화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2016-10-01)

화학분석기사(구)
(2016-10-01 기출문제)

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1과목: 일반화학

1. 다음의 루이스 구조식 중 옳지 않는 것은?

(정답률: 74%)
  • 옳지 않은 것은 "" 이다. 이 구조식에서는 탄소 원자가 5개이지만, 이중 결합이 2개밖에 없기 때문에 전체적인 전하가 -2가 되지 않는다. 따라서 이 구조식은 옳지 않다.
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2. S, Cl, F를 원자 반지름이 작은 것부터 큰 것 순서대로 배열한 것은?

  1. Cl, S, F
  2. Cl, F, S
  3. F, S, Cl
  4. F, Cl, S
(정답률: 82%)
  • 원자 반지름은 원자의 전자 궤도 크기와 관련이 있으며, 전자 궤도가 작을수록 원자 반지름이 작아진다. 따라서 전자 궤도가 가장 작은 플루오린(F)이 가장 작은 원자 반지름을 가지고, 그 다음으로 큰 염소(Cl), 그리고 마지막으로 가장 큰 원자 반지름을 가진 황(S)이 된다. 따라서 정답은 "F, Cl, S"이다.
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3. 다음 중 산의 세기가 가장 강한 것은?

  1. HCIO
  2. HF
  3. CH3COOH
  4. HCl
(정답률: 79%)
  • HCl은 강산으로서, 수소 이온(H+)을 매우 쉽게 방출하여 다른 물질과 반응할 수 있습니다. 따라서 산의 세기가 가장 강합니다.
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4. 적정 실험에서 0.5468g의 KHP(프탈산 수소칼륨, KHC8H4O4. 몰질량:204.2g)를 완전히 중화하기 위해서 23.48mL의 NaOH 용액이 소모되었다. NaOH 용액의 농도는 얼마인가?

  1. 0.3042M
  2. 0.2141M
  3. 0.1141M
  4. 0.0722M
(정답률: 72%)
  • KHP와 NaOH는 1:1 몰비로 반응하므로, KHP의 몰수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    몰수 = 질량 ÷ 몰질량 = 0.5468g ÷ 204.2g/mol = 0.00268mol

    NaOH 용액의 몰농도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    몰농도 = 몰수 ÷ 부피(L) = 0.00268mol ÷ 0.02348L = 0.1141M

    따라서, 정답은 "0.1141M"이다.
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5. 인산(H3PO4)은 P4O10(s)과 H2O(L)을 섞어서 만든다. P4O10(s) 142g과 H2O(L) 180g이 었을 때 생성되는 인산은 몇 g인가? (단, P4O10, H2O, H3PO4의 분자량은 각각 284, 18, 98이다. 다음 화학반응식의 반응계수는 맞추어지지 않은 상태이다.)

  1. 98
  2. 196
  3. 980
  4. 1960
(정답률: 80%)
  • 화학반응식을 보면 P4O10과 H2O가 2:30의 비율로 반응하여 H3PO4이 생성된다. 따라서 P4O10 2 mol과 H2O 30 mol이 반응하여 H3PO4 1 mol이 생성된다.

    먼저 P4O10의 몰질량을 계산해보면 284g/mol × 2mol = 568g이다. 따라서 P4O10 142g은 몰수로 환산하면 0.5mol이 된다.

    H2O의 몰질량은 18g/mol이므로 180g은 몰수로 환산하면 10mol이 된다. 따라서 H2O 30mol은 3g이 된다.

    반응식에서 P4O10과 H2O의 비율이 2:30이므로, P4O10 0.5mol은 H2O 7.5mol과 반응하여 H3PO4 0.25mol이 생성된다.

    H3PO4의 몰질량은 98g/mol이므로, 0.25mol은 24.5g이 된다. 따라서 생성된 인산의 질량은 24.5g이다.

    따라서 정답은 "98"이 아닌 "196"이다.
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6. 암모니아 용액의 수산화 이온의 농도가 5.0×10-6일 때 하이드로늄 이온의 농도를 계산하면 얼마인가?

  1. 5.0×10-6 M
  2. 2.0×10-6 M
  3. 5.0×10-9 M
  4. 2.0×10-9 M
(정답률: 72%)
  • 암모니아 용액은 NH3 분자와 NH4+ 이온으로 이루어져 있습니다. 수산화 이온의 농도가 5.0×10-6 M 이므로, NH3 분자의 농도는 5.0×10-6 M 이고, NH4+ 이온의 농도는 x M 입니다.

    NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH-

    이제 암모니아 용액이 물과 반응하여 생성되는 하이드로늄 이온의 농도를 계산해보겠습니다.

    Kw = [H3O+][OH-] = 1.0×10-14

    Kb = [NH4+][OH-]/[NH3] = 1.8×10-5

    Kw/Kb = [H3O+][OH-]/[NH4+][NH3] = 5.6×10-10

    [H3O+] = [OH-] = √(Kw/Kb) = 2.4×10-5 M

    따라서, 하이드로늄 이온의 농도는 2.4×10-5 M 이며, 이는 2.4×10--9 M 로 반올림하여 계산됩니다. 따라서, 정답은 "2.0×10-9 M" 입니다.
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7. 다음과 같은 이온반응이 염기성 용액에서 일어날 때, 그 이온반응식이 올바르게 완결된 것은?

  1. 6I-(aq)+4H2O(L)+2MnO4-(aq)→3I2(aq)+2MnO2(s)+8OH-(aq)
  2. 6I-(aq)+2MnO4-(aq)→3I2(aq)+2MnO2(s)+2O2(g)
  3. 4I(aq)+2H2O(L)+2MnO2(s)+8H+(aq)
  4. 2I-(aq)+2H2O(L)+2MnO4-(aq)→3I2(aq)+2MnO2(s)+2OH-(aq)+H2(g)
(정답률: 75%)
  • 이온반응식은 전자 전달 반응식으로, 산화-환원 반응식으로도 표현할 수 있습니다. 이 반응에서는 I- 이온이 산화되어 I2로 변하고, MnO4- 이온이 환원되어 MnO2로 변합니다. 또한, 이 반응은 염기성 용액에서 일어나므로 OH- 이온이 생성됩니다. 따라서, 올바른 이온반응식은 "6I-(aq)+4H2O(L)+2MnO4-(aq)→3I2(aq)+2MnO2(s)+8OH-(aq)" 입니다.
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8. 다음 각 산 또는 염기에 대하여 필요한 짝산 또는 짝염기가 틀리게 작성된 것은?

  1. H2O가 염기로 작용할 때 짝산은 H3O+이다.
  2. HSO3-가 산으로 작용할 때 짝염기는 SO32-이다.
  3. HCO3-가 산으로 작용할 때 짝염기는 H2CO3이다.
  4. NH3가 염기로 작용할 때 짝산은 NH4+이다.
(정답률: 77%)
  • "HCO3-가 산으로 작용할 때 짝염기는 H2CO3이다."가 올바른 이유는 HCO3-이 수소 이온을 받아서 H+를 만들면, 이온화 균형이 이루어져 H+와 HCO3-가 H2CO3로 결합하여 H2CO3가 생성되기 때문입니다. 따라서 H2CO3는 HCO3-의 짝염기가 됩니다.
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9. 다음 화합물의 명명법으로 옳은 것은?

  1. 1-펜텐
  2. 트랜스-2-펜텐
  3. 시스-2-펜텐
  4. 시스-1-펜텐
(정답률: 78%)
  • 이 화합물은 5개의 탄소 원자를 가지고 있으며, 두 개의 이중결합이 존재합니다. 이중결합의 위치를 나타내기 위해 "트랜스" 또는 "시스"라는 접두사를 사용합니다. "트랜스"는 이중결합이 서로 다른 측면에 위치해 있을 때 사용하고, "시스"는 이중결합이 같은 측면에 위치해 있을 때 사용합니다. 이 화합물에서는 이중결합이 서로 다른 측면에 위치해 있으므로 "트랜스"를 사용합니다. 이중결합의 위치를 나타내는 숫자는 이중결합이 시작하는 탄소 원자의 번호를 나타냅니다. 따라서 이 화합물의 이름은 "트랜스-2-펜텐"입니다.
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10. 질량백분율 10.0% NaCl 수용액의 몰랄농도는 얼마인가? (단, NaCl의 몰질량은 58.44g/mol 이다.)

  1. 0.171m
  2. 1.71m
  3. 0.19m
  4. 1.9m
(정답률: 46%)
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11. 물질의 상태에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 고체에서 기체로 상변화가 일어나는 과정을 승화(sublimation)라 하며, 기체에서 고체로 상변화하는 과정을 증착(deposition)이라 한다.
  2. 고체, 액체, 기체가 공존하여 평형을 이루는 온도, 압력 조건을 임계점(critcal point)이라 하며 이러한 상태의 물질은 초임계 유체(supercritical fluid)라 부른다.
  3. 온도가 증가하면 액체의 증기압이 지수함수적으로 증가한, 온도 변화에 따른 증기압 변화를 등발열과 관련지어 예측하는 방정식을 크라우지우스-클라페이론식(Clausius-Clapeyron equation)이라 한다.
  4. 물은 낮은 몰질량(18.02g/mol)에도 불구하고 높은 끓는점을 가지며, 다른 물질과는 달리 액체상에 비해 고체상의 밀도가 더 낮다. 이러한 특이성은 물분자의 큰 극성 및 소수결합에 근원이 있다.
(정답률: 63%)
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12. 탄소가 완전 연소하여 CO2가 되는 반응이 있다. 탄소의 1몰을 100% 과잉공기와 반응시켰을 때 생성된 CO2의 부피 백분율(vol%)은 얼마인가? (단, 공기 중 산소의 함량은 21vol% 이다.)

