화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2015-09-19)

화학분석기사(구) 2015-09-19 필기 기출문제 해설

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화학분석기사(구)
(2015-09-19 기출문제)

목록

1과목: 일반화학

1. 화학평형에 대한 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 화학평형이란 더 이상의 반응이 없음을 의미한다.
  2. 반응물과 생성물의 양이 같다는 것을 의미한다.
  3. 정반응과 역반응의 속도가 같다는 것을 의미한다.
  4. 정반응과 역반응이 동시에 진행되는 기가역반응이다.
(정답률: 86%)
  • 화학평형은 겉보기에는 반응이 멈춘 것처럼 보이지만, 실제로는 정반응과 역반응이 동일한 속도로 끊임없이 일어나는 동적 평형 상태를 의미합니다.

    오답 노트
    더 이상의 반응이 없음: 반응은 계속 일어나나 속도가 같아 변화가 없는 것임
    반응물과 생성물의 양이 같음: 양이 같은 것이 아니라 농도가 일정하게 유지되는 것임
    기가역반응: 가역반응의 오타이며, 평형은 가역반응의 결과 상태임
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2. 에틸알콜(C2H5OH)의 융해열 4.81kJ/mol이라고 할 때 이 알콜 8.72g을 얼렸을 때의 △H는 약 몇 kJ인가?

  1. +0.9
  2. -0.9
  3. +41.9
  4. -41.9
(정답률: 76%)
  • 물질의 몰수와 융해열을 이용하여 엔탈피 변화량을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = \frac{m}{M.W.} \times \Delta H_{fus}$ (엔탈피 변화 = (질량 / 분자량) × 융해열)
    ② [숫자 대입] $\Delta H = \frac{8.72}{46} \times (-4.81)$
    ③ [최종 결과] $\Delta H = -0.9$
    액체가 고체로 변하는 응고 과정은 발열 반응이므로 엔탈피 변화량은 음수($-$) 값을 가집니다.
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3. 다음 유기화합물의 명명이 잘못된 것은?

  1. CH3CHCICH3:2-chloropropane
  2. CH3-CH(OH)-CH3:2-propanol
  3. CH3-O-CH2CH3:methoxyethane
  4. CH3-CH2-COOH:propanone
(정답률: 74%)
  • 카복실산($-COOH$)을 포함하는 화합물은 주 골격 사슬의 탄소 수에 따라 탄화수소 이름 끝에 $-oic\ acid$를 붙여 명명합니다. $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{COOH}$는 탄소가 3개인 프로판 구조에 카복실기가 붙어 있으므로 propanone이 아니라 propanoic acid로 명명해야 합니다.

    오답 노트
    propanone: 케톤($C=O$) 화합물의 명칭
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4. 아연-구리 전지에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 볼타전지(또는 갈바니전지)의 대표적인 예이다.
  2. 구리이온이 산화되고 아연이 환원된다.
  3. 염다리를 사용한다.
  4. 질량이 증가하는 쪽은 구리전극 쪽이다.
(정답률: 74%)
  • 아연-구리 전지에서 반응성이 큰 아연($Zn$)이 산화되어 전자를 내놓고, 구리 이온($Cu^{2+}$)이 전자를 받아 환원됩니다.
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5. 다음 중 무기화합물에 해당하는 것은?

  1. C6H10
  2. NaHCO3
  3. C12H22O11
  4. CH3NH2
(정답률: 83%)
  • 일반적으로 유기화합물은 탄소(C)를 기본 골격으로 하는 화합물을 의미합니다. $\text{NaHCO}_3$는 탄소를 포함하고 있으나 성질상 무기염류로 분류되는 대표적인 무기화합물입니다.

    오답 노트
    $\text{C}_6\text{H}_{10}$, $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$, $\text{CH}_3\text{NH}_2$: 탄소 골격을 가진 유기화합물임
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6. 16.0M인 H2SO4 용액 8.00mL를 용액의 최종부피가 0.125L가 될 때까지 묽혔다면 묽힌 후 용액의 몰농도는 약 얼마가 되겠는가?

  1. 102M
  2. 10.2M
  3. 1.02M
  4. 0.102M
(정답률: 83%)
  • 용액을 묽힐 때 용질의 몰수는 변하지 않는다는 원리를 이용하여 나중 농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_1 V_1 = M_2 V_2$
    ② [숫자 대입] $16.0 \times 0.008 = M_2 \times 0.125$
    ③ [최종 결과] $M_2 = 1.024$
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7. 3.5몰의 물을 전기분해하면 산소기체(O2) 몇 g이 생성되겠는가?

  1. 16
  2. 32
  3. 56
  4. 64
(정답률: 82%)
  • 물과 산소기체의 계수비가 $2:1$이므로, 물의 몰수를 통해 생성되는 산소의 몰수를 구한 뒤 분자량을 곱해 질량을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\text{질량} = \text{몰수} \times \text{분자량}$
    ② [숫자 대입] $\text{질량} = (3.5 \times \frac{1}{2}) \times 32$
    ③ [최종 결과] $\text{질량} = 56\text{ g}$
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8. 17Cl의 전자배치를 옳게 나타낸 것은?

  1. [Ar]3s23p6
  2. [Ar]3s23p5
  3. [Ne]3s23p6
  4. [Ne]3s23p5
(정답률: 86%)
  • 염소($_{17}Cl$)는 17족 3주기 원소로, 비활성 기체인 네온($_{10}Ne$)의 전자 배치를 기본으로 하여 3주기 궤도에 전자가 채워집니다. 총 17개의 전자를 배치하면 $3s$ 궤도에 2개, $3p$ 궤도에 5개가 들어갑니다.
    따라서 전자 배치는 $[Ne]3s^{2}3p^{5}$가 됩니다.
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9. 주기율표상에서 나트륨(Na)부터 염소(Cl)에 이르는 3주기 원소들의 경향성을 옳게 설명한 것은?

  1. Na로부터 Cl로 갈수록 전자친화력은 약해진다.
  2. Na로부터 Cl로 갈수록 1차이온화에너지는 커진다.
  3. Na로부터 Cl로 갈수록 원자반경은 커진다.
  4. Na로부터 Cl로 갈수록 금속성이 증가한다.
(정답률: 85%)
  • 주기율표의 같은 주기에서 원자 번호가 증가할수록(오른쪽으로 갈수록) 유효 핵전하가 증가하여 전자를 끌어당기는 힘이 강해집니다. 따라서 이온화 에너지와 전자친화력은 증가하고, 원자 반지름과 금속성은 감소합니다.

    오답 노트
    전자친화력: Cl로 갈수록 강해짐
    원자반경: Cl로 갈수록 작아짐
    금속성: Cl로 갈수록 감소함
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10. 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: 88%)
  • 산성비는 황산화물($\text{SO}_{x}$)이나 질소산화물($\text{NO}_{x}$)이 물과 반응하여 강산을 형성할 때 발생합니다. $\text{Ca}^{2+}(aq)+\text{CO}_{3}^{2-}(aq)\rightarrow\text{CaCO}_{3}(s)$ 반응은 탄산칼슘 침전 형성 반응으로, 산성비의 발생 원인과는 관계가 없습니다.
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11. 다음 반응에서 HCO3- 이온은 어떤 작용을 하는가?

  1. 오직 BrΦnsted-Lowry acid로만 작용한다.
  2. 오직 BrΦnsted-Lowry base로만 작용한다.
  3. BrΦnsted-Lowry acid 및 BrΦnsted-Lowry base로 작용한다.
  4. BrΦnsted-Lowry acid도 BrΦnsted-Lowry base 도 아니다.
(정답률: 81%)
  • 제시된 반응 $\text{2HCO}_{3}^{-} \rightleftharpoons \text{H}_{2}\text{CO}_{3} + \text{CO}_{3}^{2-}$에서 $\text{HCO}_{3}^{-}$이온은 $\text{H}_{2}\text{CO}_{3}$가 될 때는 양성자($\text{H}^{+}$)를 받는 Brønsted-Lowry base로 작용하고, $\text{CO}_{3}^{2-}$가 될 때는 양성자($\text{H}^{+}$)를 주는 Brønsted-Lowry acid로 작용하므로 양쪽 모두의 성질을 가집니다.
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12. 노르말 알케인(normal alkane)의 일반식은?

