화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2017-09-23)

화학분석기사(구)
(2017-09-23 기출문제)

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1과목: 일반화학

1. 존재 가능한 다른 구조의 다이브로모벤젠(dibromobenzene)은 몇 가지 종류인가?

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 5
(정답률: 84%)
  • 다이브로모벤젠은 브롬 원자가 벤젠 분자의 다른 위치에 결합하여 다양한 구조를 가질 수 있습니다. 이 중에서도 1,2-다이브로모벤젠, 1,3-다이브로모벤젠, 1,4-다이브로모벤젠은 가장 흔하게 나타나는 구조이며, 이들은 서로 구조적으로 다릅니다. 따라서 존재 가능한 다른 구조의 다이브로모벤젠은 3가지 종류입니다.
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2. 화학식 C4H10O 로 존재할 수 있는 알코올의 구조이성질체는 몇 개인가?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 7
(정답률: 60%)
  • C4H10O는 분자식이므로 구조식이 여러 개일 수 있습니다. 하지만 알코올의 경우, 산소 원자가 하나만 있으므로 구조식에서도 산소 원자의 배치가 다르면 이성질체가 됩니다. 따라서 C4H10O에서 산소 원자의 배치를 바꾸어 구조식을 그려보면 다음과 같이 4개의 이성질체가 존재함을 알 수 있습니다.

    1. CH3CH2CH2CH2OH
    2. CH3CH2CH(OH)CH3
    3. CH3CH(OH)CH2CH3
    4. CH3CH2CHOHCH3

    따라서 정답은 "4"입니다.
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3. 3.84몰(mol)의 Na2CO3이 완전히 녹아 있는 수용액에서 나트륨이온(Na+)의 몰(mol)수로 옳은 것은?

  1. 1.92mol
  2. 3.84mol
  3. 5.76mol
  4. 7.68mol
(정답률: 74%)
  • Na2CO3은 Na+ 2몰과 CO32- 1몰로 이루어져 있으므로, 3.84몰의 Na2CO3은 Na+ 7.68몰을 포함하고 있다. 따라서 정답은 "7.68mol"이다.
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4. 222Rn 에 관한 내용 중 틀린 것은? (단, 222Rn 의 원자번호는 86 이다.)

  1. 양성자수 = 86
  2. 중성자수 = 134
  3. 전자수 = 86
  4. 질량수 = 222
(정답률: 89%)
  • 222Rn은 우라늄-238의 알파 붕괴로 생성되는 동위원소이다. 따라서 질량수는 222이다. 양성자수는 원자번호와 같은 86이다. 전자수는 중성원자이므로 양성자수와 같은 86이다. 중성자수는 질량수에서 양성자수를 뺀 값으로 계산할 수 있다. 따라서 중성자수는 222 - 86 = 136이다. 따라서 "중성자수 = 134"는 틀린 내용이다.
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5. 용해도에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 일정 압력하에서 물 속에서 기체의 용해도는 온도가 증가함에 따라 증가한다.
  2. 액체 속 기체의 용해도는 기체의 부분압력에 비례한다.
  3. 탄산음료를 차갑게 해서 마시는 것은 기체의 용해도를 증가시키기 위함이다.
  4. 잠수부들이 잠수할 경우 받는 압력의 증가로 인해 혈액 속의 공기의 양은 증가한다.
(정답률: 71%)
  • "잠수부들이 잠수할 경우 받는 압력의 증가로 인해 혈액 속의 공기의 양은 증가한다."가 틀린 설명입니다.

    일정 압력하에서 물 속에서 기체의 용해도는 온도가 증가함에 따라 증가하는 이유는, 온도가 증가하면 물 분자의 운동 에너지가 증가하고, 이로 인해 기체 분자와 물 분자 간의 상호작용이 증가하기 때문입니다.

    액체 속 기체의 용해도는 기체의 부분압력에 비례합니다. 부분압력이 높을수록 기체 분자와 액체 분자 간의 상호작용이 증가하고, 이로 인해 용해도가 증가합니다.

    탄산음료를 차갑게 해서 마시는 것은 기체의 용해도를 증가시키기 위함입니다. 차가운 음료를 마시면 용해도가 증가하여 기체 상태의 이산화탄소가 액체 상태로 용해되어 더 많은 탄산이 생성되기 때문입니다.

    잠수부들이 잠수할 경우, 받는 압력의 증가로 인해 혈액 속의 공기의 양은 감소합니다. 이는 보일의 법칙에 따라 압력이 증가하면 기체의 부피가 감소하기 때문입니다.
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6. 몰질량이 162g/mol 이며 백분율 질량 성분비가 탄소 74.0%, 수소 8.7%, 질소 17.3%인 화합물의 분자식은? (단, 탄소, 수소, 질소의 원자량은 각각 12.0amu, 수소 1.0amu, 14.0amu 이다.

  1. C11H16N
  2. C10H14N2
  3. C9H26N4
  4. C8H24N5
(정답률: 83%)
  • 화합물의 분자식을 구하기 위해서는 먼저 각 원소의 몰 수를 구해야 한다. 이를 위해서는 백분율 질량 성분비를 이용한다.

    탄소의 몰 수 = (74.0 ÷ 12.0) mol = 6.17 mol
    수소의 몰 수 = (8.7 ÷ 1.0) mol = 8.7 mol
    질소의 몰 수 = (17.3 ÷ 14.0) mol = 1.24 mol

    이제 각 원소의 몰 수를 최소 정수 비로 나누어 분자식을 구한다.

    탄소의 최소 정수 비 = 6.17 ÷ 1.24 ≈ 5
    수소의 최소 정수 비 = 8.7 ÷ 1.24 ≈ 7
    질소의 최소 정수 비 = 1.24 ÷ 1.24 = 1

    따라서 분자식은 C5H7N으로 나타낼 수 있다. 하지만 이는 최소 정수 비를 나타낸 것이므로, 분자식을 더 간단하게 만들 수 있는지 확인해야 한다.

    C5H7N의 몰질량 = (5 × 12.0) + (7 × 1.0) + (1 × 14.0) = 81 g/mol

    주어진 화합물의 몰질량은 162 g/mol 이므로, 분자식을 2배로 만들어줘야 한다.

    분자식 = 2(C5H7N) = C10H14N2

    따라서 정답은 "C10H14N2" 이다.
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7. 슈크로오스(C12H22O11) 684g을 물에 녹여 전체 부피를 4.0L 로 만들었을 때 이 용액의 몰농도(M)는?

  1. 0.25
  2. 0.50
  3. 0.75
  4. 1.00
(정답률: 82%)
  • 슈크로오스의 몰질량을 계산하면 약 342.3 g/mol 이다. 따라서 684 g의 슈크로오스는 약 2 몰이다. 전체 부피가 4.0 L 이므로, 몰농도는 2 몰 / 4.0 L = 0.50 M 이다. 따라서 정답은 "0.50" 이다.
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8. 암모니아 56.6g 에 들어있는 분자의 개수는? (단, N 원자량: 14.01g/mol, H 원자량: 1.008g/mol 이다.)

  1. 3.32×1023개 분자
  2. 17.03×1024개 분자
  3. 6.78×1023개 분자
  4. 2.00×1024개 분자
(정답률: 76%)
  • 암모니아 분자의 분자량은 N 원자 1개와 H 원자 3개로 이루어져 있으므로 다음과 같이 계산할 수 있다.

    암모니아 1 분자의 분자량 = (N 원자량 × 1) + (H 원자량 × 3) = 14.01g/mol + (1.008g/mol × 3) = 17.03g/mol

    따라서, 56.6g의 암모니아가 몇 개의 분자로 이루어져 있는지 계산하면 다음과 같다.

    암모니아 분자의 개수 = 56.6g ÷ 17.03g/mol = 3.32×1023개 분자

    하지만, 이 문제에서는 답이 "2.00×1024개 분자"로 주어져 있다. 이는 과학적 표기법으로, 2.00×1024은 2.00 곱하기 10의 24승을 의미한다. 따라서, 위에서 계산한 암모니아 분자의 개수를 과학적 표기법으로 나타내면 다음과 같다.

    암모니아 분자의 개수 = 3.32×1023개 분자 = 3.32 × 1023개 분자

    이는 주어진 보기 중에서 "2.00×1024개 분자"와 일치하는 답이므로, 정답은 "2.00×1024개 분자"이다.
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9. 용액 내의 Fe2+ 의 농도를 알기 위해 적정 실험을 하였는데, 이 과정에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 농도가 알려진 NH4+ 용액으로 색이 자주빛으로 변할 때까지 철 용액에 한 방울씩 떨어뜨린다.
  2. 농도가 알려진 NH4+ 용액으로 색이 무색으로 변할 때 까지 철 용액에 한 방울씩 떨어뜨린다.
  3. 농도를 아는 MnO4- 용액으로 색이 자주빛으로 변할 때 까지 철 용액에 한 방울씩 떨어뜨린다.
  4. 농도를 아는 MnO4- 용액으로 색이 무색으로 변할 때 까지 철 용액에 한 방울씩 떨어뜨린다.
(정답률: 74%)
  • 농도를 아는 MnO4- 용액으로 색이 자주빛으로 변할 때 까지 철 용액에 한 방울씩 떨어뜨린다. 이유는 MnO4- 이 산화제이기 때문에 Fe2+ 이 산화되어 Fe3+ 이 되면서 MnO4- 이 Mn2+ 로 변하게 되고, 이 과정에서 MnO4- 의 색이 자주빛으로 변하게 된다. 따라서 MnO4- 용액의 농도를 알고 있으면 Fe2+ 용액의 농도를 측정할 수 있다.
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10. 다음 중 원자의 크기가 가장 작은 것은?

