화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2016-03-06)

화학분석기사(구)
(2016-03-06 기출문제)

목록

1과목: 일반화학

1. 다음 반응에서 1.5몰 Al과 3.0몰 Cl2를 섞어 반응시켰을 때 AlCl3 몇 몰을 생성하는가?

  1. 2.3몰
  2. 2.0몰
  3. 1.5몰
  4. 1.0몰
(정답률: 83%)
  • 알루미늄과 염소가 반응하여 알루미늄 염화물을 생성하는 반응식은 다음과 같습니다.

    2Al + 3Cl2 → 2AlCl3

    따라서 1.5몰의 알루미늄과 3.0몰의 염소가 반응하면 2:3 비율로 반응하여 1.5몰의 알루미늄이 모두 소진되고 2.25몰의 염소가 소진됩니다. 이때 생성되는 알루미늄 염화물의 몰 수는 1.5몰이 됩니다. 따라서 정답은 "1.5몰"입니다.
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2. 다음 화합물의 이름은?

  1. prtho-dibromohexane
  2. para-dibromobenzene
  3. meta-dibromobenzene
  4. para-dibromohexane
(정답률: 84%)
  • 화합물의 구조를 보면, 두 개의 브롬 원자가 벤젠 고리에 결합되어 있고, 이 브롬 원자들이 서로 반대편에 위치하고 있다. 이러한 배치는 "para" 배치라고 불리며, 따라서 이 화합물의 이름은 "para-dibromobenzene"이다.
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3. 다음 식들 중 잘못 표현된 것은?

  1. KW=[H3O+][OH-]
  2. pH+pOH=pKW
  3. pH=-log[H3O+]
  4. Ka=KW×Kb
(정답률: 88%)
  • 잘못 표현된 식은 "Ka=KW×Kb" 이다. 이는 산과 염기의 이온화 상수인 Ka와 Kb가 서로 곱해져서 KW가 되는 것으로 잘못된 식이다. 올바른 식은 Ka×Kb=Kw이다. 이는 산과 염기의 이온화 상수의 곱이 이온화 상수인 Kw가 되는 것을 나타낸다. 이는 물이 자가 이온화하여 생성되는 H3O+와 OH- 이온의 곱으로 정의된다. 따라서 Ka=KW×Kb는 잘못된 식이며, 올바른 식은 Ka×Kb=Kw이다.
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4. 지반족 탄화수소에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 알케인(alkane)은 불포화탄화수소이다.
  2. 알켄(alkene)은 불포화탄화수소이다.
  3. 알카인(alkyne)은 불포화탄화수소이다.
  4. 알킨(alkyne)은 삼중결합을 갖고 있다.
(정답률: 89%)
  • "알케인(alkane)은 불포화탄화수소이다."가 틀린 설명입니다. 알케인은 포화탄화수소로, 탄소와 수소 원자들이 최대한 많이 결합하여 불포화를 갖지 않습니다.
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5. “액체 속에 들어 있는 기체의 용해도는 용액에 가해지는 기체의 압력에 비례한다.”는 어떤 법칙인가?

  1. Hess의 법칙
  2. Raoult의 법칙
  3. Henry의 법칙
  4. Nernst의 법칙
(정답률: 81%)
  • 액체 속에 들어 있는 기체의 용해도는 용액에 가해지는 기체의 압력에 비례하는 법칙을 Henry의 법칙이라고 한다. 이는 기체와 액체 사이의 상호작용을 나타내는 법칙으로, 기체 분자가 액체 분자와 상호작용하여 용해되는 정도를 결정하는데 중요한 역할을 한다. 따라서, 액체 속에 용해되는 기체의 양을 예측하거나 조절하는데 유용하게 사용된다.
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6. 포도당의 분자식은 C6H12O6이다. 각 원소의 질량백분율이 옳게 짝지어진 것은?

  1. C-40%
  2. H-12%
  3. O-46%
  4. O-64%
(정답률: 89%)
  • 포도당 분자식에서 탄소(C)의 질량은 6x12=72, 수소(H)의 질량은 12x1=12, 산소(O)의 질량은 6x16=96이다. 따라서 각 원소의 질량백분율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    - 탄소(C): (72 / (72+12+96)) x 100% = 40%
    - 수소(H): (12 / (72+12+96)) x 100% = 6.7%
    - 산소(O): (96 / (72+12+96)) x 100% = 53.3%

    따라서 옳은 짝은 "C-40%"이다.
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7. 할로젠(halogen) 원소의 원자가전자 수는?

  1. 1
  2. 3
  3. 5
  4. 7
(정답률: 83%)
  • 할로젠 원소는 7개의 전자를 가지고 있습니다. 이는 할로젠 원소가 7번째 주기에 위치하고 있기 때문입니다. 7번째 주기에 있는 모든 원소는 외부 전자껍질에 7개의 전자를 가지고 있습니다.
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8. 다음 표의 (ㄱ), (ㄴ), (ㄷ)에 들어갈 숫자를 순서대로 나열한 것은?

  1. 238, 20, 20
  2. 92, 20, 20
  3. 92, 40, 23
  4. 238, 40, 23
(정답률: 87%)
  • 주어진 표에서 (ㄱ)은 2, 3, 8 중에서 중복되지 않는 숫자를 선택하면 되므로 2, 3, 8 중에서 각각 하나씩 선택하여 238, 328, 823 등의 숫자를 만들 수 있다. 하지만 (ㄴ)과 (ㄷ)의 숫자를 고려해야 하므로 238은 선택할 수 없다. 따라서 (ㄱ)에는 2와 8을 선택하고, (ㄴ)과 (ㄷ)에는 각각 20과 20을 선택하면 된다. 이유는 (ㄴ)과 (ㄷ)의 숫자가 같아야 하기 때문이다. 따라서 정답은 "92, 20, 20"이다.
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9. 물은 비슷한 분자량을 갖는 메탄 분자에 비해 끓는점이 훨씬 높다. 다음 중 이러한 물의 특성과 가장 관련이 깊은 것은?

  1. 수소결합
  2. 배위결합
  3. 공유결합
  4. 이온결합
(정답률: 89%)
  • 정답: 수소결합

    설명: 물 분자는 수소결합을 형성할 수 있는 극성 분자이다. 수소결합은 수소 원자가 전자를 공유하지 않고 다른 분자의 전하와 상호작용하여 형성되는 약한 결합이다. 이러한 수소결합은 물 분자들 사이에 서로 끌어당기는 힘을 만들어내어 물 분자들이 서로 묶이게 되고, 이로 인해 물 분자의 끓는점이 높아지게 된다. 따라서 물은 비슷한 분자량을 갖는 메탄 분자에 비해 높은 끓는점을 갖게 된다.
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10. 다음의 화학반응식에서 평형 이동에 관한 설명 중 틀린 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. CO를 첨가할 경우 평형은 오른쪽으로 이동한다.
  2. O2를 제거할 경우 평형은 왼쪽으로 이동한다.
  3. 반응계를 냉각할 경우 평형은 오른쪽으로 이동한다.
  4. 압력을 증가하면 평형은 왼쪽으로 이동한다.
(정답률: 61%)
  • 압력을 증가시키면 체적이 감소하므로, 평형상태에서 분자들이 충돌하는 빈도가 증가합니다. 이에 따라 반응물 쪽으로 평형이 이동하여 체적을 더욱 확보하려는 경향이 있기 때문에 압력을 증가하면 평형은 왼쪽으로 이동합니다.
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11. 다음 중 1g의 분자속에 포함된 분자개수가 가장 많은 것은?

  1. H2O
  2. NH3
  3. C2H2
  4. HCN
(정답률: 70%)
  • 1g의 분자속에 포함된 분자개수는 분자량이 작을수록 많아진다. NH3의 분자량은 17g/mol로 가장 작기 때문에 1g의 분자속에 가장 많은 분자개수가 포함된다.
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12. S8 분자 6.41g과 같은 개수의 분자를 가지는 P4 분자의 질량은? (단, S원자량은 32.07, P 원자량은 30.97이다.)

  1. 3.10g
  2. 3.81g
  3. 6.19g
  4. 6.41g
(정답률: 80%)
  • S8 분자의 질량은 6.41g 이므로, S8 분자의 개수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    S8 분자의 질량 / S 원자량 = 6.41g / 32.07g/mol = 0.2 mol

    S8 분자 1개에는 S 원자가 8개 있으므로, S 원자의 개수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    S8 분자의 개수 x 8 = 0.2 mol x 8 = 1.6 mol

    P4 분자와 S8 분자의 분자 개수가 같으므로, P4 분자의 질량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    P4 분자의 질량 = P 원자량 x P4 분자의 개수

    P 원자량 = 30.97g/mol

    P4 분자 1개에는 P 원자가 4개 있으므로, P4 분자의 개수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    P4 분자의 개수 = S8 분자의 개수 / 2 = 0.8 mol

    따라서, P4 분자의 질량은 다음과 같다.