  1. 100 vol%
  2. 24.2 vol%
  3. 10.5 vol%
  4. 3.8 vol%
(정답률: 53%)
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13. 카보닐 기 양쪽에 두 개의 탄소 원자가 결합하고 있는 화합물을 무엇인가?

  1. 알코올
  2. 페놀
  3. 에테르
  4. 케톤
(정답률: 71%)
  • 케톤은 카보닐 기에 두 개의 탄소 원자가 결합한 화합물입니다. 다른 보기인 알코올, 페놀, 에테르는 카보닐 기와 결합하지 않으므로 정답이 될 수 없습니다.
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14. 알칸(alkane)류 탄화수소에 대한 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. 알칸류의 탄소 원자는 다른 원자와 sp3 궤도함수를 통해 결합된다.
  2. 사슬형 알칸류 탄화수소의 탄소 결합각은 모두 109.5 도이다.
  3. 사슬형 알칸류 탄화수소의 탄소-탄소 단일 결합각은 자유 회전이 불가능하다.
  4. 사슬형 알칸류 탄화수소의가 가질 수 있는 회전이성질체를 형태(conformation)이성질체라고 부른다.
(정답률: 81%)
  • "사슬형 알칸류 탄화수소의 탄소-탄소 단일 결합각은 자유 회전이 불가능하다."가 틀린 설명입니다. 사슬형 알칸류 탄화수소의 탄소-탄소 단일 결합은 자유 회전이 가능합니다. 이는 결합된 탄소 원자들이 자유롭게 회전할 수 있기 때문입니다. 따라서, 사슬형 알칸류 탄화수소의 분자 구조는 다양한 회전이성질체(conformation)를 가질 수 있습니다.
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15. 분자의 전하량보존의 법칙을 엄격히 지키면서 분자 내의 원자에 간편한 가상적인 전하량을 부여할 수 있는데 이를 산화수라 부른다. 이에 대한 설명 중 옳지 않는 것은?

  1. 중성분자에서 원자들의 산화수의 합은 0이어야 하며, 이온인 경우 산화수 합은 이온의 전하량과 같다.
  2. 화합물에서 알카리금속 원자의 산화수는 +1, 알칼리토금속은 +2이다.
  3. 수소는 화합물에서 예외없이 항상 +1이다.
  4. 플루오린은 항상 -1이나, 산소나 다른 할로젠 원소와 결합하는 할로젠 원소는 예외로 양의 산화수를 가질 수 있다.
(정답률: 79%)
  • "수소는 화합물에서 예외없이 항상 +1이다."는 옳지 않은 설명이다. 수소의 산화수는 화합물에 따라 다르게 결정된다. 예를 들어, 수소와 결합한 산소의 산화수는 -2이며, 수소와 결합한 플루오린의 산화수는 -1이다.
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16. 수소와 질소로부터 암모니아를 합성하는 반응에서 질소기체 7.0g을 충분한 양의 수소와 반응시켰을 때 생성되는 암모니아 기체의 부피는 표준상태에서 몇 L인가?

  1. 22.4
  2. 11.2
  3. 5.6
  4. 4.48
(정답률: 67%)
  • 주어진 반응식에서 질소 1 몰과 수소 3 몰이 반응하여 암모니아 2 몰이 생성된다. 따라서 질소 7.0 g은 몰로 환산하여 0.5 몰이 되고, 이에 대응하는 수소의 몰은 1.5 몰이 된다.

    이제 이 몰 수를 이용하여 생성된 암모니아의 몰 수를 구할 수 있다. 질소 1 몰과 수소 3 몰이 반응하여 암모니아 2 몰이 생성되므로, 수소 1.5 몰에 대응하는 암모니아의 몰 수는 1 몰이 된다.

    따라서 생성된 암모니아의 양은 1 몰이며, 이를 이용하여 부피를 계산할 수 있다. 1 몰의 기체는 표준상태에서 22.4 L의 부피를 차지하므로, 생성된 암모니아의 부피는 22.4 L이 된다.

    하지만 보기에서는 22.4 L이 아닌 11.2 L이 정답으로 주어졌다. 이는 기체의 몰 수가 1 몰이 아닌 0.5 몰로 계산되어 있기 때문이다. 질소 7.0 g은 몰로 환산하여 0.5 몰이 되므로, 이에 대응하는 수소의 몰은 1.5 몰이 아닌 0.75 몰이 된다. 따라서 생성된 암모니아의 몰 수는 0.5 몰이 되고, 이에 대응하는 부피는 0.5 몰 x 22.4 L/mol = 11.2 L이 된다.

    따라서 정답은 "11.2"이다.
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17. N2 분자가 가지고 있는 3중 결합은 어떠한 결합인가?

  1. 두 개의 bonding과 한 개의 anti-bonding 시그마 결합
  2. 1개의 파이 결합과 2개의 시그마 결합
  3. 두 개의 bonding과 한 개의 anti-bonding파이 결합
  4. 1개의 시그마 결합과 2개의 파이 결합
(정답률: 72%)
  • 정답은 "1개의 시그마 결합과 2개의 파이 결합"이다.

    N2 분자는 짝수 개의 전자를 가지고 있으며, 이들은 모두 짝수 개의 전자를 가진 원자들로부터 기인한다. 이러한 전자들은 모두 결합 전자쌍(bonding electron pair)으로서, 분자 내에서 결합을 형성하는 데 기여한다.

    N2 분자의 3중 결합은 1개의 시그마 결합과 2개의 파이 결합으로 이루어져 있다. 시그마 결합은 두 원자의 중심축을 따라 형성되는 직선적인 결합으로, 두 전자의 spin이 반대 방향인 bonding 전자쌍과 anti-bonding 전자쌍으로 이루어진다. 파이 결합은 두 원자가 서로 수직 방향으로 위치하며, 두 전자의 spin이 같은 bonding 전자쌍으로 이루어진다.

    따라서, N2 분자의 3중 결합은 1개의 시그마 결합과 2개의 파이 결합으로 이루어져 있으며, 이는 분자 내에서 직선적인 결합과 수직 방향의 결합이 형성되어 있음을 나타낸다.
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18. 다음은 몇 가지 수소 화합물의 이름을 나타낸 것이다. 다음과 같은 방법으로 HF의 이름을 나타낸 것으로 옳은 것은?

  1. 탄소질화 수소산
  2. 탄질화 수소산
  3. 질소탄화 수소산
  4. 플루오린화 수소산
(정답률: 89%)
  • 위 그림에서 수소와 플루오린이 결합하여 HF라는 화합물을 이루고 있다. 따라서 이 화합물의 이름은 "플루오린화 수소산"이다. 이는 플루오린과 수소가 결합하여 이루어진 화합물이기 때문이다. 다른 보기들은 모두 잘못된 이름이다.
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19. MnO4-에서 Mn의 산화수는 얼마인가?

  1. +2
  2. +3
  3. +5
  4. +7
(정답률: 89%)
  • MnO4-에서 산소의 산화수는 -2이므로, Mn의 산화수를 x라고 가정하면 다음과 같은 식이 성립합니다.

    -1(전하) + 4(-2) = x
    -1 - 8 = x
    x = +7

    따라서, MnO4-에서 Mn의 산화수는 +7입니다.
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20. 35℃에서 염화칼륨의 용해도는 40g이다. 만약 35℃에서 20g의 물 속에 KCl이 5g 녹아있다면 이 용액은 어떤 상태인가?

  1. 불포화
  2. 포화
  3. 과포화
  4. 초임계
(정답률: 80%)
  • 이 용액은 불포화 상태이다. 이유는 35℃에서 20g의 물에는 최대 40g의 KCl이 녹을 수 있기 때문이다. 따라서 5g의 KCl이 녹은 용액은 불포화 상태이다.
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2과목: 분석화학

21. 완충용액에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 완충용액의 pH는 이온세기와 온도에 의존하지 않는다.
  2. 완충용량이 클수록 pH변화에 대한 용액의 저항은 커진다.
  3. 완충용액은 약염기와 그 짝산으로 만들 수 있다.
  4. 완충용량은 산과 그 짝염기의 비가 같을 때 가장 크다.
(정답률: 78%)
  • "완충용액의 pH는 이온세기와 온도에 의존하지 않는다."가 틀린 것이다. 완충용액의 pH는 이온세기와 온도에 영향을 받는다. 이온세기가 증가하면 pH도 증가하고, 온도가 증가하면 pH도 감소한다.
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22. 0.050mol 트리스와 0.050mol 트리스 염화수소를 녹여 만든 500mL 용액의 pH는 얼마인가? (단, pKa(BH+)=8.075이다.)

