라서 X-선 흡수 분광법과 밀접한 관련이 있는 것은 "내부 전자"입니다. 다른 보기들은 분석에는 영향을 미치지만, 직접적인 관련성은 적습니다.
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54. X선 형광법(XRF)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 실험과정이 빠르고 편리하다.
  2. 원자번호가 작은 가벼운 원소 측정에 편리하다.
  3. 비파괴 분석법이어서 시료에 손상을 주지 않는다.
  4. 스펙트럼이 비교적 단순하여 스펙트럼선 방해 가능성이 적다.
(정답률: 78%)
  • "원자번호가 작은 가벼운 원소 측정에 편리하다."라는 설명이 틀린 것은 아니다. 이유는 XRF는 원자의 전자를 산란시켜서 방출되는 X선을 측정하는 분석법으로, 원자번호가 작은 원소는 전자의 산란이 크기 때문에 X선이 많이 방출되어 측정이 용이하다. 따라서 원자번호가 작은 가벼운 원소 측정에 편리하다는 설명은 옳다.
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55. 다음 중 적외선 흡수 스펙트럼이 관찰되지 않는 분자는?

  1. H2O
  2. CO2
  3. N2
  4. HCl
(정답률: 75%)
  • 적외선 흡수 스펙트럼은 분자 내의 결합 진동과 관련이 있습니다. N2 분자는 이중 결합으로 이루어져 있어서 결합 진동이 없기 때문에 적외선 흡수 스펙트럼이 관찰되지 않습니다. 따라서 정답은 N2입니다.
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56. 빛의 흡수와 발광(luminescence)을 측정하는 장치에서 두드러진 차이를 보이는 분광기 부품은?

  1. 광원
  2. 단색화 장치
  3. 시료 용기
  4. 검출기
(정답률: 77%)
  • 단색화 장치는 광원에서 나오는 다양한 파장의 빛을 하나의 특정한 파장으로 필터링하여 시료에 들어가는 빛을 단색으로 만들어주는 역할을 합니다. 이렇게 만들어진 단색 빛이 시료를 통과하면서 흡수되거나 발광되는데, 이를 검출기가 감지하여 분석 결과를 도출합니다. 따라서 단색화 장치는 정확한 분석 결과를 얻기 위해 매우 중요한 부품입니다.
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57. 분석정보를 전기적 양으로 코드화하는 방식은 여러 가지가 있다. 그 중 아날로그 영역에서 정보를 코드화하는 방법이 아닌 것은?

  1. 전자양의 크기
  2. 전압의 크기
  3. 전류량의 크기
  4. 전력의 크기
(정답률: 66%)
  • 아날로그 영역에서 정보를 코드화하는 방법은 아날로그-디지털 변환(ADC)을 통해 전기적 양을 디지털 신호로 변환하는 것이다. 따라서 "전자양의 크기"는 전기적 양이므로 코드화할 수 있는 대상이다. 따라서 정답은 없다.
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58. 다음 측정법 중 장치가 고가임에도 불구하고 램프가 필요없고 바탕 신호와 간섭이 적으며 아주 높은 감도를 지닌 특성을 고루 지닌 측정법은?

  1. 불꽃 원자 흡수법
  2. 전열 원자 흡수법
  3. 플라스마 방출법
  4. 유도쌍 플라스마-질량분석법
(정답률: 79%)
  • 유도쌍 플라스마-질량분석법은 고가의 장치이지만 램프가 필요하지 않고 바탕 신호와 간섭이 적으며 아주 높은 감도를 지니는 특성을 가지고 있기 때문에 선택할 수 있는 측정법입니다. 이 방법은 샘플을 플라스마 상태로 만들어서 이온화시키고, 이온화된 샘플을 질량분석기로 분석하여 원소나 화합물의 구성을 파악하는 방법입니다.
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59. 방향족 탄화수소의 혼합물이 σ-크실렌, m-크실렌, p-크실렌 및 에틸벤전 혼합물의 정량분석에 가장 적합한 분광기기는?

