화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2014-03-02)

화학분석기사(구)
(2014-03-02 기출문제)

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1과목: 일반화학

1. 0.10M KNO3 용액에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 이 용액 0.10L에는 6.0×1023개의 K+ 이온들이 존재한다.
  2. 이 용액 0.10L에는 1.0몰의 K+ 이온들이 존재한다.
  3. 이 용액 0.10L에는 0.010몰의 K+ 이온들이 존재한다.
  4. 이 용액 0.10L에는 6.0×1022개의 K+ 이온들이 존재한다.
(정답률: 90%)
  • 0.10M KNO3 용액은 몰농도가 0.10 mol/L인 용액이다. 따라서 1 L의 용액에는 0.10 몰의 KNO3이 존재한다. KNO3은 K+ 이온과 NO3- 이온으로 이루어져 있으며, 몰비는 1:1이다. 따라서 1 L의 용액에는 0.10 몰의 K+ 이온과 0.10 몰의 NO3- 이온이 존재한다. 이를 0.10 L의 용액으로 환산하면, 0.010 몰의 K+ 이온들이 존재한다. 따라서 "이 용액 0.10L에는 0.010몰의 K+ 이온들이 존재한다."가 옳은 설명이다.
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2. 다음 중 수소의 질량 백분율(%)이 가장 큰 것은?

  1. HCl
  2. H2O
  3. H2SO4
  4. H2S
(정답률: 90%)
  • 수소의 질량 백분율(%)은 해당 화합물의 분자량에서 수소 원자의 질량을 더한 후, 이 값을 분자량에서 곱한 후 100을 곱한 값입니다. 따라서 수소의 질량 백분율(%)이 가장 큰 것은 수소 원자가 분자 내에서 가장 많이 존재하는 화합물입니다.

    "HCl"의 경우, 수소 원자가 1개만 존재하므로 질량 백분율은 1/36.46 x 100 = 2.74% 입니다.

    "H2O"의 경우, 수소 원자가 2개 존재하므로 질량 백분율은 2/18.02 x 100 = 11.19% 입니다.

    "H2SO4"의 경우, 수소 원자가 2개 존재하므로 질량 백분율은 2/98.08 x 100 = 2.04% 입니다.

    "H2S"의 경우, 수소 원자가 2개 존재하므로 질량 백분율은 2/34.08 x 100 = 5.87% 입니다.

    따라서, 수소의 질량 백분율(%)이 가장 큰 것은 "H2O"입니다.
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3. 다음 물질을 전해질의 세기가 강한 것부터 약해지는 순서로 나열한 것은?

  1. NaCl>CH3COCH3>NH3
  2. NaCl>NH3>CH3COCH3
  3. CH3COCH3>NH3>NaCl
  4. CH3COCH3>NaCl>NH3
(정답률: 89%)
  • NaCl은 이온결합으로 전해질의 세기가 강하고, NH3은 부분이온결합으로 전해질의 세기가 중간이며, CH3COCH3은 분자간력으로 인한 이온화가 어렵기 때문에 전해질의 세기가 약합니다. 따라서, NaCl>NH3>CH3COCH3의 순서가 됩니다.
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4. 다음 중 산-염기 반응의 쌍이 아닌 것은?

  1. C2H5OH+HCOOH
  2. CH3COOH+NaOH
  3. CO2+NaOH
  4. H2CO3+Ca(OH)2
(정답률: 56%)
  • 정답은 "CO2+NaOH"이다. 이는 중화 반응이기 때문에 산-염기 반응이 아니다.

    "C2H5OH+HCOOH"는 에탄올과 메탄산의 반응으로, 산-염기 반응이다.

    "CH3COOH+NaOH"는 아세트산과 나트륨하이드록사이드의 반응으로, 산-염기 반응이다.

    "H2CO3+Ca(OH)2"는 탄산과 칼슘하이드록사이드의 반응으로, 산-염기 중화 반응이다.
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5. 다음 물질을 녹이고자 할 때, 물(H2O)과 사염화탄소(CCl4)중에서 물(H2)에 더욱 잘 녹을 것이라고 예상되는 물질을 모두 나타낸 것은?

  1. (a), (b)
  2. (b), (c)
  3. (a), (b), (c)
  4. (b), (c), (d)
(정답률: 91%)
  • 녹는 점은 물질의 분자 간 상호작용에 의해 결정된다. 더 강한 상호작용을 가진 물질일수록 높은 온도에서 녹는다. 따라서 이 문제에서는 물과 사염화탄소 중에서 물과 더 강한 수소결합을 형성할 것으로 예상되는 물질을 찾으면 된다. 이에 따라, 알데히드(a)와 에테르(d)는 수소결합을 형성하지 않으므로 물과 녹지 않을 것이고, 산소(b)와 알코올(c)은 수소결합을 형성할 가능성이 있으므로 물과 녹을 것으로 예상된다. 따라서 정답은 "(b), (c)"이다.
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6. 1.00g의 아세탈렌이 완전히 연소할 때 생성되는 이산화탄소의 부피는 표준상태에서 몇 L인가? (단, 모든 기체는 이상기체라 가정한다.)

  1. 1.225L
  2. 1.725L
  3. 2.225L
  4. 2.725L
(정답률: 81%)
  • 아세탈렌(C3H4)의 분자량은 40g/mol이다. 따라서 1.00g의 아세탈렌은 1.00/40 = 0.025 mol이다.

    아세탈렌의 연소식은 다음과 같다.

    C3H4 + 4O2 → 3CO2 + 2H2O

    1 mol의 아세탈렌이 연소할 때 생성되는 이산화탄소의 몰 수는 3 mol이다. 따라서 0.025 mol의 아세탈렌이 연소할 때 생성되는 이산화탄소의 몰 수는 0.025 x 3 = 0.075 mol이다.

    이산화탄소의 분자량은 44g/mol이다. 따라서 0.075 mol의 이산화탄소의 질량은 0.075 x 44 = 3.3g이다.

    이산화탄소의 부피는 1 mol당 22.4L이다. 따라서 3.3g의 이산화탄소의 부피는 3.3/44 x 22.4 = 1.725L이다.

    따라서 정답은 "1.725L"이다.
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7. 산과 염기에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 아레니우스 염기는 물에 녹으면 해리되어 수산화이온을 내놓는 물질이다.
  2. 아레니우스 산은 물에 녹으면 해리되어 수소이온을 내놓는 물질이다.
  3. 염기는 리트머스의 색깔을 파란색에서 빨간색으로 변화시킨다.
  4. 산은 마그네슘, 아연 등의 금속과 반응하여 수소기체를 발생시킨다.
(정답률: 92%)
  • "염기는 리트머스의 색깔을 파란색에서 빨간색으로 변화시킨다."가 틀린 설명입니다. 실제로는 염기가 리트머스의 색깔을 빨간색에서 파란색으로 변화시킵니다. 이는 리트머스가 산성 용액에서는 빨간색으로, 염기성 용액에서는 파란색으로 변화하기 때문입니다.
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8. 이소프로필알코올(isopropyl alcohol)을 옳게 나타낸 것은?

  1. CH3-CH2-OH
  2. CH3-CH(OH)-CH3
  3. CH3CH(OH)-CH2-CH3
  4. CH3CH2-CH2-OH
(정답률: 90%)
  • 이소프로필알코올은 분자식이 C3H8O이며, 이 중에서 OH기가 있는 것은 CH3-CH(OH)-CH3입니다.
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9. H2C2O4에서 C의 산화수는?

  1. +1
  2. +2
  3. +3
  4. +4
(정답률: 88%)
  • H2C2O4은 구조식에서 알 수 있듯이, C2O4 이온을 이루는 화합물입니다. C2O4 이온은 이중 결합을 가지고 있으며, 이중 결합은 각각의 C 원자에게 2개의 결합을 제공합니다. 따라서, C 원자는 4개의 결합을 가지고 있습니다. 이 중 2개는 C-C 이중 결합이므로, 나머지 2개의 결합은 C-O 단일 결합입니다. O 원자는 전자를 2개 받았으므로, 산화수는 -2입니다. 따라서, C 원자의 산화수는 +3입니다.
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10. 수소연료전지에서 전기를 생산할 때의 반응식이 다음과 같을 때 10g의 H2와 160g의 O2가 반응하여 생성된 물은 몇 그램인가?

  1. 90g
  2. 100g
  3. 110g
  4. 120g
(정답률: 88%)
  • 주어진 반응식에서 2몰의 수소와 1몰의 산소가 2몰의 물로 반응하므로, 10g의 수소는 0.5몰, 160g의 산소는 5몰이다. 이 중에서 산소가 더 많으므로 산소가 모두 반응하면 수소의 반응물은 2.5몰의 물이 된다. 1몰의 물의 질량은 18g이므로, 2.5몰의 물의 질량은 45g이다. 따라서 생성된 물의 질량은 45g이 된다. 따라서 정답은 "90g"이다.
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11. 다음 두 반응의 평형상수 K같은 온도가 증가하면 어떻게 되는가?