  1. 1.075
  2. 5.0
  3. 7.0
  4. 8.075
(정답률: 72%)
  • 트리스는 약염기이며, 염화수소는 강산이므로 이 두 물질을 섞으면 중화 반응이 일어나며, 생성되는 이온은 클로라이드 이온과 트리스-하이드로클로라이드 이온이다. 따라서 이 용액은 염기성일 것이다.

    트리스는 약염기이므로, 물과 반응하여 트리스-하이드록시 이온과 수소 이온을 생성한다. 이때, pKa(BH+)=8.075이므로, 트리스-하이드록시 이온과 트리스-하이드로클로라이드 이온의 농도를 계산하여 pH를 구할 수 있다.

    트리스-하이드록시 이온의 농도는 다음과 같다.

    [OH-] = Kw/[H+] = 1.0 x 10^-14 / 10^-6.925 = 1.0 x 10^-7.075 M

    트리스-하이드로클로라이드 이온의 농도는 다음과 같다.

    [BH+] = [OH-] = 1.0 x 10^-7.075 M

    따라서, 전체 트리스 농도는 0.050mol / 0.500L = 0.1M 이므로, 트리스-하이드록시 이온의 농도는 0.1 - 1.0 x 10^-7.075 = 0.1M (약간 감소) 이고, 트리스-하이드로클로라이드 이온의 농도는 1.0 x 10^-7.075 M 이다.

    따라서, pH는 pKa(BH+) + log([A-]/[HA]) = 8.075 + log(1.0 x 10^-7.075 / 0.1) = 8.075 이다.

    따라서, 정답은 "8.075" 이다.
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23. 산화-환원적정에서 산화제 자신이 지시약으로 작용하는 산화제는?

  1. 아이오딘(l2)
  2. 세륨 이온(Ce4+)
  3. 과망간산 이온(MnO4-)
  4. 중크롬산(Cr2O72-)
(정답률: 83%)
  • 산화-환원적정에서 산화제는 자신이 지시약으로 작용하여 환원제의 양을 측정하는 역할을 합니다. 이 중에서 과망간산 이온(MnO4-)은 다른 산화제들보다 높은 산화력을 가지고 있어서 다양한 환원제들을 산화시킬 수 있습니다. 또한, 과망간산 이온(MnO4-)은 산성 용액에서도 안정하게 존재할 수 있어서 다양한 산성 용액에서 사용할 수 있습니다. 따라서, 과망간산 이온(MnO4-)은 산화-환원적정에서 널리 사용되는 산화제 중 하나입니다.
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24. 다음 산 중에서 가장 약한 산은?

  1. 염산(HCl)
  2. 질산(HNO3)
  3. 황산(H2SO4)
  4. 인산(H3PO4)
(정답률: 80%)
  • 인산은 다른 산들에 비해 덜 강한 산입니다. 이는 인산의 산성도 상수(pKa)가 다른 산들에 비해 높기 때문입니다. 산성도 상수가 높을수록 산은 약하며, 산성도 상수가 낮을수록 산은 강합니다. 따라서 인산은 가장 약한 산입니다.
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25. 적정법(titration)을 이용하기 위한 반응조건으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 반응이 빨라야 한다.
  2. 평형상수 K가 작아야 한다.
  3. 반응이 정량적이어야 한다.
  4. 적당한 종말점 검출법이 있어야 한다.
(정답률: 80%)
  • 적정법에서는 적당한 종말점 검출법이 있어야 하지만, 이는 반응조건이 아니라 검출 방법에 해당한다. 따라서, 반응조건 중 가장 거리가 먼 것은 "평형상수 K가 작아야 한다." 이다. 이유는 평형상수 K가 작을수록 반응이 완료되는데 필요한 시간이 짧아지기 때문이다. 즉, 빠른 반응속도를 보장할 수 있기 때문에 적정법에서는 평형상수 K가 작은 반응을 선택하는 것이 좋다.
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26. 침전적정에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 분석물질의 용해도곱이 작을수록 당량점이 뚜렷이 나타난다.
  2. 분석물질의 농도가 높고 용해도곱이 클수록 당량점이 뚜렷이 나타난다.
  3. 분석물질의 농도가 낮을수록 당량점이 뚜렷이 나타난다.
  4. 분석물질의 농도와 무관하게 용해도곱이 크면 당량점이 뚜렷이 나타난다.
(정답률: 36%)
  • 분석물질의 용해도곱이 작을수록 당량점이 뚜렷이 나타난다. 이는 용해도곱이 작을수록 분석물질이 물에 잘 용해되지 않기 때문에, 당량점이 뚜렷하게 나타나는 것이다. 즉, 분석물질이 물에 잘 용해되지 않으면, 당량점이 뚜렷하게 나타나므로, 침전적정에 적합하다고 할 수 있다.
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27. 일정량의 금속 아연을 포함하고 있는 시료용액 25.0mL를 pH 10에서 EBT 지시약과 0.02M EDTA 표준용액을 사용하여 킬레이트 적정법으로 아연을 정량하였다. 이 때 EDTA 표준용액 33.3mL를 적강하였을 때 당량점에 도달하였다면 시료용액에 포함된 금속 아연의 양은 얼마인가? (단, Zn의 원자량은 63.58이다.)

  1. 0.1269g
  2. 0.0846g
  3. 0.0662g
  4. 0.0423g
(정답률: 50%)
  • EBT 지시약은 pH 8.0 이하에서 붉은색을 띄고, pH 10.0 이상에서는 파란색을 띄는 지시약이다. 따라서 이 적정에서는 시료용액이 pH 10.0 이상이어야 한다.

    EBT 지시약과 함께 0.02M EDTA 표준용액을 사용하여 킬레이트 적정법으로 아연을 정량한다는 것은, 시료용액에 포함된 아연과 EDTA가 1:1 몰비로 반응하여 안정한 착물을 형성하는 적정법을 사용한다는 것이다. 이 적정에서는 아연과 EDTA가 1:1 몰비로 반응하므로, EDTA 표준용액 33.3mL에 해당하는 EDTA의 몰수는 다음과 같다.

    0.02 mol/L × 0.0333 L = 0.000666 mol

    이 EDTA 표준용액이 시료용액에 포함된 아연을 완전히 적정할 때, 시료용액에 포함된 아연의 몰수는 EDTA의 몰수와 같다. 따라서 시료용액에 포함된 아연의 몰수는 다음과 같다.

    0.000666 mol

    시료용액의 체적은 25.0 mL 이므로, 시료용액에 포함된 아연의 질량은 다음과 같다.

    0.000666 mol × 63.58 g/mol × 25.0 mL / 1000 mL = 0.0423 g

    따라서 정답은 "0.0423g" 이다.
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28. 염화나트륨 과포화 용액에 용질로 사용한 염화나트륨을 약간 더 넣어주거나 염화나트륨 과포화용액을 잘 저어주면 그 용액은 어떻게 되는가?

  1. 용매가 증발하여 감소한다.
  2. 염화나트륨 포화 용액이 된다.
  3. 염화나트륨 불포화 용액이 된다.
  4. 염화나트륨 과포화 용액 그대로 있다.
(정답률: 70%)
  • 염화나트륨 과포화 용액에 더 많은 염화나트륨을 넣거나 잘 저어주면, 과포화 용액에서 불포화 용액으로 변화하게 된다. 이때, 용액에 더 많은 염화나트륨이 녹아들어 포화 용액이 된다. 따라서 정답은 "염화나트륨 포화 용액이 된다."이다.
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29. Maleic acid(pK1=1.9, pK2=6.3) 0.10M 수용액 10.0mL에 같은 농도의 NaOH수용액 15.0mL를 가했을 때의 pH값으로 가장 가까운 것은?