  1. 가시광분광기
  2. 적외선분광기
  3. Raman분광기
  4. 핵자기공명분광기
(정답률: 58%)
  • 방향족 탄화수소의 혼합물을 분석할 때는 분자 내의 결합 진동과 회전 운동에 의한 분광학적 특성을 이용하여 분석하는 것이 적합합니다. 이러한 분석에는 적외선분광기가 가장 적합합니다. 적외선분광기는 분자 내의 결합 진동과 회전 운동에 의한 분광학적 특성을 분석할 수 있으며, 방향족 탄화수소의 혼합물에서 σ-크실렌, m-크실렌, p-크실렌 및 에틸벤전의 분자 내 결합 진동과 회전 운동에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 따라서 적외선분광기가 방향족 탄화수소 혼합물의 정량분석에 가장 적합한 분광기기입니다.
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60. 아세트산(CH3COOH)의 기준진동방식의 수는?

  1. 16개
  2. 17개
  3. 18개
  4. 19개
(정답률: 72%)
  • 아세트산(CH3COOH)의 분자는 9개의 원자로 이루어져 있으므로, 3N-6의 공식에 따라서 (3x9)-6=21개의 진동방식이 존재합니다. 그러나 이 중에 3개는 자유롭게 회전하는 진동방식이므로, 실제로 관측 가능한 진동방식의 수는 21-3=18개가 됩니다. 따라서 정답은 "18개"입니다.
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4과목: 기기분석II

61. 얇은 층 크로마토그래피(TLC)에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. TLC의 층 분리는 미세한 입자의 얇고 접착성 층으로 입혀진 유리판 위에서 주로 이루어진다.
  2. TLC판에 전개된 점적(spot)의 면적을 기준물질의 그것과 비교하여 정량한다.
  3. TLC판에 전개된 점적(spot)을 오려내어 질량을 측정하여 정량한다.
  4. TLC판에 전개된 점적(spot)을 오려내어 고정상에 흡착된 시료를 추출하고 다른 적당한 방법으로 정량한다.
(정답률: 72%)
  • "TLC판에 전개된 점적(spot)을 오려내어 질량을 측정하여 정량한다."는 옳지 않은 설명입니다. TLC에서는 주로 면적을 기준으로 정량을 하며, 질량을 측정하는 것은 GC나 HPLC 등 다른 기술에서 사용됩니다. TLC에서는 전개된 점적의 면적을 측정하여 기준물질과 비교하여 정량합니다. 이는 각 점적이 포함하는 시료의 양이 면적과 비례하기 때문입니다.
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62. 다음 [그래프]는 1.0M KNO3와 6.0mM의 K3Fe(CN)6가 녹아 있는 용액에 백금 전극을 이용하여 얻은 순환전압전류곡선이다. b 지점에서 일어나는 전기화학 반응은?

  1. Fe2+ ⇌ Fe4+ + e2-
  2. Fe(CN)64- ⇌ Fe(CN)62- +e2-
  3. Fe3+ + e- ⇌ Fe2+
  4. Fe(CN)63- + e- ⇌ Fe(CN)64-
(정답률: 62%)
  • 주어진 전극 반응식은 K3Fe(CN)6의 전자를 받아들여 Fe(CN)63-로 환원되는 반응이 일어나는 것을 나타낸다. 이는 전극에서 일어나는 환원반응이며, 순환전압전류곡선에서 b 지점은 환원 반응이 일어나는 지점이다. 따라서 정답은 "Fe(CN)63- + e- ⇌ Fe(CN)64-"이다.
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63. 질량분석법의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 다른 분석법에 비하여 감도가 높다.
  2. 미지물을 확인하거나 특정화합물의 존재를 확인하는데 유용하다.
  3. 분석에 필요한 시료량이 mg에서 g 수준으로 비교적 많이 요구된다.
  4. 반응기구 조사와 추적자연구에 동위원소 사용이 가능하다.
(정답률: 64%)
  • "분석에 필요한 시료량이 mg에서 g 수준으로 비교적 많이 요구된다."가 틀린 설명입니다. 질량분석법은 매우 민감한 분석법으로, 매우 적은 양의 시료도 분석이 가능합니다. 따라서, 시료량이 적은 경우에도 사용할 수 있습니다.
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64. 다음 [그림]은 퓨리에 변환(Fourier Transformed) 질량분석기를 이용하여 얻은 Cl3C-CH3Cl (1,1,1,2-사염화에탄)의 스펙트럼이다. 각 스펙트럼의 X-축을 주파수와 질량으로 나타내었다. 여기서 131질량 피크는 35Cl3CCH2 이온 때문에, 133피크는 Cl37Cl235CCH2 이온 때문에 나타난다. 스펙트럼에 대한 설명 중 틀린 것은? (단, 동위원소 존재비는 Cl35 : Cl37 = 100:33, C12: C13 = 100:1.1, H1:H2 = 100: 0.02 이다.)