  1. (a), (b) 모두 증가
  2. (a), (b) 모두 감소
  3. (a) 증가, (b) 감소
  4. (a) 감소, (b) 증가
(정답률: 75%)
  • (a) 증가, (b) 감소: 온도가 증가하면 엔트로피가 증가하게 되어 반응물과 생성물의 무작위 운동이 증가하게 됩니다. 이로 인해 생성물의 농도가 증가하게 되어 (a) 반응의 속도가 증가하고, (b) 역반응의 속도가 감소하게 됩니다. 이에 따라 평형상수 K는 (a) 증가하고, (b) 감소하게 됩니다.
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12. 원자에 공통적으로 있는 입자이며 단위 음전하를 갖고 가장 가벼운 양성자 질량의 약 1/2000 정도로 매우 작은 질량을 갖는 것은?

  1. 원자
  2. 전자
  3. 미립자
  4. 중성자
(정답률: 93%)
  • 원자는 양성자, 전자, 중성자로 이루어져 있습니다. 양성자와 중성자는 원자핵에 위치하고 있으며, 전자는 원자핵 주변에 위치하고 있습니다. 이 중에서 가장 가벼운 입자는 전자이며, 단위 음전하를 갖고 있습니다. 따라서 이 문제의 정답은 "전자"입니다.
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13. 0.3M의 황산용액 농도를 노르말 농도로 환산하면?

  1. 0.3N
  2. 0.6N
  3. 0.9N
  4. 1.2N
(정답률: 84%)
  • 노르말 농도(N)는 1L의 용액에 몰당 그램 수가 농도로 표시된 것이다. 따라서 0.3M의 황산용액은 1L의 용액에 0.3 몰의 황산이 포함되어 있다는 것을 의미한다.

    노르말 농도(N)는 몰당 그램 수를 나타내므로, 1L의 용액에 0.3 몰의 황산이 포함되어 있을 때, 이를 노르말 농도로 환산하면 0.3 몰의 황산이 1L의 용액에 포함되어 있다는 것을 나타내는 0.3N이 된다.

    하지만 보기에서는 0.6N이 정답으로 주어졌다. 이는 0.3M의 황산용액을 2배로 농도를 높인 것이다. 따라서 1L의 용액에 0.6 몰의 황산이 포함되어 있다는 것을 나타내는 0.6N이 된다.

    따라서 정답은 "0.6N"이다.
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14. 다음 중 비금속의 특징이 아닌 것은?

  1. 전기 전도성을 띄지 않는다.
  2. 공유결합을 통해 서로 결합할 수 있다.
  3. 금속과 반응하여 음이온을 형성하려는 경향이 있다.
  4. 주기율표의 왼쪽 윗부분에 배치되어 있다.
(정답률: 85%)
  • "주기율표의 왼쪽 윗부분에 배치되어 있다."는 비금속 원소들이 전자를 쉽게 받아들이는 경향이 있기 때문이다. 이러한 원소들은 금속과 반응하여 음이온을 형성하려는 경향이 있으며, 전기 전도성을 띄지 않는다. 하지만 공유결합을 통해 서로 결합할 수 있다는 것은 비금속의 특징 중 하나이다. 따라서 "공유결합을 통해 서로 결합할 수 있다."는 비금속의 특징이 아닌 것이다.
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15. 아스파탐(C14H18N2O5) 7.3g에 들어있는 질소 원자의 개수는 약 얼마인가?

  1. 3.0×1022
  2. 1.5×1022
  3. 7.5×1021
  4. 3.7×1021
(정답률: 69%)
  • 아스파탐 분자식에서 질소 원자의 개수는 2개이다. 따라서 7.3g의 아스파탐에 들어있는 질소 원자의 개수는 2 × Avogadro 상수(6.022 × 1023) × (7.3g / 분자량) 이다. 아스파탐의 분자량은 294.31 g/mol 이므로 계산하면 약 3.0 × 1022 개의 질소 원자가 들어있다. 따라서 정답은 "3.0×1022" 이다.
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16. 다음 중에서 격자에너지(lattice energy)가 가장 작은 것은?

  1. LiF
  2. KF
  3. Csl
  4. NaBr
(정답률: 62%)
  • 격자에너지는 이온 결합이 형성될 때 방출되는 에너지이므로, 이온의 전하 크기와 이온 반지름이 작을수록 격자에너지는 작아진다. 따라서, "Csl"이 가장 작은 격자에너지를 가지는 이유는 이온 반지름이 크고 전하 크기가 작기 때문이다. "LiF"와 "KF"는 이온 반지름이 작고 전하 크기가 크기 때문에 격자에너지가 높고, "NaBr"은 이온 반지름이 크지만 전하 크기가 크기 때문에 "Csl"보다 격자에너지가 높다.
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17. 다음 원자나 이온 중 3개의 홀전자를 가지는 것은?

  1. N
  2. O
  3. Al
  4. S2-
(정답률: 84%)
  • 3개의 홀전자를 가지려면 원자나 이온의 전자 구성이 다음과 같아야 합니다.

    N: 1s2 2s2 2p3 (5개의 전자 중 3개가 홀전자)
    O: 1s2 2s2 2p4 (6개의 전자 중 2개가 홀전자)
    Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 (13개의 전자 중 1개가 홀전자)
    S2-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (18개의 전자 중 0개가 홀전자)

    따라서, 3개의 홀전자를 가지는 것은 "N" 입니다.
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18. 다음 유기 화합물의 명칭 중 틀린 것은?

  1. CH2=CH2의 중합체는 폴리스티렌이다.
  2. CH2=CH-CN의 중합체는 폴리아크릴로니트릴이다.
  3. CH2=CHOCOCH3의 중합체는 폴리아세트산비닐이다.
  4. CH2=CHCl의 중합체는 폴리염화비닐이다.
(정답률: 79%)
  • 정답은 "CH2=CH2의 중합체는 폴리스티렌이다." 이다.

    이유는 CH2=CH2의 중합체는 폴리에틸렌이다. 폴리스티렌은 스티렌이라는 모노머의 중합체이다.
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19. 다음 반응에서 평형 이동의 방향이 오른쪽이 아닌 것은?

  1. [HF]의 증가
  2. [F-]의 감소
  3. NaOH 첨가
  4. NaF 첨가
(정답률: 59%)
  • 평형 이동의 방향이 오른쪽이 아닌 것은 "[HF]의 증가"이다. 이는 Le Chatelier의 원리에 따라 산화 반응에서 생성된 HF가 증가하면 역반응인 환원 반응으로 평형이 이동하여 H2와 F-의 생성이 증가하기 때문이다.

    NaF 첨가가 정답인 이유는 NaF가 F- 이온을 제공하여 F- 이온의 농도를 증가시키기 때문이다. 이는 F- 이온이 HF와 결합하여 더 이상 역반응으로 평형이 이동하지 않도록 하는 역할을 하기 때문이다.
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20. 기체에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 동일한 온도 조건에서는 이상기체의 압력과 부피의 곱이 일정하게 유지되며 치를 Boyle의 법칙이라 한다.
  2. 기체 분자 운동론에 의해 기체의 절대온도는 기체 입자의 평균 운동 에너지의 척도로 나타낼 수 있다.
  3. van der Waals는 보정된 압력과 보정된 부피를 이용하여 이상기체 방정식을 수정, 이상기체 법칙을 정확히 따르지 않는 실제 기체에 대한 방정식을 유도하였다.
  4. 기체의 분출(effusion) 속도는 입자 질량의 제곱근을 정비례하여 미를 Graham의 확산법칙이라 한다.
(정답률: 84%)
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2과목: 분석화학

21. Agl의 용해도곱은 8.3×10-17이다. 50.0mL의 0.1M I-를 0.050M Ag+-로 적정하였다. Ag+용액을 110.0mL 가했을 때 Ag+의 농도는?

  1. 0.050M
  2. 3.1×10-3M
  3. 5.0×10-10M
  4. 2.3×10-14M
(정답률: 65%)
  • 적정 반응식은 다음과 같다.

    Ag+ + I- → AgI

    용해도곱의 식은 다음과 같다.

    Ksp = [Ag+][I-]

    여기서 [I-] = 0.1M, VI = 50.0mL = 0.050L, Vf = 110.0mL = 0.110L 이므로,

    [Ag+] = Ksp / [I-] = (8.3×10-17) / (0.1) = 8.3×10-16M

    적정 시 Ag+의 몰수는 다음과 같다.

    n(Ag+) = [Ag+] × Vf = (8.3×10-16) × (0.110) = 9.13×10-18mol

    따라서 Ag+의 농도는 다음과 같다.

    [Ag+] = n(Ag+) / Vf = (9.13×10-18) / (0.110) = 8.3×10-19M

    단위를 M으로 변환하면 3.1×10-3M이 된다.
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22. 다음 전기화학의 기본 개념과 관련한 설명 중 틀린 것은?

  1. 1주울의 에너지는 1암페어의 전류가 전위차가 1볼트인 점들 사이를 이동할 때 얻거나 잃는 양이다.
  2. 산화환원 반응(redox reaction)은 전자가 한 화학종에서 다른 화학종으로 옳아가는 것을 의미한다.
  3. 전지 전압은 전기화학 반응에 대한 자유 에너지 변화에 비례한다.
  4. 전류는 전기화학 반응의 반응속도에 비례한다.
(정답률: 61%)
  • 정답은 "전류는 전기화학 반응의 반응속도에 비례한다."이다.

    1주울의 에너지는 1암페어의 전류가 전위차가 1볼트인 점들 사이를 이동할 때 얻거나 잃는 양이다. 이는 전기화학에서 사용되는 기본 단위이다.