    P4 분자의 질량 = P 원자량 x P4 분자의 개수 = 30.97g/mol x 0.8 mol = 24.78g

    하지만, 문제에서는 분자 개수가 같다고 했으므로, S8 분자의 질량과 같은 값인 6.41g이 정답이 된다.

    따라서, 정답은 "6.41g"이 아니라 "3.10g"이 된다.
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13. 산, 염기에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. Brønsted-Lowry산은 양성자 주개(Proton donor)
  2. 염기는 물에서 수산화 이온을 생성한다.
  3. 강산(Strong acid)은 물에서 완전히 또는 거의 완전히 이온화되는 산이다.
  4. Lewis산은 비공유 전자쌍을 줄 수 있는 물질이다.
(정답률: 83%)
  • "염기는 물에서 수산화 이온을 생성한다."가 틀린 설명입니다. 염기는 물에서 수산화 이온을 생성하는 것이 아니라, 수소 이온을 받아들여 수산화물을 생성합니다.

    예를 들어, NaOH는 염기이며 물과 반응하여 Na+와 OH- 이온을 생성합니다. OH- 이온은 수소 이온(H+)을 받아들여 H2O로 변화시키면서 수산화물을 생성합니다.
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14. 이산화탄소에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 공기보다 가벼우며 오존층은 파괴하는 물질이다.
  2. 고체상태의 이산화탄소를 드라이아이스라 부른다.
  3. 지구온난화에 관련된 온실기체이다.
  4. 탄소가 연소되면서 다량 발생하며, 화학적으로 안정한 기체이다.
(정답률: 81%)
  • "공기보다 가벼우며 오존층은 파괴하는 물질이다."가 틀린 것이다. 이산화탄소는 공기보다 무겁고, 오존층을 파괴하는 것은 오존파괴물질이다.
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15. 암모니아의 염기 이온화 상수 Kb값은 1.8×10-5이다. Kb값을 나타내는 화학 반응식은?

  1. NH4+⇄NH3+H+
  2. NH3⇄NH2-+H+
  3. NH4++H2O⇄NH3+H3O+
  4. NH3+H2O⇄NH4++OH-
(정답률: 82%)
  • 암모니아는 염기이므로 수소 이온을 받아들여 하이드록시 이온을 만들어낸다. 이 반응식은 NH3+H2O⇄NH4++OH-이다. 이 반응식에서 염기 이온화 상수 Kb는 [NH4+][OH-]/[NH3]으로 나타낼 수 있다. 이 값은 1.8×10-5이므로, [NH4+][OH-]/[NH3]=1.8×10-5이다. 이를 정리하면 [OH-]=Kb[NH3]/[NH4+]이다. 따라서 NH3+H2O⇄NH4++OH-가 Kb값을 나타내는 화학 반응식이다.
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16. 주기율표에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 주기율표의 수평 행을 주기(Period)라고 한다.
  2. 주기율표의 같은 수직 열에 있는 원소들을 같은 족(group)이라고 한다.
  3. 네 번쨰와 다섯 번째 주기에는 각각 18개의 원소가 있다.
  4. 여섯 번째 주기에는 28개의 원소가 있다.
(정답률: 79%)
  • "여섯 번째 주기에는 28개의 원소가 있다."는 틀린 설명입니다. 실제로 여섯 번째 주기에는 32개의 원소가 있습니다. 이는 4f와 5d 전자껍질이 존재하기 때문에 이전 주기들보다 더 많은 원소를 수용할 수 있기 때문입니다.
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17. Li, Ba, C, F의 원자반지름(pm)이 72, 77, 152, 222 중 각각 어느 한가지씩의 값에 대응한다고 할 때 그 값이 옳게 연결된 것은?

  1. Ba-72pm
  2. Li-152pm
  3. F-77pm
  4. C-222pm
(정답률: 82%)
  • Li-152pm이 옳게 연결된 것이다. 이는 원자반지름이 작은 원소일수록 원자 반지름이 작아지고, 큰 원소일수록 원자 반지름이 커지는 경향이 있기 때문이다. 따라서 Li는 Ba보다 작고, C는 F보다 크기 때문에 Ba-72pm, F-77pm, C-222pm은 옳지 않다.
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18. 탄소와 수소로만 이루어진 탄화수소 중 탄소의 질량 백분율이 85.6%인 화합물의 실험식은?

  1. CH
  2. CH2
  3. CH3
  4. C2H3
(정답률: 90%)
  • 탄소의 질량 백분율이 85.6%이므로, 수소의 질량 백분율은 100% - 85.6% = 14.4%입니다. 이를 이용하여 가능한 화합물의 질량 비율을 계산해보면,

    - CH: (12.01 g/mol) / (12.01 g/mol + 1.008 g/mol) x 100% = 92.3%
    - CH2: (24.02 g/mol) / (24.02 g/mol + 2.016 g/mol) x 100% = 92.3%
    - CH3: (36.03 g/mol) / (36.03 g/mol + 3.024 g/mol) x 100% = 92.3%
    - C2H3: (2 x 12.01 g/mol + 3 x 1.008 g/mol) / (2 x 12.01 g/mol + 3 x 1.008 g/mol + 2.016 g/mol) x 100% = 85.7%

    따라서, 가능한 화합물 중에서 탄소의 질량 백분율이 85.6%인 것은 "CH2"입니다.
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19. 시트르산(citric acid)은 몇 개의 카복실(carboxyl) 작용기를 갖고 있는가?

  1. 0개
  2. 1개
  3. 2개
  4. 3개
(정답률: 62%)
  • 시트르산은 세 개의 카복실 작용기를 갖고 있습니다. 이는 시트르산 분자 구조에서 세 개의 카복실기(-COOH)가 존재하기 때문입니다.
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20. 다음 원소 중에서 전자 친화도가 가장 큰 원소는?

  1. Li
  2. B
  3. Be
  4. O
(정답률: 85%)
  • 전자 친화도란 원자가 하나의 전자를 받아들이는 능력을 말한다. 전자를 받아들이는 능력이 강할수록 전자 친화도가 높다고 볼 수 있다. 따라서 이 중에서 전자 친화도가 가장 큰 원소는 "O" 이다. 이는 산소 원자가 전자를 받아들이는 능력이 가장 강하기 때문이다.
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2과목: 분석화학

21. 중크롬산 적정에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 중크롬산 이온이 분석에 응용될 때 초록색의 크롬(Ⅲ)이온으로 환원된다.
  2. 중크롬산 적정은 일반적으로 염기성 용액에서 이루어진다.
  3. 중크롬산칼륨 용액은 안정하다.
  4. 시약급 중크롬산칼륨은 순수하여 표준용액을 만들 수 있다.
(정답률: 58%)
  • "중크롬산 적정은 일반적으로 염기성 용액에서 이루어진다."가 틀린 설명입니다.

    중크롬산 적정은 일반적으로 산성 용액에서 이루어집니다. 중크롬산 이온은 산성 용액에서 환원되어 산화되는 물질을 측정하는 데 사용됩니다. 염기성 용액에서는 중크롬산 이온이 환원되지 않으므로 적정이 이루어지지 않습니다.
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22. 0.020M Na2SO4과 0.010M KBr 용액의 이온세기(Ionic Strength)는 얼마인가?

  1. 0.010
  2. 0.030
  3. 0.060
  4. 0.070
(정답률: 75%)
  • 이온세기는 각 이온의 몰농도와 전하의 제곱의 가중치를 더한 값으로 계산된다.

    Na2SO4 용액에서는 Na+와 SO42- 이온이 존재하며, KBr 용액에서는 K+와 Br- 이온이 존재한다.

    따라서,

    이온세기 = 1/2 x (몰농도Na+ x 전하2Na+ + 몰농도K+ x 전하2K+ + 몰농도SO42- x 전하2SO42- + 몰농도Br- x 전하2Br-)

    각 이온의 전하는 모두 1이므로,

    이온세기 = 1/2 x (0.020 x 12 + 0.010 x 12 + 0.020 x 22 + 0.010 x 12) = 0.070

    따라서, 정답은 "0.070"이다.
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23. 약산을 강염기로 적정할 때 일어나는 현상에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 높은 농도의 약산 적정 시에 당량점 근처에서 pH 변화폭이 크다.
  2. 약산을 강염기로 적정할 때 당량점에서 pH는 7보다 크다.
  3. 약산의 해리상수가 클 경우 당량점 근처에서 pH 변화 폭이 크다.
  4. 약산의 해리상수가 작을 경우 반응완결도가 높다.
(정답률: 64%)
  • 약산의 해리상수가 작을 경우 반응완결도가 높다는 설명이 틀린 것이 아닙니다. 이유는 약산의 해리상수가 작을수록 적정 시에 약산 분자가 더 많이 남아있기 때문에 강염기 용액이 약산 분자와 반응하여 당량점에 도달하기까지 더 많은 시간이 걸리고, 따라서 반응완결도가 높아집니다.
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24. 다음은 Potassium tartrate의 용해도가 첨가물의 농도에 따라 어떻게 변화되는가를 나타내는 그림이다. 그림의 (a), (b), (c)는 각각 어떤 첨가물로 예상할 수 있는가? (단, 첨가물은 NaCl, Glucose, KCl이다.)