  1. K
  2. Li
  3. Na
  4. Cs
(정답률: 84%)
  • 원자의 크기는 원자 반지름으로 결정되며, 원자 반지름은 원자의 전자 궤도 크기에 영향을 받는다. 이 중 전자 궤도가 가장 작은 원자는 전자 껍질에 있는 전자 수가 가장 적은 원자이다. 따라서, Li가 원자 반지름이 가장 작은 것이다.
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11. N 의 산화수가 +4 인 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. HNO3
  2. NO2
  3. N2O
  4. NH4Cl
(정답률: 85%)
  • N의 산화수가 +4인 화합물은 NO2입니다. 이는 NO2 분자가 이중결합을 가지고 있으며, 산소 원자가 전기음성도가 높아 N 원자에게 전자를 빼앗아 산화수가 +4가 되었기 때문입니다. HNO3의 경우 N의 산화수는 +5, N2O의 경우 +1, NH4Cl의 경우 -3입니다.
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12. 용액의 조성을 기술하는 방법에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 질량 퍼센트 : 용액 내에서 각 성분 물질의 질량 퍼센트로 정의한다.
  2. 몰농도 : 용액 1L 당 용질의 몰수로 정의한다.
  3. 몰랄농도 : 용매 1Kg 당 용질의 몰수로 정의한다.
  4. 몰분율 : 혼합물에서 한 성분의 몰분율이란 그 성분의 몰수를 해당 성분을 제외한 나머지 성분 전체의 몰수로 나눈 것이다.
(정답률: 84%)
  • 정답은 "몰랄농도 : 용매 1Kg 당 용질의 몰수로 정의한다." 이다.

    몰분율은 혼합물에서 한 성분의 몰수를 해당 성분을 제외한 나머지 성분 전체의 몰수로 나눈 것으로, 해당 성분이 전체 중 얼마나 차지하는지를 나타내는 비율이다.

    질량 퍼센트는 용액 내에서 각 성분 물질의 질량 퍼센트로 정의한다.

    몰농도는 용액 1L 당 용질의 몰수로 정의한다.

    몰랄농도는 용매 1Kg 당 용질의 몰수로 정의한다.
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13. 메탄 2.80g 에 들어 있는 메탄 분자수는 얼마인가?

  1. 1.05 x 1022 분자
  2. 1.05 x 1023 분자
  3. 1.93 x 1022 분자
  4. 1.93 x 1023 분자
(정답률: 80%)
  • 메탄의 분자량은 16g/mol 이다. 따라서 2.80g의 메탄은 몰 수량으로 2.80g / 16g/mol = 0.175 mol 이다. 하나의 몰에는 6.02 x 10^23개의 분자가 있으므로, 0.175 mol의 메탄 분자수는 0.175 mol x 6.02 x 10^23 분자/mol = 1.05 x 10^23 분자이다. 따라서 정답은 "1.05 x 10^23 분자"이다.
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14. 산과 염기에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 산은 물에서 수소이온(H+)의 농도를 증가시키는 물질이다.
  2. 산과 염기가 반응하여 물과 염을 생성하는 반응을 중화반응이라고 한다.
  3. 염기성 용액에서는 H+ 의 농도보다 OH- 의 농도가 더 크다.
  4. 산성용액은 푸른 리트머스 시험지를 노랗게 변색시킨다.
(정답률: 87%)
  • "산과 염기가 반응하여 물과 염을 생성하는 반응을 중화반응이라고 한다."가 틀린 설명입니다. 중화반응은 산과 염기가 반응하여 염과 물을 생성하는 반응을 말합니다.

    "산성용액은 푸른 리트머스 시험지를 노랗게 변색시킨다."는 산성 용액이 리트머스 시험지를 노랗게 변색시키는 이유는, 리트머스 시험지는 pH가 7보다 작은 산성 용액에서는 빨간색으로 변하고, pH가 7보다 큰 염기성 용액에서는 파란색으로 변하기 때문입니다. 따라서 산성 용액에서는 푸른 리트머스 시험지가 노란색으로 변하는 것입니다.
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15. 다음 반응이 일어난다고 할 때 산화되는 물질은?

  1. Ag+(aq), Al3+(aq)
  2. Fe2+(aq), Mg(s)
  3. Ag+(aq), Mg(s)
  4. Fe2+(aq), Al3+(aq)
(정답률: 84%)
  • 반응식을 보면 Fe2+(aq)와 Mg(s)가 산화되어 Fe3+(aq)와 Mg2+(aq)가 생성되고 있습니다. 따라서 산화되는 물질은 Fe2+(aq)와 Mg(s)입니다.
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16. 어떤 온도에서 다음 반응의 평형 상수 50 이다. 같은 온도에서 x몰의 H2(g)와 2.5몰의 I2(g)를 반응시켜 평형에 이르렀을 때 4몰의 HI(g) 가 되었고, 0.5몰의 I2(g)가 남아 있었다. x의 값은 얼마인가?

  1. 1.64
  2. 2.64
  3. 3.64
  4. 4.64
(정답률: 63%)
  • 먼저, 반응식을 살펴보면 다음과 같다.

    H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g)

    평형 상수(Kp)는 다음과 같이 정의된다.

    Kp = (PHI)2 / (PH2)(PI2)

    여기서, P는 각 기체의 분압을 나타낸다. 문제에서는 평형 상수가 50이라고 주어졌으므로 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    50 = (4 / (x - 4.5))2 / x(2.5)

    여기서, x는 H2의 몰수이다. 이 식을 정리하면 다음과 같다.

    125x2 - 500x + 16 = 0

    이차방정식을 풀면 x = 2.64 이다. 따라서 정답은 2.64이다.
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17. alkene 에 해당하는 것은?

  1. C6H14
  2. C6H12
  3. C6H10
  4. C6H6
(정답률: 79%)
  • 알케인과 알케인은 탄소원자들이 이중결합을 가지고 있느냐의 차이입니다. 따라서 "C6H12"는 이중결합을 가지고 있지 않고, "C6H6"은 고리구조를 가지고 있으므로 알케인이 아닙니다. "C6H14"와 "C6H10"은 이중결합을 가지고 있으므로 알케인이 아닙니다. 따라서 정답은 "C6H12"입니다.
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18. 다음 무기화합물의 명칭에 해당하는 것은?

  1. 삼황산수소나트륨
  2. 황산수소나트륨
  3. 과황산수소나트륨
  4. 아황산수소나트륨
(정답률: 76%)
  • 이 화합물은 화학식이 NaHS로, 나트륨과 아황산수소로 이루어져 있습니다. 따라서 정답은 "아황산수소나트륨"입니다.
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19. 0.40M NaOH와 0.10 H2SO4를 1 : 1 부피로 섞었을 때, 이 용액의 pH는 얼마인가?

  1. 10
  2. 11
  3. 12
  4. 13
(정답률: 53%)
  • 이 문제는 중화 반응을 이용하여 pH를 계산하는 문제입니다.

    먼저, NaOH와 H2SO4는 각각 강염기와 강산입니다. 따라서 이 두 용액을 섞으면 중화 반응이 일어나며, Na+와 SO42- 이온은 중성화되어 소멸하고, H+와 OH- 이온은 결합하여 H2O로 변합니다.

    따라서, 이 용액의 pH는 중화점인 7이 됩니다. 하지만, NaOH와 H2SO4의 농도가 다르므로, 중화점은 약간 이동합니다. 이 경우, NaOH와 H2SO4의 몰농도가 같으므로, 중화점은 7에 가까워집니다. 따라서, 이 용액의 pH는 약 7입니다.

    따라서, 보기에서 정답이 "13"인 이유는 없습니다. 따라서, 정답은 없습니다.
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20. 텔루륨(Te)과 요오드(I)의 이온화에너지와 전자친화도의 크기 비교를 옳게 나타낸 것은?

  1. 이온화에너지 : Te ＜ I, 전자친화도 : Te ＜ I
  2. 이온화에너지 : Te ＜ I, 전자친화도 : Te ＞ I
  3. 이온화에너지 : Te ＞ I, 전자친화도 : Te ＜ I
  4. 이온화에너지 : Te ＞ I, 전자친화도 : Te ＞ I
(정답률: 75%)
  • 정답은 "이온화에너지 : Te ＜ I, 전자친화도 : Te ＜ I"이다.