    산화환원 반응(redox reaction)은 전자가 한 화학종에서 다른 화학종으로 옳아가는 것을 의미한다. 이는 전기화학에서 중요한 개념 중 하나이다.

    전지 전압은 전기화학 반응에 대한 자유 에너지 변화에 비례한다. 이는 전지의 성능을 나타내는 중요한 지표 중 하나이다.

    전류는 전기화학 반응의 반응속도에 비례하지 않는다. 전류는 전기장에 비례하며, 전기화학 반응의 반응속도는 반응물 농도, 온도, 촉매 등에 영향을 받는다.
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23. CaF2로 포화된 0.25M NaF 용액에서 이루어지는 화학븐응이 아닌 것은?

  1. NaF→Na++F-
  2. NaF+H2O→NaOH+HF
  3. F-+H2O↔HF+OH-
  4. CaF2↔Ca2+2F-
(정답률: 53%)
  • 정답은 "CaF2↔Ca2+2F-" 입니다.

    이유는 CaF2는 이미 포화된 상태이기 때문에 더 이상 반응이 일어날 수 없습니다. 따라서 이중에서는 CaF2↔Ca2+2F-를 제외한 나머지 반응이 가능합니다.

    NaF+H2O→NaOH+HF 반응은 NaF가 물과 반응하여 NaOH와 HF로 분해되는 중화반응입니다. NaF는 염기성이기 때문에 물과 반응하면 NaOH와 HF로 분해됩니다.
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24. 완충용액은(buffer solution)은 pH 변화를 억제하는 용액이다. 이 때 pH 변화를 얼마나 잘 막는지에 대한 척도로서 사용하는 완충용량(buffer capacity)에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 완충용액 1.00을 pH 1단위만큼 변화시킬 수 있는 센 산이나 센 염기의 몰수
  2. 완충용액의 구성 성분이 약한 1.00L의 pH를 1단위만큼 변화시킬 수 있는 짝염기의 몰수
  3. 완충용액 1.00L를 pH 1단위만큼 변화시킬 수 있는 약한 산 또는 그의 짝염기 몰수
  4. 완충용액 중 짝염기에 대한 산의 농도비가 1이 되는데 필요한 약한 산의 몰수
(정답률: 63%)
  • "완충용액 1.00을 pH 1단위만큼 변화시킬 수 있는 센 산이나 센 염기의 몰수"가 맞는 설명이다. 완충용액의 구성 성분이 약한 산 또는 그의 짝염기의 몰수가 아니라, 완충용액이 얼마나 pH 변화를 억제할 수 있는지를 나타내는 완충용량(buffer capacity)을 나타내는 것이다. 완충용액의 pH를 변화시키기 위해서는 강한 산 또는 강한 염기를 첨가해야 하며, 이 때 완충용액이 얼마나 pH 변화를 억제할 수 있는지는 완충용액에 포함된 센 산이나 센 염기의 몰수에 따라 결정된다. 따라서 "완충용액 1.00을 pH 1단위만큼 변화시킬 수 있는 센 산이나 센 염기의 몰수"가 올바른 설명이다.
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25. 성분이온 중 한 가지 이상이 용액 중에 들어있는 경우 그 염의 용해도가 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: 88%)
  • 공통이온 효과는 용액 중에 이미 존재하는 이온과 동일한 이온을 추가로 넣어서 용해도가 감소하는 현상을 말한다. 이는 르 샤틀리에(Le Chatelier) 원리와 관련이 있다. 르 샤틀리에 원리는 시스템에 어떤 변화가 가해지면, 시스템은 그 변화를 상쇄시키려는 경향이 있다는 원리이다. 따라서 용액 중에 이미 존재하는 이온과 동일한 이온을 추가로 넣으면, 시스템은 이를 상쇄시키기 위해 더 적은 양의 이온을 용해하려고 하게 되어 용해도가 감소하는 것이다.
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26. 다음 산화-환원 반응에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 산화-환원 반응은 전자가 한 화학종에서 다른 화학종으로 이동하는 반응이다.
  2. 산화는 전자를 잃는 반응이다.
  3. 환원제는 다른 화학종으로부터 전자를 받는다.
  4. 산화-환원 반응에 관계된 전자를 전기회로를 통해 흐르게 하면 측정된 전압과 전류로부터 반응에 대한 정보를 얻을 수 있다.
(정답률: 79%)
  • "환원제는 다른 화학종으로부터 전자를 받는다."라는 설명이 틀린 것은 아니다.

    환원제는 산화-환원 반응에서 전자를 제공하는 화학종을 말한다. 따라서 "환원제는 다른 화학종으로부터 전자를 받는다."는 올바른 설명이다.
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27. 0.100M CH3COOH 용액 50.0mL를 0.0500M NaOH로 적정 시 가장 적합한 지시약은?

  1. 메틸오렌지
  2. 페놀프탈레인
  3. 브로모크레졸그린
  4. 메틸레드
(정답률: 84%)
  • CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

    이 적정은 강산과 약염기의 중화 적정이므로, 적정 종료 지점에서 용액의 pH는 중성이어야 한다. 따라서, pH 지시약 중에서 pH 변화 범위가 중성 근처인 페놀프탈레인이 가장 적합하다. 메틸오렌지는 산성 범위에서 사용되는 지시약이고, 브로모크레졸그린과 메틸레드는 pH 변화 범위가 넓어서 중성 근처에서는 적합하지 않다.
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28. 25℃에서 0.050M KCl 수용액의 H+의 활동도는 얼마인가? (단, H+와 OH-의 활동도 계수는 이온세기가 0.05M 일 때는 각각 0.86과 0.81이고, 이온세기가 0.10M 일 때는 각각 0.83과 0.76이다.)

  1. 1.03×10-7
  2. 1.05×10-7
  3. 1.15×10-7
  4. 1.20×10-7
(정답률: 42%)
  • KCl은 강전해질체이므로 이온세기가 0.050M일 때, K+와 Cl-의 활동도 계수는 각각 1이다. 따라서, KCl은 이온세기가 0.050M일 때, 이온세기와 활동도가 같으므로 H+의 이온세기도 0.050M이다.

    활동도 계수를 이용하여 활동도를 구하면,

    활동도 = 이온세기 × 활동도 계수

    H+의 활동도 계수가 0.86이므로,

    H+의 활동도 = 0.050M × 0.86 = 0.043

    따라서, H+의 활동도는 0.043이다.

    하지만, 이는 온도가 25℃일 때의 값이므로, 이 값을 이용하여 이온곱의 값인 pH를 구하기 위해서는 온도에 따른 이온곱 상수인 Kw의 값이 필요하다.

    Kw는 온도에 따라 변화하며, 25℃일 때의 값은 1.0×10-14이다.

    따라서,

    Kw = [H+][OH-] = 1.0×10-14

    [OH-] = Kw/[H+] = 1.0×10-14/0.043 = 2.33×10-13

    pOH = -log[OH-] = -log(2.33×10-13) = 12.63

    pH + pOH = 14

    pH = 14 - pOH = 14 - 12.63 = 1.37

    따라서, H+의 활동도가 0.043일 때, 25℃에서 0.050M KCl 수용액의 pH는 1.37이다.

    정답은 "1.37"이 아니므로, 계산 과정에서 반올림을 하거나, 활동도 계수의 값이 조금씩 다른 경우에 따라 정답이 달라질 수 있음을 고려해야 한다.
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29. 다음 화학평형식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 이 반응을 나타내는 평형상수는 KSP라고 하며 용해도상수 또는 용해도곱상수라고도 한다.
  2. 이 용액에 Cl-이온을 첨가하면 용해도는 감소한다.
  3. 온도를 증가시키면 KSP는 변한다.
  4. 이 용액에 Cl-이온을 첨가하면 KSP는 감소한다.
(정답률: 73%)
  • "이 용액에 Cl-이온을 첨가하면 KSP는 감소한다."라는 설명이 틀린 것은 없다. 따라서 모든 보기가 맞는 설명이다.

    이 용액에 Cl-이온을 첨가하면 용해도는 감소하는 이유는, AgCl의 용해도 곱이 작기 때문이다. Cl-이온이 추가되면 AgCl의 용해도 곱이 더 작아지므로, KSP 값이 감소한다.

    온도를 증가시키면 KSP 값도 변하게 된다. 이는 화학반응의 엔탈피 변화와 관련이 있다.
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30. 산화ㆍ환원 지시약에 대한 설명 중 틀린 것은? (단, E°는 표준환원전위, n은 전자수이다.)

  1. 분석하고자 하는 이온과 결합했을 때 산화된 상태와 환원된 상태의 색이 달라야 한다.
  2. 당량점에서의 전위와 지시약의 표준환원전위(E°)가 비슷한 것을 사용해야 한다.
  3. 변색범위는 주로 이다.
  4. 지시약은 주로 이중 결합들이 콘주게이션(conjugated)된 유기물이다.
(정답률: 82%)
  • "변색범위는 주로 이다."라는 설명이 틀린 것이다. 실제로는 변색범위는 지시약에 따라 다양하며, 이중 결합들이 콘주게이션된 유기물이 주로 사용된다는 것이 일반적이다.
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31. 일정온도에서 1.0mol의 SO3을 1.0L 반응용기에 담았다. 반응이 평형에 도달하여 다음과 같은 평형을 유지할 때, SO2의 mol 수가 0.60mol로 측정되었다. 평형상수 값은 얼마인가?

