화학분석기사(구) 필기 기출문제복원 (2019-09-21)

화학분석기사(구)
(2019-09-21 기출문제)

목록

1과목: 일반화학

1. 주어진 온도에서 N2O4(g) ⇄ 2NO2(g)의 계가 평형상태에 있다. 이때 계의 압력을 증가시킬 때 반응의 변화로 옳은 것은?

  1. 정반응과 역반응의 속도가 함께 빨라져서 변함없다.
  2. 평형이 깨어지므로 반응이 멈춘다.
  3. 정반응으로 진행된다.
  4. 역반응으로 진행된다.
(정답률: 92%)
  • 압력이 증가하면, 반응계는 압력을 낮추기 위해 분자수가 적은 쪽으로 반응을 이동시키려고 한다. N2O4는 분자수가 1이고, NO2는 분자수가 2이므로, 역반응으로 진행되어 NO2의 분자수를 줄이려고 할 것이다. 따라서, 압력이 증가하면 역반응으로 진행된다.
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2. 2.5g의 살리실산가 3.1g의 아세트산 무수물을 반응시켰더니, 3.0g의 아스피린을 얻을 수있었다. 아스피린의 이론적 수득량은 약 몇 g 인가? (단, 살리실산의 분자량 : 138.12g/mol, 아세트산무수물의 분자량 : 102.09g/mol, 아스피린의 분자량 : 180.16g/mol 이고, 살리실산과 아세트산무수물은 1:1로 반응하고 반응에서 역반응은 일어나지 않았다고 가정한다.)

  1. 2.6
  2. 2.8
  3. 3.0
  4. 3.2
(정답률: 73%)
  • 살리실산과 아세트산 무수물은 1:1로 반응하므로, 살리실산 1 몰에 대해 아세트산 무수물 1 몰이 필요하다. 따라서, 살리실산과 아세트산 무수물의 몰 비는 2.5g/138.12g/mol : 3.1g/102.09g/mol = 0.0181 : 0.0304 이다. 이 비율에서 아세트산 무수물의 몰을 1로 놓고 계산하면, 살리실산의 몰은 0.0181/0.0304 = 0.595 몰이 된다. 이에 따라서, 이론적으로 얻을 수 있는 아스피린의 몰은 0.595 몰이며, 이에 대응하는 질량은 0.595 mol x 180.16 g/mol = 107.3 g 이다. 따라서, 이론적 수득량은 107.3 g 이지만, 실험에서는 3.0g의 아스피린을 얻었으므로, 수득률은 3.0g/107.3g x 100% = 2.8% 이다. 이에 가장 가까운 보기는 "3.2" 이므로 정답은 "3.2" 이다.
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3. 수소 연료전지에서 전기를 생산할 때의 반응식이 다음과 같을 때 10g의 H2와 160g의 O2가 반응하여 생성된 물은 몇 g 인가?

  1. 90
  2. 100
  3. 110
  4. 120
(정답률: 90%)
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4. 다음 단위체 중 첨가 중합체를 만드는 것은?

  1. C2H6
  2. C2H4
  3. HOCH2CH2OH
  4. HOCH2CH3
(정답률: 87%)
  • 첨가 중합체를 만드는 것은 이중에서 "C2H4"이다. 이는 에틸렌이라는 화학물질로, 이중 결합을 가지고 있어 다른 분자들과 반응하여 첨가 중합체를 만들 수 있다. 다른 세 개의 분자는 모두 하나의 이중 결합도 없고, 반응에 필요한 화학적 특성도 갖추고 있지 않기 때문에 첨가 중합체를 만들 수 없다.
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5. 납 원자 2.55×1023개의 질량은 약 몇 g인가? (단,납의 원자량은 207.2이다.)

  1. 48.8
  2. 87.8
  3. 488.2
  4. 878.8
(정답률: 87%)
  • 납 원자 1개의 질량은 원자량인 207.2u이다. 따라서 2.55×1023개의 납 원자 질량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    2.55×1023개의 납 원자 질량 = 2.55×1023개 × 207.2u

    = 5.2926×1025u

    이제 이 값을 그램(g)으로 변환해야 한다. 1u는 1.66054×10-24g이므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    5.2926×1025u × 1.66054×10-24g/u

    = 8.796 g

    따라서, 2.55×1023개의 납 원자 질량은 약 8.796g이다. 따라서 정답은 "87.8"이다.
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6. 다원자 이온에 대한 명명 중 옳지 않은 것은?

  1. CH3COO- : 아세트산이온
  2. NO3- : 질산이온
  3. SO32- : 황산이온
  4. HCO3- : 탄산수소이온
(정답률: 81%)
  • SO32-을 황산이온으로 명명하는 것은 옳지 않습니다. SO32-은 이온의 구조에서 황과 산소가 결합한 것으로, 황산 이온(SO42-)과는 구조가 다릅니다. 따라서 SO32-은 이온의 구조에서 산소가 3개인 이온으로, 이온명은 "황산이온"이 아닌 "메타황산이온"으로 명명해야 합니다.
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7. 카르보닐(corbonyl)기를 가지고 있지 않은 것은?

  1. 알데히드
  2. 아미드
  3. 에스테르
  4. 페놀
(정답률: 64%)
  • 카르보닐 기는 탄소와 산소가 이중결합으로 결합한 기호(-C=O)를 의미합니다. 따라서, 페놀은 카르보닐 기를 가지고 있지 않습니다. 알데히드, 아미드, 에스테르는 모두 카르보닐 기를 가지고 있습니다.
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8. 부탄이 공기 중에서 완전 연소하는 화학반응식은 다음과 같다. ( ) 안에 들어갈 계수들 중 a의 값은 얼마인가?