  1. CnH2n+1
  2. CnH2n
  3. CnH2n+2
  4. CnH2n-2
(정답률: 86%)
  • 노르말 알케인은 단일 결합으로만 이루어진 포화 탄화수소로, 일반식은 $C_{n}H_{2n+2}$ 입니다.

    오답 노트
    $C_{n}H_{2n+1}$ : 알킬기
    $C_{n}H_{2n}$ : 알켄
    $C_{n}H_{2n-2}$ : 알카인
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13. 벤젠을 실험식으로 옳게 나타낸 것은?

  1. C6H6
  2. C6H5
  3. C5H6
  4. CH
(정답률: 85%)
  • 분자식은 분자를 구성하는 원자의 실제 개수를 나타내고, 실험식은 성분 원소의 가장 간단한 정수비로 나타낸 식입니다.
    벤젠의 분자식은 $\text{C}_6\text{H}_6$이지만, 탄소와 수소의 비율이 $6:6 = 1:1$이므로 가장 간단한 정수비인 실험식은 $\text{CH}$가 됩니다.
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14. 산과 염기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 산은 붉은 리트머스 시험지를 푸르게 변화시킨다.
  2. 염기는 용액 내에서 수소이온(H+)을 생성하는 물질이다.
  3. 산은 pH값이 7이상인 물질이다.
  4. 산과 염기가 반응하면 염과 물이 생성된다.
(정답률: 82%)
  • 산과 염기가 반응하면 서로의 성질을 중화시켜 물과 염이 생성되는 중화 반응이 일어납니다.

    오답 노트
    산은 붉은 리트머스 시험지를 푸르게 변화시킨다: 푸른 리트머스 시험지를 붉게 변화시킴
    염기는 용액 내에서 수소이온($\text{H}^+$)을 생성하는 물질이다: 수산화 이온($\text{OH}^-$)을 생성함
    산은 pH값이 7이상인 물질이다: pH 7 이하인 물질임
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15. 백금 원자 1개의 질량은 몇 g인가? (단, 백금의 원자량은 195.09g/mol이다.)

  1. 3.24×10-23g
  2. 3.24×10-22g
  3. 1.62×10-23g
  4. 1.62×10-22g
(정답률: 81%)
  • 원자 1개의 질량은 1몰의 질량(몰질량)을 아보가드로 수($6.02 \times 10^{23}$)로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\text{Mass} = \frac{\text{Molar Mass}}{\text{Avogadro Number}}$
    ② [숫자 대입] $\text{Mass} = \frac{195.09}{6.02 \times 10^{23}}$
    ③ [최종 결과] $\text{Mass} = 3.24 \times 10^{-22}\text{ g}$
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16. 몰(mole)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 1몰을 아보가드로 수만큼의 입자수를 의미한다.
  2. 1몰의 물질은 그램 단위의 원자량과 동일한 질량을 갖는다.
  3. 1몰 산소 기체의 질량은 그 원소의 원자량과 같다.
  4. 표준온도와 압력(STP) 상태에서 기체 1몰은 22.4L의 부피를 차지한다.
(정답률: 81%)
  • 몰(mole)은 입자의 개수를 나타내는 단위이며, 1몰의 질량은 해당 물질의 화학식량(분자량)에 g을 붙인 값과 같습니다.
    산소 기체는 $\text{O}_2$ 형태의 분자로 존재하므로, 1몰 산소 기체의 질량은 원자량($16$)이 아니라 분자량($32$)과 같아야 합니다.

    오답 노트
    1몰을 아보가드로 수만큼의 입자수를 의미한다: 몰의 정의로 옳음
    1몰의 물질은 그램 단위의 원자량과 동일한 질량을 갖는다: 원자 1몰 기준 시 옳음
    표준온도와 압력(STP) 상태에서 기체 1몰은 22.4L의 부피를 차지한다: 기체 몰 부피의 정의로 옳음
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17. 일정한 온도와 압력에서 진행되는 다음 연소반응에 관련된 내용을 틀리게 설명한 것은?

  1. 0.5몰의 탄소가 0.5몰의 산소와 반응하여 0.5몰의 이산화탄소를 만든다.
  2. 1그램의 탄소가 1그램의 산소와 반응하여 1그램의 이산화탄소를 만든다.
  3. 이 반응에서 소비된 산소가 1몰이었다면, 생성된 이산화탄소의 몰수는 1몰이다.
  4. 이 반응에서 1L의 산소가 소비되었다면 생성된 이산화탄소의 부피는 1L이다.
(정답률: 89%)
  • 화학 반응식 $\text{C(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CO}_2\text{(g)}$에 따르면 탄소, 산소, 이산화탄소의 계수비는 $1:1:1$로, 몰수와 부피비가 동일하게 성립합니다.
    하지만 질량은 각 원소의 원자량에 따라 다르므로, 1g의 탄소가 1g의 산소와 반응하여 1g의 이산화탄소를 만든다는 설명은 질량 보존 법칙과 원자량 비율에 어긋나므로 틀린 설명입니다.
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18. 3.0M AgNO3 200mL를 0.9M CuCl2 350mL에 가해졌을 때, 생성되는 AgCl(분자량=143g)의 양은?

  1. 8.58g
  2. 45.1g
  3. 85.8g
  4. 451g
(정답률: 70%)
  • 한계 반응물을 찾아 생성되는 침전물의 질량을 계산하는 문제입니다.
    반응식은 $2AgNO_{3} + CuCl_{2} \rightarrow 2AgCl + Cu(NO_{3})_{2}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $n = M \times V$ (몰수 = 몰 농도 × 부피)
    ② [숫자 대입] $AgNO_{3} = 3.0 \times 0.2 = 0.6 \text{ mol}, \quad CuCl_{2} = 0.9 \times 0.35 = 0.315 \text{ mol}$
    ③ [최종 결과] $0.6 \text{ mol} \times 143 = 85.8$
    $CuCl_{2}$ 1몰당 $AgNO_{3}$ 2몰이 필요하므로, $0.315 \times 2 = 0.63$몰이 필요하지만 $AgNO_{3}$가 $0.6$몰뿐이므로 $AgNO_{3}$가 한계 반응물입니다. 따라서 $AgCl$은 $0.6$몰 생성됩니다.
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19. 부탄이 공기 중에서 완전 연소하는 화학 반응식은 다음과 같다. 괄호 안에 들어갈 계수들 중 a의 값은 얼마인가?

  1. 5
  2. 11/2
  3. 6
  4. 13/2
(정답률: 91%)
  • 부탄의 완전 연소 반응식에서 각 원소의 개수를 맞추는 계수 결정 문제입니다.
    반응식 $C_{4}H_{10} + (a)O_{2} \rightarrow (b)CO_{2} + (c)H_{2}O$에서 탄소($C$) 4개, 수소($H$) 10개를 맞추면 $b=4$, $c=5$가 됩니다.
    이때 산소($O$)의 총 개수는 $4 \times 2 + 5 \times 1 = 13$개가 필요하므로, $2a = 13$에서 $a = 13/2$가 됩니다.
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20. 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: 88%)
  • 르샤틀리에 원리에 따라 계의 압력이 증가하면, 압력을 낮추는 방향(기체 분자 수가 감소하는 방향)으로 평형이 이동합니다.
    반응식 $N_{2}O_{4}(g) \rightleftharpoons 2NO_{2}(g)$에서 반응물은 1몰, 생성물은 2몰의 기체이므로, 분자 수가 줄어드는 역반응으로 진행됩니다.
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2과목: 분석화학

21. 진한 염산에 HCl(분자량 36.46)이 무게비로 37.0wt% 있다. 이 염산의 밀도가 1.19g/mL 라면 몰 농도는 약 얼마인가?