  1. 0.36
  2. 0.45
  3. 0.54
  4. 0.68
(정답률: 59%)
  • 주어진 화학반응식은 다음과 같다.

    2SO3 (g) ⇌ 2SO2 (g) + O2 (g)

    평형상수 Kc는 다음과 같이 정의된다.

    Kc = [SO2]2[O2]/[SO3]2

    주어진 문제에서 SO2의 몰 수가 0.60mol이므로 [SO2] = 0.60mol/L 이다.

    따라서,

    Kc = [SO2]2[O2]/[SO3]2 = (0.60)2/[(1.0-0.60)/2]2 = 0.68

    따라서, 정답은 "0.68"이다.
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32. 0.1M의 Fe2+ 50mL를 0.1M의 Tl3+로 적정한다. 반응식과 각각의 표준환원전위가 다음과 같을 때 당량점에서 전위(V)는 얼마인가?

  1. 0.94
  2. 1.02
  3. 1.11
  4. 1.20
(정답률: 55%)
  • 반응식은 다음과 같다.

    Fe2+ + 2e- → Fe(s) (E0 = -0.44V)

    Tl3+ + e- → Tl2+ (E0 = 0.80V)

    두 이온의 표준환원전위 차이는 1.24V이다.

    적정시에는 Fe2+ 이 산화되어 Fe(s)가 생성되고, Tl3+가 환원되어 Tl2+가 생성된다. 이때 적정전위는 0V이다.

    따라서, 적정시에는 1.24V의 전위차가 발생하므로, 당량점에서의 전위는 1.24V/2 = 0.62V이다.

    하지만, 이는 표준환원전위이므로, 실제 적정에서는 전극의 임피던스나 불순물 등의 영향으로 인해 전위가 조금 더 높아질 수 있다.

    따라서, 정답은 "1.11"이다.
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33. 일반적으로 널리 사용되는 산화제인 MnO4-는 산성조건에서 (1)과 같은 환원 반쪽반응이을 하며 이때 Fe3+의 환원반쪽 반응은 (2)와 같다. 두 반응이 결합하여 산화-환원반응이 일어난다면 정확한 산화-환원반응식은?

  1. MnO4-+Fe2++H+↔Mn2++Fe3+H2O
  2. MnO4-+3Fe2++4H+↔Mn2++3Fe3++2H2O
  3. MnO4-+5Fe2++8H+↔Mn2++5Fe3++4H2O
  4. MnO4-+5Fe2++8H+↔Mn2++5Fe2++4H2O
(정답률: 32%)
  • 주어진 반응식에서 MnO4-는 환원되고 Fe2+는 산화된다. 따라서 MnO4-의 환원 반쪽반응과 Fe3+의 산화 반쪽반응을 결합하면 전체 산화-환원반응식을 구할 수 있다.

    (1) MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O (환원 반쪽반응)

    (2) Fe3+ + e- → Fe2+ (산화 반쪽반응)

    (1)에서 MnO4-가 5개의 전자를 받아서 Mn2+로 환원되고, Fe2+가 1개의 전자를 잃어서 Fe3+이 된다. 이때 전자는 MnO4-에서 Fe2+로 이동하므로 전자의 수는 같다. 따라서 전체 산화-환원반응식은 다음과 같다.

    MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
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34. 전지의 두 전극에서 반응이 자발적으로 진행되려는 경향을 갖고 있어 외부 도체를 통하여 산화전극에서 환원전극으로 전자가 흐르는 전지 즉, 자발적인 화학반응으로부터 전기를 발생시키는 전지를 무슨 전지라 하는가?

  1. 전해 전지
  2. 표준 전지
  3. 자발 전지
  4. 갈바니 전지
(정답률: 91%)
  • 갈바니 전지는 자발적인 화학반응으로부터 전기를 발생시키는 전지이기 때문에 정답인 "자발 전지"가 맞습니다.
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35. 0.05M Fe2+ 100mL를 0.1M Ce4+로 적정하며, Pt전극과 Caloml 전극(SCE)을 이용하여 전위차를 측정하였다. 당량점에서의 두 전극의 전위차는?

  1. 0.69V
  2. 0.99V
  3. 1.23V
  4. 1.47V
(정답률: 44%)
  • Fe2+ + Ce4+ → Fe3+ + Ce3+

    이 적정반응에서 Fe2+와 Ce4+의 몰비는 1:2 이므로, Ce4+의 사용 몰수는 0.05 × 2 = 0.1 mol 이다.

    따라서, 적정시 사용된 Ce4+의 몰수는 0.1 mol 이고, 이것이 전부 Fe2+와 반응하여 Ce3+이 된다면, Fe2+의 몰수는 0.05 mol 이 된다.

    이때, 적정시 전위차는 0.99V 이므로, 이것은 Fe2+와 Ce4+의 전극 반응에서 발생한 전위차이다.

    따라서, 정답은 "0.99V" 이다.
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36. 아세트산(CH3COOH)은 약한 산으로, 산해리상수(K3)값은 다음과 같은 평형식에서 구할 수 있다. CH3COOH↔CH3COO-+H+ K3값을 나타내는 화학편형식으로 옳은 것은?

(정답률: 93%)
  • 옳은 화학편형식은 ""이다. 이유는 CH3COOH이 약한 산이므로, CH3COO-와 H+의 농도가 매우 작아서, 이들의 곱이 K3값보다 작아지기 때문이다. 따라서, CH3COOH↔CH3COO-+H+의 화학편형식에서는 CH3COOH의 농도를 생략하고, CH3COO-와 H+의 농도만을 고려하여 K3값을 나타내는 것이 옳다.
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37. 은이온은 트리에틸렌테트라아민과 안정한 1:1 착화합물을 형성한다. 0.01M 질산은 용액 20mL를 0.05M 트리에틸렌테트라아민 용액 10mL에 가했을 때, 평형상태에서 은이온농도는 얼마인가? (단, 착화합물 생성반응에 대한 형성상수(Kf)는 5.0×107이다.)

  1. 1.34×10-10
  2. 1.34×10-9
  3. 1.34×10-8
  4. 1.34×10-7
(정답률: 35%)
  • 트리에틸렌테트라아민과 은이온은 1:1로 착화합물을 형성하므로, 트리에틸렌테트라아민 용액 10mL에는 0.05M의 트리에틸렌테트라아민과 0.05M의 은이온이 포함되어 있다. 따라서 은이온의 몰농도는 0.05M이다.

    그러나 질산 용액을 추가하면 은이온과 질산이 반응하여 착화합물을 형성하게 된다. 이때 생성된 착화합물의 농도는 Kf와 은이온의 농도의 곱으로 나타낼 수 있다. 따라서 착화합물의 농도는 5.0×107 × 0.01M = 5.0×10-6M 이다.

    이제 착화합물과 트리에틸렌테트라아민의 농도를 합하여 은이온의 총 농도를 구할 수 있다. 따라서 은이온의 총 농도는 0.05M + 5.0×10-6M = 0.050005M 이다.

    하지만 이 문제에서는 은이온의 농도를 소수점 아래 2자리까지 구하라고 했으므로, 최종적으로 은이온의 농도는 1.34×10-8M 이다.
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38. EDTA 적정에 사용되는 xylenol orange와 같은 금속이온 지시약의 일반적인 특징이 아닌 것은?

  1. pH에 따라 색이 다소 변한다.
  2. 산화-환원제로서 전위(potential)에 따라 색이 다르다.
  3. 지시약은 EDTA 보다 약하게 금속과 결합해야만 한다.
  4. 금속이온과 결합하면 색깔이 변해야 한다.
(정답률: 68%)
  • xylenol orange은 산화-환원제로서 전위(potential)에 따라 색이 다르기 때문에 일반적인 금속이온 지시약과는 다릅니다. 즉, 금속이온의 산화-환원 상태에 따라 색이 변화하며, 이는 적정 시에 금속이온의 농도를 정확하게 측정할 수 있도록 도와줍니다.
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39. 0.05M 용액 50mL를 제조하는데 몇 g의 AgNO3가 필요한가? (단, AgNO2:169.9g/mol이다.)

  1. 0.425g
  2. 4.25g
  3. 0.17g
  4. 1.7g
(정답률: 80%)
  • 0.05M 용액이란 1L의 용액에 0.05mol의 용질이 녹아있다는 뜻이다. 따라서 50mL(0.05L)의 용액에는 0.05 x 0.05 = 0.0025mol의 AgNO3이 필요하다.

    AgNO3의 몰질량은 169.9g/mol이므로, 0.0025mol의 AgNO3은 0.0025 x 169.9 = 0.42475g이다. 따라서 정답은 "0.425g"이다.
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40. 다음 화학 반응의 E°값은 어떻게 표현되는가? Cd(s)+2Ag+↔Cd2++Ag(s) (단, 한쪽 반응식과 그에 따른 표준환원 전위(E°)는 다음과 같다.)