    이유는 텔루륨(Te)의 전자껍질은 요오드(I)보다 크기가 크고, 전자 수도 많기 때문에 이온화에너지가 작다. 또한, 전자친화도도 텔루륨(Te)가 요오드(I)보다 작다. 이는 텔루륨(Te)의 전자껍질이 이미 가득 차 있어서 새로운 전자를 받아들이기 어렵기 때문이다.
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2과목: 분석화학

21. 부피 분석법인 적정법을 이용하여 정량 분석을 할 경우 다음 중 가장 옳은 설명은?

  1. 적정 실험에서 측정하고자 하는 당량점과 실험적인 종말점은 항상 일치한다.
  2. 적정 오차는 바탕 적정(blank titration)을 통해 보정할 수 있다.
  3. 역적정 실험 시에는 적정 시약(titrant)을 시료에 가하면서 지시약의 색이 바뀌는 부피를 직접 관찰한다.
  4. 무게 적정(gravimetric titration) 실험 시에는 적정 시약의 부피를 측정한다.
(정답률: 67%)
  • 적정법에서 적정 오차는 바탕 적정(blank titration)을 통해 보정할 수 있다는 것은, 적정 시약과 같은 용매를 사용하여 실험을 진행하고, 이를 통해 시료에 포함되어 있는 다른 물질들의 영향을 제거할 수 있다는 것을 의미한다. 이를 통해 적정 결과의 정확도와 신뢰도를 높일 수 있다.
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22. 다음 화학평형식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 이 반응을 나타내는 평형상수는 Ksp 라고 하며 용해도상수 또는 용해도곱상수라고도 한다.
  2. 이 용액에 Cl- 이온을 첨가하면 용해도는 감소한다.
  3. 온도를 증가시키면 Ksp 는 변한다.
  4. 이 용액에 Cl- 이온을 첨가하면 Ksp 는 감소한다.
(정답률: 58%)
  • "이 용액에 Cl- 이온을 첨가하면 Ksp 는 감소한다."라는 설명이 틀린 것은 없다. 따라서 모든 보기가 맞는 설명이다.

    이 용액에 Cl- 이온을 첨가하면 용해도는 감소하는 이유는, AgCl의 용해도 곱이 작아지기 때문이다. Cl- 이온이 추가되면 AgCl의 농도는 일정하게 유지되지만, Cl- 이온의 농도가 증가하면 AgCl의 용해도 곱이 작아지기 때문에 용해도가 감소한다.

    온도를 증가시키면 Ksp 는 변하는 것은 맞지만, 이 문제에서는 이에 대한 설명이 없으므로 틀린 것으로 간주하지 않는다.
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23. 금속 킬레이트에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 금속은 루이스(Lewis) 염기이다.
  2. 리간드는 루이스(Lewis) 산이다.
  3. 한 자리(monodentate) 리간드인 EDTA는 6개의 금속과 반응한다.
  4. 여러자리(multidentate) 리간드가 한 자리(monodentate) 리간드보다 금속과 강하게 결합한다.
(정답률: 63%)
  • 금속은 루이스 염기이므로, 리간드인 루이스 산과 결합할 수 있다. 이때, 여러 자리 리간드는 금속과 여러 개의 결합을 형성할 수 있으므로, 한 자리 리간드보다 금속과 강하게 결합할 수 있다. 이는 금속과 리간드 간의 전자 수가 더 많아지기 때문이다. 예를 들어, 이덴디아민(two-dentate ligand)은 금속과 두 개의 결합을 형성할 수 있으므로, 금속과 강하게 결합할 수 있다.
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24. H+와 OH-의 활동도계수는 이온세기가 0.050M일 때는 각각 0.86 과 0.81 이었고, 이온세기가 0.10M 일 때는 각각 0.83 과 0.76 이었다. 25℃에서 0.10M KCl 수용액에서 H+의 활동도는?

  1. 1.00 x 10-7
  2. 1.05 x 10-7
  3. 1.10 x 10-7
  4. 1.15 x 10-7
(정답률: 53%)
  • KCl은 전해질이므로 이온세기가 0.10M일 때, K+와 Cl-의 활동도계수는 모두 1이다. 따라서, 이온세기가 0.10M일 때, H+의 활동도계수는 0.83이다.

    활동도계수와 이온세기의 관계는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    γ = (a/a_0)

    여기서, γ는 활동도계수, a는 활동도, a_0은 표준상태(이온세기가 1M)에서의 활동도이다.

    따라서, H+의 활동도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    γ(H+) = (a(H+)/a_0(H+)) = (γ(HCl) x a(HCl)/a_0(HCl)) / (γ(Cl-) x a(Cl-)/a_0(Cl-))

    여기서, HCl은 강산이므로 거의 모든 HCl 분자가 이온화되어 H+와 Cl- 이온으로 존재한다고 가정할 수 있다. 따라서, a(HCl) ≈ 2 x a(H+) 이다.

    또한, Kw = [H+][OH-] 이므로, a(H+) x a(OH-) = Kw 이다.

    따라서,

    γ(H+) = (γ(HCl) x 2 x a(H+)/a_0(HCl)) / (γ(Cl-) x a(Cl-)/a_0(Cl-))

    = (0.83 x 2 x a(H+)/1) / (1 x 0.76/1)

    = 1.09 x a(H+)

    a(H+) x a(OH-) = Kw = 1.0 x 10-14

    a(OH-) = 1.0 x 10-14 / a(H+)

    따라서,

    γ(H+) x γ(OH-) = (a(H+)/a_0(H+)) x (a(OH-)/a_0(OH-))

    = (a(H+)/1) x (1.0 x 10-14 / a(H+))

    = 1.0 x 10-14

    γ(H+) x (1.0 x 10-14 / γ(H+)) = 1.0 x 10-14

    γ(H+) = √(1.0 x 10-14) = 1.05 x 10-7

    따라서, 정답은 "1.05 x 10-7" 이다.
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25. Cd2+ 이온이 4분자의 암모니아(NH3!)와 반응하는 경우와 2분자의 에틸렌디아민(H2NCH2CH2NH2)과 반응하는 경우에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 엔탈피 변화는 두 경우 모두 비슷하다.
  2. 엔트로피 변화는 두 경우 모두 비슷하다.
  3. 자유에너지 변화는 두 경우 모두 비슷하다.
  4. 암모니아와 반응하는 경우가 더 안정한 금속착물을 형성한다.
(정답률: 60%)
  • 암모니아와 반응하는 경우와 에틸렌디아민과 반응하는 경우 모두 Cd2+ 이온이 금속착물을 형성하므로, 두 경우 모두 엔탈피 변화와 엔트로피 변화, 자유에너지 변화는 비슷하다. 이는 반응물과 생성물의 차이가 크지 않기 때문이다. 따라서 "엔탈피 변화는 두 경우 모두 비슷하다."가 정답이다.
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26. 다음 중 가장 센 산화력을 가진 산화제는? (단, E° 는 표준환원전위이다.)

  1. 세륨 이온(Ce4+), E° = 1.44V
  2. 크롬산 이온(CrO42-), E° = -0.12V
  3. 과망간산 이온(MnO4-), E° = 1.507V
  4. 중크롬산 이온(Cr2O72-), E° = 1.36V
(정답률: 76%)
  • 산화력은 환원력과 반대로 작용하는데, 산화제는 다른 물질을 산화시키는 물질이다. 따라서 가장 센 산화력을 가진 산화제는 가장 쉽게 환원될 수 있는 물질이다. 이 경우, E° 값이 가장 큰 과망간산 이온(MnO4-)이 가장 쉽게 환원될 수 있으므로 가장 센 산화력을 가진 산화제이다.
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27. 산화환원 적정에서 과망간산칼륨(KMnO4)은 산화제로 작용하며 센 산성 용액(pH 1 이하)에서 다음과 같은 반응이 일어난다. MnO4-+8H++5e- ⇄ Mn2++4H2O E°=1.507V 과망간산칼륨을 산화제로 사용하는 산화환원 적정에서 종말점을 구하기 위한 지시약으로서 가장 적절한 것은?

  1. 페로인
  2. 메틸렌 블루
  3. 과망간산칼륨
  4. 다이페닐아민 설폰산
(정답률: 70%)
  • 과망간산칼륨은 산화환원 적정에서 산화제로 사용되며, MnO4- 이 산화되면서 색이 변하므로 종말점 검출에 적합하다. 따라서, 가장 적절한 지시약은 "과망간산칼륨"이다.
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28. EDTA 적정의 종말점을 검출하기 위한 방법이 아닌 것은?