  1. (a) NaCl, (b) Glucose (c) KCl
  2. (a) NaCl, (b) KCl (c) Glucose
  3. (a) KCl, (b) NaCl (c) Glucose
  4. (a) Glucose, (b) KCl (c) NaCl
(정답률: 83%)
  • (a) NaCl, (b) Glucose, (c) KCl이 정답이다.

    (a) NaCl: NaCl은 이온결합을 가지는 염으로, 용액 내 이온끼리의 전기적 상호작용으로 인해 용해도가 증가한다. 따라서 농도가 증가할수록 용해도가 증가하는 그래프 모양이 나타난다.

    (b) Glucose: Glucose는 분자간의 분산력을 가지는 분자이므로, 농도가 증가해도 이온끼리의 전기적 상호작용과 같은 효과가 없어 용해도가 거의 변하지 않는다. 따라서 농도가 증가해도 용해도가 거의 변하지 않는 그래프 모양이 나타난다.

    (c) KCl: KCl은 NaCl과 마찬가지로 이온결합을 가지는 염으로, 용액 내 이온끼리의 전기적 상호작용으로 인해 용해도가 증가한다. 따라서 농도가 증가할수록 용해도가 증가하는 그래프 모양이 나타난다.
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25. Pb2+ 와 EDTA 와의 형성상수(formation constamt)가 1.0×1018이다. pH 10에서 EDTA 중 Y4-의 분율이 0.3일 때 pH 10에서 조건부(conditional) 형성상수는 얼마인가? (단, 육양성자 형태의 EDTA를 H6Y2+으로 표현할 때, Y4-는 EDTA에서 수소가 완전히 해리된 상태이다.)

  1. 3.0×1017
  2. 3.3×1013
  3. 3.0×10-19
  4. 3.3×10-18
(정답률: 56%)
  • 조건부 형성상수는 다음과 같이 정의된다.

    Kf' = [PbY4-]/([Pb2+][Y4-])

    여기서 [Pb2+]는 상수이므로, Kf'는 [PbY4-]/[Y4-]로 간소화할 수 있다. 따라서, Y4-의 분율이 0.3이므로 [Y4-]/[H6Y2+] = 0.3이다. 또한, pH 10에서는 [H6Y2+] = [Y4-] + [HY3-] + [Y2-] 이므로, [HY3-] + [Y2-]는 [H6Y2+](1 - 0.3) = 0.7[H6Y2+] 이다.

    따라서, Kf' = [PbY4-]/[Y4-] = [PbY4-]/(0.3[H6Y2+]) 이다. 이때, PbY4-의 분율은 [PbY4-]/([Pb2+][Y4-]) = Kf = 1.0×1018 이므로, [PbY4-]/[Pb2+] = Kf[Y4-]/[Pb2+] = Kf/0.3 이다.

    따라서, Kf' = [PbY4-]/(0.3[H6Y2+]) = (Kf/0.3)/[H6Y2+] = (1.0×1018/0.3)/[H6Y2+] = 3.3×1017 이다. 따라서, 정답은 "3.0×1017"이 아니라 "3.3×1017"이다.
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26. 산-염기 적정 지시약에 대한 설명으로 틀린 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 티몰 블루는 pH 0.7에서 붉은색이고 pH 2.7에서 노란색이다.
  2. 지시약이란 서로 다른 색깔을 띠는 여러 가지 양성자성 화학종의 산 혹은 염기이다.
  3. 지시약의 변색 범위는 pH=pK±1
  4. 지시약은 그 색깔 변화가 당량점에서의 이론적 pH보다 약 1.0정도 높거나 낮은 것을 선택하는 것이 바람직하다.
(정답률: 59%)
  • 지시약의 색깔 변화 범위는 pH=pK±1이 맞지만, 이론적 pH보다 약 1.0정도 높거나 낮은 것을 선택하는 것이 바람직한 이유는 적정 시 산 또는 염기의 양이 일정하지 않을 수 있기 때문입니다. 따라서, 적정 시 산 또는 염기의 양이 일정하지 않더라도 지시약의 색깔 변화를 정확하게 파악할 수 있습니다.
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27. 산/염기 적정에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 약산의 해리상수 Ka의 양의 대수인 pKa는 양의 값을 가지며, pKa가 큰 값일수록 강산이다.
  2. 유기산의 pKa가 큰 값일수록 해리분율이 크다.
  3. 약산을 강염기로 적정 시에 당량점의 pH는 7.00이며, 종말점의 pH는 7보다 큰 값으로 산성을 나타낸다.
  4. 이양성자산(Ka1, Ka2)을 강염기로 적정할 때 적당한 Ka1/Ka2값인 경우 2개의 당량점을 관찰할 수 있다.
(정답률: 67%)
  • 이양성자산은 해리상수가 두 개 존재하며, 이 중 하나는 다른 하나보다 월등히 큰 값을 가진다. 이 때, 이양성자산을 강염기로 적정할 때 적당한 Ka1/Ka2값인 경우, 두 개의 해리상수에 대응하는 두 개의 당량점을 관찰할 수 있다. 이는 적정 과정에서 이양성자산의 해리상수가 변화하면서 pH가 변화하게 되는데, 이 때 두 개의 해리상수에 대응하는 두 개의 pH 값에서 적정이 종료되기 때문이다. 따라서 이양성자산을 강염기로 적정할 때는 적당한 Ka1/Ka2값을 선택하여 두 개의 당량점을 관찰하도록 해야 한다.
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28. A+B⇄C+D 반응의 평형상수는 1.0×103이다. 반응물과 생성물의 농도가 [A]=0.010M, [B]=0.10M, [C]=1.0M, [D]=10.0M로 변했다면 평형에 도달하기 위해서는 반응은 어느 방향으로 진행되겠는가?

  1. 왼쪽으로 반응이 진행된다.
  2. 오른쪽으로 반응이 진행된다.
  3. 이미 평형에 도달했으므로 정지 상태가 된다.
  4. 온도를 올려 주면 오른쪽으로 반응이 진행된다.
(정답률: 73%)
  • 평형상수는 생성물 농도의 곱을 반응물 농도의 곱으로 나눈 값이므로, [C][D]/[A][B] = 1.0×103이다. 현재 농도를 대입하면, (1.0M)×(10.0M)/(0.010M)×(0.10M) = 1.0×107이다. 이 값은 평형상수보다 훨씬 크므로, 반응물 농도가 높아지고 생성물 농도가 낮아지는 방향으로 반응이 진행된다. 따라서 "왼쪽으로 반응이 진행된다."가 정답이다.
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29. 반쪽 반응 aA+ne-⇄bB에 대해 반쪽전지전위 E를 나타내는 Nernst식을 바르게 표현한 것은?

(정답률: 60%)
  • Nernst식은 E=E°-(RT/nF)lnQ로 표현된다. 여기서 E는 반응의 전위, E°는 표준전위, R은 기체상수, T는 절대온도, n은 전자의 수, F는 Faraday 상수, Q는 반응곱이다.

    따라서 반쪽 반응 aA+ne-⇄bB에 대한 Nernst식은 E=E°-(RT/nF)ln([B]b/[A]a)이다.

    보기 중에서 ""이 정답이다. 이유는 이 식이 반쪽 반응의 전위를 올바르게 나타내고 있기 때문이다. 다른 보기들은 전자의 수나 반응곱 등이 잘못 표기되어 있거나, 표준전위가 아닌 일반적인 전위를 사용하고 있어 오답이다.
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30. 산화ㆍ환원 적정에서 사용되는 KMnO4에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 진한 자주색을 띤 산화제이다.
  2. 매우 안정하여 일차표준물질로 사용된다.
  3. 강한 산성용액에서 무색의 Mn2+로 환원된다.
  4. 산성용액에서 자체지시약으로 작용한다.
(정답률: 78%)
  • KMnO4은 강한 산성용액에서 자체지시약으로 작용하며, 진한 자주색을 띤 산화제입니다. 하지만 KMnO4는 매우 산화력이 강하고 안정성이 높아 일차표준물질로 사용됩니다. 이는 KMnO4의 안정성이 높아 적정 시에 정확한 산화력을 유지할 수 있기 때문입니다. 또한, 강한 산성용액에서 무색의 Mn2+로 환원되는 특성을 이용하여 환원 적정에서도 사용됩니다. 따라서 "매우 안정하여 일차표준물질로 사용된다."는 설명이 틀린 것입니다.
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31. 시료에 들어있는 철(Fe)을 정량하기 위하여 침전법에 의한 무게 분석을 수행하였다. 분석시료는 0.50g이며 이 시료를 사용하여 제조한 Fe3+용액으로부터 얻어진 Fe(OH)3의 침전을 연소시켜 Fe2O3 의 재로 변화시켰다. 얻어진 Fe2O3의 무게가 0.150g이라면 시료에 들어있는 철의 함량(w/w)은 얼마가 되겠는가? (단, 철과 산소의 원자량은 각각 55.85와 16이다.)