  1. 6.1 M
  2. 12.1 M
  3. 18.1 M
  4. 24.1 M
(정답률: 83%)
  • 용액의 밀도와 무게 백분율을 이용하여 몰 농도를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{10 \times d \times w}{M.W.}$ (몰 농도 = 10 × 밀도 × 무게% / 분자량)
    ② [숫자 대입] $M = \frac{10 \times 1.19 \times 37.0}{36.46}$
    ③ [최종 결과] $M = 12.1$
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22. KH2PO4와 KOH로 구성된 혼합용액의 전하균형식으로 옳은 것은?

  1. [H+]+[K+]=[OH-]+[H2PO4-]+2[HPO42-]+3[PO43-]
  2. 2[H+]+[K+]=[OH-]+[H2PO4-]+2[HPO42-]+3[PO43-]
  3. [H+]+[K+]=[OH-]+[H2PO4-]+[HPO42-]+3[PO43-]
  4. 2[H+]+[K+]=[PO43-]
(정답률: 69%)
  • 전하균형식은 용액 내의 모든 양전하의 합과 모든 음전하의 합이 같다는 원리를 이용합니다. $KH_2PO_4$와 $KOH$가 녹아있으므로 양이온으로는 $H^+$와 $K^+$, 음이온으로는 $OH^-$와 인산염의 해리 형태인 $H_2PO_4^-$, $HPO_4^{2-}$, $PO_4^{3-}$가 존재합니다.
    따라서 양전하의 합 $[H^+] + [K^+]$와 음전하의 합 $[OH^-] + [H_2PO_4^-] + 2[HPO_4^{2-}] + 3[PO_4^{3-}]$가 같아야 합니다.
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23. 요로드화 반응에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 요오드를 적정액으로 사용한다는 것은 l2에 과량의 l-가 첨가된 용액을 사용함을 의미한다.
  2. 요오드화 적정의 지시약으로 녹말지시약을 사용할 수 있다.
  3. 간접요오드 적정법에는 환원성 분석물질을 미량의 l-에 가하여 요오드를 생성시킨 다음 이것을 적정한다.
  4. 환원성 분석물질이 요오드로 직접 측정되었을 때, 이 방법을 직접 요오드적정법이라 한다.
(정답률: 71%)
  • 요오드 적정법에서 직접법은 환원성 분석물질을 요오드로 직접 적정하는 방법이며, 간접법은 산화성 분석물질이 과량의 $I^-$와 반응하여 생성된 $I_2$를 적정하는 방법입니다.

    오답 노트
    간접요오드 적정법에는 환원성 분석물질을 미량의 $I^-$에 가하여 요오드를 생성시킨 다음 이것을 적정한다 $\rightarrow$ 환원성이 아니라 산화성 분석물질을 사용해야 합니다.
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24. 표준 수소 전극에서의 반응 및 표준 전위(E°)를 가장 옳게 나타낸 것은?

  1. 2H+(A=1)+2e-⇄H2(A=2) E°=0.0V
  2. 2H+(A=2)+2e-⇄H2(A=1) E°=1.0V
  3. 2H+(A=1)+2e-⇄H2(A=1) E°=0.0V
  4. 2H+(A=2)+2e-⇄H2(A=2) E°=1.0V
(정답률: 82%)
  • 표준 수소 전극(SHE)은 모든 전위의 기준이 되는 전극으로, 표준 상태(활동도 $A=1$)에서 수소 이온이 수소 기체로 환원되는 반응을 나타내며 전위는 $0.0V$로 정의합니다.
    따라서 $2H^+(A=1)+2e^- \rightleftharpoons H_2(A=1)$ 반응과 $E^\circ = 0.0V$가 정답입니다.
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25. 다음 수용액들의 농도는 모두 0.1M이다. 이온세기(ionic strength)가 가장 큰 것은?

  1. NaCl
  2. Na2SO4
  3. Al(NO3)3
  4. MgSO4
(정답률: 83%)
  • 이온세기($I$)는 용액 속에 존재하는 모든 이온의 농도에 전하수의 제곱을 곱한 값의 합에 0.5를 곱하여 계산합니다. 전하수가 클수록 이온세기가 급격히 증가합니다.
    ① [기본 공식]
    $$I = \frac{1}{2} \sum c_i z_i^2$$
    ② [숫자 대입]
    $$I = \frac{1}{2} [(0.1 \times 3^2 \times 1) + (0.1 \times (-1)^2 \times 3)]$$
    ③ [최종 결과]
    $$I = 0.6$$
    다른 보기들의 이온세기는 $NaCl$ 0.1, $Na_2SO_4$ 0.3, $MgSO_4$ 0.4로 $Al(NO_3)_3$가 가장 큽니다.
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26. 25℃에서 0.050M 트리메틸아민(Trimethylamine) 수용액의 pH는 얼마인가? (단, 25℃에서 (CH3)3NH+의 Ka 값은 1.58×10-10이다.)

  1. 5.55
  2. 7.55
  3. 9.25
  4. 11.25
(정답률: 53%)
  • 약염기인 트리메틸아민의 pH를 구하기 위해 먼저 염기 해리 상수 $K_b$를 구하고, 이를 통해 수산화 이온 농도 $[OH^-]$와 pOH를 산출하여 pH를 결정합니다.
    ① [기본 공식]
    $$K_b = \frac{K_w}{K_a}$$
    $$[OH^-] = \sqrt{K_b \times C}$$
    ② [숫자 대입]
    $$K_b = \frac{10^{-14}}{1.58 \times 10^{-10}} = 6.33 \times 10^{-5}$$
    $$[OH^-] = \sqrt{6.33 \times 10^{-5} \times 0.050} = 1.78 \times 10^{-3}$$
    ③ [최종 결과]
    $$pOH = 2.75 \rightarrow pH = 14 - 2.75 = 11.25$$
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27. 무게분석법에서 결정을 성장시키는 방법으로 틀린 것은?

  1. 용해도를 증가시키기 위해 온도를 서서히 올린다.
  2. 침전제를 가급적 빨리 가한다.
  3. 침전제를 가할 때 잘 저어준다.
  4. 가급적 침전제의 농도를 낮게 하여 침전시킨다.
(정답률: 73%)
  • 무게분석법에서 입자의 크기를 키워 결정을 성장시키려면 과포화도를 낮게 유지해야 합니다. 따라서 침전제는 급격하게 넣지 않고 서서히 가하여 결정이 천천히 성장하도록 해야 합니다.
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28. 침전적정에서 종말점을 검출하는 데 일반적으로 사용하는 방법이 아닌 것은?

  1. 전극
  2. 지시약
  3. 빛의 산란
  4. 리트머스 시험지
(정답률: 78%)
  • 침전적정의 종말점은 전극, 지시약, 빛의 산란 등을 통해 검출할 수 있습니다. 리트머스 시험지는 용액의 $\text{pH}$를 판정하는 도구이므로 침전적정의 종말점 검출 방법으로는 적절하지 않습니다.
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29. Fe3+을 포함하는 시료 10mL를 0.02M EDTA 20mL와 반응시켰다. 이 때 Fe3+는 모두 착물을 형성했고 EDTA는 과량으로 남게 된다. 과량의 EDTA는 0.05M Mg2+ 용액 3mL로 역적정하였다. 원래 시료 용액 중에 있는 Fe3+의 몰농도는?

  1. 0.025M
  2. 0.050M
  3. 0.25M
  4. 0.50M
(정답률: 65%)
  • 전체 EDTA 몰수에서 역적정에 사용된 $\text{Mg}^{2+}$의 몰수를 빼면 $\text{Fe}^{3+}$와 반응한 EDTA의 몰수를 구할 수 있으며, 이를 시료 부피로 나누어 농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Molarity} = \frac{(\text{M}_{EDTA} \times \text{V}_{EDTA}) - (\text{M}_{Mg} \times \text{V}_{Mg})}{\text{V}_{sample}}$
    ② [숫자 대입] $\text{Molarity} = \frac{(0.02 \times 0.02) - (0.05 \times 0.003)}{0.01}$
    ③ [최종 결과] $\text{Molarity} = 0.025\text{M}$
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30. 활동도계수의 특성에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 용액이 무한히 묽어짐에 따라 주어진 화학종의 활동도계수는 1로 수렴한다.
  2. 농도가 높지 않은 용액에서 주어진 화학종의 활동도계수는 전해질의 종류에 따라서만 달라진다.
  3. 주어진 이온세기에서 같은 전하를 가진 이온들의 활동도계수는 거의 같다.
  4. 전하를 띠지 않은 분자의 활동도계수는 이온세기에 관계없이 대략 1이다.
(정답률: 77%)
  • 활동도계수는 전해질의 종류뿐만 아니라 용액의 이온세기, 농도, 온도 등에 따라 민감하게 변화합니다. 따라서 농도가 높지 않은 용액에서 활동도계수가 전해질의 종류에 따라서만 달라진다는 설명은 틀린 것입니다.
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31. pH 10인 완충 용액에서 0.0360 M Ca2+ 용액 50.0mL를 0.0720M EDTA로 적정할 경우에 당량점에서의 칼슘 이온의 농도 [Ca2+]는 얼마인가? (단, 조건 형성 상수(conditional formation constant) Kㆍf값은 1.34×1010이다.)