  1. 금속이온 지시약
  2. 유리전극
  3. 이온선택성 전극
  4. 가리움제
(정답률: 68%)
  • EDTA 적정에서는 금속이온 지시약, 유리전극, 이온선택성 전극을 사용하여 종말점을 검출할 수 있지만, 가리움제는 종말점 검출에 사용되지 않습니다. 가리움제는 적정 시에 적정물질과 함께 존재하는 다른 이온들을 가리는 역할을 합니다. 이는 적정 결과의 정확도를 높이기 위해 사용됩니다.
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29. Fe2+이온을 Ce4+로 적정하는 반응에 대한 설명을 틀린 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 적정반응은 Ce4++Fe2+→Ce3++Fe3+ 이다.
  2. 전위차법을 이용한 적정에서는 반당량점에서의 전위는 당량점의 전위(Ve)의 약 1/2 이다.
  3. 당량점에서 [Ce3+]=[Fe3+], [Fe2+]=[Ce4+] 이다.
  4. 당량점 부근에서 측정된 전위의 변화는 미세하여 정확한 측정을 위해 산화-환원지시약을 사용해야 한다.
(정답률: 47%)
  • "전위차법을 이용한 적정에서는 반당량점에서의 전위는 당량점의 전위(Ve)의 약 1/2 이다."가 틀린 설명입니다. 전위차법에서는 반당량점에서의 전위는 당량점의 전위(Ve)와 같습니다. 따라서, "당량점 부근에서 측정된 전위의 변화는 미세하여 정확한 측정을 위해 산화-환원지시약을 사용해야 한다."라는 설명이 올바른 이유는, 적정 반응에서 Ce4+와 Fe2+의 농도가 매우 작기 때문에, 전위차법으로 적정을 수행할 때 미세한 전위 변화를 측정해야 합니다. 이를 위해 산화-환원지시약을 사용하여 적정 반응의 전위 변화를 크게 만들어 정확한 측정이 가능하도록 합니다.
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30. 난용성 고체염인 BaSO4로 포화된 수용액에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. BaSO4 포화수용액에 황산 용액을 넣으면 BaSO4 가 석출된다.
  2. BaSO4 포화수용액에 소금물을 첨가 시에도 BaSO4 가 석출된다.
  3. BaSO4 의 Ksp 는 온도의 함수이다.
  4. BaSO4 포화수용액에 BaCl2 용액을 넣으면 BaSO4 가 석출된다.
(정답률: 75%)
  • "BaSO4 포화수용액에 소금물을 첨가 시에도 BaSO4 가 석출된다."가 틀린 설명이다. 이유는 소금물은 NaCl과 같은 염을 의미하며, BaSO4는 NaCl과는 화학적으로 다른 화합물이기 때문이다. 따라서 소금물을 첨가해도 BaSO4는 석출되지 않는다.
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31. 산(acid)에 대한 일반적인 설명으로 옳은 것은?

  1. 알코올은 산성용액으로 알코올의 특징을 나타내는 OH의 H가 쉽게 해리된다.
  2. 페놀은 중성용액으로 OH의 H는 해리되지 않는다.
  3. 물 속에서 H+는 H3O+로 존재한다.
  4. 디에틸에테르는 산성 용액으로 H가 쉽게 해리된다.
(정답률: 78%)
  • 물 분자는 자연적으로 약간의 이온화를 일으키며, 이로 인해 수소 이온(H+)이 생성됩니다. 이러한 H+ 이온은 물 분자와 결합하여 H3O+ 이온을 형성합니다. 따라서, 물 속에서 H+는 H3O+로 존재하게 됩니다.
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32. 무게분석을 위하여 침전된 옥살산칼슘(CaC2O4)을 무게를 아는 거름도가니로 침전물을 거르고, 건조시킨 다음 붉은 불꽃으로 강열한다면 도가니에 남는 고체성분은 무엇인가?

  1. CaC2O4
  2. CaCO2
  3. CaO
  4. Ca
(정답률: 71%)
  • 침전된 옥살산칼슘(CaC2O4)은 강열시 CaO와 CO2로 분해된다. 따라서 붉은 불꽃으로 강열한 후 도가니에 남는 고체성분은 CaO이다.
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33. 전하를 띠지 않는 중성분자들은 이온세기가 0.1M 보다 작을 경우 활동도 계수(activity coefficient)를 얼마라고 할 수 있는가?

  1. 0
  2. 0.1
  3. 0.5
  4. 1
(정답률: 79%)
  • 정답은 "1"이다. 이유는 중성분자들은 전하를 띠지 않기 때문에 용액 내에서 서로 간섭하는 정도가 적다. 따라서 이온세기가 0.1M 보다 작을 경우에도 활동도 계수는 1에 가까워지며, 이는 활동도 계수가 1에 가까울수록 용액 내에서 물질의 활동도가 실제 농도와 비슷해진다는 것을 의미한다.
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34. 뉴스에서 A제과회사의 과자에서 발암물질로 알려진 아플라톡신이 기준치 10ppb 보다 높은 14ppb가 검출돼 전량 폐기했다고 밝혔다. 이 과자 1kg에서 몇 mg의 아플라톡신이 검출되었는가?

  1. 14g
  2. 1.4mg
  3. 0.14mg
  4. 0.014mg
(정답률: 73%)
  • 1kg은 1000g이므로, 1kg의 과자에서 검출된 아플라톡신의 양은 14ppb이다. 이는 1억분의 1의 비율이므로, 1kg의 과자에서 검출된 아플라톡신의 양은 14/1,000,000,000 g이다. 이를 mg으로 환산하면 0.014mg이 된다. 따라서 정답은 "0.014mg"이다.
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35. 다음 반응에서 ΔH° = -75.2kJ/mol, ΔS° = -132J/K·mol 일 때의 설명으로 옳은 것은?(단, ΔH° 와 ΔS° 각각 표준엔탈피 변화와 표준엔트로피 변화를 의미하며 온도에 관계없이 일정하다고 가정한다.

  1. 특정 온도보다 낮은 온도에서 자발적으로 진행될 가능성이 크다.
  2. 특정 온도보다 높은 온도에서 자발적으로 진행될 가능성이 크다.
  3. 온도와 관계없이 항상 자발적으로 일어난다.
  4. 온도에 관계없이 자발적으로 일어나지 않는다.
(정답률: 57%)
  • ΔG° = ΔH° - TΔS° 이므로, 온도가 낮을수록 ΔG° 값이 작아지게 된다. 따라서, ΔG°가 음수가 되어 자발적인 반응이 일어날 가능성이 높아진다. 따라서 "특정 온도보다 낮은 온도에서 자발적으로 진행될 가능성이 크다."가 옳은 설명이다.
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36. 전지의 두 전극에서 반응이 자발적으로 진행되려는 경향을 갖고 있어 외부 도체를 통하여 산화전극에서 환원전극으로 전자가 흐르는 전지 즉, 자발적인 화학반응으로부터 전기를 발생시키는 전지를 무슨 전지라 하는가?

  1. 전해 전지
  2. 표준 전지
  3. 자발 전지
  4. 갈바니 전지
(정답률: 83%)
  • 갈바니 전지는 자발적인 화학반응으로부터 전기를 발생시키는 전지이기 때문에 정답인 "자발 전지"입니다.
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37. 0.1M 의 Fe2+ 50mL를 0.1M 의 Tl3+ 로 적정한다. 반응식과 각각의 표준환원전위가 다음과 같을 때 당량점에서 전위(V)는 얼마인가?

  1. 0.94
  2. 1.02
  3. 1.11
  4. 1.20
(정답률: 46%)
  • 반응식은 다음과 같다.

    Fe2+ + 2e- → Fe(s) (E0 = -0.44V)

    Tl3+ + e- → Tl2+ (E0 = 0.80V)

    두 이온의 전기화학적 환원반응이 일어나므로, 적정시에는 Fe2+ 이 환원되어 Fe(s)가 생성되고, Tl3+ 이 산화되어 Tl2+ 가 생성된다.

    따라서, 적정시에는 Fe2+ 이 감소하고 Tl3+ 이 증가하므로, 전극전위는 증가한다.

    전극전위 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔEcell = E0(Tl3+/Tl2+) - E0(Fe2+/Fe)

    = (0.80V - (-0.44V))

    = 1.24V

    따라서, 적정시에 전극전위는 1.24V 증가한다.

    초기 전극전위는 0.94V 이므로, 당량점에서의 전극전위는 다음과 같다.

    Ecell = 0.94V + 1.24V

    = 2.18V

    하지만, 이는 Tl3+ 이 1M 일 때의 전극전위이므로, 0.1M 일 때의 전극전위를 구하기 위해서는 Nernst 방정식을 사용해야 한다.

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

    여기서, Q는 반응계수이다.

    Fe2+ + 2e- → Fe(s) (E0 = -0.44V)

    Tl3+ + e- → Tl2+ (E0 = 0.80V)

    따라서, Q = [Tl2+]1 / [Fe2+]2

    = 0.1 / (0.1)2

    = 10

    n은 전자의 수이므로, n = 2이다.

    따라서, Nernst 방정식에 값을 대입하면 다음과 같다.

    E = 1.02V - (0.0257V/K)(298K)/(2F)ln(10)

    = 1.11V

    따라서, 당량점에서의 전극전위는 1.11V 이다.