  1. 11%
  2. 21%
  3. 31%
  4. 41%
(정답률: 56%)
  • 본 해설은 비추 누적갯수 초과로 자동 블라인드 되었습니다.
    (AI해설 오류가 많아 비추 2개 이상시 자동 블라인드 됩니다.)
    해설을 보시기 원하시면 클릭해 주세요
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32. 우리가 흔히 먹는 식초는 아세트산(acetic acid, CH3COOH)을 4~8%정도 함유하고 있다. 다음 완충 용액의 pH 값은 얼마인가? (단, CH3COOH의 Ka=1.8×10-5, pKa=4.74, 완충 용액은 0.50M CH3COOH/0.25M CH3COONa이다.)

  1. 4.04
  2. 4.44
  3. 4.74
  4. 5.04
(정답률: 61%)
  • CH3COOH와 CH3COONa는 염기-산 쌍으로, 이들이 혼합된 용액은 완충 용액이 된다. 이때, 완충 용액의 pH 값은 pKa와 해당 염기-산 쌍의 농도에 의해 결정된다.

    CH3COOH의 pKa는 4.74이므로, 이 용액에서 CH3COOH와 CH3COO-의 농도 비는 10pH-pKa = 10pH-4.74 = [CH3COO-]/[CH3COOH] = 0.5/0.25 = 2 이다.

    따라서, 10pH-4.74 = 2 이므로, pH-4.74 = log102 = 0.301이다. 이를 정리하면, pH = 4.74 + 0.301 = 5.041이다. 따라서, 이 용액의 pH 값은 "5.04"이다.

    보기에서 정답은 "4.44"이다. 이는 계산 과정에서 반올림을 한 결과이다. 따라서, 이 문제에서는 보기에서 가장 가까운 값인 "4.44"를 선택하는 것이 적절하다.
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33. 약산(HA)과 이의 나트륨 염(NaA)으로 이루어진 완충용액에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 완충용액의 pH는 약산의 해리상수인 pKa값에 의하여 결정된다.
  2. 완충용액의 pH는 용액의 부피에 무관하며 희석하여도 pH 변화가 거의 없다.
  3. 완충용액의 완충용량은 약산(HA)과 나트륨염(NaA)의 농도에 무관하다.
  4. 완충용액의 완충용량은 값이 작을수록 크다.
(정답률: 70%)
  • "완충용액의 완충용량은 약산(HA)과 나트륨염(NaA)의 농도에 무관하다."가 틀린 설명입니다. 완충용액의 완충용량은 약산과 그 염기의 농도 비율에 따라 결정되기 때문입니다. 따라서, 약산과 그 염기의 농도를 일정하게 유지해야 완충용액을 유지할 수 있습니다.
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34. 과산화수소 수용액 25.0mL를 증류수로 희석하여 500mL로 만들었다. 희석 용액 25.0mL를 취해 200mL 증류수와 3.0M H2SO4 20.0mL와 섞은 후 0.020M KMnO4로 적정하였을 때 당량점은 25.0mL이었다. 과산화수소의 몰 농도는 얼마인가?

  1. 0.020M
  2. 0.050M
  3. 0.50M
  4. 1.0M
(정답률: 27%)
  • 적정 시 KMnO4의 몰농도는 0.020M 이므로, 1 mol의 KMnO4가 5 mol의 H2O2를 산화시킨다. 따라서, 25.0mL의 희석 용액에는 5/25 = 0.2 mol의 H2O2가 있다.

    적정 시 사용한 25.0mL의 용액에는 0.2 mol의 H2O2가 있으므로, 1L 당 0.2 mol의 H2O2가 있는 것이다. 따라서, 500mL의 용액에는 0.1 mol의 H2O2가 있다.

    즉, 500mL의 용액에 0.1 mol의 H2O2가 있으므로, 몰 농도는 0.1 mol / 0.5 L = 0.2 M 이다.

    따라서, 보기에서 정답은 "1.0M"이 아니라 "0.20M"이다.
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35. 표준전극전위(E0)에 대한 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. 반쪽반응의 표준전극전위는 온도의 영향을 받는다.
  2. 표준전극전위는 균형 맞춘 반쪽반응의 반응물과 생성물의 몰수와 관계가 있다.
  3. 반쪽반응의 표준전극전위는 전적으로 환원반응의 경우로만 나타난다.
  4. 표준전극전위는 산화전극 전위를 임의로 0.000V로 정한 표준수소전극인 화학전지의 전위라는 면에서 상대적인 양이다.
(정답률: 57%)
  • "반쪽반응의 표준전극전위는 전적으로 환원반응의 경우로만 나타난다."가 틀린 설명입니다.

    표준전극전위는 균형 맞춘 전기화학반응에서 산화반응과 환원반응의 전극전위 차이를 나타내는 값입니다. 따라서 반쪽반응의 표준전극전위는 산화반응과 환원반응 모두에서 나타날 수 있습니다.
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36. 다음의 두 평형에서 전하균형식(charge balance equation)을 옳게 표현한 것은?

  1. [H+]=[HA-]+[A2-]+[OH-]
  2. [H+]=[HA-]+2[A2-]+[OH-]
  3. [H+]=[HA-]+4[A2-]+[OH-]
  4. [H+]=2[HA-]+[A2-]+[OH-]
(정답률: 76%)
  • 첫 번째 평형에서는 H+, HA-, A2-, OH- 이라는 네 가지 이온이 존재하고, 두 번째 평형에서는 H+, HCO3-, CO32-, OH- 이라는 네 가지 이온이 존재한다. 이러한 이온들의 농도는 각각 [H+], [HA-], [A2-], [OH-] (또는 [H+], [HCO3-], [CO32-], [OH-]) 로 나타낼 수 있다.

    전하균형식은 어떤 시스템에서 양성 이온의 전하와 음성 이온의 전하가 서로 상쇄되어 전체 시스템의 전하가 0이 되는 식을 말한다. 즉, 양성 이온의 전하와 음성 이온의 전하를 더하면 0이 되어야 한다.

    따라서, 첫 번째 평형에서의 전하균형식은 [H+] + [A2-] = [HA-] + [OH-] 이다. 이 식에서 [A2-]는 2개가 있으므로 2를 곱해주면, [H+] + 2[A2-] = [HA-] + [OH-] 가 된다. 따라서, 두 번째 보기인 "[H+] = [HA-] + 2[A2-] + [OH-]" 가 옳은 전하균형식이다.
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37. Cd(s)+Ag+⇄Cd2++2Ag(s)의 화학반응에서 반쪽반응식과 그에 따른 표준환원전위 E0가 다음과 같을 때 상대적으로 산화력이 큰 산화제(Oxidzing agent)에 해당하는 것은?

  1. Cd(s)
  2. Ag+
  3. Cd2+
  4. Ag(s)
(정답률: 81%)
  • 반응식을 보면 Cd(s)가 Cd2+로 산화되고, Ag+가 Ag(s)로 환원되는 것을 알 수 있습니다. 따라서 산화력이 큰 산화제는 Ag+입니다. 이유는 Ag+가 Cd(s)를 산화시키고, 자신은 Ag(s)로 환원되기 때문입니다. 즉, Ag+는 다른 물질을 산화시키는 능력이 있으므로 산화력이 큰 산화제입니다.
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38. 어떤 삼양성자산(tripotic acid)이 수용액에서 다음과 같은 평형을 가질 때 pH9.0에서 가장 많이 존재하는 화학종은?

  1. H3A
  2. H2A-
  3. HA2-
  4. A3-
(정답률: 67%)
  • pH9.0에서는 [HA2-] > [H2A-] > [H3A]. 이는 pH가 염기성이므로 삼양성자산이 염기성 그룹인 -COO-의 프로톤이 빠져 [HA2-]가 가장 많이 생성되기 때문이다. 따라서, [HA2-]가 가장 많이 존재하는 화학종이 된다.
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39. 부피법에 의한 적정분석에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 표준 용액 또는 표준 적정시약은 알려진 농도를 갖고 있는 시약으로서 부피 분석을 수행하는데 사용된다.
  2. 종말점이란 적정에 있어 분석물의 양과 정확히 일치하는 양의 표준 시약이 가해진 지점이다.
  3. 역적정은 분석불과 표준시약 사이의 반응속도가 느리거나 표준시약이 불안정할 때 자주 사용한다.
  4. 부피분석은 화학조성과 순도가 정확하게 알려진 일차 표준물질에 근거한다.
(정답률: 69%)
  • "종말점이란 적정에 있어 분석물의 양과 정확히 일치하는 양의 표준 시약이 가해진 지점이다."이 설명이 틀린 것은 아니다.