  1. 10
  2. 11
  3. 12
  4. 13
(정답률: 91%)
  • 화학반응식을 보면, 부탄(C4H10)과 산소(O2)가 반응하여 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 생성된다. 계수를 맞추기 위해, 부탄의 분자 수는 1개, 산소의 분자 수는 13/2개, 이산화탄소의 분자 수는 4개, 물의 분자 수는 10개가 되어야 한다. 따라서 a의 값은 13이 된다.
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9. 일반적인 화학적 성질에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 열역학적 개념 중 엔트로피는 특정 물질을 이루고 있는 입자의 무질서한 운동을 나타내는 특성이다.
  2. Albert Eimstein 이 발견한 현상으로, 빛을 금속 표면에 쪼였을 때 전자가 방출되는 현상을 광전효과라 한다.
  3. 기체 상태의 원자에 전자 하나를 더하는 데 필요한 에너지를 이온화 에너지라 한다.
  4. 같은 주기에서 원자의 반지름은 원자번호가 증가할수록 감소한다.
(정답률: 86%)
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10. H2C2O4에서 C의 산화수는?

  1. +1
  2. +2
  3. +3
  4. +4
(정답률: 90%)
  • H2C2O4은 구조식에서 알 수 있듯이, C2O4 이온을 이루는 화합물입니다. C2O4 이온은 이중 결합을 가지고 있으며, 이중 결합은 각각의 C 원자에게 2개의 결합을 제공합니다. 따라서, C 원자는 4개의 결합을 가지고 있습니다. 이 중 2개는 C-C 결합이므로, 나머지 2개의 결합은 C-O 결합이어야 합니다. O 원자는 일반적으로 -2의 산화수를 가지므로, C 원자의 산화수는 +3이 되어야 합니다. 따라서, 정답은 "+3"입니다.
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11. 용액의 농도에 대한 설명이 잘못된 것은?

  1. 노르말농도는 용액 1L에 포함된 용질의 그램 당량수로 정의한다.
  2. 몰분율은 그 성분의 몰수를 모든 성분의 전체 몰수로 나눈 것으로 정의한다.
  3. 몰농도는 용액 1L에 포함된 용질의 양을 몰수로 정의한다.
  4. 몰랑농도는 용액 1kg에 포함된 용질의 양을 몰수로 정의한다.
(정답률: 86%)
  • 정답은 "몰랑농도는 용액 1kg에 포함된 용질의 양을 몰수로 정의한다." 이다. 이 설명은 잘못되었다. 몰랑농도는 용액 1L에 포함된 용질의 몰수를 용액의 질량(kg)으로 나눈 것으로 정의된다. 따라서, 올바른 설명은 "몰랑농도는 용액 1L에 포함된 용질의 몰수를 용액의 질량(kg)으로 나눈 것으로 정의한다." 이다.
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12. 산성비의 발생과 가장 관계가 없는 반응은?

  1. Ca2+(aq)+ CO32-(aq) → CaCO3(s)
  2. S(s) + O2(g) →SO2(g)
  3. N2(g) + O2(g) → 2NO(g)
  4. SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(aq)
(정답률: 89%)
  • 산성비는 대기 중에 산성 물질들이 증가하여 발생한다. 따라서 대기 중에서 일어나는 반응이 산성비와 관련이 있는 반응이다. "Ca2+(aq)+ CO32-(aq) → CaCO3(s)"는 대기 중에서 일어나는 반응이 아니며, 산성비와 관련이 없다. 이 반응은 물 속에서 칼슘 이온과 탄산 이온이 결합하여 칼슘 카보네이트 침전물인 석회암을 생성하는 반응이다.
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13. 다음 산의 명명법으로 옳은 것은?

  1. 염소산
  2. 아염소산
  3. 과염소산
  4. 하이포아염소산
(정답률: 76%)
  • 이 산은 염소원자와 산소원자가 결합하여 이루어진 화합물이며, 그 중에서도 염소원자의 수가 가장 많은 것이므로 "하이포아염소산"이라고 명명된 것입니다.
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14. 어떤 과일 주스의 pH가 4.7이다. 용액의 OH- 이온 농도는 몇 mol/L 인가?

  1. 104.7
  2. 10-4.7
  3. 109.3
  4. 10-9.3
(정답률: 87%)
  • pH와 pOH는 다음과 같은 관계식을 가지고 있습니다.

    pH + pOH = 14

    따라서, 이 문제에서 우리는 pH를 알고 있으므로 pOH를 계산할 수 있습니다.

    pH + pOH = 14
    4.7 + pOH = 14
    pOH = 9.3

    pOH는 다음과 같은 식으로 계산됩니다.

    pOH = -log[OH-]

    따라서, 우리는 다음과 같은 식을 사용하여 OH- 이온 농도를 계산할 수 있습니다.

    [OH-] = 10^-pOH
    [OH-] = 10^-9.3

    따라서, 정답은 "10^-9.3"입니다.
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15. 특정 온도에서 기체 혼합물의 평형농도는 H2 0.13M, I2 0.70M, HI2.1M이다. 같은 온도에서 500.00mL 빈 용기에 0.20 mol의 HI를 주입하여 평형에 도달하였다면 평형 혼합물 속의 HI의 농도는 몇 M 인가?

  1. 0.045
  2. 0.090
  3. 0.31
  4. 0.52
(정답률: 39%)
  • 먼저, 주어진 기체 혼합물의 화학식을 살펴보면,

    H2 + I2 ⇌ 2HI

    이므로, 이 화학식에 따라 평형 상수 Kc를 구할 수 있다.

    Kc = [HI]2 / ([H2] x [I2])

    주어진 농도를 대입하면,

    Kc = (2.1)2 / (0.13 x 0.70) = 23.14

    이제, 500.00mL의 용기에 0.20 mol의 HI를 주입하였으므로,

    [HI] = 0.20 mol / 0.500 L = 0.40 M

    이다.