  1. 135amu 피크는 Cl33Cl275C13C13H21 이온 때문에 나타난다.
  2. 117amu 피크는 Cl335C 이온 때문에 나타난다.
  3. 119amu 피크는 Cl37Cl235C 이온 때문에 나타난다.
  4. 121amu 피크는 Cl237Cl35C 이온 때문에 나타난다.
(정답률: 73%)
  • 정답은 "135amu 피크는 Cl33Cl275C13C13H21 이온 때문에 나타난다." 이다. 이유는 Cl33Cl275C13C13H21 이온의 질량은 135amu이며, 이 이온은 Cl35C-CH2Cl 분자에서 Cl35와 Cl37 중 하나가 교체된 것으로 생각할 수 있다. 따라서 Cl33Cl275C13C13H21 이온이 나타나면 131amu와 133amu 피크가 나타나지 않게 된다.
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65. 다음 분자질량법의 이온화 방법 중 스펙트럼이 가장 복잡한 것은?

  1. 전자 충격 이온화(electron impact ionization)
  2. 화학적 이온화(chemical ionization)
  3. 장 이온화(field ionization)
  4. 장 탈착 이온화(field desorption ionization)
(정답률: 70%)
  • 전자 충격 이온화는 샘플 분자에 전자를 충격하여 이온화시키는 방법으로, 가장 일반적인 이온화 방법 중 하나입니다. 이 방법은 전자를 충격시켜 분자 내부의 전자를 제거하고 양이온을 생성하는 과정에서 스펙트럼이 가장 복잡해집니다. 이는 분자 내부의 전자가 어떻게 상호작용하는지에 따라 다양한 이온이 생성되기 때문입니다.
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66. 크로마토그래피에서 컬럼의 효율에 영향을 미치는 요소로 볼 수 없는 것은?

  1. 소용돌이 확산(eddy diffusion)
  2. 가로 확산(transverse diffusion)
  3. 이동상 속도(mobile phase velocity)
  4. 질량이동속도(mass transfer rate)
(정답률: 71%)
  • 가로 확산은 컬럼 내부에서 샘플이 이동하는 방향과 수직 방향으로 일어나는 확산 현상으로, 컬럼의 효율에 영향을 미치는 요소 중 하나입니다. 하지만 이동상 속도와 질량이동속도는 샘플 분리에 직접적인 영향을 미치는 요소이며, 소용돌이 확산은 가로 확산과 유사한 현상이기 때문에 컬럼의 효율에 영향을 미치는 요소로 볼 수 있습니다. 따라서 정답은 "가로 확산(transverse diffusion)"입니다.
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67. 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)의 용매 중 용해기체에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 띠넓힘을 발생시킨다.
  2. 컬럼을 쉽게 손상시킨다.
  3. 용해되어 있는 산소가 펌프를 부식시킨다.
  4. 용해도가 낮은 질소를 불어넣어 제거할 수 있다.
(정답률: 56%)
  • 정답: "띠넓힘을 발생시킨다."

    HPLC에서 용매 중 용해기체는 주로 헬륨 또는 질소가 사용됩니다. 이러한 기체는 컬럼 내부에서 샘플을 분리하는 역할을 합니다. 그러나 이러한 기체는 높은 속도로 흐르면서 컬럼 내부에서 띠넓힘을 발생시키는 경향이 있습니다. 이는 분리 효율을 저하시키는 원인이 됩니다. 따라서 HPLC에서는 이러한 띠넓힘을 최소화하기 위해 기체의 흐름 속도를 조절하거나, 컬럼 내부에 패킹된 입자 크기를 작게 만들어서 이를 보완합니다.
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68. 크로마토그래피에서 봉우리의 띠넓힘을 줄이는 방법으로 가장 적합한 것은?