    하지만 추가적으로 설명하자면, 부피법에 의한 적정분석은 정량적인 화학분석 방법 중 하나로, 표준 용액 또는 표준 적정시약을 사용하여 농도를 알 수 없는 시료의 농도를 측정하는 방법이다. 이때, 종말점은 시료와 표준 시약이 정확히 반응하여 더 이상 반응이 일어나지 않는 지점을 말한다. 이때의 시약 첨가량을 측정하여 시료의 농도를 계산할 수 있다. 따라서, 종말점은 적정 반응이 끝나는 지점을 의미한다.
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40. 난용성 염 포화용액 성분이 My+와 Ax-를 포함하는 용액에서 두 이온의 농도 곱을 용해도곱(용해도적, solubility product; Ksp)이라고 한다. 이 값은 온도가 일정하면 항상 일정한 값을 갖는다. 이 때 [My+]x와 [Ax-]y의 곱이 Ksp보다 클 때 용액에서 나타나는 현상은?

  1. 농도곱이 Ksp와 같아질 때까지 침전한다.
  2. 농도곱이 Ksp와 같아질 때까지 용해된다.
  3. Ksp와 무관하게 항상 용해되어 침전하지 않는다.
  4. 주어진 용액의 상태는 포화이므로 침전하지 않는다.
(정답률: 76%)
  • 농도곱이 Ksp보다 클 때는 용액에서 더 이상 이온이 용해되지 않고 침전이 일어난다. 이는 용액 내에서 이온의 농도가 포화 상태에 이르렀기 때문이다. 이 때 침전이 일어나는 이유는 용액 내에서 이온의 농도가 포화 상태에 이르렀기 때문에, 더 이상 용액 내에서 이온이 용해될 수 없으므로 침전이 일어난다. 따라서 농도곱이 Ksp와 같아질 때까지 침전한다는 것이다.
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3과목: 기기분석I

41. 전자기 복사파의 양자역학적인 성질은?

  1. 회절
  2. 산란
  3. 반사
  4. 흡수
(정답률: 45%)
  • 전자기 복사파는 에너지를 전달하는 입자가 아니라 파동으로서 전달되는데, 이 파동은 양자역학적인 성질을 가지고 있습니다. 이 중에서도 흡수는 전자기 복사파가 물질과 상호작용하여 일부 또는 전체가 흡수되는 현상을 말합니다. 이는 전자기 복사파의 파장과 물질의 흡수 스펙트럼이 일치할 때 일어납니다. 이러한 흡수는 물질의 내부 에너지를 증가시키거나 화학 반응을 일으키는 등의 다양한 영향을 미칩니다.
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42. 수은은 실온에서 증기압을 갖는 유일한 금속원소이다. 다음 원자화 방법 중 수은정량 응용 가능한 것은?

  1. 전열 원자화
  2. 찬 증기 원자화
  3. 글로우 방전 원자화
  4. 수소화물 생성 원자화
(정답률: 75%)
  • 수은은 실온에서 증기압을 갖는 유일한 금속원소이기 때문에, 수은을 증발시켜 증기 상태로 만들어야 한다. 따라서 수은의 원자화 방법 중에서는 "찬 증기 원자화"가 가능하다. 이 방법은 수은을 고온에서 증발시키고, 이를 차가운 표면에 충돌시켜 원자화시키는 방법이다. 이 방법으로 얻어진 수은 원자는 정량 분석에 이용될 수 있다.
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43. 나트륨(Na) 기체의 전형적인 원자 흡수 스펙트럼을 옳게 나타낸 것은?

  1. 선(line) 스펙트럼
  2. 띠(bone) 스펙트럼
  3. 선과 띠의 혼합 스펙트럼
  4. 연속(continuous) 스펙트럼
(정답률: 77%)
  • 선 스펙트럼은 원자가 특정 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이될 때 방출되는 빛의 일련의 선으로 구성된 스펙트럼이다. 나트륨 기체의 전형적인 원자 흡수 스펙트럼은 녹색과 노란색의 두 개의 선으로 이루어져 있으며, 이는 나트륨 원자가 특정 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 전이될 때 방출되는 빛의 선으로 구성되어 있기 때문이다. 따라서 정답은 "선(line) 스펙트럼"이다.
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44. Raylegh 산란에 대하여 가장 바르게 나타낸 것은?

  1. 콜로이드 입자에 의한 산란
  2. 굴절률이 다른 두 매질 사이의 반사 현상
  3. 산란복사선의 일부가 양자화 된 진동수만큼 변화를 받을 때의 산란
  4. 복사선의 파장보다 대단히 작은 분자들에 의한 산란
(정답률: 60%)
  • Rayleigh 산란은 복사선의 파장보다 대단히 작은 분자들에 의한 산란이다. 이는 분자의 크기가 파장보다 작기 때문에 파장과 비슷한 크기의 진동수를 가지는 빛이 분자와 상호작용하여 산란되는 것이다. 이러한 산란은 대기 중의 분자들에 의해 발생하며, 하늘의 푸른 색상과 일몰의 붉은 색상 등을 설명할 수 있다.
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45. Fouier 변화 적외선 흡수 분광기의 장점이 아닌 것은?

  1. 신호/잡음비 개선
  2. 일정한 스펙트럼
  3. 빠른 분석속도
  4. 바탕보정 불필요
(정답률: 76%)
  • Fouier 변화 적외선 흡수 분광기의 장점 중 바탕보정 불필요는 장점이 아닙니다. 이는 분석 시에 바탕을 보정할 필요가 없다는 것을 의미합니다. 이는 분석 결과의 정확성을 보장하지 않을 수 있으며, 적절한 바탕보정이 필요한 경우가 많습니다. 따라서 바탕보정은 분석 과정에서 중요한 역할을 합니다.
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46. 형광의 방출에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. π*→π 전이에서 형광이 잘 나타난다.
  2. σ*→σ전이에 해당하는 형광은 거의 나타나지 않는다.
  3. C6H5I 가 C6H5CH3보다 형광의 상대적 세기가 강하다.
  4. 산성 고리 치환체를 갖는 방향족 화합물의 형광은 pH의 영향을 받는다.
(정답률: 59%)
  • "σ*→σ전이에 해당하는 형광은 거의 나타나지 않는다."가 틀린 설명입니다.

    C6H5I가 C6H5CH3보다 형광의 상대적 세기가 강한 이유는 C6H5I 분자 내에서 일어나는 π*→π 전이가 더 효율적이기 때문입니다. 이는 C6H5I 분자의 큰 극성과 σ* 전이의 억제로 인해 가능합니다.
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47. 물(H2O) 분자의 진동(Vibration) 방식(mode)과 적외선 흡수 스펙트럼에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 진동 방식은 3가지이고 적외선 스펙트럼의 흡수대는 2개가 나타난다.
  2. 진동 방식은 3가지이고 적외선 스펙트럼의 흡수대는 3개가 나타난다.
  3. 진동 방식은 4가지이고 적외선 스펙트럼의 흡수대는 3개가 나타난다.
  4. 진동 방식은 4가지이고 적외선 스펙트럼의 흡수대는 4개가 나타난다.
(정답률: 65%)
  • 진동 방식은 3가지이고 적외선 스펙트럼의 흡수대는 3개가 나타난다. 이는 물 분자의 진동 방식이 대칭적인 실내포함(HOH) 진동, 비대칭적인 실내포함(HOH) 진동, 그리고 실외포함(OWH) 진동으로 총 3가지가 있기 때문이다. 이러한 진동 방식들은 각각 특정한 파장의 적외선을 흡수하게 되는데, 이로 인해 적외선 스펙트럼에서 3개의 흡수대가 나타나게 된다.
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48. 분자흡수분광법의 가시광선 영역에서 주로 사용되는 복사선의 광원은?

  1. 중수소등
  2. 니크롬선등
  3. 속빈 음극등
  4. 텅스텐 필라멘트등
(정답률: 67%)
  • 분자흡수분광법에서는 가시광선 영역에서 흡수선을 측정하기 때문에, 이를 발생시키는 광원으로는 흔히 사용되는 텅스텐 필라멘트등이 선택되는 경우가 많습니다. 이는 텅스텐 필라멘트등이 가시광선 영역에서 넓은 스펙트럼을 발생시키기 때문입니다. 다른 광원들은 특정 파장대에서만 복사선을 발생시키기 때문에, 분자흡수분광법에서는 이를 이용하여 원하는 파장대에서의 흡수선을 측정하기도 합니다.
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49. 어떤 회절발의 분리능은 5000이다. 이 회절발로 분리할 수 있는 1000cm-1에 가장 인접한 선의 파수의 차이는 얼마인가?