    이제, 이 농도를 이용하여 평형 상수 Kc를 이용하여 [H2]와 [I2]를 구할 수 있다.

    Kc = [HI]2 / ([H2] x [I2])

    23.14 = (0.40)2 / ([H2] x [I2])

    [H2] x [I2] = (0.40)2 / 23.14 = 0.0069

    이제, [HI] = 2.1 M 일 때의 [H2]와 [I2]를 이용하여,

    2.1 = [H2] x [I2] / (0.13)

    2.1 = 0.0069 / [I2] x [I2] / (0.13)

    [I2] = 0.13 x 0.0069 / 2.1 = 0.00043 M

    [H2] = 0.0069 / 0.00043 = 16.05 M

    따라서, 평형 혼합물 속의 HI의 농도는

    [HI] = 2 x [H2] = 2 x 16.05 = 32.10 M

    하지만, 이는 불가능한 값이므로, 이는 [HI]가 0.40 M일 때의 초기 농도이다.

    따라서, 평형 혼합물 속의 HI의 농도는 0.40 M이다.

    정답은 "0.31"이 아닌 "0.40"이다.
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16. 돌턴(Dalton)의 원자설에서 설명한 내용이 아닌 것은?

  1. 물질은 더 이상 나눌 수 없는 원자로 이루어져 있다.
  2. 원자가전수의 수는 화학결합에서 중요한 역할을 한다.
  3. 같은 원소의 원자들은 질량이 동일하다.
  4. 서로 다른 원소의 원자들이 간단한 정수비로 결합하여 화합물을 만든다.
(정답률: 77%)
  • 정답은 "같은 원소의 원자들은 질량이 동일하다."입니다.

    원자가전수의 수는 화학결합에서 중요한 역할을 하는 이유는, 화학결합은 원자들이 서로 전자를 주고받거나 공유함으로써 이루어지기 때문입니다. 원자가전수의 수가 다르면 전자의 주고받음이나 공유가 어렵기 때문에 화학결합이 일어나지 않거나 다른 종류의 결합이 일어납니다. 예를 들어, 수소 원자는 원자가전수가 1개이므로 다른 수소 원자와 결합하여 수소 분자를 만들 수 있습니다. 반면에, 헬륨 원자는 원자가전수가 2개이므로 다른 헬륨 원자와 결합할 수 없습니다.
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17. 다음 화학종 가운데 증류수에서 용해도가 가장 큰 화학종은 무엇인가? (단, 각 화학종의 용해도곱상수는 괄호 안의 값으로 가정한다.)

  1. AgCl (10-10)
  2. AgI (10-16)
  3. Ni(OH)2 (6×10-16)
  4. Fe(OH)3 (2×10-39)
(정답률: 81%)
  • 증류수는 순수한 물이므로 이때 가장 용해도가 큰 화학종은 이온결합을 이루는 화합물일 것이다. 이온결합 화합물의 경우 이온들이 물 분자와 상호작용하여 용해도를 가진다. 이때 이온결합 화합물의 용해도는 이온간의 전하 및 크기, 그리고 이온과 물 분자 간의 상호작용 등에 따라 결정된다. 따라서 이온결합 화합물 중에서는 용해도곱상수가 작은 화합물일수록 용해도가 크다.

    따라서 주어진 화학종 중에서 용해도가 가장 큰 것은 용해도곱상수가 가장 작은 "AgCl (10-10)"이다.
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18. 0.1M H2SO4 수용액 10mL에 0.05M NaOH 수용액 10ml를 혼합하였다. 혼합 용액의 pH는? (단, 황산은 100% 이온화되며 혼합 용액의 부피는 20ml 이다.)

  1. 0.875
  2. 1.125
  3. 1.25
  4. 1.375
(정답률: 59%)
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19. 1.20g의 유황(S)을 15.00g의 나프탈렌에 녹였더니 그 용액의 녹는점이 77.88℃이었다. 이 유황의 분자량(g/mol)은? (단, 나프탈렌의 녹는점은 80.00℃이고, 나프탈렌의 녹는점 강하상수(Kf)는 –6.80℃/m 이다.)

  1. 82
  2. 118
  3. 258
  4. 560
(정답률: 57%)
  • 녹는점 내림 현상은 용질과 용질 사이의 상호작용에 의해 발생한다. 이 경우, 유황과 나프탈렌은 서로 다른 성질을 가지고 있기 때문에 상호작용이 일어나게 된다. 이 상호작용은 용액의 녹는점을 낮추는데, 이를 이용하여 유황의 분자량을 구할 수 있다.

    녹는점 내림 현상은 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있다.

    ΔTf = Kf x molality

    여기서 ΔTf는 용액의 녹는점이 낮아진 정도, Kf는 용질의 녹는점 강하상수, molality는 용액의 몰농도를 나타낸다.

    먼저, 나프탈렌의 녹는점 강하상수를 이용하여 molality를 구한다.

    ΔTf = 80.00 - 77.88 = 2.12℃
    molality = ΔTf / Kf = 2.12 / 6.80 = 0.3125 mol/kg

    다음으로, 유황의 몰수를 구한다.

    molality = mol / kg 용매
    mol = molality x kg 용매 = 0.3125 x 15.00 / 32.06 = 0.1462 mol

    마지막으로, 유황의 분자량을 구한다.

    분자량 = 질량 / 몰수 = 1.20 / 0.1462 = 8.204 g/mol

    따라서, 유황의 분자량은 약 258 g/mol이다.
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20. 주기율표에 대한 설명 중 옳지않은 것은?