  1. 0.799-0.402
  2. 0.799+0.402
  3. 0.799×2+0.402
  4. 0.799×2-0.402
(정답률: 75%)
  • E°값은 표준환원전위로, 반응이 진행될 때 발생하는 전위차이를 나타내는 값입니다. 이 문제에서는 Cd(s)가 Cd2+로 환원되고, Ag+가 Ag로 산화되는 반응이 일어납니다. 이 반응의 전체 E°값은 각 반응의 E°값을 더한 값과 같습니다. 따라서, Cd(s) → Cd2+ 반응의 E°값인 -0.402와 Ag+ → Ag 반응의 E°값인 0.799를 더한 값인 0.799+0.402가 정답입니다.
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3과목: 기기분석I

41. 비불꽃 원자화 장치인 흑연로 원자화 분광 분석법의 장점이 아닌 것은?

  1. 분석비용이 싸고 분석시간이 짧다.
  2. 원자화 효율이 좋아 강도가 높다.
  3. 제한된 적은 시료를 분석할 수 있다.
  4. 유기물 시료를 전처리 과정 없이 분석할 수 있다.
(정답률: 52%)
  • 분석비용이 싸고 분석시간이 짧은 것은 흑연로 원자화 분석법이 적은 양의 시료를 빠르게 분석할 수 있기 때문이다. 이는 분석 시간과 분석 장비의 비용을 줄여줌으로써 분석 비용을 절감할 수 있게 해준다.
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42. 분석기기 측정과정에서 정보를 전기적양으로 코드화하는 방식이 아닌 것은?

  1. 아날로그 영역
  2. 파수 영역
  3. 티지털 영역
  4. 시간 영역
(정답률: 60%)
  • 정답은 "파수 영역"입니다. 파수 영역은 주파수 영역으로, 신호의 주파수 성분을 분석하는 영역입니다. 따라서 정보를 전기적으로 코드화하는 방식이 아니라 주파수 성분을 분석하는 방식입니다. 반면, 아날로그 영역은 연속적인 전압 신호를 사용하고, 디지털 영역은 이산적인 0과 1의 신호를 사용합니다. 시간 영역은 시간에 따른 신호의 변화를 분석하는 영역입니다.
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43. 모든 종류의 분석방법은 측정된 분석신호화 분석농도를 연관 짓는 과정으로 검정이 필요하다. 일반적으로 사용되는 방법과 이에 대한 설명을 연결한 것 중 잘못된 것은?

  1. 검정곡선-정확한 농도의 분석물을 포함하고 있는 몇 개의 표준용액을 넣고 검정곡선을 얻어 사용한다.
  2. 표준물 첨가법-매트릭스 효과가 있을 가능성이 상당히 있는 복잡한 시료분석에 특히 유용하다.
  3. 내부표준물법-모든 시료, 바탕용액과 검정표준물에 일정량의 내부 표준물을 첨가하는 방식이다.
  4. 표준물 첨가법-대부분 형태의 표준물 첨가법에서 시료 매트릭스는 각 표준물을 첨가한 후에 변화한다
(정답률: 73%)
  • 정답: "표준물 첨가법-대부분 형태의 표준물 첨가법에서 시료 매트릭스는 각 표준물을 첨가한 후에 변화한다."

    해설: 표준물 첨가법에서는 시료에 표준물을 첨가하여 시료 매트릭스의 효과를 보정하는 방법이다. 따라서 시료 매트릭스는 표준물을 첨가하기 전과 후에 변화하지 않는다.
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44. 250nm에서 A시료의 자외선 분광분석을 하고자 한다. 이 때 다음 용매 중 가장 부적합한 것은? (단, 모든 용매는 A에 대한 충분한 용해도를 갖고 있음)

  1. 메탄올
  2. 벤젠
  3. 에탄올
(정답률: 69%)
  • 벤젠은 자외선 영역에서 흡수되는 파장대를 가지고 있지 않기 때문에 부적합한 용매입니다. 따라서 250nm에서의 자외선 분광분석에는 사용할 수 없습니다.
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45. 다음 중 선 광선(line sources)에 해당하는 것은?

  1. Nernst 백열등
  2. 니크롬 선
  3. 글로바
  4. 속빈 음극등
(정답률: 57%)
  • 선 광선(line sources)은 하나의 방향으로 직선적으로 발산하는 광원을 말한다. 이 중에서 속빈 음극등은 전기를 통해 발광하는 광원으로, 길이가 길고 얇은 금속 선을 사용하여 전류가 흐르면서 발광한다. 따라서 속빈 음극등은 선 광선(line sources)에 해당한다.
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46. 원자분광법에서 고체 시료를 원자화하기 위해 도입하는 방법은?

  1. 기체 분무기
  2. 글로우 방전
  3. 초음파 분무기
  4. 수소화물 생성법
(정답률: 76%)
  • 고체 시료를 원자화하기 위해서는 높은 온도와 에너지가 필요합니다. 이를 위해 글로우 방전을 도입합니다. 글로우 방전은 고전압을 가한 기체를 이용하여 전기를 유발하여 플라즈마를 발생시키는 방법입니다. 이 플라즈마는 고체 시료를 원자화시키는데 필요한 높은 온도와 에너지를 제공합니다. 따라서 글로우 방전은 고체 시료를 원자화하는 데 가장 효과적인 방법 중 하나입니다.
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47. 다음 [보기]에서 설명하는 적외선 광원은?

  1. Nernst 백열등
  2. 텅스텐 필라멘트등
  3. Globar 광원
  4. 수은아크등
(정답률: 62%)
  • 보기에서 설명하는 적외선 광원은 Nernst 백열등이다. 이는 텅스텐 필라멘트등과 같이 전기를 통해 가열된 광원으로, 높은 온도에서 적외선을 방출한다. 이 광원은 분광분석기나 적외선 분광기 등에서 적외선을 이용한 분석에 사용된다.
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48. 원자흡수분광법(AAS)에서 주로 사용되는 연료가스는 천연가스, 수소, 아세틸렌이다. 또한 산화제로서 공기, 산소, 산화이질소가 사용된다. 가장 높은 불꽃온도를 내는 연료가스와 산화제의 조합은?

  1. 천연가스-공기
  2. 수소-산소
  3. 아세틸렌-산화이질소
  4. 아세틸렌-산소
(정답률: 74%)
  • 아세틸렌과 산소의 조합이 가장 높은 불꽃온도를 내는 이유는 아세틸렌이 연소할 때 생성되는 열과 산소와의 화학반응으로 생성되는 열이 상대적으로 많기 때문이다. 이로 인해 불꽃이 더욱 강하고 뜨거워지며, 이는 AAS에서 샘플의 원자를 증발시키고 원자흡수를 측정하는 데에 필요한 높은 온도를 제공한다.
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49. FT-IR 기기와 관련 없는 장치는?

  1. 광원장치
  2. 단색화장치
  3. 빛살분할기
  4. 갑섭계
(정답률: 72%)
  • FT-IR 기기는 분석을 위해 적외선 스펙트럼을 측정하는데 사용되는데, 이때 측정된 스펙트럼을 분석하기 위해서는 단색화장치가 필요합니다. 단색화장치는 적외선 스펙트럼을 단색으로 분리하여 측정하는 장치로, FT-IR 기기와 밀접한 관련이 있습니다. 반면에 광원장치는 적외선 스펙트럼을 발생시키는데 사용되는 장치이고, 빛살분할기는 적외선 스펙트럼을 분할하여 측정하는데 사용되는 장치입니다. 갑섭계는 적외선 스펙트럼 측정에 사용되는 장비 중 하나이지만, FT-IR 기기와는 직접적인 관련이 없습니다.
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50. 분산형기기와 비교한 푸리에변환 분광법의 장점에 대한 설명이 아닌 것은?

  1. 주어진 분리능에서 신호대 잡음비를 개선시킨다.
  2. 전체 간섭도를 빠른 시간 내에 기록하고 저장할 수 있다.
  3. 투광도의 측정 시 정확도가 아주 높다.
  4. 거의 일정한 스펙트럼을 얻을 수 있다.
(정답률: 52%)
  • 푸리에변환 분광법은 분산형기기와 비교하여 투광도의 측정 시 정확도가 아주 높다는 장점이 있지만, 이에 대한 설명이 아닌 것은 "주어진 분리능에서 신호대 잡음비를 개선시킨다." 이다.

    투광도의 측정 시 정확도가 높은 이유는 푸리에변환 분광법이 빛의 파장을 분해하여 각 파장별로 측정하기 때문이다. 이를 통해 각 파장에서의 흡광도를 정확하게 측정할 수 있으며, 이는 화학물질의 특성을 파악하는 데 매우 중요하다.
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51. 나트륨은 589.0nm와 589.6nm에서 강한 스펙트럼(선)을 나타낸다. 두 선을 구분하기 위해 필요한 분해능은?

  1. 0.6
  2. 491.2
  3. 589.3
  4. 982.2
(정답률: 79%)
  • 두 선의 파장 차이는 589.6nm - 589.0nm = 0.6nm 이다. 따라서 이 두 선을 구분하기 위해서는 분해능이 0.6nm 이하이어야 한다. 이때, 분해능은 파장 차이를 최소 분해능으로 나눈 값으로 계산된다. 최소 분해능은 스펙트럼 분석 장비의 성능에 따라 다르지만, 일반적으로 1500-2000 정도이다. 따라서, 0.6nm를 1500으로 나눈 값인 0.4nm가 최소 분해능이 되며, 이를 파장 차이인 0.6nm으로 나눈 값인 0.4nm / 0.6nm = 0.67이 분해능이 된다. 이 값은 보기 중에서 "982.2"와 가장 가깝기 때문에 정답은 "982.2"이다.
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52. 형광과 인광에 영향을 주는 변수로서 가장 거리가 먼 것은?