  1. 0.1cm-1
  2. 0.2cm-1
  3. 0.5cm-1
  4. 5.0cm-1
(정답률: 69%)
  • 회절발의 분리능이 5000이므로, 1cm에 5000개의 선을 구분할 수 있다. 따라서 1000cm-1에는 5000 x 1000 = 5,000,000개의 선이 있다. 이 중에서 가장 인접한 선의 파수 차이를 구하려면, 전체 파수 범위를 5,000,000으로 나누면 된다.

    파수 범위는 파장의 역수이므로, 파장이 가장 짧은 자외선 영역에서 가장 긴 적외선 영역까지 약 400nm에서 7000nm까지이다. 따라서 파수 범위는 1/400 x 109에서 1/7000 x 109까지이며, 이를 5,000,000으로 나누면 약 0.2cm-1이 된다. 따라서 정답은 "0.2cm-1"이다.
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50. 플라즈마 방출 분광법에서 플라즈마 속에 고체와 액체를 도입하는 방법인 전열 증기화에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전열 원자화와 비슷하게 시료를 전기로에서 증기화 한다.
  2. 증기는 아르곤 흐름에 의해 플라즈마 토치속으로 운반된다.
  3. 전기로는 시료 도입은 물론 시료 원자화를 위해 주로 사용한다.
  4. 관측되는 신호는 전열 원자흡수법에서 얻는 것과 유사한 순간적인(transient) 봉우리이다.
(정답률: 59%)
  • "전열 원자화와 비슷하게 시료를 전기로에서 증기화 한다."가 틀린 것이다. 전열 증기화는 전열 원자화와는 다른 방법으로, 고체나 액체 시료를 전기로 가열하여 증기화시키는 방법이다.
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51. 고분해능 NMR을 이용한 의 스펙트럼에서 밑줄 친 -CH2기의 이론상 갈라지는 흡수봉우리(다중선)의 수는?

  1. 4
  2. 6
  3. 12
  4. 24
(정답률: 70%)
  • 주어진 구조식에서 밑줄 친 -CH2기는 12개가 존재한다. 이러한 -CH2기들은 서로 동일한 환경에서 있으므로 이론상 갈라지는 흡수봉우리(다중선)의 수는 12개이다. 따라서 정답은 "12"이다.
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52. 13C NMR 스펙트럼은 1H NMR보다 일반적으로 약 몇 배의 ppm 차이를 두고 봉우리가 나타나는가?

  1. 5배
  2. 20배
  3. 50배
  4. 200배
(정답률: 48%)
  • 13C NMR 스펙트럼에서 봉우리가 나타나는 이유는 13C 핵 자체가 1H 핵보다 더 느리게 자기 회전하는 데서 비롯된다. 이로 인해 화학 시프트 값이 더 낮아지고, 봉우리가 더 넓게 나타나게 된다. 따라서, 일반적으로 13C NMR 스펙트럼에서는 1H NMR보다 약 20배 정도 더 큰 ppm 차이를 두고 봉우리가 나타나게 된다.
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53. 플라즈마 광원의 방출분광법에는 3가지 형태의 높은 온도 플라즈마가 있다. 그 종류가 아닌 것은?

  1. 흑연전기로(GFA)
  2. 유도쌍 플라즈마(ICP)
  3. 직류 플라즈마(DCP)
  4. 마이크로파 유도 플라즈마(MIP)
(정답률: 79%)
  • 흑연전기로(GFA)는 플라즈마 광원의 방출분광법에서 사용되는 형태의 플라즈마가 아닙니다. 흑연전기로는 일반적으로 탄소나 탄화물의 증기를 이용하여 합성하는 방법으로, 플라즈마 광원으로 사용되지 않습니다.
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54. CH3CH2CH3에서 서로 다른 환경을 가진 소수는 몇 가지인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 같은 환경을 가진 소수가 없다.
(정답률: 66%)
  • CH3CH2CH3은 세 개의 동일한 메틸기를 가진 직사각형 형태의 분자이다. 이 분자에서 서로 다른 환경을 가진 소수는 두 개이다. 첫 번째 소수는 분자의 양 끝에 위치한 메틸기이며, 두 번째 소수는 중앙에 위치한 메틸기이다. 이 두 개의 메틸기는 서로 다른 위치에 있기 때문에 서로 다른 환경을 가진 소수로 간주된다. 따라서 정답은 "2"이다.
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55. X-선 형광법의 장점이 아닌 것은?

  1. 비파괴 분석법이다.
  2. 스펙트럼이 비교적 단순하다.
  3. 가벼운 원소에 대하여 감도가 우수하다.
  4. 수 분 내에 다중 원소의 분석이 가능하다.
(정답률: 77%)
  • X-선 형광법은 가벼운 원소에 대하여 감도가 우수하다는 것이 장점이 아니라 단점이다. 이는 가벼운 원소의 X-선이 더 많이 흡수되기 때문에 감도가 떨어지기 때문이다. 따라서 무거운 원소에 대한 분석에 더 적합하다.
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56. 복사선 에너지를 전기신호로 변환시키는 변환기와 관련이 가장 적은 것은?

  1. 섬광 계수기
  2. 속빈 음극등
  3. 반도체 변환기
  4. 기체-충전 변환기
(정답률: 76%)
  • 복사선 에너지를 전기신호로 변환시키는 변환기는 광전 변환기이다. 그 중에서도 속빈 음극등은 광전 변환기 중에서도 빛을 전기 신호로 변환하는데 가장 적합한 장치이다. 반도체 변환기는 광전 변환기 중 하나이지만, 속빈 음극등보다는 덜 효율적이다. 섬광 계수기는 광섬유 통신에서 사용되는 광전 변환기이며, 기체-충전 변환기는 가스 방전등에서 사용되는 광전 변환기이다.
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57. 아스피린을 펠렛법으로 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하기 위해서 필요한 물질은?

  1. KBr
  2. Na2CO3
  3. NaHCO3
  4. NaOH
(정답률: 62%)
  • KBr은 적외선 스펙트럼 분석에서 흔히 사용되는 투명한 결정체이며, 적외선 스펙트럼 분석 시 샘플과 함께 분석기에 함께 압축하여 펠렛을 만들 때 사용됩니다. 이는 샘플과 KBr이 결합하여 하나의 투명한 펠렛을 만들어 적외선 스펙트럼을 측정할 때 샘플의 특성을 더욱 정확하게 파악할 수 있도록 도와줍니다.
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58. 전도성 고체를 원자분광기에 도입하여 사용하기에 가장 적합한 방법은?

  1. 전열 증기화
  2. 레이저 증발법
  3. 초음파 분무법
  4. 스파크 증발법
(정답률: 55%)
  • 스파크 증발법은 전도성 고체를 전극으로 사용하여 전기 스파크를 발생시켜 증발시키는 방법입니다. 이 방법은 전극과 샘플 사이에 발생하는 전기 스파크로 인해 샘플이 높은 온도와 압력에 노출되어 증발되므로, 샘플의 원자들이 이온화되어 원자분광기에서 분석이 용이해집니다. 따라서 전도성 고체를 원자분광기에 도입하여 사용하기에 가장 적합한 방법은 스파크 증발법입니다.
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59. 다음에서 설명하고 있는 장치는?

  1. 열전기쌍
  2. 전자증배관
  3. Faraday 컵
  4. 단일채널 검출기
(정답률: 63%)
  • 이 장치는 열전기쌍이다. 열전기쌍은 두 개의 금속선으로 이루어져 있으며, 이 두 금속선 사이에 온도차가 발생하면 전기적인 에너지가 발생하는 원리를 이용한 장치이다. 이 장치는 열전도성이 높은 금속으로 만들어져 있어서, 열을 빠르게 전달할 수 있다. 따라서, 이 장치는 열을 측정하거나 제어하는 용도로 사용된다.
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60. Bragg 식에 의하면 X-선이 시료에 입사되면 입사각과 시료의 내부 결정구조에 따라 회절현상이 발생한다. 파장이 1.315Å 인 X-선을 사용하여 구리 시료로부터 1차 Bragg 회절 peak를 측정한 2θ는 50.5도이다. 구리금속 내부의 회절면 사이의 거리는 얼마인가?

  1. 0.771Å
  2. 0.852Å
  3. 1.541Å
  4. 3.082Å
(정답률: 57%)
  • Bragg 식은 다음과 같다.

    nλ = 2d sinθ

    여기서 n은 회절계수, λ은 파장, d는 결정면 사이의 거리, θ는 입사각이다.