  1. 주기율표란 원자번호가 증가하는 순서로 원소들을 배열하여 화학적 유사성을 한눈에 볼 수 있도록 만든 표이다.
  2. 주기율표를 이용하면 화학정보를 체계적으로 분류, 해석, 예측할 수 있다.
  3. 원소를 족(group)과 주기(period)에 따라 배열하고 있다.
  4. 전이금속원소는 10개로 나뉘어져 있으며, 원자번호 51~71번을 악티늄족이라 부른다.
(정답률: 92%)
  • 주기율표에 대한 설명 중 옳지 않은 것은 없다. 전이금속원소는 10개로 나뉘어져 있으며, 원자번호 21~30번과 39~48번을 스칸듐족과 아연족이라 부르고, 원자번호 57~71번을 란타넘족이라 부른다. 악티늄족은 원자번호 89~103번을 가지는 원소들을 일컫는다.
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2과목: 분석화학

21. EDTA 적정에서 역적정에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 역적정에서는 일정한 소량의 EDTA를 분석용액에 가한다.
  2. EDTA를 제2의 금속 이온 표준용액으로 적정한다.
  3. 역적정법은 분석물질이 EDTA를 가하기 전에 침전물을 형성하거나, 적정 조건에서 EDTA와 너무 천천히 반응하거나, 혹은 지시약을 막는 경우에 사용한다.
  4. 역적정에서 사용되는 제2의 금속 이온은 분석물질의 금속 이온을 EDTA 착물로부터 치환시켜서는 안 된다.
(정답률: 53%)
  • "역적정에서는 일정한 소량의 EDTA를 분석용액에 가한다."가 틀린 것은 아니다. 따라서 이유에 대한 설명은 필요하지 않다.
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22. 0.05M Na2SO4 용액의 이온세기는?

  1. 0.05M
  2. 0.10M
  3. 0.15M
  4. 0.20M
(정답률: 79%)
  • Na2SO4는 이온화되어 Na+와 SO42- 이온으로 분해됩니다. 따라서 용액 내에는 Na+와 SO42- 이온이 존재하게 됩니다. Na2SO4의 몰농도는 0.05M 이므로, Na+와 SO42- 이온의 몰농도는 각각 0.1M 입니다. 이 두 이온의 몰농도를 합하면 0.1M + 0.1M = 0.2M 이므로, 이온세기는 0.2M의 절반인 0.1M 입니다. 하지만 Na+와 SO42- 이온은 전기적으로 서로 상쇄되기 때문에, 이온세기는 0.1M의 절반인 0.05M이 됩니다. 따라서 보기에서 정답은 "0.05M"이 아닌, Na2SO4 용액의 이온세기는 0.15M이 됩니다.
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23. 침전과정에서 결정성장에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 침전물의 입자크기를 증가시키기 위하여 침전물이 생성되는 동안에 상대 과포화도를 최소화하여야 한다.
  2. 핵심 생성(nucleation)이 지배적이라면 침전물은 매우 작은 입자로 구성된다.
  3. 입자 성장(particle growth)이 지배적이면 침전물은 큰 입자들로 구성한다.
  4. 핵심 생성(nucleation) 속도는 상대 과포화도가 감소함에 따라 직선적으로 증가한다.
(정답률: 72%)
  • "핵심 생성(nucleation) 속도는 상대 과포화도가 감소함에 따라 직선적으로 증가한다."이 틀린 것이다. 실제로는 상대 과포화도가 감소함에 따라 핵심 생성 속도는 감소한다. 이는 상대 과포화도가 감소하면 결정 핵이 형성되기 위한 자유 에너지 장벽이 높아지기 때문이다. 따라서, 핵심 생성 속도는 상대 과포화도가 증가할수록 증가한다.
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24. 그림과 같이 다이싸이올알케인의 전도도는 사슬의 길이가 길어질수록 기하급수적으로 감소하는데 그 이유는 무엇인가?

  1. 저항이 증가하기 때문에
  2. 저항이 감소하기 때문에
  3. 전압이 증가하기 때문에
  4. 전압이 감소하기 때문에
(정답률: 89%)
  • 다이싸이올알케인의 전도도가 사슬의 길이가 길어질수록 감소하는 이유는, 사슬이 길어질수록 전자의 이동 경로가 복잡해지고, 전자와 전자 간의 상호작용이 증가하여 저항이 증가하기 때문입니다. 따라서, "저항이 증가하기 때문에"가 정답입니다.
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25. Pb2+는 I-와 반응하여 PbI2 침전을 만들기도 하지만 PbI+,PbI2(aq),PbI3-, PbI42-의 착물을 형성하기도 한다. Pb2+와 I-의 착물 형성상수는 각각 β1 = 1.0×102, β2 = 1.4×103, β3 = 8.3×103, β4 = 3.0×104이고 Ksp(PbI2) = 7.9×10-9일 때, 0.1M의 Pb2+ 수용액에 I-를 1.0×10-4M에서 5M 정도 될 때까지 천천히 첨가할 경우에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 침전물의 양은 증가하다가 감소한다.
  2. 수용액 중 Pb2+의 농도는 계속 감소한다.
  3. 수용액 중 PbI3-의 농도는 계속 증가한다.
  4. 수용액 중에 녹아 있는 전체 Pb2+ 농도는 일정하다.
(정답률: 52%)
  • "수용액 중에 녹아 있는 전체 Pb2+ 농도는 일정하다."가 옳지 않은 설명이다.

    첨가된 I- 이온과 Pb2+ 이온은 착물을 형성하여 침전물을 만들거나 수용액 중에 녹아있는 형태로 존재할 수 있다. 따라서 I- 이온의 농도가 증가하면 Pb2+ 이온과 착물을 형성하여 침전물을 만들게 되고, 이로 인해 수용액 중에 녹아 있는 전체 Pb2+ 농도는 감소하게 된다.

    따라서 "수용액 중에 녹아 있는 전체 Pb2+ 농도는 일정하다."라는 설명은 옳지 않다.
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26. S4O62- 이온에서 황(S)의 산화수는 얼마인가?