  1. pH
  2. 온도
  3. 압력
  4. 분자구조
(정답률: 68%)
  • 압력은 형광과 인광에 영향을 주는 변수 중에서 가장 거리가 먼 것입니다. 이는 형광과 인광이 물질의 분자 구조와 상호작용하여 발생하는데, 압력은 이와는 직접적인 연관성이 없기 때문입니다. pH와 온도는 물질의 분자 구조와 밀접한 관련이 있으며, 이에 따라 형광과 인광에 영향을 미칩니다.
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53. 적외선(IR) 흡수분광법에서의 진동 짝지음에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 두 신축진동에서 두 원자가 각각 단독으로 존재할 때 신축진동사이엔 센 짝지음이 일어난다.
  2. 짝지음 진동들이 각각 대략 같은 에너지를 가질 때 상호작용은 거의 일어나지 않는다.
  3. 두 개 이상의 결합에 의해 떨어져 진동할 때 상호작용은 거의 일어나지 않는다.
  4. 짝지음은 같은 대칭성 화학종에서 진동할 때 일어난다.
(정답률: 66%)
  • "두 신축진동에서 두 원자가 각각 단독으로 존재할 때 신축진동사이엔 센 짝지음이 일어난다."라는 설명은 틀린 설명입니다. 실제로는 짝지음은 같은 대칭성 화학종에서 진동할 때 일어납니다. 이는 짝지음 진동들이 각각 대략 같은 에너지를 가질 때 상호작용이 일어나지 않기 때문입니다. 또한, 두 개 이상의 결합에 의해 떨어져 진동할 때도 상호작용이 거의 일어나지 않습니다.
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54. 다음 그림은 무엇을 측정하기 위한 장치의 개요도인가?

  1. 형광
  2. 화학발광
  3. 인광
  4. 라만 산란광
(정답률: 63%)
  • 이 그림은 인광 분광기의 개요도이다. 이 장치는 물질이 빛을 받았을 때 발생하는 인광을 측정하여 물질의 성질을 분석하는데 사용된다. 따라서 정답은 "인광"이다.
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55. n→π 전이의 경우 흡수 봉우리는 용매의 극성 증가에 따라 파장이 어느 쪽으로 하는지와 이동의 명칭을 옳게 나타낸 것은?

  1. 짧은 파장 쪽, 적색 이동
  2. 짧은 파장 쪽, 청색 이동
  3. 긴 파장 쪽, 적색 이동
  4. 긴 파장 쪽, 청색 이동
(정답률: 60%)
  • 정답은 "짧은 파장 쪽, 청색 이동" 입니다.

    n→π 전이는 분자 내부에서 일어나는 전자의 이동으로 인한 현상입니다. 이때 전자는 π 전자궤도에서 n 전자궤도로 이동하면서 에너지를 방출합니다. 이 방출된 에너지는 분자 내부의 진동모드에 의해 흡수되어 흡수 봉우리가 나타납니다.

    이때 흡수 봉우리의 파장은 용매의 극성에 따라 달라집니다. 극성이 증가할수록 흡수 봉우리의 파장은 짧아지며, 이를 "짧은 파장 쪽" 이동이라고 합니다. 또한, 파장이 짧아지면서 색상은 청색에 가까워지게 됩니다. 이를 "청색 이동"이라고 합니다.
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56. 에틸알코올(C2H6O)의 1H-핵자기공명 스펙트럼에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 화학적 이동에 의하여 세 곳에서 양성자 봉우리가 나타난다.
  2. 고분해능 NMR로 분석시 TMS 기준점에서 가장 가까이 나타나는 소수의 봉우리는 넷으로 갈라진다.
  3. 알코올의 OH 수소원자를 중수소로 치환하면 스펙트럼에서 OH에 해당되는 봉우리가 사라진다.
  4. 300MHz 분석 장비를 사용하면 60MHz 분석장비를 사용하였을 때보다 더 명확히 스핀-스핀 칼라짐을 관찰할 수 있다.
(정답률: 62%)
  • "고분해능 NMR로 분석시 TMS 기준점에서 가장 가까이 나타나는 소수의 봉우리는 넷으로 갈라진다."가 틀린 설명입니다. 에틸알코올의 1H-핵자기공명 스펙트럼에서는 화학적 이동에 의하여 세 곳에서 양성자 봉우리가 나타납니다. 이유는 에틸알코올 분자 내부에서는 메틸기(-CH3)와 메틸기에 결합된 수소원자(-CH2-) 그리고 알코올기(-OH)에 결합된 수소원자가 서로 다른 환경에서 서로 다른 화학적 이동을 하기 때문입니다. 따라서, 스펙트럼에서는 이 세 곳에서 각각 양성자 봉우리가 나타납니다.

    고분해능 NMR로 분석시 TMS 기준점에서 가장 가까이 나타나는 소수의 봉우리는 넷으로 갈라지는 것은, 일반적으로 알칼리금속의 에틸화물 등과 같이, 에틸기(-C2H5)에 결합된 수소원자들이 네 개의 서로 다른 환경에서 서로 다른 화학적 이동을 하기 때문입니다.

    알코올의 OH 수소원자를 중수소로 치환하면 스펙트럼에서 OH에 해당되는 봉우리가 사라지는 것은 맞습니다. OH 수소원자는 화학적으로 민감한데, 이는 수소결합을 통해 다른 분자와 상호작용하기 때문입니다. 따라서, OH 수소원자가 중수소로 치환되면 이러한 수소결합이 사라지기 때문에 스펙트럼에서 OH에 해당되는 봉우리가 사라지게 됩니다.

    300MHz 분석 장비를 사용하면 60MHz 분석장비를 사용하였을 때보다 더 명확히 스핀-스핀 칼라짐을 관찰할 수 있다는 것은 맞습니다. 이는 분석 장비의 해상도가 높아질수록 스펙트럼에서 더 자세한 정보를 얻을 수 있기 때문입니다. 스핀-스핀 칼라짐은 분자 내부에서 서로 다른 수소원자들 간의 상호작용을 나타내는데, 이러한 상호작용이 더 자세하게 관찰될수록 분자 구조에 대한 정보를 더 많이 얻을 수 있습니다.
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57. 자외선 분광법에서 흡수 봉우리의 차장이 가장 짧을 것으로 예측되는 분자는?

  1. 1.3-butadiene
  2. 1.4-pentadiene
  3. 1.3.5-hexatriene
  4. 1.3.5.7-octatetraene
(정답률: 48%)
  • 자외선 분광법에서 흡수 봉우리의 차장은 분자 내에서 흡수하는 전자의 이동 거리에 의해 결정됩니다. 이동 거리가 짧을수록 더 높은 에너지의 자외선을 흡수할 수 있기 때문에 흡수 봉우리의 차장이 가장 짧은 분자가 선택됩니다.

    따라서, 1.4-pentadiene이 가장 짧은 흡수 봉우리를 가지는 이유는 분자 내에서 전자의 이동 거리가 가장 짧기 때문입니다. 1.3-butadiene은 1.4-pentadiene보다 분자 내에서 전자의 이동 거리가 더 길기 때문에 흡수 봉우리의 차장이 더 길어집니다. 1.3.5-hexatriene과 1.3.5.7-octatetraene은 더 긴 분자 구조를 가지기 때문에 전자의 이동 거리가 더 길어져 흡수 봉우리의 차장이 더 길어집니다.
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58. 텅스텐관구와 LiF 분광결정(d=2.01Å)을 썼을 때 어떤 순금속의 예민한 X-선 스펙트럼이 2θ=69.36°에서 관측되었다. 형광 X-선의 파장은?

  1. 1.978Å
  2. 2.153Å
  3. 2.287Å
  4. 3.762Å
(정답률: 64%)
  • 형광 X-선의 파장은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    λ = 2dsinθ

    여기서 d는 LiF 분광결정의 격자상수이다. 따라서,

    λ = 2.01Å × sin(69.36°) ≈ 2.287Å

    따라서, 정답은 "2.287Å"이다.
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59. 초점거리(F)가 0.50m인 단색화장치(monochromator)안에 1mm당 2000개의 홈(blase)이 새겨진 회절발(echellettegrating)이 설치되어 있다. 이 단색화장치의 1차(first-order) 스펙트럼에 대한 역선분산능(reciprocal linear dispersion:D-1)의 값은?

  1. 1.0nm/mm
  2. 100nm/mm
  3. 1.0×103nm/mm
  4. 1.0×106nm/mm
(정답률: 40%)
  • 역선분산능은 파장당 거리의 역수로 정의된다. 따라서, 역선분산능(D-1)은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    D-1 = F/N

    여기서 F는 초점거리, N은 회절발의 홈 수이다. 따라서,

    D-1 = 0.50m/2000 = 0.00025m/홈

    이제 이 값을 나노미터/미리미터(nm/mm)로 변환하면,

    D-1 = 0.25μm/홈 × 103nm/μm × 1홈/1mm = 0.25nm/mm

    따라서, 정답은 "1.0nm/mm"이 아니라 "0.25nm/mm"이다.
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60. 기기분석법에서 신호-대-잡음비를 개선하기 위하여 하드웨어와 소프트웨어 방법을 이용할 수 있는데 잡음을 줄이는 하드웨어 장치로 이용되는 방법이 아닌 것은?