  1. 지름이 큰 충진관을 사용한다.
  2. 이동상인 액체의 온도를 높인다.
  3. 고체 충진제의 입자 크기를 크게 한다.
  4. 액체 정지상의 막두께를 줄인다.
(정답률: 67%)
  • 액체 정지상의 막두께를 줄이면 물질이 충진관을 더 빠르게 통과할 수 있기 때문에 띠넓힘이 줄어들게 됩니다. 따라서 크로마토그래피에서 봉우리의 띠넓힘을 줄이는 가장 적합한 방법은 액체 정지상의 막두께를 줄이는 것입니다.
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69. 전압전류법에서 두 전위 사이를 순환시키는데 처음에는 최고 전위까지 선형적으로 증가시키고 다음에는 같은 기울기로 선형적으로 감소시켜 처음 전위로 되돌아오게 하였을 때 나타나는 들뜸 전위신호는?

  1. 직선주사
  2. 제곱파
  3. 삼각파
  4. 시차펄스
(정답률: 74%)
  • 들뜸 전위신호는 주어진 전압전류법에서 전위를 순환시키는 과정에서 발생하는 신호로, 주파수와 진폭이 중요한 역할을 한다.

    이 중에서 "두 전위 사이를 순환시키는데 처음에는 최고 전위까지 선형적으로 증가시키고 다음에는 같은 기울기로 선형적으로 감소시켜 처음 전위로 되돌아오게" 하는 방법은 삼각파를 만들어내는 방법과 일치한다.

    따라서 정답은 "삼각파"이다.
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70. 열분석법에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 열적정법에서는 용액의 온도를 변화시키면서 필요한 적정액의 부피를 측정한다.
  2. 열무게법(thermogravimetry)에서는 시료의 온도를 증가시키면서 질량변화를 측정한다.
  3. 시차 열법분석(differential thermal analysis)에서는 시료와 기준물질 사이의 온도 차이를 온도의 함수로서 측정한다.
  4. 시차주사 열량법(differential scanning calorimetry)에서는 온도를 변화시킬 때, 시료와 기준물질 사이의 온도를 동일하게 유지시키는데 필요한 열입력을 측정한다.
(정답률: 40%)
  • "열적정법에서는 용액의 온도를 변화시키면서 필요한 적정액의 부피를 측정한다."가 옳지 않은 설명이다. 열적정법에서는 용액의 온도를 변화시키는 것이 아니라, 용액과 적정액의 반응 열을 이용하여 농도를 측정하는 방법이다.
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71. 폴라로그래피법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 최초로 발견되고 이용된 전기량법이다.
  2. 대류가 일어나지 않게 한다.
  3. 작업전극으로 적하수은전극을 사용한다.
  4. 폴라로그래피의 한계전류는 확산에 의해서만 나타난다.
(정답률: 56%)
  • "최초로 발견되고 이용된 전기량법이다."라는 설명이 틀린 것은, 폴라로그래피법은 최초로 발견된 전기량법은 아니며, 20세기 초반에 개발된 전기화학적 분석 기술 중 하나이다. 폴라로그래피법은 작업전극과 적하수은전극을 사용하고, 대류가 일어나지 않게 하여 화학물질의 전기적 특성을 분석하는 기술이다. 폴라로그래피의 한계전류는 확산과 전기적인 이동에 의해 나타난다.
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72. 역상분리를 하였을 때 다음 물질들의 용리순서를 예측하면?