  1. 2
  2. 2.5
  3. 3
  4. 3.5
(정답률: 87%)
  • S4O62- 이온에서 황(S)의 산화수를 구하기 위해서는 전체 이온의 전하와 산화수의 합이 0이 되는 것을 이용할 수 있다.

    S4O62- 이온은 4개의 황(S) 원자와 6개의 산소(O) 원자로 이루어져 있으며, 이온의 전하는 2-이다.

    따라서, 4개의 황(S) 원자의 산화수를 x라고 하면, 전하와 산화수의 합은 다음과 같다.

    4x + (-2) = 0

    이를 정리하면,

    4x = 2

    x = 0.5

    따라서, 황(S)의 산화수는 0.5이므로, 보기 중에서 정답은 "2.5"이다.
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27. Mg2+이온과 EDTA와의 착물 MgY2-를 포함하는 수용액에 대한 다음 설명 중 틀린 것은? (단, Y4-는 수소이온을 모두 잃어버린 EDTA의 한 형태이다.)

  1. Mg2+와 EDTA의 반응은 킬레이트 효과로 설명할 수 있다.
  2. 용액의 pH를 높일수록 해리된 Mg2+이온의 농도는 감소한다.
  3. 해리된 Mg2+이온의 농도와 Y4-의 농도는 서로 같다.
  4. EDTA는 산-염기 화합물이다.
(정답률: 75%)
  • "해리된 Mg2+이온의 농도와 Y4-의 농도는 서로 같다."는 맞는 설명이다. 이는 EDTA와 Mg2+이온이 1:1 몰비로 반응하여 MgY2- 착물이 생성되기 때문이다. 따라서, 해리된 Mg2+이온의 농도와 Y4-의 농도는 항상 같다.

    "EDTA는 산-염기 화합물이다."는 틀린 설명이다. EDTA는 산-염기 화합물이 아니라, 금속 착물 형성제이다.

    "용액의 pH를 높일수록 해리된 Mg2+이온의 농도는 감소한다."는 맞는 설명이다. EDTA는 산성 용액에서는 H2Y2- 형태로 존재하며, 이 형태에서는 Mg2+이온과 반응하지 않는다. 따라서, 용액의 pH를 높여 H2Y2- 형태를 Y4- 형태로 변환하면 Mg2+이온과 반응하여 MgY2- 착물을 생성할 수 있다.

    "Mg2+와 EDTA의 반응은 킬레이트 효과로 설명할 수 있다."는 맞는 설명이다. EDTA는 금속 이온과 매우 강한 착물을 형성하는 성질을 가지고 있어, 이를 킬레이트 효과라고 한다.
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28. 다음 식 HOCl ⇌ H+ + OCl-은 K1 = 3.0×10-8, HOCl + OBr- ⇌ HOBr + OCl-은 K2 = 15로부터 반응 HOBr ⇌ H+ + OBr-에 대한 K값은?

  1. 2.0×10-9
  2. 4.0×10-9
  3. 2.0×10-8
  4. 4.0×10-8
(정답률: 68%)
  • 먼저, HOCl + OBr- ⇌ HOBr + OCl-의 역수 반응은 HOBr ⇌ H+ + OBr-이다. 따라서, K2의 역수를 취하면 K2' = 1/15가 된다.

    그리고, HOCl ⇌ H+ + OCl-와 HOBr ⇌ H+ + OBr-의 합성 반응은 HOCl + OBr- ⇌ HOBr + OCl-이므로, K1 × K2' = K3이 된다.

    따라서, K3 = (3.0×10-8) × (1/15) = 2.0×10-9이 된다. 따라서, 정답은 "2.0×10-9"이다.
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29. 난용성 염 포화용액 성분의 My+와 Ax-를 포함하는 용액에서 두 이온의 농도 곱을 용해도곱(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. 반응 종료 후 용액의 상태는 포화이므로 침전하지 않는다.
(정답률: 75%)
  • 농도곱이 Ksp보다 클 때는 용액에서 더 이상 이온이 용해되지 않고 침전이 일어난다. 이는 용액에서 이온의 농도가 포화 상태에 이르렀기 때문이다. 따라서 농도곱이 Ksp와 같아질 때까지 침전한다. 이는 침전과 용해가 동시에 일어나는 역학적 평형 상태에서 이루어지는 것이다.
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30. 다음의 전기화학전지를 선 표시법으로 옳게 표시한 것은?

(정답률: 86%)
  • 전지의 약학적 표기법은 양극(+)과 음극(-)을 나타내는 기호와 그 사이에 있는 전해질을 나타내는 기호로 이루어진다. 이 전지의 양극은 아날로그 전지에서 양극인 구리(Cu)이고, 음극은 아날로그 전지에서 음극인 아연(Zn)이다. 그리고 전해질은 아날로그 전지에서 전해질인 황산(H2SO4)이다. 따라서 이 전지의 선 표시법은 "" 이다.
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31. HgS는 산성과 알칼리성 H2S 용액 모두에서 침전되고, ZnS는 알칼리성 H2S 용액에서만 침전된다. 이로부터 알 수 있는 HgS와 ZnS의 용해도곱 상수의 크기는?

  1. HgS가 더 작다.
  2. ZnS가 더 작다.
  3. 같다.
  4. 알 수 없다.
(정답률: 62%)
  • HgS는 산성 용액에서도 침전되므로, HgS의 용해도는 매우 작다. 반면에 ZnS는 알칼리성 용액에서만 침전되므로, ZnS의 용해도는 HgS보다 크다. 따라서 HgS의 용해도곱 상수는 ZnS보다 작다.
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32. pKa = 7.00인 산 HA가 있을 때 pH 6.00에서 의 값은?

  1. 1
  2. 0.1
  3. 0.01
  4. 0.001
(정답률: 84%)
  • a = 7.00> 이므로, pKa - pH = 1.00 이다. 따라서, [A-]/[HA] = 101.00 = 10 이다.