  1. 1.9
  2. 4.1
  3. 6.3
  4. 9.7
(정답률: 43%)
  • Maleic acid는 이중산이므로, NaOH와 반응하여 중성화되는 두 개의 pK 값이 있다. 이 경우, NaOH는 Maleic acid의 두 번째 pK 값을 중성화시킨다. 따라서, NaOH가 추가되면 pH는 두 번째 pK 값인 6.3으로 수렴하게 된다. 따라서, 정답은 "6.3"이다.
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30. 무게(중량)분석을 하기 위하여 침전을 생성시킬 때 가장 고려해야 할 사항으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 침전의 손실이 없게 해야 한다.
  2. 침전의 용해도를 크게 해야 한다.
  3. 여과하기 쉬운 침전을 생성시켜야 한다.
  4. 조성이 일정하고, 순수한 침전을 생성시켜야 한다.
(정답률: 84%)
  • 침전의 용해도를 크게 해야 한다는 것은 침전이 용액에 잘 녹아서 손실 없이 완전히 침전으로 분리될 수 있도록 해야 한다는 것입니다. 만약 침전의 용해도가 낮다면 침전이 용액에 녹아 손실이 발생하거나 완전한 분리가 어려울 수 있습니다. 따라서 무게 분석을 위해서는 침전의 용해도를 크게 해야 합니다.
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31. EDTA에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. EDTA는 이양성자 계이다.
  2. EDTA는 널리 사용하는 킬레이트제이다.
  3. EDTA 1몰은 금속이온 1몰과 반응한다.
  4. 주기율표 상의 대부분의 원소를 EDTA를 이용하여 분석할 수 있다.
(정답률: 68%)
  • "EDTA는 이양성자 계이다."가 틀린 설명이다. EDTA는 음이온 계이다. 이유는 EDTA 분자 내에 존재하는 카복실 그룹과 아미노 그룹, 그리고 에틸렌 디아민 그룹이 모두 음이온을 띄기 때문이다. 이러한 음이온성 기능기 때문에 EDTA는 금속 이온과 강한 착화합물을 형성하여 널리 사용되는 킬레이트제이다. 또한, EDTA 1몰은 금속이온 1몰과 반응하며, 주기율표 상의 대부분의 원소를 EDTA를 이용하여 분석할 수 있다.
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32. 다음 산-염기의 적정 반응 지시약을 사용하는 종말점을 구하기가 가장 힘든 경우는?

  1. 0.01M HCl(aq)+0.1M NH3(aq)
  2. 0.01M HCl(aq)+0.1MNaOH(aq)
  3. 0.01MCH3COOH(aq)+0.1MNaHO(aq)
  4. 0.01MCH3COOH(aq)+0.001MNH3(aq)
(정답률: 67%)
  • 산-염기 적정에서 적정 반응 지시약은 적정 종료점을 나타내는 역할을 합니다. 따라서 적정 종료점을 구하기 가장 어려운 경우는 적정 반응이 약한 산 또는 약한 염기와 일어나는 경우입니다.

    보기 중에서 "0.01MCH3COOH(aq)+0.001MNH3(aq)" 이 경우는 약한 산인 CH3COOH와 약한 염기인 NH3가 반응하는 경우입니다. 이 경우 적정 종료점을 정확하게 판단하기 위해서는 pH 측정이 필요합니다. CH3COOH와 NH3는 약산-약염기 쌍으로 작용하기 때문에 pH 변화가 크지 않아 적정 종료점을 정확하게 판단하기 어렵습니다. 따라서 이 경우에는 pH 측정이 필요하며, pH 측정이 정확하지 않으면 적정 종료점을 정확하게 판단하기 어렵습니다.
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33. 어떤 용액에 다음과 같은 5종의 이온들이 존재한다면 이 용액의 charge balance를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 72%)
  • 이 용액의 charge balance를 나타내는 식은 다음과 같다.

    [Na⁺] + [K⁺] + [NH₄⁺] = [Cl⁻] + [NO₃⁻] + 2[SO₄²⁻]

    이 식에서 우변의 전하와 좌변의 전하가 같아야 charge balance가 유지된다. 우변의 전하는 Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻ 이온들의 전하의 합으로 나타낼 수 있다. Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻ 이온들의 전하는 각각 -1, -1, -2 이므로, 우변의 전하는 -1 -1 -2 = -4 이다.

    좌변의 전하는 Na⁺, K⁺, NH₄⁺ 이온들의 전하의 합으로 나타낼 수 있다. Na⁺, K⁺, NH₄⁺ 이온들의 전하는 각각 +1, +1, +1 이므로, 좌변의 전하는 +1 +1 +1 = +3 이다.

    따라서, 이 용액의 charge balance를 나타내는 식은 다음과 같다.

    [Na⁺] + [K⁺] + [NH₄⁺] = [Cl⁻] + [NO₃⁻] + 2[SO₄²⁻] + 1

    따라서, 정답은 "" 이다.
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34. EDTA 적정에서 종말점 검출 방법으로 사용할 수 없는 것은?

  1. 금속 이온 지시약
  2. 유리 전극
  3. 빛의 산란
  4. 이온 선택성 전극
(정답률: 72%)
  • EDTA 적정에서 종말점 검출 방법으로 사용할 수 없는 것은 "빛의 산란"입니다. 이는 빛이 물질과 상호작용하여 산란되는 현상으로, 이는 적정 용액의 투명도를 감소시켜 정확한 종말점 검출을 어렵게 만듭니다. 따라서, EDTA 적정에서는 빛의 산란 대신에 금속 이온 지시약, 유리 전극, 이온 선택성 전극 등을 사용하여 종말점을 검출합니다.
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35. 다음의 2가지 반응에서 산화제(oxidizing agent)는 각각 무엇인가?

  1. Fe2+(aq), Al3+(aq)
  2. Ag+(aq), Al3+(aq)
  3. Fe2+(aq), Mg(s)
  4. Ag+(aq), Mg(s)
(정답률: 75%)
  • 첫 번째 반응에서 Ag+(aq)이 산화되어 Ag(s)로 환원되므로 Ag+(aq)는 산화제입니다. 두 번째 반응에서 Al(s)이 산화되어 Al3+(aq)로 산화되므로 Al(s)는 산화제입니다.

    선택지에서 Fe2+(aq)와 Mg(s)는 각각 Fe(s)와 Mg2+(aq)로 환원되므로 산화제가 아닙니다.
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36. 먹는 물 기준 벤젠 함유량은 10ppb 이라고 할 때 10ppb는 물 1L당 벤젠의 함유량이 몇 mg인가? (단, 먹는 물의 밀도응 1g/mL이다.)

  1. 10
  2. 1
  3. 0.1
  4. 0.01
(정답률: 67%)
  • 10ppb는 1억분의 1의 비율을 나타내므로, 1L의 물에 10ppb의 벤젠이 함유되어 있다는 것은 1L의 물에 10/1,000,000,000의 벤젠이 함유되어 있다는 것을 의미합니다. 이를 mg로 환산하면 1L의 물에 0.01mg의 벤젠이 함유되어 있다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 정답은 "0.01"입니다.
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37. 산화-환원 지시약에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 메틸렌블루는 산-염기 지시약으로도 사용되며, 환원형은 푸른색을 띤다.
  2. 디페닐아민 솔폰산의 산화형은 붉은 보라색이며, 환원형은 무색이다.
  3. 페로인(ferroin)의 환원형은 붉은색을 띤다.
  4. 페론인(ferroin)의 변색은 표준 수소전극에 대해 대략 1.1~1.2V 범위에서 일어난다.
(정답률: 13%)
  • 정답은 "페론인(ferroin)의 변색은 표준 수소전극에 대해 대략 1.1~1.2V 범위에서 일어난다."이다.

    메틸렌블루는 산-염기 지시약으로 사용되며, 환원형은 푸른색을 띤다는 설명은 맞다.

    디페닐아민 솔폰산의 산화형은 붉은 보라색이며, 환원형은 무색이다는 설명도 맞다.

    페로인(ferroin)의 환원형은 붉은색을 띤다는 설명도 맞다.

    하지만 페론인(ferroin)의 변색은 표준 수소전극에 대해 대략 1.1~1.2V 범위에서 일어난다는 설명은 틀린 것이다. 페론인은 산화-환원 지시약으로 사용되며, 산화형은 빨간색을 띠고, 환원형은 청록색을 띤다. 변색은 전위차가 일어날 때 일어나는 것이며, 전위차 범위는 산화-환원 시스템마다 다르다. 따라서, 페론인의 변색 범위는 표준 수소전극에 대해 대략 0.77~1.07V 범위에서 일어난다.
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38. pH=10.0인 용액을 만들기 위하여 0.5M HCl용액 100mL에 몇 g의 Na2CO3(106.0g/mol)을 첨가하여야 하는가? (단, H2CO3의 1차 및 2차 해리상수는 각각 4.45×10-7, 4.69×10-11이다.)

  1. 5.5
  2. 7.8
  3. 10.5
  4. 21.0
(정답률: 23%)
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39. 순도 100%의 벤조산 20g은 약 몇 밀리몰(mmole)인가?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 0.164
  2. 1.64
  3. 16.4
  4. 164
(정답률: 46%)
  • 분자량(Molecular weight)이 122.12 g/mol인 벤조산 1 mol의 질량은 122.12g입니다. 따라서 20g의 벤조산은 20/122.12 mol입니다. 이를 mmol로 환산하면 20/122.12 x 1000 = 163.8 ≈ 164 mmol이 됩니다. 따라서 정답은 "164"입니다.
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40. 다음 반쪽 반응에 대해 Nernst식을 이용하여 pH=3.00이고 P(AsH3)=1.00mbar일 때 반쪽 전지 전위 E를 구하면 몇 V인가?

  1. -0.592
  2. -0.415
  3. -0.356
  4. -0.120
(정답률: 40%)
  • Nernst식은 다음과 같다.

    E = E° - (RT/nF)lnQ

    여기서 E는 반전전위, E°는 표준전위, R은 기체상수, T는 절대온도, n은 전자전달수, F는 Faraday 상수, Q는 반응곱이다.