  1. 0.0240M
  2. 1.34×10-6 M
  3. 1.64×10-6 M
  4. 1.79×10-12 M
(정답률: 45%)
  • 당량점에서 생성된 $CaY^{2-}$ 착이온의 농도를 먼저 구한 뒤, 조건 형성 상수 $K'_{f}$를 이용하여 해리된 $Ca^{2+}$의 농도를 계산합니다.
    먼저 당량점에서의 $CaY^{2-}$ 농도는 $\frac{0.0360 \times 50.0}{50.0 + 25.0} = 0.024\text{ M}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $K'_{f} = \frac{[CaY^{2-}]}{[Ca^{2+}][Y^{4-}]}$
    ② [숫자 대입] $1.34 \times 10^{10} = \frac{0.024}{[Ca^{2+}]^{2}}$
    ③ [최종 결과] $[Ca^{2+}] = 1.34 \times 10^{-6}\text{ M}$
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32. 다음 반응에 대한 화학평형상수 K를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 87%)
  • 화학 평형 상수는 [생성물 농도의 곱]을 [반응물 농도의 곱]으로 나눈 값이며, 순수한 고체($s$)는 농도 식에서 제외합니다.
    반응식: $Zn(s) + 2H^{+}(aq) \rightleftharpoons Zn^{2+}(aq) + H_{2}(g)$
    고체인 $Zn(s)$를 제외하고, 기체인 $H_{2}$는 부분압($P_{H_{2}}$)으로, 수용액은 몰농도로 표시합니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{[생성물]}{[반응물]}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{P_{H_{2}} \times [Zn^{2+}]}{[H^{+}]^{2}}$
    ③ [최종 결과]
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33. 다음 평형반응에 대한 Kb는 얼마인가? (단, HCN의 Ka의 값은 6.20×10-10이다.)

  1. 1.61×10-5
  2. 1.54×10-6
  3. 1.73×10-5
  4. 1.45×10-6
(정답률: 81%)
  • 짝산-짝염기 쌍의 산해리 상수($K_{a}$)와 염기해리 상수($K_{b}$)의 관계식을 이용합니다.
    반응식: $CN^{-} + H_{2}O \rightleftharpoons HCN + OH^{-}$
    ① [기본 공식] $K_{b} = \frac{K_{w}}{K_{a}}$
    ② [숫자 대입] $K_{b} = \frac{10^{-14}}{6.20 \times 10^{-10}}$
    ③ [최종 결과] $K_{b} = 1.61 \times 10^{-5}$
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34. Mn2+가 들어 있는 시료용액 50mL를 0.1 M EDTA 용액 100mL와 반응시켰다. 모든 Mn2+와 반응하고 남은 여분의 EDTA를 금속지시약을 사용하여 0.1M Mg2+ 용액으로 적정하였더니 당량점까지 50mL가 소비되었다. 시료용액에 들어있는 Mn2+의 농도는 몇 M인가?

  1. 0.1
  2. 0.2
  3. 0.3
  4. 0.4
(정답률: 65%)
  • EDTA 적정법에서 금속 이온과 EDTA는 항상 1:1로 반응하는 원리를 이용합니다.
    전체 EDTA 양에서 남은 양을 빼면 $Mn^{2+}$와 반응한 양을 알 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $M_{Mn} \times V_{Mn} = M_{EDTA} \times (V_{total} - V_{Mg})$
    ② [숫자 대입] $M_{Mn} \times 50 = 0.1 \times (100 - 50)$
    ③ [최종 결과] $M_{Mn} = 0.1$
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35. 강산이나 강염기로만 되어 있는 것은?

  1. HCl, HNO3, NH3
  2. CH3COOH, HF, KOH
  3. H2SO4, HCl, KOH
  4. CH3COOH, NH3, HF
(정답률: 85%)
  • 강산과 강염기는 물에서 거의 완전히 이온화되는 물질을 말합니다.
    황산($H_{2}SO_{4}$), 염산($HCl$), 수산화칼륨($KOH$)은 모두 강전해질에 해당하여 강산 또는 강염기로 분류됩니다.

    오답 노트
    아세트산($CH_{3}COOH$), 불산($HF$): 약산
    암모니아($NH_{3}$): 약염기
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36. F-는 Al3+에는 가리움제(masking agent)로 작용하지만 Mg2+에는 반응하지 않는다. 어떤 미지시료에 Mg2+와 Al3+이 혼합되어 있다. 이 미지시료 20.0mL를 0.0800M EDTA로 적정하였을 때 50.0mL가 소모되었다. 같은 미지시료를 새로 20.0mL 취하여 충분한 농도의 KF를 5.00mL 가한 후 0.0800M EDTA로 적정하였을 때는 30.0mL가 소모되었다. 미지시료 중의 Al3+ 농도는?

  1. 0.080M
  2. 0.096M
  3. 0.104M
  4. 0.120M
(정답률: 49%)
  • 첫 번째 적정에서는 $Al^{3+}$와 $Mg^{2+}$가 모두 EDTA와 반응하고, 두 번째 적정에서는 가리움제인 $F^{-}$가 $Al^{3+}$의 반응을 차단하여 $Mg^{2+}$만 반응합니다. 따라서 두 적정 값의 차이를 통해 $Al^{3+}$만의 몰수를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{n_{total} - n_{Mg}}{V}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{(0.0800 \times 0.0500) - (0.0800 \times 0.0300)}{0.0200}$
    ③ [최종 결과] $M = 0.080\text{ M}$
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37. 0.01M 염산 수용액의 pH는?

  1. 0.01
  2. 0.1
  3. 2
  4. -2
(정답률: 88%)
  • 수소 이온 농도를 이용하여 pH를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $pH = -\log[H^{+}]$
    ② [숫자 대입] $pH = -\log(0.01)$
    ③ [최종 결과] $pH = 2$
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38. 산화-환원 지시약의 색깔이 변하는 전위 범위는? (단, n은 반응에 참여하는 전자의 수이다.)

  1. E=E°± (0.05916/n) V
  2. E=E°± 1.0V
  3. E=E°± 0.05916 V
  4. E=E°± 0.05916n V
(정답률: 89%)
  • 산화-환원 지시약의 색 변화는 네른스트 식에 의해 결정되며, 전위 변화 범위는 반응에 참여하는 전자 수 $n$에 반비례하여 결정됩니다.
    $$\text{전위 범위: } E = E^{\circ} \pm \frac{0.05916}{n} \text{ V}$$
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39. 다음 중 단위를 잘못 나타낸 것은?

  1. 주파수 : Hz
  2. 힘 : N
  3. 일률 : J
  4. 전기량 : C
(정답률: 85%)
  • 일률은 단위 시간당 수행한 일의 양을 의미하며, 단위는 $W$ (와트) 또는 $J/s$를 사용합니다. $J$ (줄)은 에너지 또는 일의 단위입니다.
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40. 미지시료 내의 특정 물질의 양을 분석하는 방법으로 적정이 사용된다. 적정의 요건으로 틀린 것은?