    그리고 는 [A-]/[HA] + 1 이므로, 10 + 1 = 11 이다.

    따라서, 정답은 "0.1" 이다.

    이유는 는 산성도를 나타내는 지표인 pH와는 반대로 염기성도를 나타내는 지표이기 때문이다. 따라서, 값이 작을수록 염기성이 강해지고, 큰 값일수록 산성이 강해진다. 여기서 값이 0.1 이므로, 상대적으로 염기성이 강해진 것이다.
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33. 완충용액에 적용되는 Henderson-Hasselbalch equation(헨더슨-하셀바흐식)은?

  1. pH = -pKa + log([A-]/[HA])
  2. pH = pKa + log([A-]/[HA])
  3. pH = pKa - log([A-]/[HA])
  4. pH = -pKa - log([A-]/[HA])
(정답률: 86%)
  • Henderson-Hasselbalch equation은 산과 그 산의 염기성 염의 비율과 pH를 연결하는 식입니다. 이 식은 pH와 pKa 값, 그리고 산과 그 산의 염기성 염의 농도([A-]/[HA])에 의해 결정됩니다. 따라서 pH = pKa + log([A-]/[HA])가 올바른 식입니다.
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34. 이온선택성 전극(ion selective electrode)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 복합전극(compound electrode)에서는 은-염화은 전극을 기준전극으로 사용할 수 있다.
  2. 복합전극 용액 중에 함유된 CO2, NH3 등의 기체의 농도를 측정하는데 사용될 수 있다.
  3. 고체상(solid state) 이온선택성 전극에서 전극내부의 충전용액은 분석하고자 하는 이온이 함유되어 있다.
  4. 고체상 이온선택성 전극의 이온 감지부분(membrane crystal)은 분석하고자 하는 이온만을 함유한 순수한 고체결정을 사용해야 한다.
(정답률: 62%)
  • "고체상 이온선택성 전극의 이온 감지부분(membrane crystal)은 분석하고자 하는 이온만을 함유한 순수한 고체결정을 사용해야 한다."이 맞는 설명이다. 이유는 이온 선택성 전극의 이온 감지 부분은 특정 이온에 대해 선택적으로 반응하도록 만들어져 있기 때문에, 이온 감지 부분에 다른 이온이 함유되어 있으면 정확한 측정이 어렵기 때문이다. 따라서 이온 선택성 전극에서는 이온 감지 부분에 순수한 고체 결정을 사용하여 분석하고자 하는 이온만을 감지할 수 있도록 한다.
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35. 농도가 19.5%로 표시되어 있는 술의 에탄올 농도는? (단, 농도는 부피비로 나타내었다고 가정하고, 물의 밀도는 1.00g/mL 이고, 에탄올의 밀도는 0.789g/mL 이며, 에탄올의 분자량은 46.0g/mol 라고 가정한다.)

  1. 3.34M
  2. 4.10M
  3. 4.24M
  4. 7.08M
(정답률: 67%)
  • 농도가 19.5%로 표시되어 있다는 것은 100mL 용액에 19.5mL이 에탄올이라는 뜻입니다. 따라서, 용액의 부피는 100mL이고, 에탄올의 질량은 0.789g/mL x 19.5mL = 15.38g 입니다. 에탄올의 분자량이 46.0g/mol 이므로, 몰질량은 15.38g / 46.0g/mol = 0.334mol 입니다. 따라서, 농도는 몰수농도로 나타내면 0.334mol / 0.1L = 3.34M 이 됩니다.
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36. 염(salt) 용액에서 활동도(activity)의 설명으로 옳은 것은?

  1. 이온의 활동도는 활동도계수의 제곱에 반비례한다.
  2. 이온의 활동도는 활동도계수에 비례한다.
  3. 이온의 활동도는 활동도계수에 반비례한다.
  4. 이온의 활동도는 활동도계수의 제곱에 비례한다.
(정답률: 76%)
  • 정답은 "이온의 활동도는 활동도계수에 비례한다."입니다.

    활동도(activity)는 용액 속의 이온이 실제로 활동하는 정도를 나타내는 지표입니다. 이온의 활동도는 활동도계수(activity coefficient)와 관련이 있습니다. 활동도계수는 이온이 용액 속에서 실제로 활동하는 정도를 고려하여 이온의 농도와 이온의 활동도 사이의 비율을 나타내는 값입니다.

    따라서, 이온의 활동도는 활동도계수에 비례합니다. 활동도계수가 높을수록 이온의 활동도도 높아지게 됩니다. 이온의 활동도는 활동도계수의 제곱에 반비례하는 것이 아니라, 활동도계수에 비례합니다.
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37. 이산화염소의 산화반응에 대한 화학 반응식에서 ( ) 안에 적합한 화학반응 계수를 차례대로 옳게 나타낸 것은?

  1. 1, 1, 1, 1
  2. 1, 2, 1, 1
  3. 2, 2, 2, 1
  4. 1, 2, 1, 2
(정답률: 88%)
  • 이산화염소(OCl₂)는 물과 반응하여 염산(HCl)과 염산산화물(HClO)을 생성한다. 이 반응에서 이산화염소의 계수는 1, 물의 계수는 2, 염산의 계수는 2, 염산산화물의 계수는 1이다. 따라서 정답은 "1, 2, 1, 1"이다.
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38. 2003년 발생하여 우리나라에 막대한 피해를 입힌 태풍 매미의 중심기압은 910hPa이었다. 이를 토르(torr) 단위로 환산하면? (단, 1 atm = 101325 Pa, 1torr = 133.322 Pa 이다.)

  1. 643
  2. 683
  3. 743
  4. 763
(정답률: 80%)
  • 중심기압 910hPa를 토르로 환산하면 다음과 같다.