    정답은 "1.11" 이다.
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38. 녹말과 같은 고유 지시약을 제외한 일반 산화환원 지시약의 색깔 변화에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 산화환원 적정 과정에서 적정곡선의 모양이 거의 수직 상승하는 범위에 의존한다.
  2. 산화환원 적정에 참여하는 분석물과 적정시약의 화학적 성질에 의존한다.
  3. 산화환원 적정 과정에서 생기는 계의 전극 전위의 변화에 의존한다.
  4. 산화환원 적정 과정에 변하는 용액의 pH 변화에 의존한다.
(정답률: 41%)
  • 산화환원 적정 과정에서 생기는 계의 전극 전위의 변화에 의존한다. 이는 산화환원 반응에서 전자의 이동이 일어나며, 이에 따라 전극 전위가 변화하게 되어 적정 시약과 분석물의 산화환원 상태가 변화하게 되기 때문이다. 따라서 전극 전위의 변화를 측정하여 분석물의 산화환원 상태를 파악하고, 이를 기반으로 적정곡선을 그리게 된다.
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39. 25℃에서 0.028M 의 NaCN 수용액의 pH 는 얼마인가? (단, HCN 의 Ka = 4.9×10-10이다.)

  1. 10.9
  2. 9.3
  3. 3.1
  4. 2.8
(정답률: 43%)
  • NaCN은 염기성이므로 수용액의 pH는 7보다 높을 것이다. 그러나 NaCN은 약한 산인 HCN과 상호작용하여 CN- 이온을 생성하므로 pH는 더욱 높아질 것이다.

    먼저, NaCN이 수용액에서 이온화하여 CN- 이온을 생성하는 반응은 다음과 같다.

    NaCN → Na+ + CN-

    CN- 이온은 염기성이므로 수용액의 pH를 높일 것이다. 그러나 CN- 이온은 HCN과 상호작용하여 HCN을 생성하는 반응도 일어난다.

    HCN + CN- → HCN2-

    이 반응은 HCN이 약한 산이기 때문에 일어난다. HCN2- 이온은 더욱 더 약한 산이므로 이온화 상태에서는 거의 존재하지 않는다.

    따라서, NaCN 수용액의 pH는 HCN의 이온화 상수를 이용하여 계산할 수 있다. HCN의 이온화 상수는 Ka = 4.9×10-10이므로, HCN의 pKa는 10.9이다.

    pH = pKa + log([A-]/[HA])

    여기서 [A-]는 CN- 이온의 농도이고 [HA]는 HCN의 농도이다. NaCN 수용액에서는 [A-] = [NaCN] = 0.028M 이다. HCN의 농도는 CN- 이온과 상호작용하여 생성되므로, [HA] = [HCN] = Ka[CN-]/[H+] 이다.

    pH = 10.9 + log([CN-]/(Ka[CN-]/[H+]))

    pH = 10.9 + log([H+]/Ka)

    pH = 10.9 + log(1.0×10-7/4.9×10-10)

    pH = 10.9

    따라서, NaCN 수용액의 pH는 10.9이다.
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40. 초산(CH3COOH) 6g을 물에 용해하여 500mL용액을 만들었다. 이 용액의 몰농도(mol/L)는 얼마인가? (단, 초산의 분자량은 60g/mol 이다.)

  1. 0.1M
  2. 0.2M
  3. 0.5M
  4. 1.0M
(정답률: 75%)
  • 초산의 몰질량은 60g/mol 이므로, 6g의 초산은 몇 몰인지 계산해보면:

    6g / 60g/mol = 0.1 mol

    따라서, 500mL 용액에 0.1 mol의 초산이 용해되어 있으므로, 몰농도는:

    0.1 mol / 0.5 L = 0.2 mol/L = 0.2M

    따라서, 정답은 "0.2M" 이다.
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3과목: 기기분석I

41. 원자스펙트럼의 선넓힘을 일으키는 요인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 온도
  2. 압력
  3. 자기장
  4. 에너지준위
(정답률: 57%)
  • 원자스펙트럼의 선넓힘은 에너지준위의 차이에 의해 일어납니다. 에너지준위가 높을수록 더 많은 에너지가 방출되며, 이는 선의 넓이가 더 넓어지는 원인이 됩니다. 따라서 에너지준위가 가장 거리가 먼 것이 선넓힘을 일으키는 요인으로 가장 큰 영향을 미칩니다.
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42. 원자분광법에서 원자선 나비가 중요한 주된 이유는?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 원자들이 검출기로부터 멀어져 발생되는 복사선 파장의 증폭을 방지할 수 있다.
  2. 다른 원자나 이온과의 충돌로 인한 에너지준위의 변화를 막을 수 있다.
  3. 원자의 전이 시간의 차이로 발생되는 선 좁힘 현상을 제거할 수 있다.
  4. 스펙트럼선이 겹쳐서 생기게 되는 분석방해를 방지할 수 있다.
(정답률: 67%)
  • 원자분광법에서 원자선 나비가 중요한 이유는 스펙트럼선이 겹쳐서 생기게 되는 분석방해를 방지할 수 있기 때문입니다. 이는 각 원자가 발생시키는 고유한 스펙트럼선이 서로 겹쳐서 나타나는 경우, 정확한 분석이 어려워지는 문제를 해결할 수 있습니다.
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43. 230nm 빛을 방출하기 위하여 사용되는 광원으로 가장 적절한 것은?

  1. tungsten lamp
  2. deuterium lamp
  3. nernst glower
  4. globar
(정답률: 54%)
  • 230nm은 자외선 영역에 해당하므로, 이를 방출할 수 있는 광원이 필요합니다. 이 중에서 가장 적절한 것은 deuterium lamp입니다. 이는 자외선 영역에서 높은 밝기와 안정성을 가지며, 높은 광도를 유지할 수 있습니다. 반면 tungsten lamp는 자외선 영역에서의 광도가 낮고, nernst glower와 globar는 자외선 영역에서의 광도가 매우 낮기 때문에 적절하지 않습니다.
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44. IR spectrophotometer 에 일반적으로 가장 많이 사용되는 파수의 단위는?

  1. nm
  2. Hz
  3. cm-1
  4. rad
(정답률: 78%)
  • IR spectrophotometer에서는 파장 대신 파수(wavenumber)를 사용하여 분석을 수행합니다. 파수는 파장의 역수이며, 일반적으로 cm-1 단위로 표시됩니다. 이는 분석에서 빈번하게 사용되는 단위이며, 이를 사용하면 분석 결과를 더욱 정확하게 표현할 수 있습니다. 따라서 IR spectrophotometer에서는 cm-1 단위가 가장 많이 사용됩니다.
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45. 적외선 흠수분광기의 시료용기에 사용할 수 있는 재질로 가장 적합한 것은?

  1. 유리
  2. 소금
  3. 석영
  4. 사파이어
(정답률: 54%)
  • 적외선 흡수분광기는 시료를 분석하기 위해 적외선을 이용합니다. 이때 시료용기는 적외선을 투과하는 물질이어야 합니다. 유리나 석영은 적외선을 일부 흡수하기 때문에 시료의 분석 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 반면에 소금은 적외선을 거의 흡수하지 않기 때문에 시료용기로 가장 적합합니다. 사파이어는 적외선을 투과하지만 비용이 매우 비싸기 때문에 일반적으로 사용되지 않습니다.
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46. 원자분광법에서 시료도입 방법에 따른 시료형태로서 틀린 것은?

  1. 직접주입 - 고체
  2. 기체 분무화 - 용액
  3. 초음파 분무화 - 고체
  4. 글로우 방전 튀김 - 전도성 고체
(정답률: 69%)
  • 원자분광법에서 시료도입 방법에 따른 시료형태로서 틀린 것은 "초음파 분무화 - 고체"입니다. 이유는 초음파 분무화는 용액 상태의 시료를 고체 상태로 변환시키는 방법이기 때문입니다. 따라서, "초음파 분무화 - 용액"이 맞는 정답입니다.
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47. UV-B를 차단하기 위한 햇볕차단제의 흡수 스펙트럼으로부터 280nm 부근의 흡광도가 0.38이었다면 투과되는 자외선 분율은?

  1. 42%
  2. 58%
  3. 65%
  4. 73%
(정답률: 67%)
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48. 530nm 파장을 갖는 빛의 에너지보다 3배 큰 에너지의 빛의 파장은 약 얼마인가?

  1. 177nm
  2. 226nm
  3. 590nm
  4. 1590nm
(정답률: 78%)
  • 에너지와 파장은 반비례 관계에 있으므로, 에너지가 3배 크다면 파장은 1/3배 작아져야 한다. 따라서 530nm에서 1/3배인 177nm이 정답이다.
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49. 원적외선 영역의 파장(㎛) 범위는?

  1. 0.78 ~ 2.5
  2. 2.5 ~ 15
  3. 2.5 ~ 50
  4. 50 ~ 1000
(정답률: 47%)
  • 원적외선은 가시광선보다 더 긴 파장을 가지는 전자기파이며, 이 파장은 대략 0.78 ~ 1000㎛ 사이에 분포합니다. 그 중에서도 50 ~ 1000㎛ 사이의 파장을 가진 원적외선은 열을 방출하는 물체의 온도를 측정하는 데에 사용되며, 이를 인체 측정에 이용하는 경우도 있습니다. 따라서 이 보기에서 정답은 50 ~ 1000입니다.
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50. 원자흡수 분광법에서 스펙트럼 방해를 제거하는 방법이 아닌 것은?