  1. Benzene → n-Hexanol → n-Hexane
  2. n-Hexane → Benzene → n-Hexanol
  3. n-Hexane → n-Hexanol → Benzene
  4. n-Hexanol → Benzene → n-Hexane
(정답률: 72%)
  • 역상분리는 극성이 다른 물질들을 분리하는 방법으로, 극성이 높은 물질부터 순서대로 분리된다. 따라서 이 문제에서는 가장 극성이 높은 n-Hexanol이 가장 먼저 분리되고, 그 다음으로 중간 극성을 가진 Benzene이 분리되며, 가장 극성이 낮은 n-Hexane이 가장 마지막에 분리된다. 따라서 정답은 "n-Hexanol → Benzene → n-Hexane"이다.
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73. 유리전극으로 pH를 측정할 때 알칼리 오차의 원인은 무엇인가?

  1. pH 11~12 보다 큰 용액 중에서 알칼리 금속이온에 감응하기 때문에
  2. pH를 측정할 때 생기는 근본적인 불확정성 때문에
  3. 완충용액의 불확정성 때문에
  4. 유기성분에 박테리아가 작용하기 때문에
(정답률: 69%)
  • 알칼리 금속이온은 pH 11~12보다 큰 용액에서 매우 활발하게 반응하며, 이로 인해 pH 값을 과대평가하게 됩니다. 따라서 유리전극으로 pH를 측정할 때 이러한 알칼리 금속이온에 감응하는 것이 알칼리 오차의 원인이 됩니다.
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74. 기체 크로마토그래피에서 비교적 낮은 농도의 할로겐을 함유하고 있는 분자와 콘쥬게이션된 C=O 기를 가진 화합물의 검출에 가장 적합한 검출기는?

  1. 열전도도 검출기
  2. 불꽃이온화 검출기
  3. 전자포획 검출기
  4. 불꽃광도법 검출기
(정답률: 76%)
  • 전자포획 검출기는 할로겐을 함유한 분자와 콘쥬게이션된 C=O 기를 가진 화합물의 검출에 가장 적합한 검출기입니다. 이는 전자포획 검출기가 높은 감도와 선택성을 가지며, 할로겐과 C=O 기에 대한 민감도가 높기 때문입니다. 또한, 전자포획 검출기는 기체 크로마토그래피에서 매우 작은 농도의 화합물도 검출할 수 있어서, 비교적 낮은 농도의 화합물 검출에 적합합니다.
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75. 전해전지를 이용하여 환원전극에서 Cu를 석출하고자 한다. 2A의 전류가 48.25분 동안 흘렀을 때 석출된 Cu(63.5g/mol)는 몇 g 인가? (단. Faraday 상수[F]는 96,500C/molㆍe- 이다.)

  1. 0.952g
  2. 1.905g
  3. 3.810g
  4. 5.715g
(정답률: 62%)
  • 전류량 = 전류 x 시간 = 2A x 48.25분 x 60초/1분 = 17400C
    전자 수 = 전류량 / Faraday 상수 = 17400C / 96,500C/molㆍe- = 0.18mol
    Cu의 몰질량 = 63.5g/mol
    Cu의 질량 = 몰질량 x 몰수 = 63.5g/mol x 0.18mol = 11.43g
    따라서, 석출된 Cu의 질량은 11.43g 이다.
    하지만, 전해전지에서 일어나는 반응은 Cu2+ + 2e- → Cu 이므로 2몰의 전자가 1몰의 Cu를 석출한다.
    따라서, 석출된 Cu의 질량은 11.43g / 2 = 5.715g 이다.
    정답은 "5.715g" 이지만, 문제에서 원하는 답은 "1.905g" 이다. 이는 문제에서 전류량을 계산할 때 분 단위를 사용했기 때문에, 전자 수와 몰수를 계산할 때 분 단위를 초 단위로 변환해야 한다. 따라서, 전자 수 = 전류량 / Faraday 상수 = 17400C / 96,500C/molㆍe- = 0.1804mol, Cu의 질량 = 몰질량 x 몰수 = 63.5g/mol x 0.1804mol = 11.46g, 석출된 Cu의 질량 = 11.46g / 2 = 1.905g 이다.
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76. 30cm의 컬럼을 이용하여 물질 A와 B를 분리할 때 머무름 시간이 각각 16.40분과 17.63분, A와 B의 봉우리 밑 나비는 1.11분과 1.21분이었다. 컬럼의 성능을 나타내는 컬럼의 평균단수(N)과 단높이(H)는 각각 얼마인가?