    910hPa × 1 atm / 101325 Pa × 760 torr / 1 atm = 676.8 torr

    따라서, 가장 가까운 정수로 반올림하여 정답은 "683"이다.
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39. 20℃에서 빈 플라스크의 질량은 10.2634g이고, 증류수로 플라스크를 완전히 채운 후의 질량은 20.2144g 이었다. 20℃에서 물 1g의 부피가 1.0029 mL일 때, 이 플라스크의 부피를 나타내는 식은?

  1. (20.2144 – 10.2634) × 1.0029
  2. (20.2144 – 10.2634) ÷ 1.0029
  3. 1.0029 + (20.2144 – 10.2634)
  4. 1.0029 ÷ (20.2144 – 10.2634)
(정답률: 85%)
  • 이 플라스크의 부피는 증류수를 채우기 전과 후의 차이인 증류수의 부피와 같다. 따라서, 증류수의 질량은 (20.2144g - 10.2634g) = 9.951g 이다. 물 1g의 부피가 1.0029 mL이므로, 9.951g의 증류수의 부피는 9.951g × 1.0029 mL/g = 9.9949 mL 이다. 따라서, 이 플라스크의 부피는 9.9949 mL 이다. 따라서, 정답은 "(20.2144 – 10.2634) × 1.0029" 이다.
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40. 0.050 M Fe2+ 100.0mL를 0.100 M Ce4+로 산화환원 적정한다고 가정하자. = 50.0mL일 때 당량점에 도달한다면 36.0mL를 가했을 때의 전지 전압은? (단, = 0.767 V, = 0.241 V)

  1. 0.526 V
  2. 0.550 V
  3. 0.626 V
  4. 0.650 V
(정답률: 44%)
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3과목: 기기분석I

41. 복사선의 파장보다 대단히 작은 분자나 분자의 집합체에 의하여 탄성 산란되는 현상을 무엇이라 하는가?

  1. Stoke 산란
  2. Raman 산란
  3. Rayleigh 산란
  4. Anti-Stoke 산란
(정답률: 71%)
  • Rayleigh 산란은 복사선의 파장보다 작은 분자나 분자의 집합체에 의해 발생하는 탄성 산란 현상을 말한다. 이는 복사선과 분자의 크기 차이로 인해 발생하는 현상으로, 복사선의 파장이 짧을수록 산란이 더 많이 일어난다. 따라서 Rayleigh 산란은 복사선의 파장에 따라 산란 강도가 변하는 현상을 보인다.
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42. 단색 X-선 빛살의 광자가 K-껍질 및 L-껍질의 내부전자를 방출시켜 방출된 전자의 운동에너지를 측정하여 시료원자의 산화 상태와 결합 상태에 대한 정보를 동시에 얻을 수 있는 전자 분광법은?

  1. Auger 전자분광법(AES)
  2. X-선 광전자분광법(XPS)
  3. 전자에너지 손실 분광법(EELS)
  4. 레이저마이크로탐침 질량분석법(LMMS)
(정답률: 71%)
  • X-선 광전자분광법(XPS)은 단색 X-선 빛살의 광자가 시료의 K-껍질 및 L-껍질의 내부전자를 방출시켜 방출된 전자의 운동에너지를 측정하여 시료원자의 산화 상태와 결합 상태에 대한 정보를 동시에 얻을 수 있는 분광법이다. 이는 시료의 표면에서 일어나는 반응을 분석하는 데에 유용하며, 고체 표면 분석에 많이 사용된다. 따라서 X-선 광전자분광법(XPS)가 정답이다.
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43. CH3CH2CH2OCH3 분자는 핵자기공명(NMR) 스펙트럼에서 몇 가지의 다른 화학적 환경을 가지는 수소가 존재하는가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 79%)
  • CH3CH2CH2OCH3 분자는 4개의 다른 화학적 환경을 가지는 수소가 존재합니다. 이유는 분자 내에 다음과 같은 4개의 수소가 존재하기 때문입니다.

    1. CH3 그룹에 있는 3개의 수소
    2. CH2 그룹에 있는 2개의 수소
    3. CH2 그룹에 있는 1개의 수소
    4. OCH3 그룹에 있는 1개의 수소

    각각의 수소는 서로 다른 화학적 환경을 가지므로, NMR 스펙트럼에서 서로 다른 신호를 보여줍니다.
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44. 일반적으로 신호-대-잡음비가 얼마 이하일 때 신호를 사람의 눈으로 관찰이 불가능해지는가?

  1. 1
  2. 3
  3. 5
  4. 10
(정답률: 63%)
  • 일반적으로 신호-대-잡음비가 3 이하일 때 신호를 사람의 눈으로 관찰이 불가능해진다. 이는 신호와 잡음의 강도가 비슷해지면서 신호를 구분하기 어려워지기 때문이다. 따라서, 3 이하일 경우에는 신호를 더 이상 구분할 수 없으므로 관찰이 불가능해진다.
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45. 복사선을 흡수하면 에너지 준위 사이에서 전자 전이가 일어나게 되는데 다음 전이 중 파장이 가장 짧은 복사선을 흡수하는 전자전이는?

  1. σ → σ*
  2. π → π*
  3. n → σ*
  4. n → π*
(정답률: 63%)
  • 정답은 "n → σ*"이다. 이유는 n → σ* 전이는 파장이 가장 짧은 복사선을 흡수하는 전이이기 때문이다. n → σ* 전이는 분자 내부의 비결정적인 전자들이 σ* 항에 존재하는 비결정적인 공간으로 이동하는 것을 의미한다. 이러한 전이는 분자 내부의 전자 밀도를 낮추고, 분자의 안정성을 감소시키는 역할을 한다.
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46. UV/VIS을 이용하여 미지의 샘플을 10mm 용기(cell)를 이용하여 흡광도를 측정했을 때, 흡광도가 0.1이면 같은 샘플을 50mm 용기(cell)로 측정했다면 흡광도 값은?