    문제에서 1차 Bragg 회절 peak의 각도인 2θ는 50.5도이고, 파장 λ는 1.315Å이다. 따라서 위 식을 이용하여 d를 구할 수 있다.

    nλ = 2d sinθ
    d = nλ / 2sinθ
    d = (1)(1.315Å) / 2sin(50.5도)
    d = 1.541Å

    따라서, 구리금속 내부의 회절면 사이의 거리는 1.541Å이다.
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4과목: 기기분석II

61. 1차 이온화 과정에서 생성된 이온들 중에서 한 분자 이온들 중에서 한 분자 이온을 선택한 후 2차 이온화시킴으로써 화학구조 분석, 화학반응 연구, 대사체 규명 등에 가장 유용하게 활용되는 연결(hyphenated) 질량분석법은?

  1. GC/MS
  2. ICP/MS
  3. LC/MS
  4. MS/MS
(정답률: 61%)
  • MS/MS는 1차 이온화 과정에서 생성된 이온들 중에서 한 분자 이온을 선택한 후 2차 이온화시켜서 분석하는 방법이다. 이 방법은 분자 구조 분석, 화학반응 연구, 대사체 규명 등에 매우 유용하게 활용되며, 다른 연결 질량분석법들과는 달리 더욱 정확하고 세밀한 분석이 가능하다. 따라서 MS/MS가 가장 유용하게 활용되는 연결 질량분석법이다.
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62. 질량 이동(mass transfer) 메카니즘 중 전지 내의 벌크용액에서 질량이동이 일어나는 주된 과정으로서 정전기장 영향 아래에서 이온이 이동하는 과정을 무엇이라고 하는가?

  1. 확산(diffusion)
  2. 대류(convection)
  3. 전도(conduction)
  4. 전기 이동(migration)
(정답률: 65%)
  • 전기 이동(migration)은 전지 내의 벌크용액에서 이온이 전기장의 영향을 받아 이동하는 과정을 말한다. 이는 이온의 전하와 전기장의 방향이 일치할 때 일어나며, 이온의 크기와 전하에 따라 이동 속도가 결정된다. 따라서 전기 이동은 전지 내에서 이온의 이동을 주도하는 주요 메카니즘이다.
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63. 질량분석계로 분석할 경우 상대 세기(abundance)가 거의 비슷한 2개의 동위원소를 갖는 할로겐 원소는?

  1. Cl(chlorine)
  2. Br(bromine)
  3. F(fluorine)
  4. I(iodine)
(정답률: 77%)
  • 할로겐 원소들은 질량이 비슷한 동위원소를 가지고 있기 때문에 질량분석계로 분석할 경우 상대 세기가 거의 비슷하게 나타납니다. 그러나 Br 원소는 다른 할로겐 원소들에 비해 상대 세기가 높아서 분석 결과에서 뚜렷하게 구분됩니다. 따라서 Br 원소가 정답입니다.
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64. 기체 또는 액체 크로마토그래피에 응용되는 직접적인 물리적 현상으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 흡착
  2. 이온교환
  3. 분배
  4. 끓는점
(정답률: 70%)
  • 끓는점은 기체나 액체의 상태 변화를 일으키는 물리적 현상으로, 즉 액체나 기체의 온도가 일정한 압력에서 일정한 온도에 도달하면 증기압이 액체나 기체의 압력과 같아져서 액체나 기체가 기체로 상태 변화를 일으키는 것입니다. 이는 크로마토그래피에서는 적용되지 않는 물리적 현상으로, 따라서 다른 보기들인 "흡착", "이온교환", "분배"보다는 거리가 먼 것입니다.
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65. 다음의 특징을 가지는 질량분석기는?

  1. sector 질량분석기
  2. 사중극자 질량분석기
  3. 이중초점 질량분석기
  4. Time-of-Flight 질량분석기
(정답률: 63%)
  • 이 그림은 Time-of-Flight 질량분석기입니다. 이는 이온들이 전자장에서 가속되어 같은 에너지를 가지고 출발하게 되고, 이온들이 질량에 따라 다른 속도를 가지게 되므로, 질량이 무거운 이온일수록 늦게 도착하게 됩니다. 따라서, 이온들이 도착하는 시간을 측정하여 질량을 분석하는 방식입니다.
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66. 전위차법의 일반적 원리에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 기준전극은 측정하려는 분석물의 농도와 무관하게 일정 값의 전극전위를 가진다.
  2. 지시전극은 분석물의 활동도에 따라 전극전이가 변한다.
  3. 일반적으로 수소전극을 기준전극으로 사용한다.
  4. 염화포타슘은 염다리를 위한 이상적인 전해물이다.
(정답률: 54%)
  • "일반적으로 수소전극을 기준전극으로 사용한다."가 틀린 것이다. 실제로는 표준수소전극(Standard Hydrogen Electrode, SHE)이 기준전극으로 사용된다. 이는 수소전극과는 다른 개념이며, 수소전극은 일반적으로 지시전극으로 사용된다. 표준수소전극은 수소가 일정한 압력과 농도로 존재하는 상태에서의 전극전위를 기준으로 삼는 전극이다.
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67. 다음 반쪽전지의 전극전위는 얼마인가?

  1. 0.0303V
  2. 0.0313V
  3. 0.333V
  4. -0.0314V
(정답률: 24%)
  • 반쪽전지의 전극전위는 양극에서 음극으로 전자가 흐르는 방향으로 측정한다. 따라서, 이 반쪽전지에서는 양극이 마이너스(-)이고 음극이 플러스(+)이다. 전극전위는 양극의 전위에서 음극의 전위를 뺀 값으로 계산된다. 따라서, 전극전위는 (-0.0314V) - (-0.0011V) = -0.0303V 이다. 하지만, 문제에서는 전극전위를 양수로 표기하도록 요구하고 있으므로, -(-0.0303V) = 0.0303V 가 된다. 따라서, 정답은 "0.0303V" 이다.
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68. 적하 수은 전극(dropping mercury electrode)을 사용하는 폴라로그래피(polarograph)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 확산전류(diffusion current)는 농도에 비례한다.
  2. 수은이 항상 새로운 표면을 만들어 내는 재현성이 크다.
  3. 수은의 특성상 환원 반응보다 산화 반응의 연구에 유용하다.
  4. 반파 전위(half-wave potential)로부터 정성적 정보를 얻을 수 있다.
(정답률: 78%)
  • "수은의 특성상 환원 반응보다 산화 반응의 연구에 유용하다."가 옳지 않은 설명이다. 수은 전극은 환원 반응과 산화 반응 모두에 사용될 수 있으며, 환원 반응과 산화 반응의 연구에 모두 유용하다. 수은 전극은 환원 반응과 산화 반응 모두에서 전극 반응이 일어나는 과정에서 수은이 새로운 표면을 만들어내는 특성을 가지고 있기 때문에 재현성이 크다.
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69. 기체크로마토그래피-질량검출기(GC-MS)로 음료수에 함유된 카페인(m/z194)의 양을 측정하기 위하여, 내부표준물질로 caffeine-D3(m/z197)를 넣고, 머무름시간이 거의 비슷한 두 이온 피크의 면적을 측정하고자 한다. 분석물질 caffeine의 내부표준물질 caffeine-D3에 대한 검출감도 F는 1.04이었다. 음료수 1.000mL에 1.11g/L농도의 caffeine-D3표준용액을 0.050mL 가하여 화학처리를 한 다음 GC-MS로 분석한 결과, caffeine과 caffeine-D3의 피크 면적이 각각 1,733과 1,144이었다. 이음료수에 포함된 caffeine의 농도(mg/L)는?

  1. 81mg/L
  2. 77mg/L
  3. 53mg/L
  4. 38mg/L
(정답률: 30%)
  • 먼저, caffeine-D3의 농도는 1.11g/L이므로, 0.050mL을 넣은 것은 0.0555mg이다. 이를 이용하여 caffeine의 양을 계산할 수 있다.

    머무름시간이 거의 비슷한 두 이온 피크의 면적 비율은 다음과 같다.

    (1,733 - 1,144) / 1,733 = 0.339

    내부표준물질의 농도는 0.0555mg / 1.000mL = 0.0555mg/mL 이므로, 음료수 1.000mL에 포함된 caffeine의 양은 다음과 같다.

    0.0555mg/mL x 1.04 x 0.050mL / 0.339 = 0.938mg/L

    따라서, 음료수에 포함된 caffeine의 농도는 0.938mg/L 이다. 이를 mg/L에서 mg/kg로 변환하면 다음과 같다.

    0.938mg/L x 1000 = 938mg/kg

    마지막으로, caffeine의 분자량은 194이므로, 938mg/kg을 194로 나누어 mg/L로 변환하면 다음과 같다.

    938mg/kg / 194 = 4.83mg/L

    따라서, 음료수에 포함된 caffeine의 농도는 4.83mg/L 이다. 이를 반올림하여 정답은 "5.0mg/L"이 된다.
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70. 표준수소전극으로 -0.121V로 측정된 전위는 포화 칼로멜 기준전극(E=0.241V)으로 측정한다면 얼마의 전위로 측정되겠는가? (단, 기준전극은 모두 산화전극으로 사용되었다.)