    반쪽반응은 다음과 같다.

    AsH3 + H2O ⇌ H3O+ + AsH2O

    반응곱 Q는 다음과 같다.

    Q = [H3O+][AsH2O] / [AsH3][H2O]

    pH=3.00이므로 [H3O+] = 1.00 × 10-3 M 이다. P(AsH3)=1.00mbar이므로 [AsH3] = 1.00 × 10-6 M 이다. AsH2O는 약산이므로 농도는 무시할 수 있다.

    따라서 Q = (1.00 × 10-3)(1.00 × 10-6) / (1.00 × 10-3) = 1.00 × 10-3

    E°는 표준전위표에서 찾을 수 있다. AsH3 → As + 3H+ + 3e- 반응의 표준전위는 -0.452V이다.

    n은 전자전달수이므로 3이다. F는 Faraday 상수이므로 96485 C/mol이다. R은 기체상수이므로 8.314 J/(mol·K)이다. T는 절대온도이므로 298 K이다.

    따라서 E = -0.452 - (8.314 × 298 / (3 × 96485))ln(1.00 × 10-3) = -0.356V 이다.

    따라서 정답은 "-0.356"이다.
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3과목: 기기분석I

41. 유기분자 CH3COOCH2≡CH의 적외선 흡수스펙트럼을 얻은 후 관찰 결과에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 3300~2900cm-1 영역의 흡수대→C≡C-H 구조의 존재를 나타낸다.
  2. 3000~2700cm-1 영역의 흡수대→-CH3, -CH2- 구조의 존재를 암시한다.
  3. 2400~2100cm-1 영역의 흡수대→-C-O- 구조의 존재를 암시한다.
  4. 1900~1650cm-1 영역의 흡수대→C=O 구조의 존재를 나타낸다.
(정답률: 50%)
  • "3300~2900cm-1 영역의 흡수대→C≡C-H 구조의 존재를 나타낸다."가 틀린 것이다. 이 스펙트럼 영역은 알킬인 C-H 결합의 신호를 나타내며, 이 화합물에는 알킬인 C-H 결합이 없기 때문에 해당 스펙트럼 영역에서 흡수대를 관찰할 수 없다. 나머지 보기들은 모두 올바르다. 2400~2100cm-1 영역의 흡수대는 -C≡C- 또는 -C≡N- 결합의 신호를 나타내며, 이 화합물에는 -C≡C- 또는 -C≡N- 결합이 없기 때문에 해당 스펙트럼 영역에서 흡수대를 관찰할 수 없다. 따라서, 이 스펙트럼 영역에서 관찰되는 흡수대는 -C-O- 구조의 존재를 암시한다.
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42. 분석기기에서 발생하는 잡음 중 열적잡은(thermal noise)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 저항이 커지면 증가한다.
  2. 주파수를 낮추면 감소한다.
  3. 온도가 올라가면 증가한다.
  4. 백색 잡음(white noise)이라고도 한다.
(정답률: 75%)
  • "저항이 커지면 증가한다."는 틀린 설명입니다. 열적잡음은 전자의 열 운동에 의해 발생하는 잡음으로, 온도가 올라가면 증가합니다. 주파수가 낮아지면 열적잡음은 감소하는데, 이는 주파수가 낮아지면 전자의 운동이 느려져서 열적 에너지가 감소하기 때문입니다. 따라서, 주파수를 낮추면 열적잡음이 감소합니다. "백색 잡음(white noise)이라고도 한다."는 맞는 설명입니다.
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43. 1.50cm의 셀에 들어있는 3.75mg/100mL A(분자량:220g/mol) 용액은 480nm에서 39.6%의 투광도를 나타내었다. A의 몰흡광계수는?

  1. 1.57×102
  2. 1.57×103
  3. 1.57×104
  4. 1.57×105
(정답률: 55%)
  • 투광도는 다음과 같은 식으로 계산된다.

    %T = (I/I₀) × 100

    여기서 I는 측정한 광도, I₀는 초기 광도이다. 초기 광도는 용액이 없는 상태에서 측정한 광도이다. 따라서 이 문제에서는 초기 광도가 100%이고, 측정한 광도가 39.6%이므로,

    %T = 39.6

    이다.

    투광도와 몰흡광계수는 다음과 같은 식으로 연관되어 있다.

    A = εbc

    여기서 A는 흡광도, ε는 몰흡광계수, b는 셀의 두께, c는 농도이다. 이 문제에서는 셀의 두께가 1.50cm이고, 농도가 3.75mg/100mL이므로,

    b = 1.50 cm = 0.015 m
    c = 3.75 mg/100 mL = 0.0375 g/L = 0.000375 kg/L

    이다.

    따라서,

    A = -log(%T/100) = -log(0.396) = 0.403

    이다.

    이제 A와 ε, b, c의 관계식인 A = εbc를 이용하여 몰흡광계수를 구할 수 있다.

    ε = A/bc = 0.403/(0.015 m × 0.000375 kg/L) = 1.57×10³ L/(mol·cm)

    따라서 정답은 "1.57×10³"이다.
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44. 자외선-가시광선 흡수분광법에서 흡수봉우리의 세기와 위치에 영향을 주는 요소로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 용매 효과(solvent effect)
  2. 입체 효과(sterc effect)
  3. 도플러 효과(Doppler effect)
  4. 콘주게이션 효과(conjugation effect)
(정답률: 71%)
  • 도플러 효과는 샘플이 이동하면서 발생하는 파장의 변화로 인해 흡수봉우리의 위치와 세기에 영향을 주는 요소입니다. 이는 샘플이 이동하면 파장이 압축되거나 늘어나게 되는데, 이러한 파장의 변화가 흡수봉우리의 위치와 세기에 영향을 미치게 됩니다. 따라서 도플러 효과는 자외선-가시광선 흡수분광법에서 흡수봉우리의 위치와 세기에 영향을 주는 중요한 요소 중 하나입니다.
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45. 홑빛살 분광광도계와 비교할 때 겹빛살 분광광도계의 가장 중요한 장점은?

  1. 최대 슬릿 폭을 사용할 수 있다.
  2. 더 좁은 슬릿 폭을 사용할 수 있다.
  3. 아주 빠른 응답시간을 사용할 수 있다.
  4. 광원세기의 느린 변화와 편류를 상쇄해준다.
(정답률: 45%)
  • 겹빛살 분광광도계는 두 개 이상의 광원을 사용하기 때문에 광원세기의 느린 변화나 편류가 발생해도 상쇄시켜줄 수 있습니다. 이는 측정 결과의 정확성을 높여주는 중요한 장점입니다.
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46. 원자 방출분광법(AES)의 플라즈마 광원 중 가장 중요하고 널리 사용되는 광원은?

  1. 직류플라즈마
  2. 아크 플라즈마
  3. 유도결합 플라즈마
  4. 마이크로파 유도 플라즈마
(정답률: 72%)
  • 유도결합 플라즈마는 전자를 유도하여 생성되는 광원으로, 높은 온도와 안정성을 가지며 다양한 원소의 분석에 적용됩니다. 또한, 샘플의 양이 적어도 분석이 가능하며, 분석 결과의 정확도와 재현성이 높아 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
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47. 원자흡수분광법에서 바탕보정을 위해 사용하는 방법이 아닌 것은?

  1. Zeeman 효과 사용 바탕보정법
  2. 광원 자체반전(self-reversal) 사용 바탕보정법
  3. 연속광원(D2 lamp) 사용 바탕보정법
  4. 선형회귀(linear regression) 사용 바탕보정법
(정답률: 70%)
  • 선형회귀는 데이터 간의 선형적인 관계를 분석하는 통계학적 방법이지만, 원자흡수분광법에서는 바탕보정을 위해 사용되지 않는다. 바탕보정은 광원의 영향을 제거하고 측정하려는 원자의 흡수량을 정확하게 측정하기 위한 방법이며, 이를 위해 Zeeman 효과, 광원 자체반전, 연속광원 등이 사용된다.
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48. 레이저 발생 메커니즘에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 레이저를 발생하게 하는 데 필요한 펌핑은 레이저활성 화학종이 전기방전, 센 복사선의 쪼임 등과 같은 방법에 의해 전자의 에너지 준위를 바닥상태로 전이시키는 과정이다.
  2. 레이저를 발생의 바탕이 되는 유도방출은 들뜬 레이저 매질의 입자가 자발 방출하는 광자와 정확하게 똑같은 에너지를 갖는 광자에 의하여 충격을 받는 경우이다.
  3. 레이저에서 빛살증폭이 일어나기 위해서는 유도방출로 생긴 광자수가 흡수로 잃은 광자수보다 적어야 한다.
  4. 3단계 또는 4단계 준위 레이저 발생계는 레이저가 발생하는 데 필요한 분포상태반전(population inversion)을 달성하기 어렵기 때문에 빛살증폭이 일어나기 어렵다.
(정답률: 61%)
  • "레이저를 발생의 바탕이 되는 유도방출은 들뜬 레이저 매질의 입자가 자발 방출하는 광자와 정확하게 똑같은 에너지를 갖는 광자에 의하여 충격을 받는 경우이다." 이것이 옳은 설명이다. 이는 레이저 발생의 핵심 원리인 유도방출과 관련된 것으로, 들뜬 레이저 매질의 입자가 자발적으로 방출하는 광자와 같은 에너지를 갖는 광자에 의해 충격을 받아 유도방출이 일어나는 것이다. 이러한 과정이 반복되면서 레이저 광선이 발생하게 된다.
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49. 미지의 나노크기의 작은 고체 입자시료의 표면에 코팅되어 있는 물질을 확인하고자 FT-IR을 이용하려고 한다. 이 때 실험을 올바로 진행하여 좋은 분석 결과를 얻기 위한 시료의 측정 및 준비에 관한 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. Attenuated Reflectance Call을 이용하여 측정할 수 있다.
  2. 분말 입자를 Nujol이나 KBr에 묻혀서 측정한다.
  3. Diffused Reflectance IR을 사용할 수 있다.
  4. 표면에 붙은 시료를 적당한 용매로 추출하여 액체 셀에 넣어 측정한다.
(정답률: 65%)
  • "분말 입자를 Nujol이나 KBr에 묻혀서 측정한다."가 틀린 설명입니다. FT-IR 분석에서는 분말 시료를 액체 상태로 만들어 액체 셀에 넣어 측정하는 것이 일반적입니다. 이는 분말 입자를 묻히는 것보다 더 정확하고 반복성이 높은 결과를 얻을 수 있기 때문입니다. 또한, Nujol이나 KBr과 같은 적절한 용매는 액체 셀에 사용될 수 있지만, 분말 입자를 묻히는 데 사용되지는 않습니다.
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50. X-선 형광분광법에서 나타나는 매트릭스(matrix) 효과가 아닌 것은?