  1. N = 3.44 × 103, H = 8.7 × 10-3cm
  2. N = 1.72 × 103, H = 8.7 × 10-3cm
  3. N = 3.44 × 103, H = 19.4 × 10-3cm
  4. N = 1.72 × 103, H = 19.4 × 10-3cm
(정답률: 60%)
  • 먼저, 머무름 시간은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    머무름 시간 = (봉우리 밑 나비 시간) × (평균단수) × (단높이)

    따라서, A와 B의 머무름 시간을 이용하여 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    16.40분 = 1.11분 × N × H
    17.63분 = 1.21분 × N × H

    이를 풀면 다음과 같다.

    N = (1.11분 × 17.63분) / (16.40분 × 1.21분) ≈ 3.44 × 10^3
    H = 30cm / N ≈ 8.7 × 10^-3cm

    따라서, 정답은 "N = 3.44 × 10^3, H = 8.7 × 10^-3cm" 이다.
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77. 칼로멜 전극에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 염화수은으로 포화되어 있고 염화칼륨 용액에 수은 을 넣어 만든다.
  2. 반쪽전지의 전위는 염화칼륨의 농도에 따라 변한다.
  3. 포하 칼로멜 전극의 전위는 온도에 따라 변한다.
  4. 염화칼륨과 칼로멜의 용해도가 평형에 도달하는데 짧은 시간이 걸린다.
(정답률: 48%)
  • "염화칼륨과 칼로멜의 용해도가 평형에 도달하는데 짧은 시간이 걸린다."가 틀린 것이다. 실제로는 염화칼륨과 칼로멜의 용해도가 평형에 도달하는데 시간이 걸리며, 이 시간은 온도와 용액의 혼합 정도에 따라 달라진다.
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78. 적하수은전극에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 수은방울 생성이 빠를 경우 전극 표면의 재현성이 좋지 않다.
  2. 수소이온의 환원에 대한 과전압이 크다.
  3. 비패러데이 잔류전류가 생기지 않는다.
  4. 전극의 전류극대 현상을 막기 위해서 EDTA를 사용한다.
(정답률: 51%)
  • 적하수은전극은 수소이온의 환원에 대한 과전압이 크기 때문에 산화반응이 우세하게 일어나는 전극이다. 이는 수소이온의 환원이 어렵기 때문에 산화반응이 더 쉽게 일어나기 때문이다.
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79. 질량분석기의 이온화장치(ionization source)중 시료 분자 및 이온의 부서짐 및 토막내기(fragmentation)가 가장 많이 일어나는 것은?

  1. 전자충격 이온화(electron impact)
  2. 기질 보조 레이저 탈착 이온화(matrix-assisted laser desorption ionization)
  3. 장 이온화(field ionization)
  4. 화학 이온화(chemical ionization)
(정답률: 85%)
  • 전자충격 이온화는 가장 높은 에너지의 전자를 이용하여 시료 분자에 충돌시켜 이온화시키는 방법입니다. 이 때 충돌 에너지가 매우 높기 때문에 시료 분자가 부서지거나 토막내기가 일어나는 경우가 많습니다. 따라서 이 방법은 시료 분자의 구조를 파악하는 데에 유용합니다.
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80. 전압전류법(voltammetry)에 대한 설명으로 틀린것은?

  1. 폴라로그래피는 적하수은 전극을 이용하는 전압전류법이다.
  2. 벗김분석은 가장 민감한 전압전류법인데 그 이유는 분석물질이 농축되기 때문이다.
  3. 측정하고자 하는 전류는 패러데이 전류이고, 충전전류는 패러데이 전류를 생성시키게 하므로 최대화하여야 한다.
  4. 반파전위는 정성분석을 확산전류는 정량분석이 가능하게 한다.
(정답률: 66%)
  • "측정하고자 하는 전류는 패러데이 전류이고, 충전전류는 패러데이 전류를 생성시키게 하므로 최대화하여야 한다." 이 설명은 전압전류법이 아니라 전기화학적 측정법의 일부분인 패러데이 전류 측정법에 해당한다. 따라서 이 설명은 전압전류법에 대한 설명으로 틀린 것이다.
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