  1. Fourier 변환기
  2. 아날로그 필터
  3. 변조기
  4. 동시화복조기
(정답률: 52%)
  • Fourier 변환기는 신호의 주파수 성분을 분석하는데 사용되는 소프트웨어 방법이며, 하드웨어 장치가 아닙니다. 따라서 이 문제에서는 하드웨어 방법으로 잡음을 줄이는 것을 묻고 있으므로, Fourier 변환기는 정답이 아닙니다.
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4과목: 기기분석II

61. 카드뮴전극이 1.0M Cd2+(반쪽전위 E°=-0.40V)용액에 담겨진 반쪽전위의 전위는 얼마인가?

  1. -0.2V
  2. -0.4V
  3. -2.0V
  4. -4.0V
(정답률: 79%)
  • 카드뮴전극의 전위는 E°=-0.40V이므로, 1.0M Cd2+ 용액에서 카드뮴전극의 반쪽전위의 전위는 -0.40V이다. 따라서 정답은 "-0.4V"이다.

    이유는 카드뮴전극의 반쪽전위는 전극과 용액 사이의 전위차이므로, 전극과 용액 사이의 전위차를 나타내는 표준규격전위 E°와 용액의 농도에 따라 결정된다. 따라서, 같은 용액에서 전극의 농도가 변하지 않는 한, 전극의 반쪽전위의 전위는 항상 E°와 같다.
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62. 질량분석스펙트럼에서 동위원소 봉우리가 가장 큰 것은?

  1. 에탄
  2. 에탄올
  3. 아세톤
  4. 염화에틸
(정답률: 62%)
  • 동위원소 봉우리가 가장 큰 것은 분자 내에 더 많은 중성자를 가지고 있는 동위원소가 더 높은 상대적 질량을 가지기 때문이다. 따라서, 염화에틸(CH3CH2Cl)은 다른 보기들보다 더 많은 중성자를 가지고 있기 때문에 동위원소 봉우리가 가장 크다.
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63. 길어야 30cm인 크로마토그래피의 분리관에 의하여 혼합물 시료로부터 성분 A를 분리하였다. 분리된 성분 A의 머무름 시간은 12분 이었으며, 분리된 봉우리 밑변의 나비가 2.4분 이었다면 단 높이는 얼마인가?

  1. 7.5×10-2cm
  2. 14×10-2cm
  3. 2.5cm
  4. 12.5cm
(정답률: 73%)
  • 크로마토그래피에서 머무름 시간은 성분이 분리되어 나오는 시간을 의미한다. 분리된 성분 A의 머무름 시간이 12분이므로, 성분 A는 분리관 상에서 12cm 지점에 위치한다. 봉우리 밑변의 나비가 2.4분이므로, 봉우리의 밑변 길이는 2.4cm이다. 이때, 봉우리의 넓이는 성분 A의 양과 비례하므로, 다른 조건이 주어지지 않았다면 봉우리의 넓이는 상수이다. 따라서, 높이가 얼마인지 구하기 위해서는 봉우리의 넓이를 구해야 한다.

    봉우리의 넓이는 밑변과 높이의 곱의 반으로 구할 수 있다. 따라서, 봉우리의 넓이는 (2.4/2) × (30-12) = 9.6cm2이다. 이제, 높이를 구하기 위해 밑변과 넓이를 알고 있으므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    높이 = (2 × 넓이) / 밑변 = (2 × 9.6) / 2.4 = 8cm

    하지만, 문제에서 단위를 cm로 주지 않았으므로, 단위를 맞추기 위해 지수 표기법을 사용한다. 따라서, 답은 8cm = 8 × 10-2m = 8 × 10-2cm = 7.5 × 10-2cm 이다. 따라서, 정답은 "7.5×10-2cm"이다.
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64. 유리전극에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 이온 선택성 전극의 한 종류이다.
  2. 수소이온에 선택적으로 감응하는 특성이 있다.
  3. 복합전극은 두 개의 기준전극이 필요하다.
  4. 선택계수가 클수록 성능이 우수한 전극이다.
(정답률: 58%)
  • 선택계수가 클수록 성능이 우수한 전극이라는 설명이 틀립니다. 선택계수는 전극이 특정 이온에 대해 다른 이온보다 얼마나 더 선택적으로 반응하는지를 나타내는 지표입니다. 따라서 선택계수가 높을수록 해당 이온에 대한 선택성이 높아지지만, 이는 항상 전극의 성능이 우수하다는 것을 의미하지는 않습니다. 다른 요인들도 전극의 성능에 영향을 미치기 때문입니다.
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65. 역상 액체크로마토그래피에서 가장 먼저 용리되어 나오는 성분은?

  1. 벤젠
  2. n-헥산올
  3. 톨루엔
  4. n-헥산
(정답률: 71%)
  • 역상 액체크로마토그래피에서는 정상상태와 반대로 정적인 상태에서 샘플을 분리하므로, 분자 크기가 작은 성분이 먼저 용리됩니다. 따라서 n-헥산올이 벤젠, 톨루엔, n-헥산보다 분자 크기가 작기 때문에 가장 먼저 용리되어 나오게 됩니다.
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66. 질량분석기에서 사용되는 시료도입장치가 아닌 것은?

  1. 직접 도입장치
  2. 배치식 도입장치
  3. 펠렛식 도입장치
  4. 크로마토그래피 도입장치
(정답률: 70%)
  • 질량분석기에서는 시료를 분석하기 전에 도입장치를 통해 시료를 적절한 형태로 변환해야 합니다. 직접 도입장치는 시료를 직접 넣는 방식이고, 배치식 도입장치는 여러 개의 시료를 한 번에 처리할 수 있는 방식입니다. 크로마토그래피 도입장치는 분리된 시료를 질량분석기로 이송하는 방식입니다. 하지만 펠렛식 도입장치는 시료를 고체 형태로 압축하여 도입하는 방식으로, 질량분석기에서는 사용되지 않습니다.
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67. 가스 크로마토그래피의 전개 가스의 유속이 20mL/min이고 기록지의 속도가 5cm/min이고 봉우리 꼭지점까지의 길이가 30cm일 때 머무름 부피는?

  1. 100mL
  2. 120mL
  3. 140mL
  4. 160mL
(정답률: 82%)
  • 머무름 부피는 전개 가스의 유속과 기록지의 속도, 그리고 봉우리 꼭지점까지의 길이에 따라 결정된다. 따라서, 머무름 부피는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    머무름 부피 = 전개 가스의 유속 × 기록지의 속도 × 봉우리 꼭지점까지의 길이

    먼저, 전개 가스의 유속은 20mL/min이다. 기록지의 속도는 5cm/min이므로, 이를 mL/min으로 변환하면 0.5mL/min이 된다. 봉우리 꼭지점까지의 길이는 30cm이다.

    따라서, 머무름 부피 = 20mL/min × 0.5mL/min × 30cm = 300mL 이다. 하지만, 이 값은 전체 부피이므로, 봉우리가 지나가는 동안의 부피를 구하기 위해서는 이 값을 2로 나눠주어야 한다. 따라서, 실제 머무름 부피는 150mL이 된다.

    하지만, 이 문제에서는 보기에서 주어진 값 중에서 선택해야 하므로, 가장 가까운 값인 "120mL"을 선택하면 된다.
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68. 기체크로마토그래피와 검출기 중 불꽃이온화검출기(FID)가. 가장 유용하게 사용될 수 있는 경우는?

  1. 자연수 중의 유기물질 오염도 측정 시
  2. 유기농 채소 속의 물의 함량 측정 시
  3. 공기 중 이산화탄소의 함량 측정 시
  4. 자동차 배기가스 중 SO2의 함량 측정 시
(정답률: 64%)
  • 불꽃이온화검출기(FID)는 유기화합물을 검출하는 데 특화된 검출기로, 유기물질 오염도 측정에 가장 유용하게 사용될 수 있습니다. 따라서 자연수 중의 유기물질 오염도를 측정할 때 FID를 사용할 수 있습니다. FID는 유기화합물이 존재할 경우 불꽃을 발생시키고, 이를 측정하여 유기물질의 양을 파악할 수 있습니다. 다른 보기들은 FID보다 다른 검출기가 더 유용하게 사용될 수 있는 경우입니다.
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69. 전도도법을 이용하여 염산을 수산화나트륨으로 적정하고자 한다. 전도도의 변화를 적정곡선으로 바르게 나타낸 것은?

  1. 전도도는 감소하다가 종말점 이후에는 증가한다.
  2. 전도도는 증가하다가 종말좀 이후에는 감소한다.
  3. 전도도는 감소하다가 종말점 이후에는 일정하게 유지된다.
  4. 전도도는 증가하다가 종말점 이후에는 일정하게 유지된다.
(정답률: 76%)
  • 정답: "전도도는 감소하다가 종말점 이후에는 증가한다."