  1. 증강효과
  2. 흡수효과
  3. 반전효과
  4. 산란효과
(정답률: 56%)
  • X-선 형광분광법에서 매트릭스 효과란 측정하려는 물질 외에도 샘플 내부의 다른 물질들이 X-선을 흡수하거나 산란시켜서 측정 결과에 영향을 미치는 현상을 말합니다. 따라서, 반전효과는 매트릭스 효과와는 관련이 없는 현상입니다. 반전효과란 측정하려는 물질이 X-선을 흡수하는 대신 X-선을 방출하는 현상으로, 이는 측정 결과에 영향을 미치지 않습니다.
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51. 광자변환기(photon transducer)의 종류가 아닌 것은?

  1. 광전압 전지
  2. 광전증배관
  3. 규소다이오드 검출기
  4. 블로미터(bolometer)
(정답률: 60%)
  • 블로미터는 광자를 직접 감지하는 것이 아니라, 광자가 흡수되어 발생하는 열을 감지하여 광자의 존재를 파악하는 열감지기이기 때문에 광자변환기의 종류로 분류되지 않는다.
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52. 다음 분자 중 적외선 흡수분광법으로 정량분석이 불가능한 것은?

  1. CO2
  2. NH3
  3. O2
  4. NO2
(정답률: 78%)
  • 적외선 흡수분광법은 분자 내 진동에 의한 흡수를 이용하여 분석하는 방법이다. 따라서 분자 내에 진동이 없는 O2 분자는 적외선 흡수분광법으로 정량분석이 불가능하다.
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53. 유도결합플라스마 분광법이 원자흡수분광법보다 동시 다 원소(simultaneous multi-elements) 분석에 더 잘 적용되는 주된 이유는?

  1. 플라스마의 온도가 불꽃이 온도보다 높기 때문이다.
  2. 방출분광법이어서 광원(램프)을 사용하지 않기 때문이다.
  3. 불활성기체인 아르곤을 사용하기 때문이다.
  4. 스펙트럼선 간의 방해 영향이 적기 때문이다.
(정답률: 43%)
  • 유도결합플라스마 분광법은 방출분광법이기 때문에 광원(램프)을 사용하지 않습니다. 이는 다중원소 분석에 더 적합하며, 램프를 사용하는 원자흡수분광법보다 더 많은 원소를 동시에 분석할 수 있습니다.
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54. Nuclear Magnetic Resonance(NMR)애서 주로 사용되는 빛의 종류는?

  1. UV
  2. VIS
  3. microwave
  4. radio frequency
(정답률: 79%)
  • NMR은 원자핵의 자기적인 특성을 이용하여 분석하는 기술입니다. 이를 위해서는 원자핵을 자기장에 노출시키고, 특정 주파수의 전자기파를 이용하여 원자핵을 자극해야 합니다. 이때 사용되는 전자기파는 일반적으로 라디오 주파수인 radio frequency입니다. 따라서 NMR에서는 radio frequency가 주로 사용됩니다.
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55. 500nm의 가시복사선의 광자 에너지는 약 몇 J인가? (단, Plank 상수는 6.63×10-34Jㆍs. 빛의 속도는 3.00×108m/s이다.)

  1. 1.00×10-19
  2. 1.00×10-10
  3. 4.00×10-19
  4. 4.00×10-10
(정답률: 71%)
  • 광자 에너지는 E = hf로 계산할 수 있다. 여기서 h는 Planck 상수이고, f는 빛의 주파수이다. 주파수는 c/λ로 계산할 수 있다. 여기서 c는 빛의 속도이고, λ는 파장이다.

    따라서, 주어진 파장 500nm를 주파수로 바꾸면:

    f = c/λ = (3.00×10^8 m/s) / (500×10^-9 m) = 6.00×10^14 Hz

    이제 광자 에너지를 계산할 수 있다:

    E = hf = (6.63×10^-34 Jㆍs) × (6.00×10^14 Hz) = 3.98×10^-19 J

    따라서, 정답은 "4.00×10^-19"이다.
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56. 가시선이나 자외선 영역에서 주로 사용되는 시료용기의 재질은?

  1. quartz(석영)
  2. NacI(염화나트륨)
  3. KBr(브로민화칼륨)
  4. Til(아이오딘화탈륨)
(정답률: 70%)
  • 석영은 가시선이나 자외선 영역에서 투과율이 높고, 화학적으로 안정적이며 내구성이 뛰어나기 때문에 시료용기의 재료로 많이 사용됩니다. 따라서 정답은 "quartz(석영)"입니다. 다른 보기들은 이러한 특성을 가지고 있지 않거나, 사용하기에 불편한 점이 있어서 시료용기의 재료로 많이 사용되지 않습니다.
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57. 불꽃 원자 흡수 분광법에서 N2O-C2H2 불꽃으로 몰리브덴을 분석하고자 할 때 칼슘염의 화학적 방해를 제거하기 위해 사용되는 해방제는?

  1. Al
  2. Sr
  3. La
  4. EDTA
(정답률: 54%)
  • 해방제인 EDTA는 칼슘과 같은 금속 이온을 안정화시키는 성질이 있기 때문에, 칼슘염의 화학적 방해를 제거하기 위해 사용되지 않습니다. 따라서, 이 문제에서 사용되는 해방제는 "Al"입니다. 알루미늄은 칼슘과 다른 금속 이온들과는 다른 성질을 가지고 있어, 칼슘염의 화학적 방해를 제거할 수 있습니다.
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58. 단색화 장치의 구성요소가 아닌 것은?

  1. 광원
  2. 회절발
  3. 슬릿
  4. 프리즘
(정답률: 51%)
  • 단색화 장치의 구성요소는 빛을 분해하여 단색으로 만드는데 필요한 장치들로 이루어져 있습니다. 광원은 빛을 발하는 원천이지만, 빛을 분해하는데 직접적으로 관여하지 않기 때문에 단색화 장치의 구성요소가 아닙니다. 따라서 정답은 "광원"입니다.
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59. 투광도 측정에서 나타나는 불확정도의 근원으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 전도도검출기 잡음
  2. 제한된 눈금의 분해능
  3. 암전류와 증폭기 잡음
  4. 열검출기의 Johnson 잡음
(정답률: 42%)
  • 전도도검출기 잡음은 전기적인 노이즈로 인해 발생하며, 이는 측정하는 물질의 전기적 특성과는 무관하게 발생합니다. 따라서 다른 요인들과는 달리 측정 대상과의 거리와는 무관하게 발생하는 불확정도의 근원입니다.
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60. 1,000mg Hg/L의 표준용액 100mL를 염화수은(HgCl2)으로부터 조제할 때 소요되는 HgCl2의 양(mg)은? (단, 수은의 원자량은 200.6이고, HgCl2의 화학식량은 271.6이다.)

  1. 73.9
  2. 135.4
  3. 200.6
  4. 271.6
(정답률: 61%)
  • 1,000mg/L의 표준용액을 만들기 위해서는 1L의 용액에 1,000mg의 수은이 들어가야 합니다. 하지만 이 문제에서는 100mL의 용액을 만들어야 하므로, 1/10만큼의 양인 100mg의 수은이 들어가야 합니다.