  1. 연속광원보정
  2. 보호제를 이용한 보정
  3. Zeeman효과 이용한 보정
  4. 광원자체반전에 의한 보정
(정답률: 56%)
  • 보호제를 이용한 보정은 스펙트럼 방해를 제거하는 방법이 아니라, 샘플의 안정성을 높이기 위해 사용하는 방법이기 때문에 정답입니다. 다른 보기들은 스펙트럼 방해를 제거하는 방법들입니다.
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51. Beer의 법칙에 대한 실질적인 한계를 나타내는 항목이 아닌 것은?

  1. 단색의 복사선
  2. 매질의 굴절률
  3. 전해질의 해리
  4. 큰 농도에서 분자간의 상호작용
(정답률: 50%)
  • 단색의 복사선은 Beer의 법칙과는 관련이 없는 항목이기 때문에 실질적인 한계를 나타내지 않는다. Beer의 법칙은 빛의 흡수와 물질의 농도 간의 관계를 나타내는 법칙이므로, 매질의 굴절률, 전해질의 해리, 큰 농도에서 분자간의 상호작용 등은 Beer의 법칙에 영향을 미치는 요인으로 실질적인 한계를 나타낼 수 있다.
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52. 적외선흡수분광법에서 적외선을 가장 잘 흡수할 수 있는 화학종은?

  1. O2
  2. HCl
  3. N2
  4. Cl2
(정답률: 70%)
  • 적외선 흡수분광법에서는 분자 내 진동모드에 의한 적외선 흡수를 이용하여 화학물질을 분석합니다. 이 때, 분자 내 진동모드의 주파수는 분자의 구조와 결합에 의해 결정됩니다. 따라서, 적외선을 가장 잘 흡수하는 화학종은 분자 내 진동모드의 주파수가 적외선 영역에 가장 가까운 화학종입니다.

    HCl은 분자 내 진동모드의 주파수가 적외선 영역에 가장 가깝기 때문에 적외선 흡수분광법에서 가장 잘 흡수됩니다. 따라서, HCl은 적외선 흡수분광법에서 많이 사용되는 화학종 중 하나입니다.
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53. IR을 흡수하려면 분자는 어떤 특성을 가지고 있어야 하는가?

  1. 분자구조가 사면체이면 된다.
  2. 공명구조를 가지고 있으면 된다.
  3. 분자 내에 π결합이 있으면 된다.
  4. 분자 내에서 쌍극자 모멘트의 변화가 있으면 된다.
(정답률: 80%)
  • IR 스펙트럼은 분자 내에서 쌍극자 모멘트의 변화에 의해 생성된 진동으로 인식됩니다. 따라서 분자가 IR을 흡수하려면 쌍극자 모멘트의 변화가 있어야 합니다. 다른 보기들은 IR 스펙트럼을 생성하는 데 필수적인 특성이 아닙니다.
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54. 분산형 적외선(dispersive IR) 분광기와 비교할 때, Fourier 변환 적외선(FTIR) 분광기에서 사용되지 않는 장치는?

  1. 검출기(detector)
  2. 광원(light source)
  3. 간섭계(interferometer)
  4. 단색화장치(monochromator)
(정답률: 67%)
  • FTIR 분광기는 간섭계를 사용하여 적외선 스펙트럼을 측정하므로, 단색화장치(monochromator)는 필요하지 않습니다. 간섭계는 적외선 스펙트럼을 분해하고 각 파장의 진폭을 측정하기 때문에, 단색화장치의 역할을 대신합니다. 따라서 FTIR 분광기에서는 단색화장치를 사용하지 않습니다.
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55. 원자 X선 분광법에 이용되는 X선 신호변환기 중 기체충전변환기에 속하지 않는 것은?

  1. 증강 계수기
  2. 이온화 계수기
  3. 비례 계수기
  4. Geiger 관
(정답률: 39%)
  • 증강 계수기는 기체충전변환기에 속하지 않습니다. 기체충전변환기는 기체를 충전하여 이온화시키고, 이온화된 입자들이 전기장에 의해 이동하면서 전류를 발생시키는 방식으로 X선을 감지합니다. 하지만 증강 계수기는 기체를 사용하지 않고, 전기장을 이용하여 입자를 감지합니다. 전기장을 이용하기 때문에 민감도가 높고, 작은 입자도 감지할 수 있습니다. 따라서 X선 분광법에서 증강 계수기는 중요한 역할을 합니다.
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56. 양성자의 자기 모멘트 배열을 반대방향으로 변화시키는데 100MHz 의 라디오 주파수가 필요하다면 양성자 NMR 의 자석의 세기는 약 몇 T 인가? (단, 양성자의 자기회전비율은 3.0x108T-1s-1이다.)

  1. 2.1
  2. 4.1
  3. 13.1
  4. 23.1
(정답률: 42%)
  • 양성자 NMR에서 라디오 주파수는 양성자의 자기 모멘트를 반대 방향으로 변화시키는 데 필요한 주파수이다. 이 때, 양성자의 자기회전비율과 라디오 주파수를 이용하여 자석의 세기를 구할 수 있다.

    자기회전비율과 라디오 주파수의 관계식은 다음과 같다.

    ω = γB

    여기서 ω는 라디오 주파수, γ는 양성자의 자기회전비율, B는 자석의 세기이다.

    따라서, B = ω/γ = (100 MHz)/(3.0x10^8 T^-1 s^-1) = 3.33x10^-7 T

    하지만, 이 문제에서는 단위를 T로 요구하고 있으므로, B를 T로 변환해준다.

    B = 3.33x10^-7 T = 2.1 T (약간의 반올림)

    따라서, 자석의 세기는 약 2.1 T이다.
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57. NMR기기에서 자석은 자기장과 관련이 있으므로 중요한 부품이다. 감도와 분해능이 자석의 세기와 질에 따라서 달라지므로 자장의세기를 정밀하게 조절하는 것이 중요하다. 다음중 NMR기기에서 사용되는 초전도자석 장치의 특징이 아닌 것은?

  1. 자기장의 균일하고 재현성이 높다.
  2. 초전도자석의 자기장이 일반 전자석보다 세다.
  3. 전자석보다 복잡한 구조로 되어 있으므로 작동비가 많이 든다.
  4. 초전도성을 유지하기 위해서 Nb/Sn 이나 Nb/Ti 합금선으로 감은 솔레노이드를 사용한다.
(정답률: 66%)
  • "전자석보다 복잡한 구조로 되어 있으므로 작동비가 많이 든다."가 정답이다. 초전도자석은 자기장의 균일성과 세기가 뛰어나며, 초전도성을 유지하기 위해서 Nb/Sn이나 Nb/Ti 합금선으로 감은 솔레노이드를 사용한다. 하지만 이러한 구조로 인해 작동비가 높아진다.
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58. 공장 인근의 해수에는 약 10mg/L 정도의 납(Pb)을 함유하고 있다. 유도결합플라스마방출분광법(ICP-AES)으로 해수 시료를 분석하고자 할 때 가장 적절한 분석 방법은?

  1. ICP-AES 로 분석하기 좋은 농도 법위이므로 전처리하지 않고 직접 분석한다.
  2. 해수에 염산(HCl)을 가하여 증발·농축시킨 후 질산으로 유기물을 분해시켜 ICP-AES 로 분석한다.
  3. 해수 중의 유기물을 질산(HNO3)으로 분해시키고 NaCl(소금)매트릭스로부터 납(Pb)을 분리 후 분석한다.
  4. 해수 중에는 NaCl 이 3% 정도 함유되어 있지만 Pb를 정량하는데 거의 영향을 주지 않으므로 유기물을 황산으로 분해시킨 후 직접 분석한다.
(정답률: 72%)
  • 해수에는 유기물과 NaCl 등의 매트릭스가 함유되어 있기 때문에, 직접적으로 ICP-AES로 분석하기에는 적절하지 않습니다. 따라서, 유기물을 질산으로 분해시키고 NaCl 매트릭스로부터 납을 분리한 후 분석하는 것이 가장 적절한 방법입니다. 이 방법은 해수 중의 납 농도를 정확하게 분석할 수 있도록 해주며, ICP-AES로 분석하기 좋은 농도 범위인 10mg/L 이하의 농도를 분석할 수 있도록 전처리를 해주는 역할도 합니다.
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59. 핵자기공명 분광학에서 이용하는 파장은?

  1. 적외선
  2. 자외선
  3. 라디오파
  4. microwave(마이크로웨이브)
(정답률: 66%)
  • 핵자기공명 분광학에서 이용하는 파장은 라디오파이다. 이는 핵자기공명 현상이 일어나는 원리인 핵자기공명 주파수 범위에 해당하기 때문이다. 라디오파는 낮은 주파수를 가지고 있어 핵자기공명 분광학에서 적합하다.
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60. 나트륨은 589nm 와 589.6nm에서 강한 스펙트럼띠(선)를 나타낸다. 두 선을 구분하기 위해 필요한 분해능은?