  1. 적정에서의 반응은 느려도 크게 상관없다.
  2. 반응은 화학양론적이어야 한다.
  3. 부반응이 없어야 한다.
  4. 반응이 진행되어 당량점부근에서 용액의 어떤 성질에 변화가 일어나야 한다.
(정답률: 88%)
  • 정확하고 신속한 분석을 위해 적정 반응은 매우 빠르고 완전하게 일어나야 합니다.

    오답 노트
    반응은 화학양론적이어야 한다: 정량 분석의 기본 전제입니다.
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3과목: 기기분석I

41. 유기분자의 구조 및 작용기에 대한 정보를 적외선(IR)흡수 분광스펙트럼으로부터 얻을 수 있다. 적외선 흡수분광법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 결합전자전이가 허용된 결합만 흡수피크로 나타난다.
  2. 쌍극자모멘트의 변화가 있어야 흡수피크로 나타난다.
  3. 적외선 흡수 측정을 위하여 간섭계를 사용한 Fourier 변환분광기를 주로 사용한다.
  4. 파이로 전자검출기는 특별한 열적 및 전기적 성질을 가진 황산트리글리신 박편으로 만든다.
(정답률: 57%)
  • 적외선(IR) 분광법은 분자의 진동 및 회전 에너지 준위 변화를 측정하는 것이며, 전자 전이는 자외선-가시광선(UV-Vis) 분광법의 원리입니다.

    오답 노트
    쌍극자모멘트의 변화가 있어야 흡수피크로 나타난다: IR의 기본 선택 규칙입니다.
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42. ICP(유도결합플라즈마) 분광법에서 통상 사용되는 토치는 보통 3가지의 도입이 일어나는 관으로 구성된다. 다음 중 그 구성이 아닌 것은?

  1. 산화제 도입구
  2. 냉각 기체 도입구
  3. 플라즈마 기체 도입구
  4. 시료 에어로졸 도입구
(정답률: 67%)
  • ICP 토치는 플라즈마를 생성하고 유지하며 시료를 도입하기 위한 구조로 설계되어 있습니다. 일반적으로 플라즈마 기체 도입구, 냉각 기체 도입구, 시료 에어로졸 도입구의 3중 관 구조로 이루어져 있습니다.

    오답 노트
    산화제 도입구: ICP는 고온의 플라즈마를 이용해 원자화/이온화하므로 별도의 산화제 도입구가 필요하지 않습니다.
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43. X-선 회절기기에서 토파즈(격차간격 d=1.356Å)가 회절 결정으로 사용되는 경우 Ag의 Ka1선인 0.497Å을 관찰하기 위해서는 측각기(goniometer) 각도를 몇 도에 맞추어야 하는가? (단, 2θ 값을 계산한다.)

  1. 10.6
  2. 14.2
  3. 21.1
  4. 28.4
(정답률: 63%)
  • X-선 회절 분석의 기본 원리인 브래그 법칙(Bragg's Law)을 사용하여 회절각 $2\theta$를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\lambda = 2d \sin \theta$$
    ② [숫자 대입]
    $$0.497 = 2 \times 1.356 \times \sin \theta$$
    ③ [최종 결과]
    $$\theta = \sin^{-1}(\frac{0.497}{2 \times 1.356}) \approx 10.55^{\circ} \implies 2\theta = 21.1^{\circ}$$
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44. 들뜬 단일항 상태와 들뜬 삼중항 상태에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 모든 전자스핀이 짝지어 있는 분자의 전자상태를 단일항 상태라고 하며, 이 분자가 자기장에 놓이는 경우에도 전자의 에너지 준위는 분리되지 않는다.
  2. 분자에 있는 전자쌍 중의 전자 하나가 보다 높은 에너지 준위로 들뜨면 전자의 에너지 상태는 단일항 상태 또는 삼중항 상태로 된다.
  3. 들뜬 단일항 상태의 경우 들뜬 전자의 스핏은 바닥상태의 전자처럼 여전히 짝지어 있지만 삼중항 상태에서는 두 개의 전자스핀이 짝짓지 않고 평행하게 존재한다.
  4. 전자스핀의 변화와 함께 일어나는 단일항-삼중항 상태의 전이는 단일항-단일항 상태 전이 보다 일어날 가능성이 더 크므로 들뜬 삼중항 상태에서의 전자 수명이 길다.
(정답률: 68%)
  • 단일항-삼중항 상태의 전이는 전자 스핀의 방향이 바뀌어야 하는 '금지된 전이'에 해당합니다. 따라서 단일항-단일항 전이보다 일어날 가능성이 훨씬 낮으며, 이로 인해 들뜬 삼중항 상태의 전자가 바닥 상태로 내려오는 속도가 느려져 전자 수명이 길어지게 됩니다.
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45. Lambert-Beer 법칙을 나타내는 다음 수식(A=εbc)의 각 요소에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. ε는 물흡수광계수이다.
  2. c는 빛의 속도를 나타낸다.
  3. b는 시료의 두께를 나타낸다.
  4. A는 흡광도를 나타내며 상수항이다.
(정답률: 85%)
  • Lambert-Beer 법칙 수식 $A = \epsilon bc$에서 각 기호의 의미를 정확히 파악해야 합니다.

    오답 노트
    c는 빛의 속도가 아니라 시료의 농도를 나타냅니다.
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46. 기기 부분장치의 표면에서 생기는 산란과 반사에 의해 주로 발생하는 떠돌이 빛(stray light)은 Beer의 법칙에서 어긋나는 요인이 된다. 떠돌이 빛에 의한 영향으로 옳은 것은?

  1. 흡광도가 클 때 큰 오차를 나타낸다.
  2. 흡광도가 작을 때 더 큰 오차를 나타낸다.
  3. 흡광도와 관계없이 일정한 오차를 나타낸다.
  4. 겉보기 흡광도가 실제 흡광도보다 항상 크게 나타난다.
(정답률: 64%)
  • 떠돌이 빛(stray light)은 검출기에 도달하는 빛 중 시료에 의해 흡수되지 않은 불필요한 빛을 의미합니다. 흡광도가 클수록(투과율이 낮을수록) 실제 투과되는 빛의 양이 매우 적어지므로, 상대적으로 떠돌이 빛이 차지하는 비중이 커져 측정 오차가 심해집니다.
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47. 전형적인 분광기기의 구성장치가 아닌 것은?

  1. 분리용 관
  2. 복사선 검출기
  3. 안정한 복사에너지 광원
  4. 제한된 스펙트럼 영역을 제공하는 장치
(정답률: 71%)
  • 분광기기의 기본 구성은 안정한 복사에너지 광원, 시료를 담는 투명한 용기, 특정 파장만 선택하는 단색화 장치(제한된 스펙트럼 영역 제공 장치), 그리고 복사선 검출기로 이루어집니다.

    오답 노트
    분리용 관: 분광기기가 아닌 크로마토그래피의 구성 요소임
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48. 원자흡수 분광법을 이용하여 특별하게 수은(Hg)을 정량하는 데 사용되는 가장 적합한 방법은?

  1. 찬 증기 원자화법
  2. 불꽃 원자화 장치법
  3. 흑연로 원자화 장치법
  4. 금속 수소화물 발생법
(정답률: 83%)
  • 수은(Hg)은 실온에서도 상당한 증기압을 가지고 있어 쉽게 기화되는 특성이 있습니다. 이러한 고유한 성질을 이용하여 수은만을 선택적으로 정량하는 방법이 찬 증기 원자화법입니다.
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49. 불꽃을 사용하는 원자화 장치에서 공기-아세틸렌가스 대신 산화이질소-아세틸렌가스를 사용하게 되면 주로 어떤 효과가 기대되는가?

  1. 붗꽃의 온도가 감소한다.
  2. 불꽃의 온도가 증가한다.
  3. 가스 연료의 비용이 줄어든다.
  4. 시료의 분무 효율이 증가한다.
(정답률: 81%)
  • 산화이질소-아세틸렌 가스는 공기-아세틸렌 가스보다 연소 온도가 훨씬 높기 때문에, 불꽃의 온도를 증가시켜 난분해성 화합물의 원자화 효율을 높이는 효과가 있습니다.
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50. 원자분광법의 시료도입방법 중 고체시료에 전처리 없이 직접 사용할 수 있는 방법은?