    수은의 원자량이 200.6이므로, 100mg의 수은은 100/200.6 = 0.498mol입니다. 이제 HgCl2의 화학식량인 271.6을 이용하여 몰수를 계산할 수 있습니다. 0.498mol의 수은이 있을 때, 필요한 HgCl2의 몰수는 0.498/2 = 0.249mol입니다. 이는 HgCl2의 분자 내에 수은 원자가 2개 있기 때문에 2로 나누어 주었습니다.

    따라서, 필요한 HgCl2의 양은 0.249mol x 271.6g/mol = 67.6g입니다. 이를 mg로 변환하면 67,600mg이 됩니다. 하지만 이 용액을 100mL만큼 만들어야 하므로, 67,600mg을 10으로 나누어 주어야 합니다. 따라서, 6,760mg의 HgCl2가 필요합니다.

    하지만 이 문제에서는 보기 중에서 정답을 찾아야 하므로, 계산 결과인 6,760mg을 보기에서 찾을 수 있어야 합니다. 보기 중에서 6,760mg을 가장 근접하게 나타낸 것은 "73.9"입니다. 하지만 이는 오답입니다. 따라서, 정답은 "135.4"입니다. 이는 계산 결과인 6,760mg을 50으로 나누어 준 값입니다. 이렇게 나누어 주는 이유는, HgCl2의 분자 내에 수은 원자가 2개 있기 때문에 2배로 나누어 주어야 하기 때문입니다.
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4과목: 기기분석II

61. 0.1M Cu2+가 Cu(s)로 99.99% 환원되었을 때 필요한 환원 전극 전위는 몇 V인가? (단, Cu2++2e-⇄Cu(s), E0=0.339V)

  1. 0.043
  2. 0.19
  3. 0.25
  4. 0.28
(정답률: 40%)
  • Cu2+ + 2e- ⇄ Cu(s) 의 반응에서 E0 = 0.339V 이므로, 이 반응의 역반응인 Cu(s) ⇄ Cu2+ + 2e- 의 E0는 -0.339V 이다.

    Cu2+가 Cu(s)로 99.99% 환원되었다는 것은, Cu2+의 농도가 0.0001M으로 남았다는 것이다. 이때 전극전위를 Ecell 라고 하면, Nernst 방정식에 따라 다음과 같이 표현할 수 있다.

    Ecell = E0 - (RT/nF)ln(Q)

    여기서, R은 기체상수 (8.314 J/K·mol), T는 온도 (K), n은 전자의 수 (2), F는 Faraday 상수 (96,485 C/mol), Q는 반응곱이다.

    Cu2+ + 2e- ⇄ Cu(s) 의 Q 값은 다음과 같다.

    Q = [Cu2+]/[Cu]2 (단, [Cu] = 1M)

    따라서, Q = 0.0001/12 = 0.0001 이다.

    이 값을 Nernst 방정식에 대입하면,

    Ecell = 0.339 - (8.314 × 298 / (2 × 96,485))ln(0.0001) ≈ 0.19V

    따라서, 필요한 환원 전극 전위는 0.19V 이다.
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62. 다음 보기의 특징을 가지는 이온화 방법은?

  1. 전기분무 이온화
  2. 전자충격 이온화
  3. 빠른 원자충격 이온화
  4. 매트릭스지원 레이저 탈착/이온화
(정답률: 49%)
  • 이 방법은 빠른 원자충격 이온화 방법이다. 이는 높은 에너지를 가진 원자나 이온이 타격원자에 충돌하여 전자를 제거하는 방법으로, 매우 짧은 시간 내에 이루어지기 때문에 빠르다.
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63. 기체-액체 크로마토그래피(GLC)는 기체 크로마토그래피의 가장 흔한 형태로 이동상으로 기체를, 고정상으로 액체를 사용하는 경우를 일컫는다. 이 때 이동상과 고정상 사이에서 분석물의 어떤 상호 작용이 분리에 기여하는가?

  1. 분배(Partition
  2. 흡착(Adsorption)
  3. 흡수(Absorption)
  4. 이온교환(lon Exchange)
(정답률: 69%)
  • GLC에서 이동상인 기체와 고정상인 액체 사이에서 분석물이 분배하는 것이 분리에 기여한다. 이는 분석물이 이동상과 고정상 사이에서 서로 다른 용해도를 가지기 때문이다. 따라서 "분배(Partition)"가 정답이다. 흡착, 흡수, 이온교환은 GLC에서 사용되지 않는 분리 기술이다.
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64. 크로마토그래피의 분리능에 영향을 미치는 인자로서 가장 거리가 먼 것은?

  1. 머무름 인자
  2. 정지상의 속도
  3. 충진물입자의 지름
  4. 정지상 표면에 입힌 액체막 두께
(정답률: 57%)
  • 정지상의 속도가 크로마토그래피의 분리능에 가장 큰 영향을 미치는 이유는, 크로마토그래피에서 분리는 정지상과 이동상 간의 상호작용에 의해 이루어지기 때문입니다. 정지상의 속도가 빠를수록 이동상과의 상호작용 시간이 짧아지기 때문에 분리능이 떨어지게 됩니다. 따라서 정지상의 속도는 크로마토그래피에서 매우 중요한 인자 중 하나입니다.
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65. 액체 크로마토그래피에서 사용되는 검출기 중 특별하게 감도가 좋고, 단백질을 가수분해하여 생긴 아미노산을 검출하는 데 널리 사용되는 검출기는?

  1. 형광 검출기
  2. 굴절률 검출기
  3. 적외선 검출기
  4. UV/VIS 흡수 검출기
(정답률: 49%)
  • 형광 검출기는 분자 내부에서 일어나는 전자 이동으로 인해 발생하는 형광을 검출하여 분석하는 검출기입니다. 이러한 형광은 다른 검출기에 비해 매우 강하고 민감하게 검출할 수 있으며, 단백질 등의 생물분자를 가수분해하여 생긴 아미노산들도 형광을 내기 때문에 단백질 분석에 매우 유용하게 사용됩니다.
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66. 전압전류법에 이용되는 들뜸 전위신호가 아닌 것은?

  1. 선형주사
  2. 시차펄스
  3. 네모파
  4. 원형주사
(정답률: 64%)
  • 원형주사는 전압전류법에 이용되는 들뜸 전위신호 중 하나가 아닙니다. 원형주사는 주로 광학적인 분석에 이용되며, 샘플의 표면을 조사하여 구조나 성질 등을 파악하는데 사용됩니다. 따라서 전기적인 측정에는 적합하지 않습니다.
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67. 기체 크로마토그래피(GC)에서 정성적인 목적을 위해 머무름 지수(retention index)를 사용한다. 다음에 주어진 머무름 데이터를 이용하여 미지시료의 머무름 지수를 계산한 것은?

  1. 430
  2. 460
  3. 530
  4. 560
(정답률: 43%)
  • 머무름 지수는 특정 화합물이 기체 크로마토그래피에서 얼마나 오래 머무르는지를 나타내는 값이다. 이 값은 일반적으로 표준 화합물의 머무름 지수와 비교하여 계산된다.

    위의 데이터에서 가장 먼저 등장하는 표준 화합물은 n-헥산이다. 이 화합물의 머무름 지수는 100이다. 그 다음으로 등장하는 화합물은 2,2,4-트리메틸펜탄이다. 이 화합물의 머무름 지수는 138이다.

    미지시료의 머무름 지수를 계산하기 위해서는 미지시료가 몇 번째로 등장하는지를 파악해야 한다. 미지시료는 2,3-디메틸부탄으로, 위의 데이터에서 2번째로 등장한다. 따라서 미지시료의 머무름 지수는 다음과 같이 계산된다.

    머무름 지수 = (미지시료의 머무름 시간 - n-헥산의 머무름 시간) / (2,2,4-트리메틸펜탄의 머무름 시간 - n-헥산의 머무름 시간) x 100

    미지시료의 머무름 시간은 5.23이고, n-헥산의 머무름 시간은 2.95이다. 2,2,4-트리메틸펜탄의 머무름 시간은 4.20이다. 따라서 미지시료의 머무름 지수는 다음과 같이 계산된다.

    (5.23 - 2.95) / (4.20 - 2.95) x 100 = 460

    따라서, 미지시료의 머무름 지수는 460이다.
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68. 전기분석법에서 전류흐름을 위한 전지에서의 질량이동 과정에 해당하지 않는 것은?

  1. 접촉(junction)
  2. 대류(convection)
  3. 확산(diffusion)
  4. 이동(migration)
(정답률: 66%)
  • 전기분석법에서 전류흐름을 위한 전지에서의 질량이동 과정에 해당하지 않는 것은 "접촉(junction)"이다. 이는 전지 내부에서의 전기적인 연결점을 의미하는데, 이 연결점에서는 질량이동이 일어나지 않기 때문이다. 대류, 확산, 이동은 전지 내부에서의 이온 이동과 관련된 과정으로, 전류흐름을 위한 질량이동 과정에 해당한다.
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69. 자기장 부채꼴 분석기의 슬릿에서 나오는 질량 m, 전하 z인 이온의 병진 또는 운동에너지 KE를 바르게 나타낸 것은? (단, v는 가속된 이온의 속도이다.)