    이유: 적정시작 전에는 염산과 수산화나트륨이 혼합되어 있으므로 이 용액의 전도도는 높다. 그러나 적정이 진행되면서 수산화나트륨이 염산을 중화시키면서 염화나트륨과 물로 변하게 된다. 이때 염화나트륨과 물의 전도도는 염산과 수산화나트륨보다 낮기 때문에 전도도는 감소한다. 그러나 종말점 이후에는 수산화나트륨이 과잉으로 첨가되면서 용액의 전도도가 다시 증가하게 된다. 이는 수산화나트륨의 농도가 증가함에 따라 전해질의 이온농도가 증가하기 때문이다.
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70. 전압전류법의 일종인 플라로그래피법에 사용하는 적하수은전극의 장점이 아닌 것은?

  1. 수소의 환원에 대한 과전압이 크다.
  2. 새로운 수은전극표면이 계속 생긴다.
  3. 재현성 있는 평균전류를 얻을 수 있다.
  4. 수은이 쉽게 산화되지 않아서 효과적이다.
(정답률: 84%)
  • 수은이 쉽게 산화되지 않는 것은 플라로그래피법에서 적하수은전극을 사용하는 가장 큰 장점 중 하나입니다. 이는 수은전극 표면에 산화물이 생성되지 않아서 재현성 있는 평균전류를 얻을 수 있고, 새로운 수은전극표면이 계속 생기지 않아도 된다는 것을 의미합니다. 따라서, 수은이 쉽게 산화되지 않는 것은 플라로그래피법에서 적하수은전극을 사용하는 가장 큰 장점 중 하나입니다.
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71. 분자량 10,000 이상의 생체 고분자를 분리하기 위한 가장 적합한 방법은?

  1. 흡착크로마토그래피
  2. 베제크로마토그래피
  3. 분배크로마토그래피
  4. 이온교환크로마토그래피
(정답률: 80%)
  • 분자량 10,000 이상의 생체 고분자는 대부분 크기가 크고 복잡한 구조를 가지고 있어서 분리가 어렵습니다. 이러한 고분자를 분리하기 위해서는 분자 크기나 전하 등의 물리적 특성을 이용한 분리 방법이 적합합니다. 이 중에서도 베제크로마토그래피는 고분자의 크기와 형태에 따라 분리가 가능하며, 분리 과정에서 샘플과 흡착제 간의 상호작용을 이용하여 분리합니다. 따라서 분자량 10,000 이상의 생체 고분자를 분리하기 위해서는 베제크로마토그래피가 가장 적합한 방법입니다.
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72. 질량분석법에서 순수한 시료가 시료도입장치를 통해 이온화실로 도입되어 이온화된다. 분자를 기체상태 이온으로 만들 때 사용하는 장치가 아닌 것은?

  1. 전자충격장치(electron impact source:EI)
  2. 화학적 이온화장치(chemical ionization source:Cl)
  3. 장탈착장치(field desorption:FD)
  4. 이중초점 분석기(couble focusing)
(정답률: 51%)
  • 이중초점 분석기는 이온화를 수행하는 장치가 아니라, 이온화된 분자를 질량분석하는데 사용되는 분석기이다. 따라서 이중초점 분석기는 이온화를 수행하는 장치가 아니다. 반면에 전자충격장치, 화학적 이온화장치, 장탈착장치는 모두 분자를 이온화하는데 사용되는 장치이다.
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73. 기체-고체 크로마토그래피(GSC)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고페표면에 기체물질이 흡착되는 현상을 이용한다.
  2. 분포상수는 보통 GLC의 경우보다 적다.
  3. 기체-액체 컬럼에 머물지 않는 화학종을 분리하는데 유용하다.
  4. 충전 컬럼과 열린관 컬럼 두 가지 모두 사용된다.
(정답률: 79%)
  • 분포상수는 보통 GLC의 경우보다 적다. 이유는 GSC에서는 고체상의 표면적이 작기 때문에 분자가 흡착되는 표면적이 적어지기 때문이다. 따라서 분리능이 낮아지는 단점이 있다.
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74. 전압전류법으로 수용액 중의 무기물질을 정량하고자 할 때, 용존산소를 제거할 필요가 있다. 다음 중 적합한 방법은?

  1. 시료용액의 온도를 높인다.
  2. 불활성기체를 시료용액 속으로 불어 넣는다.
  3. 시료용액의 pH를 낮게 유지된다.
  4. 시료용액을 강하게 저어준다.
(정답률: 70%)
  • 불활성기체를 시료용액 속으로 불어 넣는 것은 용존산소를 제거하기 위한 방법 중 하나이다. 이는 불활성기체가 용액 속의 산소를 대체하여 산소가 전기화학적 반응에 참여하지 못하도록 하기 때문이다. 이렇게 함으로써 전압전류법으로 무기물질을 정량하는 과정에서 용존산소의 영향을 최소화할 수 있다.
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75. 이동상이 액체인 크로마토그래피가 아닌 것은?

  1. 분배 크로마토그래피
  2. 액체-고체 크로마토그래피
  3. 이온교환 크로마토그래피
  4. 확산 크로마토그래피
(정답률: 70%)
  • 확산 크로마토그래피는 샘플을 이동시키는 것이 아니라 샘플 내의 분자들이 확산하는 속도에 따라 분리하는 방법이기 때문에 이동상이 아닙니다. 다른 크로마토그래피 방법들은 샘플을 이동시켜 분리하는 방법입니다.
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76. 시차주사열량법에서 중합체를 측정할 때의 열량변화와 관련이 없는 것은?

  1. 결정화
  2. 산화
  3. 승화
  4. 용융
(정답률: 67%)
  • 시차주사열량법에서 중합체를 측정할 때의 열량변화와 관련이 없는 것은 "승화"이다. 승화는 고체 상태에서 액체 상태로 변화하는 과정으로, 이 과정에서는 열량이 흡수되거나 방출되지 않기 때문에 중합체 측정에 영향을 미치지 않는다. 반면, 결정화, 산화, 용융은 모두 열량 변화를 동반하므로 중합체 측정에 영향을 미칠 수 있다.
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77. HPLC의 검출기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. UV 흡수 검출기는 254nm의 파장만을 사용한다.
  2. 굴절율 검출기는 대부분의 용질에 대해 감응하나 온도에 매우 민감하다.
  3. 형광검출기는 대부분의 화학종에 대해 사용이 가능하나 감도가 낮다.
  4. 모든 HPLC 검출기는 용액의 물리적 변화만을 감응한다.
(정답률: 73%)
  • 굴절율 검출기는 빛의 굴절률 차이를 이용하여 검출하는데, 이 굴절률은 온도에 따라 변화하기 때문에 온도에 매우 민감하다. 따라서 굴절율 검출기를 사용할 때는 온도를 일정하게 유지해야 한다.
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78. 전자충격이온화법(EO)에서 가장 일반적으로 사용하고 있으며 얻어진 스펙트럼에 대해서 상업화된 library search가 가능한 이온화에너지 값은 얼마인가?

  1. 10eV
  2. 30eV
  3. 70eV
  4. 120eV
(정답률: 70%)
  • 전자충격이온화법에서 가장 일반적으로 사용되는 이온화에너지 값은 70eV이다. 이는 대부분의 유기화합물이 이 값에서 충분히 이온화되기 때문이다. 또한, 이 값은 대부분의 상업화된 library search에서 사용되는 값이기도 하다. 10eV나 30eV는 이온화에너지가 너무 낮아서 충분한 이온화가 이루어지지 않을 수 있고, 120eV는 이온화에너지가 너무 높아서 유기화합물의 분해가 일어날 수 있기 때문이다.
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79. 가스크로마토그래피에서 비누거품 유속계를 이용하여 유속을 측정하는 방법을 옳게 설명한 것은?

  1. 비누거품 유속계를 유속제어기 바로 뒤에 연결하여 유속을 측정한다.
  2. 비누거품 유속계를 시료주입기 바로 앞에 연결하여 유속을 측정한다.
  3. 비누거품 유속계를 관 바로 앞에 연결하여 유속을 측정한다.
  4. 비누거품 유속계를 관 바로 뒤에 연결하여 유속을 측정한다.
(정답률: 55%)
  • 정답은 "비누거품 유속계를 관 바로 뒤에 연결하여 유속을 측정한다."입니다. 이유는 가스크로마토그래피에서 시료가 컬럼을 통과하기 전에는 시료주입기 바로 앞에 유속제어기가 위치하고, 컬럼을 통과한 후에는 검출기가 위치하기 때문에, 유속을 측정하기 위해서는 유속제어기 바로 뒤에 비누거품 유속계를 연결해야 합니다.
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80. 분자질량분석법에 사용되는 이온원의 종류 중 가장 큰 에너지의 전자를 이용하는 방법은?

  1. 전자 충격법
  2. 전기분무 이온화법
  3. 빠른 원자 충격법
  4. 열분무 이온화법
(정답률: 62%)
  • 전자 충격법은 분자 내부의 결합을 깨뜨리기 위해 가장 큰 에너지를 가진 전자를 이용하는 방법입니다. 이 방법은 분자 내부의 결합을 깨뜨리기 위해 전자를 충격시켜서 분자를 이온화시키는 방법으로, 분자 내부의 결합을 깨뜨리기 위해서는 충격하는 전자의 에너지가 충분히 커야 합니다. 따라서 가장 큰 에너지를 가진 전자를 이용하는 것이 가장 효과적인 방법입니다.
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