  1. 0.6
  2. 491.2
  3. 589.3
  4. 982.2
(정답률: 74%)
  • 두 선의 파장 차이는 589.6nm - 589nm = 0.6nm 이다. 따라서 이 두 선을 구분하기 위해서는 최소한 0.6nm 이하의 분해능이 필요하다. 이 때, 분해능은 파장 대비 분해능 (R)로 표현되며, R = λ/Δλ 로 계산된다. 따라서, R = 589.3nm / 0.6nm = 982.2 이므로, 정답은 "982.2" 이다.
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4과목: 기기분석II

61. 다음 [그림]은 어떤 시료의 얇은 층 크로마토그램이다. 이 시료의 지연인자(retardation factor) Rf 값은?

  1. 0.10
  2. 0.20
  3. 0.30
  4. 0.50
(정답률: 79%)
  • 시료의 Rf 값은 측정된 이동 거리(시료와 함께 이동한 용매의 경로 길이에서 시료가 이동한 거리를 뺀 값)를 측정된 총 이동 거리(시료와 함께 이동한 용매의 경로 길이)로 나눈 값이다. 이 그림에서 시료는 2번째 밴드이며, 이동 거리는 4.5cm이다. 총 이동 거리는 9cm이므로, Rf 값은 4.5/9 = 0.50이다. 따라서 정답은 "0.50"이다.
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62. 질량분석기에서 사용하는 시료도입장치가 아닌 것은?

  1. 직접 도입장치
  2. 배치식 도입장치
  3. 펠렛식 도입장치
  4. 크로마토그래피 도입장치
(정답률: 58%)
  • 펠렛식 도입장치는 시료를 고체 상태로 압축하여 도입하는 방식이기 때문에, 질량분석기에서 사용하는 기체 샘플을 분석하는데에는 적합하지 않습니다. 따라서 펠렛식 도입장치는 질량분석기에서 사용되지 않습니다.
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63. 원자질량분석장치 중에서 가장 상업화가 많이 되어 쓰이는 것은 ICP-MS이다. 이들 장치에 대한 설명으로 가장 바르게 설명한 것은?

  1. Ar을 이용한 사중극자 ICP-MS에서는 Fe, Se 등의 주 동위원소들이 간섭 없이 고감도로 측정이 잘된다.
  2. ICP와 결합된 Sector 질량분석장치는 고분해능이면서, Photon baffle이 필요 없어 고감도 기능을 유지한다.
  3. Ar 플라즈마는 고온이므로 모두 완전히 분해되어 측정되므로 OH2+등의 polyatomic 이온에 의한 간섭이 없다.
  4. Ar ICP는 고온의 플라스마이므로, F 등의 할로겐 원소들도 완전히 이온화시켜 측정할 수 있다.
(정답률: 45%)
  • ICP-MS는 Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry의 약자로, ICP와 질량분석장치를 결합한 장비이다. ICP는 Inductively Coupled Plasma의 약자로, 고온의 플라즈마를 이용하여 샘플을 분해하고 이온화시키는 역할을 한다. 이후 질량분석장치를 통해 이온의 질량을 분석하여 원자질량을 측정한다.

    ICP-MS 중에서도 가장 상업화가 많이 된 것은 Ar을 이용한 사중극자 ICP-MS이다. 이 장치는 Fe, Se 등의 주 동위원소들이 간섭 없이 고감도로 측정이 가능하다는 장점이 있다. 또한 ICP와 결합된 Sector 질량분석장치를 사용하여 고분해능이면서 Photon baffle이 필요 없어 고감도 기능을 유지할 수 있다. Ar 플라즈마는 고온이므로 모두 완전히 분해되어 측정되므로 OH2+등의 polyatomic 이온에 의한 간섭이 없다. 또한 고온의 플라스마이므로, F 등의 할로겐 원소들도 완전히 이온화시켜 측정할 수 있다.
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64. 갈바니전지에서 전류가 흐를 때 전위가 달라지는 요인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 저항 전위
  2. 압력 과전압
  3. 농도편극 과전압
  4. 전하이동편극 과전압
(정답률: 61%)
  • 갈바니전지에서 전류가 흐를 때 전위가 달라지는 요인으로 가장 거리가 먼 것은 "압력 과전압"입니다. 이는 전지 내부의 화학 반응으로 인해 생성된 전해질의 압력 차이로 인해 발생하는 과전압입니다. 다른 요인들은 전지 내부의 전자 이동과 관련된 과전압이지만, 압력 과전압은 전해질의 압력 차이로 인해 발생하는 것으로서, 전지 내부의 화학 반응과 직접적으로 연관되어 있습니다.
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65. 초미립 세라믹 분말이나, 세라믹 분말로 만들어진 소재 및 부품들에 존재하는 금속원소들을 분석 시, 시료를 단일 산이나, 혼합 산으로 녹일 때 잘 녹지 않는 시료들이 많다. 이러한 경우네 시료를 전처리 없이 직접원자화 장치에 도입할 수 있는 방법은 여러 가지가 있다. 다음 중 고체 분말이나, 시편을 녹이지 않고 직접 도입하는 방법이 아닌 것은?

  1. 전열 가열법
  2. 레이저 증발법
  3. fritted disk 분무법
  4. 글로우방전법
(정답률: 50%)
  • 정답은 "fritted disk 분무법"이다. 이 방법은 시료를 고체 분말로 만들어서 분무기에 넣고, 분무기 내부에 있는 fritted disk를 통해 고체 분말을 분산시키는 방법이다. 따라서 시료를 녹이지 않고 직접 도입하는 방법이 아니다.
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66. 일반적으로 사용되는 기체크로마토그래피의 검출기 중 보편적으로 사용되는 검출기가 아닌 것은?

  1. Refractive index detector(RI)
  2. Flame ionization detector(FID)
  3. Electron capture detector(ECD)
  4. Thermal conductivity detector(TCD)
(정답률: 65%)
  • RI 검출기는 다른 검출기들과 달리 화학적인 반응이나 전기적인 신호를 이용하는 것이 아니라, 샘플의 굴절률을 측정하여 검출하는 방식을 사용하기 때문에 일반적으로 사용되는 검출기들과는 다르다. 따라서 RI 검출기는 일반적으로 사용되는 검출기들 중 하나가 아니다.
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67. 액체크로마토그래피에 쓰이는 다음 용매 중 극성이 가장 큰 용매는?

  1. 물(water)
  2. 톨루엔(toluene)
  3. 메탄올(metanol)
  4. 아세토나이트릴(acetonitrile)
(정답률: 70%)
  • 액체크로마토그래피에서 극성이 큰 용매는 분리능력이 높아지기 때문에 분석에 유용합니다. 물은 극성이 가장 큰 용매 중 하나입니다. 이는 물 분자가 극성이 높기 때문입니다. 물은 분자 내부에서 양성극과 음성극을 가지고 있어 다른 극성이 낮은 물질들과 상호작용이 용이합니다. 따라서 액체크로마토그래피에서 물은 극성이 큰 용매로 자주 사용됩니다.
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68. 질량분석기의 이온화장치(ionization source)중 시료 분자 및 이온의 부서짐 및 토막내기(fragmentation)가 가장 많이 일어나는 것은?

  1. 장 이온화(field ionization)
  2. 화학 이온화(chemical ionization)
  3. 전자충격 이온화(electron impact ionization)
  4. 기질 보조 레이저 탈착 이온화(matrix-assisted laser desorption ionization)
(정답률: 85%)
  • 전자충격 이온화는 가장 높은 에너지의 전자를 이용하여 시료 분자를 이온화하는 방법으로, 이 때 시료 분자가 부서지거나 토막내기가 일어나는 경우가 많습니다. 이는 전자가 시료 분자와 충돌하여 분자 내부의 결합을 깨뜨리고, 이로 인해 분자가 부서지거나 토막내기가 일어나기 때문입니다. 따라서 전자충격 이온화는 질량분석기에서 시료 분자의 구조를 파악하는 데 매우 유용한 방법 중 하나입니다.
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69. 폴리에틸렌에 포함된 카본블랙을 정량하고자 한다. 가장 알맞은 열분석법은?

  1. TGA
  2. DSC
  3. DTA
  4. TMA
(정답률: 66%)
  • TGA는 열분해 반응을 통해 샘플 내의 물질량 변화를 측정하는 분석법으로, 샘플 내의 카본블랙 함량을 정량하는 데에 적합하다. 다른 분석법들은 열적 특성을 측정하는 데에 더 적합하며, 카본블랙 함량을 정량하기에는 TGA가 가장 적합하다.
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70. 다음 ( )안에 알맞은 용어는?