  1. 기체 분무화법
  2. 수소화물 생성법
  3. 레이저 증발법
  4. 초음파 분무화법
(정답률: 70%)
  • 레이저 증발법은 고에너지 레이저를 시료 표면에 직접 조사하여 시료를 즉각적으로 기화시키므로, 별도의 전처리 과정 없이 고체 시료를 직접 분석할 수 있는 효율적인 방법입니다.
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51. 적외선 흡수분광법에서 지문영역은?

  1. 600~1200cm-1
  2. 1200~1800cm-1
  3. 1800~2800cm-1
  4. 2800~3600cm-1
(정답률: 75%)
  • 적외선 흡수분광법(IR)에서 지문영역(Fingerprint region)은 분자마다 고유한 흡수 패턴을 나타내어 물질을 식별할 수 있는 영역으로, 일반적으로 $600 \sim 1200 \text{cm}^{-1}$ 범위를 의미합니다.
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52. 유도결합플라즈마 광원인 토치(torch)의 불꽃에서 운도 분포를 적절하게 나타낸 것은?

  1. 유도코일 근처에서 온도가 가장 낮다.
  2. 불꽃의 제일 앞쪽에서 온도가 가장 높다.
  3. 불꽃의 앞 끝으로부터 유도코일로 갈수록 온도는 높아진다.
  4. 불꽃의 제일 앞 끝과 유도코일의 중간지점 근처에서 온도가 가장 높다.
(정답률: 76%)
  • 유도결합플라즈마(ICP) 토치에서는 유도코일이 위치한 지점에서 에너지가 집중적으로 공급되므로, 불꽃의 앞 끝에서 유도코일 방향으로 갈수록 온도가 점차 높아지는 분포를 보입니다.
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53. 여러 가지의 전자전이가 일어날 때 흡수하는 에너지(△E)가 가장 작은 것은?

  1. n→π*
  2. n→σ*
  3. π→π*
  4. σ→σ*
(정답률: 66%)
  • 전자전이 시 필요한 에너지는 궤도 간의 에너지 격차에 의해 결정되며, 일반적으로 $n \to \pi^{*}$ 전이가 가장 작은 에너지 격차를 가져 흡수 에너지가 가장 작습니다.

    오답 노트
    $\sigma \to \sigma^{*}$: 에너지 격차가 가장 커서 가장 큰 에너지가 필요함
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54. 다이아몬드 기구에 의해 많은 수의 평행하고 조밀한 간격의 홈을 가지도록 만든 단단하고, 광학적으로 평평하고, 깨끗한 표면으로 구성된 장치는?

  1. 간섭필터
  2. 회절발
  3. 간섭쐐기
  4. 광전증배관
(정답률: 78%)
  • 회절발은 빛을 회절시켜 스펙트럼을 얻기 위한 장치로, 다이아몬드 각선기를 사용하여 표면에 매우 조밀하고 가는 평행한 홈들을 새겨 만듭니다.
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55. 공기 중에서 파장 500nm, 진동수 6.0×1014Hz, 속도 3.0×108m/s, 광자(photon)의 에너지 4.0×10-19인 빛이 굴절률 1.5인 투명한 액체 속을 통과할 때의 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 파장은 500m이다.
  2. 속도는 2.0×108m/s이다.
  3. 진동수는 6.0×1014Hz이다.
  4. 광자의 에너지는 4.0×10-19J이다.
(정답률: 52%)
  • 빛이 다른 매질로 들어갈 때 진동수와 광자 에너지는 변하지 않지만, 속도와 파장은 굴절률에 반비례하여 감소합니다.
    먼저 액체 속에서의 속도를 구하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $v_{medium} = \frac{v_{vacuum}}{n}$
    ② [숫자 대입] $v_{medium} = \frac{3.0 \times 10^{8}}{1.5}$
    ③ [최종 결과] $v_{medium} = 2.0 \times 10^{8} \text{ m/s}$
    이 속도를 바탕으로 액체 속에서의 파장을 구하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식]- $\lambda_{medium} = \frac{v_{medium}}{f}$
    ② [숫자 대입] $\lambda_{medium} = \frac{2.0 \times 10^{8}}{6.0 \times 10^{14}}$
    ③ [최종 결과]- $\lambda_{medium} = 333.3 \text{ nm}$
    따라서 파장이 $500 \text{ m}$라는 설명은 틀린 것입니다.
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56. 분자발광분광법에서 사용되는 용어에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 내부전환-들뜬 전자가 복사선을 방출하지 않고 더 낮은 에너지의 전자상태로 전이하는 분자 내부의 과정
  2. 계간전이-다른 다중성의 전자상태 사이에서 교차가 일어나는 과정
  3. 형광-들뜬 전자가 계간전이를 거쳐 삼중항 상태에서 바닥상태로 떨어지면서 발광
  4. 외부전환-들뜬 분자와 용매 또는 다른 용질 사이에서의 에너지 전이
(정답률: 72%)
  • 형광은 들뜬 단일항 상태에서 바닥 단일항 상태로 전이하며 빛을 내는 현상입니다.

    오답 노트
    들뜬 전자가 계간전이를 거쳐 삼중항 상태에서 바닥상태로 떨어지며 발광하는 것은 인광에 대한 설명입니다.
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57. ClCH2aCHb(CH3c)2 분자의 고분해능 1H-핵자기공명분광 1차 스펙트럼에서 a, b 및 c 수소 봉우리의 다중도는?

  1. 2, 9, 2
  2. 9, 8, 5
  3. 2, 9, 8
  4. 2, 21, 2
(정답률: 66%)
  • $\text{ClCH}_2^a\text{CH}^b(\text{CH}_3^c)_2$ 분자의 $^1\text{H-NMR}$ 다중도는 인접한 탄소에 결합된 수소의 수 $n$에 대해 $n+1$ 규칙을 따릅니다.
    수소 $a$는 인접한 $\text{CH}^b$의 수소 1개와 인접하여 $1+1=2$중선, 수소 $c$는 인접한 $\text{CH}^b$의 수소 1개와 인접하여 $1+1=2$중선이 됩니다. 수소 $b$는 인접한 $\text{CH}_2^a$의 수소 2개와 두 개의 $\text{CH}_3^c$ 그룹의 수소 총 6개와 인접하므로 $(2+1) \times (6+1) = 21$중선이 됩니다.
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58. 단색 X-선 빛살의 광자가 K-껍질 및 L-껍질의 내부전자를 방출시켜 스펙트럼을 얻음으로써 시료원자의 구성에 대한 정보와 시료구성 성분의 구조와 산화상태에 대한 정보를 동시에 얻을 수 있는 전자스펙트럼법은?

  1. Auger 전자분광법(AES)
  2. X-선 광전자분광법(XPS)
  3. 전자에너지 손실 분광법(EELS)
  4. 레이저마이크로탐침 질량분석법(LMMS)
(정답률: 79%)
  • X-선 광전자분광법(XPS)은 단색 X-선을 조사하여 K-껍질이나 L-껍질의 내부 전자를 방출시킴으로써 원소의 종류, 화학적 구조 및 산화 상태를 분석하는 방법입니다.
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59. 분자 에너지는 병진(translation), 진동(vibration), 회전(rotation), 전자(electronic)에너지 등으로 구분된다. 이들 중 연속적 변화를 나타내는 것은?