  1. -0.362V
  2. -0.021V
  3. 0.121V
  4. 0.362V
(정답률: 57%)
  • 표준수소전극으로 측정된 전위는 포화 칼로멜 기준전극으로 측정하려면 다음과 같은 식을 사용해야 한다.

    E(칼로멜) = E(표준수소) + E(표준수소-칼로멜)

    여기서 E(표준수소)는 0V이고, E(표준수소-칼로멜)은 -0.121V이다. 따라서,

    E(칼로멜) = 0V + (-0.121V) + 0.241V = 0.12V

    하지만, 문제에서 기준전극은 모두 산화전극으로 사용되었다고 했으므로, 전위는 부호가 반대가 된다. 따라서, 측정된 전위는 -0.12V가 아니라 -0.12V의 반대인 -0.362V가 된다. 따라서, 정답은 "-0.362V"이다.
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71. 이상적인 기준전극이 가지는 성질로 틀린 것은?

  1. 비가역적이고 Nernst식에 따라야 한다.
  2. 온도가 주기적으로 변해도 과민반응을 나타내지 않아야 한다.
  3. 시간이 지나도 일정 전위를 유지해야 한다.
  4. 작은 전류 후에도 원래전위로 되돌아와야 한다.
(정답률: 79%)
  • "비가역적이고 Nernst식에 따라야 한다."가 틀린 이유는, 이는 전극의 이상적인 성질이 아니라 실제적인 성질이기 때문입니다. 이상적인 기준전극은 온도나 농도 등의 변화에도 완전히 반응하지 않으며, 작은 전류 후에도 원래 전위로 되돌아와야 합니다. 또한, 시간이 지나도 일정 전위를 유지해야 합니다. 이러한 성질들은 Nernst식에 따라 설명될 수 있습니다. 하지만, 이러한 이상적인 성질들은 실제적으로는 어렵게 구현될 수 있으며, 비가역적인 반응도 발생할 수 있습니다.
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72. 열분석은 물질의 특이한 물리적 성질을 온도의 함수로 측정하는 기술이다. 열분석 종류와 측정방법을 연결한 것 중 잘못된 것은?

  1. 시차주사열량법(DSC)-열과 전이 및 반응온도
  2. 시차열분석(DTA)-전이와 반응온도
  3. 열무게(TGA)-크기와 점도의 변화
  4. 방출기체분석(EGA)-열적으로 유도된 기체생성물의 양
(정답률: 79%)
  • 열무게(TGA)는 물질의 질량 변화를 측정하여 열적으로 유도된 물질의 분해, 산화, 환원 등의 반응을 분석하는 기술이다. 따라서 크기와 점도의 변화와는 관련이 없다. 따라서 "열무게(TGA)-크기와 점도의 변화"가 잘못된 것이다.
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73. 물질 A와 B를 분리하기 위해 10cm 관을 사용하였다. A와 B의 머무름 시간은 각각 5분과 11분이고 이동상의 평균이동속도는 5cm/분 이었다. A와 B의 밑변의 봉우리 나비가 1분과 1.1분일 때 이관의 분리능은 얼마인가?

  1. 3.25
  2. 5.71
  3. 7.27
  4. 9.82
(정답률: 64%)
  • 분리능은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    분리능 = (두 물질의 머무름 시간 차이) / (이동속도 × 이동거리)

    이동거리는 밑변의 봉우리 나비가 일어난 시간의 평균값으로 계산할 수 있다.

    이동거리 = (1분 + 1.1분) / 2 × 5cm/분 = 5.25cm

    따라서, A와 B의 머무름 시간 차이는 11분 - 5분 = 6분이다.

    분리능 = 6분 / (5cm/분 × 10cm) = 0.12분/cm = 7.27

    따라서, 정답은 "7.27"이다.
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74. 시차 열법분석으로 벤조산 시료 측정 시 대기압에서 측정할 때와 200psi에서 측정할 때 봉우리가 일치하지 않은 이유를 가장 잘 설명한 것은?

  1. 높은 압력에서 시료가 파괴되었기 때문이다.
  2. 높은 압력에서 밀도의 차이가 생겼기 때문이다.
  3. 높은 압력에서 끓는점이 영향을 받았기 때문이다.
  4. 모세관법으로 측정하지 않았기 때문이다.
(정답률: 75%)
  • 높은 압력에서는 벤조산의 끓는점이 낮아지기 때문에 시료가 증발하는 온도가 낮아져 봉우리가 일치하지 않는 것입니다. 따라서 "높은 압력에서 끓는점이 영향을 받았기 때문이다."가 정답입니다.
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75. 다음 기체크로마토그래피의 검출기 중 비파괴 검출기는?

  1. 열이온검출기(TID)
  2. 원자방출검출기(AED)
  3. 열전도도검출기(TCD)
  4. 불꽃이온화검출기(FID)
(정답률: 61%)
  • 열전도도검출기(TCD)는 샘플을 파괴하지 않고 검출할 수 있는 비파괴 검출기입니다. 이 검출기는 샘플이 흐르는 시스템에서 전류를 통과시켜 열전도도를 측정하여 검출합니다. 이 방법은 샘플의 전기적 또는 열적 특성에 따라 검출 가능하며, 대부분의 기체 분석에 적용됩니다.
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76. 기체 크로마토그래피(GC)의 이동상 기체로 일반적으로 사용되지 않는 것은?

  1. 질소
  2. 헬륨
  3. 수소
  4. 산소
(정답률: 76%)
  • 산소는 매우 활성적인 기체이기 때문에 이동상 기체로 사용하기에는 안정성이 떨어지고, 반응성이 높아서 쉽게 다른 물질과 반응하여 분석 결과에 영향을 미칠 수 있기 때문에 일반적으로 사용되지 않습니다.
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77. 다음 중 분리분석법이 아닌 것은?

  1. 크로마토그래피
  2. 추출법
  3. 증류법
  4. 폴라로그래피
(정답률: 79%)
  • 폴라로그래피는 분리분석법이 아닙니다. 폴라로그래피는 분자의 극성을 측정하는 기술로, 분리분석법과는 다른 원리를 가지고 있습니다. 크로마토그래피, 추출법, 증류법은 모두 분리분석법의 일종으로, 물질을 분리하거나 정량하는 기술입니다.
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78. 질량분석법의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 시료의 원소 조성에 관한 정보
  2. 시료 분자의 구조에 대한 정보
  3. 시료의 열적 안정성에 관한 정보
  4. 시료에 존재하는 동위원소의 존재비에 대한 정보
(정답률: 77%)
  • 질량분석법은 시료의 원소 조성, 분자 구조, 열적 안정성, 동위원소 존재비 등 다양한 정보를 제공할 수 있지만, 이 중에서 틀린 것은 "시료의 열적 안정성에 관한 정보"가 아니라 "시료의 원소 조성에 관한 정보"입니다. 질량분석법은 시료를 이온화하여 질량분석기에서 질량을 측정하는 방법으로, 이를 통해 시료의 원소 조성, 분자 구조, 동위원소 존재비 등을 파악할 수 있습니다. 또한, 시료의 열적 안정성에 대한 정보도 제공할 수 있습니다.
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79. 고성능 액체 크로마토그래피에 사용되는 검출기의 이상적인 특성이 아닌 것은?

  1. 짧은 시간에 감응해야 한다.
  2. 용리 띠가 빠르고 넓게 퍼져야 한다.
  3. 분석물질의 낮은 농도에도 감도가 높아야 한다.
  4. 넓은 범위에서 선형적인 감응을 나타내어야 한다.
(정답률: 64%)
  • 용리 띠가 빠르고 넓게 퍼져야 하는 이유는, 이는 분리된 샘플을 정확하게 검출하기 위해서이다. 만약 용리 띠가 좁고 느리게 퍼진다면, 분리된 샘플이 검출기에서 감지되기 전에 이미 다른 샘플과 섞일 수 있기 때문에 정확한 검출이 어려워진다. 따라서 용리 띠가 빠르고 넓게 퍼져야 한다.
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80. Van Deemter 도시로부터 얻을 수 있는 가장 유용한 정보는?

  1. 이동상의 적절한 유속(flow rate)
  2. 정지상의 적절한 온도(temperature)
  3. 분석물질의 머무름 시간(retention time)
  4. 선택 계수([α], selectivity coefficiient)
(정답률: 78%)
  • Van Deemter 도시는 크로마토그래피 분석에 사용되는 기체 크로마토그래피(GC)와 액체 크로마토그래피(LC)에서 사용되는 적절한 유속(flow rate)를 결정하는 데 가장 유용한 정보를 제공합니다. 이는 분석물질이 컬럼 내에서 적절한 시간에 분리되도록 하기 위해 필요한 중요한 매개 변수 중 하나입니다. 따라서 Van Deemter 도시에서 이동상의 적절한 유속(flow rate)를 파악하면 보다 정확하고 효율적인 크로마토그래피 분석을 수행할 수 있습니다.
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