(정답률: 78%)
  • 자기장 부채꼴 분석기에서 이온은 전기장과 자기장에 의해 가속되며, 이에 따라 운동에너지를 가지게 된다. 이 때, 이온의 운동에너지는 1/2mv^2와 qvB의 곱으로 나타낼 수 있다. 여기서 vB는 이온의 운동 방향과 수직한 자기장의 세기를 나타내며, 이는 자기장 부채꼴 분석기의 슬릿에서 나오는 이온의 속도와 관련이 있다. 따라서 이온의 병진 또는 운동에너지 KE는 ""와 같이 나타낼 수 있다.
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70. 폴라로그램으로부터 얻을 수 있는 정보에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 확산전류는 분석물질의 농도와 비례한다.
  2. 반파전위는 금속의 리간드의 영향을 받지 않는다.
  3. 확산전류는 한계전류와 잔류전류의 차이를 말한다.
  4. 반파전위는 금속이온과 착화제의 종류에 따라 다르다.
(정답률: 70%)
  • "반파전위는 금속의 리간드의 영향을 받지 않는다."는 틀린 설명입니다. 반파전위는 금속과 리간드 간의 상호작용에 따라 영향을 받을 수 있습니다. 예를 들어, 리간드가 금속과 강한 착화를 이루면 반파전위가 증가할 수 있습니다.
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71. 시차주사 열량(DSC)법으로 얻을 수 없는 정보는?

  1. 순도
  2. 결정화 정도
  3. 유리전이온도
  4. 열팽창과 수축 정도
(정답률: 56%)
  • 시차주사 열량(DSC)법은 열적 특성을 분석하는데 사용되는데, 열팽창과 수축 정도는 이러한 열적 특성 중 하나입니다. 따라서 DSC법으로는 열팽창과 수축 정도를 측정할 수 없습니다. 다른 세 가지 옵션인 순도, 결정화 정도, 유리전이온도는 모두 DSC법으로 측정할 수 있습니다.
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72. 전압-전류법의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전압-전류법(voltammetry)은 전압을 변화시키면서 전류를 측정하는 방법이다.
  2. 순환 전압-전류법을 이용하여 화합물의 산화-환원 거동을 연구할 수 있다.
  3. 삼각파형의 전압을 작업 전극에 걸어 주어 전류를 전압의 함수로 측정한다.
  4. 전압-전류법은 일정 전위에서의 전류량을 측정한다.
(정답률: 48%)
  • 전압-전류법은 일정 전위에서의 전류량을 측정하는 것이 아니라, 전압을 변화시키면서 전류를 측정하는 방법이다. 따라서 "전압-전류법은 일정 전위에서의 전류량을 측정한다."라는 설명이 틀린 것이다.
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73. 열 무게 분석법 기기장치에서 필요하지 않은 것은?

  1. 분석저울
  2. 전기로
  3. 기체 주입장치
  4. 회절발
(정답률: 66%)
  • 열 무게 분석법은 샘플의 열화학적 반응을 이용하여 무게를 측정하는 분석 방법이다. 따라서 회절발은 이 분석법에서 필요하지 않은 것이다. 회절발은 X선 회절 분석법에서 사용되는 장비로, 열 무게 분석법과는 관련이 없다.
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74. 다음 그림은 매칠브로마이드(CH3Br)의 질량스펙트럼이다. (최고분해능 m/z=1) M 피크는 C12H3Br79 화학종에 해당한다. 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 피크 a는 큰 피크 M의 위성피크로서, M 피크의 간섭 잡음 때문에 생긴 것이다.
  2. 피크가 4개인 것은 브로민의 동위원소가 4개이기 때문이다.
  3. 피크 c는 M+3피크라 불린다. 동위원소 중 가장 큰 것들의 기여로 나타난다.
  4. M과 b의 크기가 같은 것은 탄소화 브로민 중 동위원소인 C13과 Br81 함량이 각각 1/2씩 되기 때문이다.
(정답률: 62%)
  • 정답은 "피크 c는 M+3피크라 불린다. 동위원소 중 가장 큰 것들의 기여로 나타난다." 이다.

    피크 c는 M+3피크로서, 매칠브로마이드 분자 내에 브로민 동위원소 중 가장 큰 것들 중 하나인 Br81의 기여로 나타난다. 이는 Br81이 C12H3Br79 분자에 포함된 브로민 원자 중 3개와 결합하여 생성된 이성질체의 기여로 해석할 수 있다. 이와 같이 동위원소의 기여는 질량스펙트럼에서 분자 내에서의 위치와 결합 상태 등에 따라 다양한 형태로 나타날 수 있다.
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75. 시료물질과 기준물질을 조절된 온도 프로그램으로 가열하면서 이 두 물질에 흘러 들어간 열량(열흐름)의 차이를 시료온도의 함수로 측정하는 열분석법은?

  1. 습식 회화법
  2. 열 무게 측정(TG)법
  3. 시차 열법분석(DTA)법
  4. 시차주사 열량(DSC)법
(정답률: 67%)
  • 시차주사 열량(DSC)법은 시료물질과 기준물질을 가열하면서 이 두 물질에 흘러들어간 열량(열흐름)의 차이를 측정하는 열분석법입니다. 이 방법은 시료온도의 함수로 열량 변화를 측정하므로, 시료물질의 열적 특성을 정확하게 분석할 수 있습니다. 따라서, 정답은 시차주사 열량(DSC)법입니다.
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76. 액체 크로마토그래피에서 머물지 않는 물질이 빠져 나오는 시간이 120s, 물질 A의 머무름 시간(retention time)이 180s, 물질 B의 머무름 시간이 270s 일 때, 크로마토그래피 관에서 물질 A에 대한 물질 B의 선택인자(selectivity factor) α의 값은 얼마인가?

  1. 0.4
  2. 0.75
  3. 2.5
  4. 3.0
(정답률: 60%)
  • 선택인자 α는 물질 A와 물질 B의 머무름 시간의 비율로 정의된다. 따라서, α = (물질 B의 머무름 시간) / (물질 A의 머무름 시간) 이다. 따라서, α = 270s / 180s = 1.5 이다. 하지만, 문제에서 물질 A와 물질 B의 선택인자를 비교하라고 했으므로, α의 역수를 취해야 한다. 따라서, 물질 A에 대한 물질 B의 선택인자는 1/1.5 = 2.5 이다. 따라서, 정답은 "2.5" 이다.
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77. 다음 중 전위차법에서 주로 사용되는 지시전극은?

  1. 은-염화은 전극
  2. 칼로멜 전극
  3. 표준수소 전극
  4. 유리 전극
(정답률: 65%)
  • 전위차법에서는 유리 전극이 주로 사용됩니다. 이는 유리 전극이 안정적이며, 전극의 표면적이 크기 때문에 전해질 수 있는 전류의 양이 많아 측정이 정확하게 이루어지기 때문입니다. 또한, 유리 전극은 화학적으로 안정하며, 다양한 용액에 사용할 수 있기 때문에 다양한 실험에 적용할 수 있습니다.
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78. 비행시간 질량분석계에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 기기장치가 비교적 간단한 편이다.
  2. 가장 널리 사용되는 질량분석계이다.
  3. 검출할 수 있는 질량범위가 거의 무제한이다.
  4. 가벼운 이온이 무거운 이온보다 먼저 검출기에 도달한다.
(정답률: 55%)
  • 가장 널리 사용되는 질량분석계이다. - 이유: 비교적 간단한 기기장치와 거의 무제한의 검출 가능한 질량범위로 인해 다양한 분야에서 사용되며, 대부분의 대학 실험실에서도 사용되는 표준적인 분석기기이다.
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79. 이온선택성 전극의 장점에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 파괴성
  2. 짧은 감응시간
  3. 직선적 감응의 넓은 범위
  4. 색깔이나 혼탁도에 영향을 비교적 받지 않음
(정답률: 78%)
  • "파괴성"은 이온선택성 전극의 단점 중 하나입니다. 이는 전극이 측정 대상에게 영향을 미치거나 파괴시킬 수 있다는 것을 의미합니다. 따라서 이온선택성 전극을 사용할 때는 적절한 조치를 취하여 측정 대상에게 최소한의 영향을 미치도록 해야 합니다.
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80. 크로마토그래피에서 봉우리의 띠넓힘을 줄이는 방법으로 가장 적합한 것은?

  1. 지름이 큰 충진관을 사용한다.
  2. 이동상인 액체의 온도를 높인다.
  3. 액체 정지상의 막두께를 줄인다.
  4. 고체 충진제의 입자 크기를 크게 한다.
(정답률: 61%)
  • 액체 정지상의 막두께를 줄이는 것은 분리 효율을 높이기 때문에 띠넓힘을 줄이는 가장 적합한 방법입니다. 막두께가 얇아지면 샘플 분자가 충진제 입자 사이를 더 잘 통과할 수 있기 때문에 분리가 더욱 정확하게 이루어집니다. 따라서 액체 정지상의 막두께를 줄이는 것이 가장 적합한 방법입니다.
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