  1. 진동에너지
  2. 전자에너지
  3. 병진에너지
  4. 회전에너지
(정답률: 65%)
  • 분자의 에너지 준위 중 병진에너지는 에너지 간격이 매우 작아 사실상 연속적인 변화를 나타내는 특성을 가집니다.
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60. 13C-NMR의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. H-NMR보다 검출이 매우 용이하다.
  2. 분자골격에 대한 정보를 얻을 수 있다.
  3. 화학적 이동이 넓어서 봉우리의 겹침이 적다.
  4. 탄소들 사이의 짝지음이 잘 일어나지 안는다.
(정답률: 69%)
  • $^{13}C\text{-NMR}$은 $^{1}H\text{-NMR}$에 비해 천연 존재비가 매우 낮고 감도가 떨어지기 때문에 검출이 용이하지 않습니다.
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4과목: 기기분석II

61. 질량분석법에서 이온화 방법에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 화학온화방법을 사용하면 (M-1)+ 봉우리를 관찰할 수 없다.
  2. 전자충격이온화방법은 약한 이온원으로 분자이온 봉우리 관찰이 용이하다.
  3. 장이온화법은 센 이온원으로 분자이동 봉우리를 관찰하기 힘들다.
  4. 매트릭스-지원레이저탈착/이온화법의 경우 고질량(m/z) ＞10,000) 고분자를 관찰하는데 사용된다.
(정답률: 75%)
  • 매트릭스-지원 레이저 탈착/이온화법(MALDI)은 매우 부드러운 이온화 방법으로, $m/z > 10,000$이상의 고분자량 단백질이나 고분자를 분석하는 데 사용됩니다.

    오답 노트
    화학이온화법: $M-1$, $M+1$ 등의 봉우리 관찰이 가능합니다.
    전자충격이온화법: 강한 에너지로 인해 불안정한 분자는 분자이온 봉우리가 관찰되지 않을 수 있습니다.
    장이온화법: 분자이온 봉우리를 관찰하기 용이한 방법입니다.
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62. 용액 속에서 전해 반응으로 생성시킨 l2를 이용하면 그 용액 속에 함께 존재하는 H2S(aq)의 농도를 분석할 수 있다. 50.0mL의 H2S(aq) 시료에 Kl 4g을 가한 후 52.6mA의 전류로 812초 동안 전해하였더니 당량점이 도달하였다, H2S 시료 용액의 농도는? (단, 원소의 원자량은 S=32.066, K=39.098, l=126.904, H=1.077이다.)

  1. 0.443mM
  2. 0.885mM
  3. 4.43mM
  4. 8.85mM
(정답률: 34%)
  • 전기분해로 생성된 $I_{2}$와 $H_{2}S$의 반응식 $\text{H}_{2}\text{S} + \text{I}_{2} \rightarrow \text{S(s)} + 2\text{H}^{+} + 2\text{I}^{-}$을 바탕으로, 흐른 총 전하량을 통해 $H_{2}S$의 몰농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{I \times t}{n \times F \times V}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{0.0526 \times 812}{2 \times 96500 \times 0.05}$
    ③ [최종 결과] $M = 4.43 \times 10^{-3} \text{ M} = 4.43 \text{ mM}$
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63. 유도결합 플라즈마 질량분석법에서의 방해작용이 아닌 것은?

  1. 떠돌이빛 방해
  2. 이중하전이온 방해
  3. 다원자이온 방해
  4. 동중핵이온 방해
(정답률: 69%)
  • 유도결합 플라즈마 질량분석법(ICP-MS)의 방해 작용에는 동중핵, 다원자, 이중하전 이온 등이 있으나, 떠돌이빛 방해는 주로 적외선 분광법 등 광학 분석에서 발생하는 방해 작용입니다.
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64. 질량 분석법의 질량스펙트럼에서 알 수 있는 가장 유효한 정보는?

  1. 분자량
  2. 중성자의 무게
  3. 음이온의 무게
  4. 자유 라디칼의 무게
(정답률: 88%)
  • 질량 분석법은 시료를 이온화시킨 후 질량 대 전하비($m/z$)에 따라 분리하여 측정하므로, 분자의 전체 질량인 분자량을 결정하는 데 가장 유효한 정보를 제공합니다.
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65. 기체크로마토그래피법에서 시료주입법에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 분할 주입법은 고농도 시료나 기체 시료에 좋으며, 정량성도 매우 좋다.
  2. 분할 주입법은 분리도가 떨어지며, 불순물이 많은 시료를 다룰 수 있다.
  3. 비분할 주입법은 희석된 용액에 적합하고 주입되는 동안 휘발성화합물이 손실되므로 정량분석으로 좋지않다.
  4. on-column 주입법은 정량분석에 가장 적합하고 분리도가 높으나, 열에 민감한 화합물에는 좋지 않다.
(정답률: 47%)
  • 비분할 주입법은 미량의 시료 분석에 적합하며, 끓는점이 낮은 용매에 희석된 시료를 사용합니다. 다만, 주입 과정에서 휘발성 화합물이 손실될 위험이 있어 정량분석에는 적합하지 않습니다.

    오답 노트
    분할 주입법: 고농도 시료 및 기체 시료에 적합하며 분리도가 좋습니다.
    on-column 주입법: 열에 민감한 화합물 분석에 유리합니다.
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66. 열 분석법인 DTA(시차열법분석)와 DSC(시차주사열량법)에서 물리ㆍ화학적 변화로서 흡열 봉우리가 나타나지 않는 경우는?

  1. 녹음이나 용융
  2. 탈착이나 탈수
  3. 증발이나 기화
  4. 산소의 존재 하에서 중합반응
(정답률: 61%)
  • 녹음, 탈수, 증발은 에너지를 흡수하는 흡열 반응이지만, 산소 존재 하에서의 중합반응은 에너지를 방출하는 발열 반응이므로 발열 봉우리가 나타납니다.
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67. 황산구리 수용액을 전기분해하면 음극에서는 구리가 석출되고, 양극에서는 산소가 발생한다. 0.5A의 전류로 1시간 동안 전기분해했을 때, 양극에서 발생하는 산소의 부피(mL)는 표준상태에서 약 얼마인가? (단, 두 전극의 반쪽반응은 다음과 같다.)

  1. 56
  2. 104
  3. 112
  4. 224
(정답률: 43%)
  • 전류와 시간을 통해 총 전하량을 구하고, 산소 발생 반응식($$2H_{2}O \rightarrow 4e^{-} + O_{2}(g) + 4H^{+}$$)의 전자 계수를 이용하여 산소의 부피를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{부피} = \frac{I \times t}{n \times F} \times 22.4\text{ L}$
    ② [숫자 대입] $\text{부피} = \frac{0.5 \times 3600}{4 \times 96500} \times 22.4$
    ③ [최종 결과] $\text{부피} = 0.104\text{ L} = 104\text{ mL}$
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68. 전기량법은 전극에서 충분히 산화 및 환원반응이 일어나게 시간을 주는 방법으로, 이러한 방법 중 많은 양의 분석에 적당한 방법은?

  1. 전기무게 분석법
  2. 일정전위 전기량법
  3. 일정전류 전기량법
  4. 전기량 적정법
(정답률: 58%)
  • 전기무게 분석법은 전극 표면에 분석 물질을 완전히 석출시켜 그 무게 변화를 직접 측정하는 방법으로, 비교적 많은 양의 시료를 분석할 때 적합합니다.
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69. 기체-고체 크로마토그래피(GSC)는 기체 크로마토그래피의 일종으로 이동상 기체를, 고정상으로는 고체를 사용하는 경우를 일컫는다. 이 때 이동상과 고정상 사이에서 분석물의 어떤 상호작용이 분리에 기여하는가?

  1. 분배(Partition)
  2. 흡착(Adsorption)
  3. 흡수(Absorption)
  4. 이온교환(Ion Exchange)
(정답률: 73%)
  • 기체-고체 크로마토그래피(GSC)는 고체 고정상을 사용하므로, 분석 성분이 고체 표면에 달라붙는 흡착(Adsorption) 원리를 통해 분리가 이루어집니다.

    오답 노트
    분배: 액체 고정상을 사용하는 GLC나 HPLC의 원리
    이온교환: 전하를 띤 이온 간의 정전기적 인력을 이용하는 방법
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70. 선택 인자(selectivity factor, α)의 변화요인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 컬럼의 온도 변화
  2. 시료의 주입량 변화
  3. 이동상의 조성 변화
  4. 정지상의 조성 변화
(정답률: 62%)
  • 선택인자($\alpha$)는 정지상과 이동상에 대한 시료의 상대적인 친화도에 의해 결정되는 화학적 특성 값입니다. 따라서 이동상/정지상의 조성이나 컬럼 온도 변화에 의해 영향을 받지만, 단순히 주입하는 시료의 양이 변한다고 해서 성분 간의 선택성이 변하지는 않습니다.
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71. 질량분석법을 여러 가지 성분의 시료를 기체 상태로 이온화한 다음 자기장 혹은 전기장을 통해 각 이온을 질량/전하의 비에 따라 분리하여 질량스펙트럼을 얻는 방법이다. 질량분석기의 기기장치 중 진공으로 유지되어야 하는 부분이 아닌 것은?