  1. 시린저
  2. 검출기
  3. 정교하게 제작된 온도계
  4. 감도가 매우 좋은 분석저울
(정답률: 82%)
  • 이 그림은 무게를 측정하는 분석저울을 보여주고 있습니다. 이 분석저울은 "감도가 매우 좋은" 이유는 매우 작은 무게 차이도 정확하게 측정할 수 있기 때문입니다.
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71. GLC에 사용되는 고체지지 물질(solid support)의 조건으로 적합하지 않은 것은?

  1. 단단해서 쉽게 깨지지 않아야 한다.
  2. 입자 모양과 크기가 불균일하여야 한다.
  3. 단위체적당 큰 비표면적을 가져야 한다.
  4. 액체 정지상을 쉽고 균일하게 도포할 수 있어야 한다.
(정답률: 82%)
  • 입자 모양과 크기가 불균일한 고체지지 물질은 표면적이 크기 때문에 많은 양의 타깃 분자를 흡착할 수 있습니다. 따라서 이 보기는 적합한 조건입니다. 반면에 입자 모양과 크기가 불균일하면, 물질의 특성이 일정하지 않아서 실험 결과가 불안정해질 수 있습니다. 따라서 "입자 모양과 크기가 불균일하여야 한다."는 부적합한 조건입니다.
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72. 다음 전지의 전위는?

  1. -1.10V
  2. -0.427V
  3. 0.427V
  4. 1.10V
(정답률: 67%)
  • 주어진 전지의 전위는 양극에서 음극으로 전자가 흐르는 방향으로 측정된다. 따라서, 이 전지의 양극은 왼쪽에 위치하고 음극은 오른쪽에 위치한다. 전지의 양극과 음극 사이에 전위차가 발생하며, 이 전위차는 전지의 전위를 나타낸다.

    주어진 전지의 전위는 1.10V이다. 이는 전지의 양극과 음극 사이의 전위차를 나타내며, 양극에서 음극으로 전자가 흐르는 방향으로 측정된다. 따라서, 전지의 양극에서 음극으로 전자가 흐르면 전위차는 1.10V이다.
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73. 전기분석법이 다른 분석법에 비하여 갖고 있는 특징에 대하여 설명한 것 중 옳지 않은 것은?

  1. 기기장치가 비교적 저렴하다.
  2. 복잡한 시료에 대한 선택성이 있다.
  3. 화학종의 농도보다 활동도에 대한 정보를 제공한다.
  4. 전기화학측정법은 한 원소의 특정 산화상태에 따라 측정된다.
(정답률: 32%)
  • 정답: "전기화학측정법은 한 원소의 특정 산화상태에 따라 측정된다."

    전기분석법은 다른 분석법에 비해 상대적으로 기기장치가 저렴하고, 복잡한 시료에 대한 선택성이 높으며, 화학종의 농도보다는 활동도에 대한 정보를 제공한다는 특징이 있다. 이는 전기화학적 반응에 의해 전기적 신호를 측정하여 분석하는 방법이기 때문이다. 따라서, 복잡한 시료에 대한 선택성이 높다는 것은 전기화학적 반응에 따라 시료 내의 특정 화학종을 선택적으로 측정할 수 있다는 것을 의미한다.
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74. 다음 중 기준전극으로 주로 사용되는 전극은?

  1. Cu/Cu2+전극
  2. Ag/AgCl 전극
  3. Cd/Cd2+전극
  4. Zn/Zn2+전극
(정답률: 76%)
  • Ag/AgCl 전극은 안정성이 높고, 전극의 표면적이 크기 때문에 기준전극으로 주로 사용됩니다. 또한, Ag/AgCl 전극은 물질의 전기화학적 반응에 영향을 미치지 않기 때문에 정확한 측정이 가능합니다.
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75. 순환 전압-전류법(Cyclic voltammetry)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 두 전극 사이에 정주사(forward scan) 방향으로 전위를 걸다가 역주사(Reverse scan)방향으로 원점까지 전위를 낮춘다.
  2. 작업전극의 표면적이 같다면, 전류의 크기는 펄스차이 폴라로그래피 전류와 거의 같다.
  3. 가역반응에서는 양극봉우리 전류와 음극봉우리 전류가 거의 같다.
  4. 가역반응에서는 양극봉우리 전위와 음극봉우리 전위의 차이는 0.0592/n volt 이다.
(정답률: 54%)
  • 작업전극의 표면적이 같다고 해서 전류의 크기가 펄스차이 폴라로그래피 전류와 거의 같은 것은 아니다. 작업전극의 표면적이 같더라도 전극의 재질, 전극과 용액 사이의 전극 이중층(capacitive double layer)의 크기 등에 따라 전류의 크기가 달라질 수 있다. 따라서 작업전극의 표면적이 같다고 해서 전류의 크기가 같다는 것은 일반적으로 성립하지 않는다.
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76. 액체크로마토그래피에서 주로 이용되는 기울기용리(gradient elution)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 용매의 혼합비를 분석 시 연속적으로 변화시킬 수 있다.
  2. 분리시간을 크게 단축시킬 수 있다.
  3. 극성이 다른 용매는 사용 할 수 없다.
  4. 기체크로마토그래피의 온도변화 분석과 유사하다.
(정답률: 79%)
  • "극성이 다른 용매는 사용 할 수 없다."는 틀린 설명입니다. 오히려 액체크로마토그래피에서는 극성이 다른 용매를 혼합하여 사용하는 것이 일반적입니다. 이는 분리 효율을 높이고 분석 범위를 확대하기 위한 방법입니다.
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77. 질량분석계의 질량분석 장치를 이용하는 방법에 해당되지 않는 분석기는?

  1. 원도 질량 분석기
  2. 사중극자 질량 분석기
  3. 이중 초정 질량 분석기
  4. 자기장 부채꼴 질량 분석기
(정답률: 71%)
  • 원도 질량 분석기는 질량분석계의 질량분석 장치를 이용하는 방법에 해당되지 않는 분석기이다. 이는 원도 질량 분석기가 질량분석계의 질량분석 장치를 사용하지 않고, 대신에 원도 현상을 이용하여 분석하는 기술을 사용하기 때문이다.
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78. 아주 큰 분자량을 갖는 극성 생화학 고분자의 분자량에 대한 정보를 알 수 있는 가장 유용한 이온화법은?

  1. 장이온화(FI)
  2. 화학이온화(CI)
  3. 전자충격이온화(EI)
  4. 매트릭스지원 탈착 이온화(MALDI)
(정답률: 68%)
  • 매트릭스지원 탈착 이온화(MALDI)는 대량의 생화학 고분자를 분석하는 데 가장 유용한 이온화법 중 하나입니다. 이 방법은 샘플을 매트릭스라는 화학물질과 혼합하여 고체 상태로 만든 후, 레이저를 이용하여 샘플 표면을 폭발적으로 가열하여 이온화시키는 방법입니다. 이 방법은 대량의 생화학 고분자를 분석할 수 있으며, 분자량 분포를 정확하게 측정할 수 있습니다. 또한, 샘플의 손상을 최소화하고, 민감한 분자도 분석할 수 있어서 많은 생화학 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
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79. 이온교환 크로마토그래피를 이용하여 음이온, 할로겐화물, 알칼로이드, 비타민 B 복합물 및 지방산을 분리하는데 가정 적절한 이온-교환 수지는?

  1. 강산성 양이온 - 교환수지
  2. 약산성 양이온 - 교환수지
  3. 강염기성 음이온 - 교환수지
  4. 약염기성 음이온 - 교환수지
(정답률: 52%)
  • 이온교환 크로마토그래피에서는 샘플을 이온교환 수지에 흡착시키고, 이후 이온교환 작용을 이용하여 이온을 분리합니다. 따라서 적절한 이온-교환 수지는 샘플의 이온 특성에 따라 달라집니다.

    음이온, 할로겐화물, 알칼로이드, 비타민 B 복합물 및 지방산은 모두 양이온에 비해 음이온 특성이 강하므로, 이온-교환 수지는 강염기성 음이온 - 교환수지가 적절합니다. 이 수지는 음이온을 흡착하여 분리할 수 있으며, 강염기성이므로 샘플의 pH가 높아도 안정적으로 작동합니다.
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80. 2.00mmol 의 전자가 2.00V 의 전위차를 가진 전지를 통하여 이동할 때 행한 전기적인 일의 크기는 약 몇 J 인가? (단, Faraday 상수는 96500C/mol 이다.)

  1. 193J
  2. 386J
  3. 483J
  4. 965J
(정답률: 63%)
  • 전기적인 일의 크기는 전하량과 전위차의 곱으로 구할 수 있다. 따라서, 일 = 전하량 × 전위차 이다.

    전하량은 몰당 전하량(Faraday 상수)과 몰수를 곱한 값으로 구할 수 있다. 여기서는 2.00mmol의 전자가 이동하므로 전하량은 다음과 같다.

    전하량 = (2.00 × 10^-3 mol) × (96500 C/mol) = 193 C

    따라서, 전기적인 일은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    일 = 전하량 × 전위차 = (193 C) × (2.00 V) = 386 J

    따라서, 정답은 "386J"이다.
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