  1. 이온화장치
  2. 질량분리기
  3. 검출기
  4. 신호처리기
(정답률: 78%)
  • 질량분석기에서 이온화장치, 질량분리기, 검출기는 이온의 이동 경로를 확보하고 충돌을 방지하기 위해 고진공 상태를 유지해야 합니다. 반면, 신호처리기는 검출된 신호를 처리하는 출력 장치이므로 진공 상태일 필요가 없습니다.
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72. 유기화합물의 혼합 용액을 기체 크로마토그래피로 분리하여 다음과 같은 데이터를 얻었다. 화합물의 머무름지수를 표시한 것 중 가장 거리가 먼 것은?

  1. n-Butane, 400
  2. 2-Butane, 431
  3. Toluene, 726
  4. n-Heptane, 761
(정답률: 56%)
  • 머무름지수는 머무름 시간($t_R$)이 증가함에 따라 함께 증가하는 특성을 가집니다.

    제시된 표에서 n-Heptane의 $t_R - t_M$ 값은 $14.08$이며, Toluene의 값은 $16.32$입니다. 따라서 머무름지수는 Toluene이 n-Heptane보다 더 커야 하므로, n-Heptane의 지수가 $761$이고 Toluene이 $726$이라는 설정은 논리적으로 맞지 않습니다.
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73. 길이 30.0cm의 분리관을 사용하여 용질 A와 B를 분석하였다. 용질 A와 B의 머무름 시간은 각각 13.40분과 16.40분이고 봉우리 너비(4τ)는 각각 1.25분과 1.38이었으며 머물지않는 화학종은 1.40분 만에 통과하였다. 선택인자(α)는 얼마인가?

  1. 0.80
  2. 1.25
  3. 10.72
  4. 11.88
(정답률: 50%)
  • 선택인자(α)는 두 성분의 보정된 머무름 시간의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \frac{t_{R2} - t_M}{t_{R1} - t_M}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \frac{16.40 - 1.40}{13.40 - 1.40}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 1.25$
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74. Pt 산화전극을 사용하여 Fe2+를 전기량으로 적정하려고 한다. 이에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. Fe2+의 농도가 감소하면서 일정전류를 위해서는 전자전위를 증가시켜야 한다.
  2. 정전류기(galvanostats)를 사용하여 일정전류를 유지한다.
  3. 물의 전기분해가 일어나면 물을 더 첨가하여 농도가 묽어짐을 방지한다.
  4. 분석물질을 100% 전류효율로 산화시키거나 환원시키기 위해서 보조시약을 사용한다.
(정답률: 77%)
  • 물의 전기분해가 일어나면 용매인 물이 소모되므로, 결과적으로 용액 내 분석 물질의 농도는 더 진해지게 됩니다. 따라서 물을 더 첨가하여 농도 묽어짐을 방지한다는 설명은 틀린 내용입니다.
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75. 금속 Zn 전극과 0.1M ZnCl2 수용액 그리고 Cl2와 0.1M HCl 및 탄소 막대 전극을 이용하여 다음과 같이 전지를 구성하였다. 이에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 환원전극(Cathode) 반응은 Cl2(g)+2e-→2Cl-이다.
  2. 산화전극(Anode) 반응은 Zn(s)→Zn2++2e-이다.
  3. 이 전지의 표준전위는 0.596V이다.
  4. 이 전지의 반응은 Zn(s)+Cl2(g)→Zn2+(aq)+2Cl-(aq)이다.
(정답률: 82%)
  • 전지의 표준 전위는 환원 전극의 표준 전위에서 산화 전극의 표준 전위를 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E_{cell} = E_{cathode} - E_{anode}$
    ② [숫자 대입] $E_{cell} = 1.359 - (-0.763)$
    ③ [최종 결과] $E_{cell} = 2.122$
    따라서 표준전위가 $0.596\text{V}$라는 설명은 틀렸으며, 실제 값은 $2.122\text{V}$입니다.
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76. 기체 크로마토그래피 분리법에서 사용되는 운반 기체로 부적당한 것은?

  1. He
  2. N2
  3. Ar
  4. Cl2
(정답률: 80%)
  • 기체 크로마토그래피의 운반 기체는 시료나 고정상과 반응하지 않는 화학적으로 불활성인 기체를 사용해야 합니다. $\text{Cl}_2$는 반응성이 매우 강한 할로겐 원소이므로 운반 기체로 사용할 수 없습니다.
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77. 고성능액체크로마토그래피에서 분리효능을 높이기 위하여 사용하는 방법으로 극성이 다른 2~3가지 용매를 선택하여 그 조성을 연속적 혹은 단계적으로 변화하며 사용하는 방법은?

  1. 기울기 용리(gradient elution)
  2. 온도 프로그램(temperature programmimg)
  3. 분배 크로마토그래피(partition chromatography)
  4. 역상 크로마토그래피(reversed-phase chromatography)
(정답률: 87%)
  • 기울기 용리(gradient elution)는 분석 시간 동안 이동상의 조성(극성 등)을 연속적 또는 단계적으로 변화시켜, 유지 시간이 서로 다른 여러 성분을 효율적으로 분리하고 분석 시간을 단축시키는 방법입니다.
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78. 크로마토그래피에서 관의 분리능을 향상시키기 위한 방법으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 이론단의 수를 높인다.
  2. 선택인자를 크게 한다.
  3. 용량인자를 크게 한다.
  4. 이동상의 유속을 빠르게 한다.
(정답률: 69%)
  • 분리능을 높이려면 이론단 수를 늘리거나 선택인자를 크게 하고, 용량인자를 줄여야 합니다. 이동상의 유속을 너무 빠르게 하면 시료와 고정상 사이의 충분한 상호작용 시간이 부족해져 분리 효율이 떨어지게 됩니다.
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79. 고체표면의 원소 성분을 정량하는데 주로 사용되는 원자 질량분석법은?

  1. 양이온 검출법과 음이온 검출법
  2. 이차이온 질량분석법과 글로우 방전 질량분석법
  3. 레이저 마이크로탐침 질량분석법과 글로우 방전 질량분석법
  4. 이차이온 질량분석법과 레이저 마이크로탐침 질량분석법
(정답률: 68%)
  • 고체 표면의 성분을 분석하기 위해서는 표면에서 이온을 떼어내는 기술이 필요합니다. 이차이온 질량분석법(SIMS)과 레이저 마이크로탐침 질량분석법(LTOF-SIMS)은 고체 시료 표면에 이온 빔이나 레이저를 조사하여 방출되는 이차 이온을 분석함으로써 정량 분석을 수행하는 대표적인 방법입니다.
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80. C, Cl 원자를 한 개씩 함유하는 화합물에서 M. M+1, M+2, M+3 봉우리들의 상대적 크기로 가장 타당한 것은? (단, M은 분자 봉우리를 나타내며, 동위원소 존재비는 Cl35:Cl37=75:25, C12:C13=99:1이다.)

  1. M:M+1:M+2:M+3-99:1:25:21
  2. M:M+1:M+2:M+3-99:1:25:0.33
  3. M:M+1:M+2:M+3-99:1:33:1
  4. M:M+1:M+2:M+3-99:1:33:0.33
(정답률: 53%)
  • 각 원자의 동위원소 존재 확률을 곱하여 분자량별 상대적 강도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{상대 강도} = \text{C 존재비} \times \text{Cl 존재비}$
    ② [숫자 대입]
    $$M = 99 \times 75 = 7425$$
    $$M+1 = 1 \times 75 = 75$$
    $$M+2 = 99 \times 25 = 2475$$
    $$M+3 = 1 \times 25 = 25$$
    ③ [최종 결과] $99 : 1 : 33 : 0.33$
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