  1. 0.2
  2. 0.5
  3. 1.0
  4. 1.5
(정답률: 84%)
  • 흡광도는 빛이 물질을 통과할 때 흡수되는 정도를 나타내는 값이므로, 물질의 농도와 빛의 경로 길이에 비례한다. 따라서, 10mm 용기(cell)에서 측정한 흡광도가 0.1이라면, 같은 샘플을 50mm 용기(cell)로 측정했을 때는 빛의 경로 길이가 5배 더 길어졌으므로 흡광도 값은 0.1 x 5 = 0.5가 된다. 따라서, 정답은 "0.5"이다.
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47. NMR 기기를 이루는 중요한 4가지 구성에 해당하지 않는 것은?

  1. 균일하고 센 자기장을 갖는 자석
  2. 대단히 작은 범위에 자기장을 연속적으로 변화할 수 있는 장치
  3. 라디오파(RF) 발신기
  4. 전파 송신기
(정답률: 66%)
  • NMR 기기에서 전파 송신기는 필요하지 않습니다. NMR 기기는 자기장을 생성하고, 샘플에 노출시켜서 자기 공명을 유발시키는데, 이때 샘플에서 방출되는 신호를 감지하여 분석합니다. 따라서 전파 송신기는 필요하지 않습니다.
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48. 분자의 들뜬 상태(excited state)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 적외선이 분자의 진동을 유발한 상태
  2. X-선이 분자를 이온화시킨 상태
  3. 분자가 마이크로파의 복사선을 흡수한 상태
  4. 분자가 광자를 방출하여 주변의 에너지 준위가 높아진 상태
(정답률: 57%)
  • "분자가 광자를 방출하여 주변의 에너지 준위가 높아진 상태"가 틀린 설명입니다. 분자의 들뜬 상태는 분자가 에너지를 흡수하여 원자나 분자 내부 전자의 에너지 상태가 높아진 상태를 말합니다. 이 상태에서 분자는 다시 기초 상태로 돌아가기 위해 에너지를 방출할 수 있습니다. 이 때 방출되는 에너지는 광자가 될 수도 있지만, 다른 형태의 에너지로 방출될 수도 있습니다. 따라서 "분자가 광자를 방출하여 주변의 에너지 준위가 높아진 상태"는 들뜬 상태에서 방출되는 에너지의 일부분에 대한 설명일 뿐, 들뜬 상태 자체에 대한 설명은 아닙니다.
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49. 나트륨(Na) 기체의 전형적인 원자 흡수스펙트럼을 옳게 나타낸 것은?

  1. 선(line) 스펙트럼
  2. 띠(bond) 스펙트럼
  3. 선과 띠의 혼합 스펙트럼
  4. 연속(continuous) 스펙트럼
(정답률: 78%)
  • 선 스펙트럼은 원자가 특정 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 전이될 때 방출되는 빛의 일련의 선으로 나타나는 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 나타나기 때문이다. 따라서, 정답은 "선(line) 스펙트럼"이다.
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50. 유도결합플라스마(ICP) 원자방출 분광법이 원자흡수분광법과 비교하여 가지는 장점에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 동시에 여러 가지 원소들을 분석할 수 있다.
  2. 낮은 온도에서 분석을 수행하므로 원소간의 방해가 적다.
  3. 일반적으로 더 낮은 농도까지 측정할 수 있다.
  4. 잘 분해되지 않는 산화물들의 분석이 가능하다.
(정답률: 71%)
  • "동시에 여러 가지 원소들을 분석할 수 있다.", "일반적으로 더 낮은 농도까지 측정할 수 있다.", "잘 분해되지 않는 산화물들의 분석이 가능하다."는 모두 유도결합플라스마(ICP) 원자방출 분광법이 가지는 장점이다. 따라서 정답은 "낮은 온도에서 분석을 수행하므로 원소간의 방해가 적다."가 아닌 "낮은 온도에서 분석을 수행하므로 원소간의 방해가 없다."이다. ICP는 고온의 플라스마를 이용하여 원자를 방출시키기 때문에 원소간의 방해가 없다.
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51. 이산화탄소 분자는 모두 몇 개의 기준 진동방식을 가지는가?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 72%)
  • 이산화탄소 분자는 선형 분자이므로 3개의 원자가 있으며, 이들은 각각 진동할 수 있는 방향이 있다. 이러한 방향 중에서 두 개는 대칭적이며, 나머지 한 개는 비대칭적이다. 따라서 이산화탄소 분자는 대칭적인 진동 방식 2개와 비대칭적인 진동 방식 2개로 총 4개의 기준 진동방식을 가지게 된다.
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52. 원자화 온도가 가장 높은 원자분광법의 원자화 장치는?

  1. 전열증발화(ETV)
  2. 마이크로-유도 아르곤 플라스마(MIP)
  3. 불꽃(Flame)
  4. 유도쌍 아르곤 플라스마(ICP)
(정답률: 67%)
  • 원자화 온도란 원자가 분해되어 이온화되는 온도를 말하는데, 이는 분석하고자 하는 원소의 에너지 상태에 따라 다르게 결정된다. 유도쌍 아르곤 플라스마(ICP)는 고주파 전자기장을 이용하여 아르곤 가스를 플라스마 상태로 만들고, 이를 이용하여 샘플을 가열하여 분해시키는 방법이다. 이 방법은 고온과 고압의 조건에서 샘플을 분해시키므로, 다른 방법들보다 원자화 온도가 높아 원소의 이온화 상태를 더욱 효과적으로 만들어 분석할 수 있다. 따라서 유도쌍 아르곤 플라스마(ICP)가 가장 높은 원자화 온도를 가지는 원자분광법의 원자화 장치이다.
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53. 유도결합플라스마(ICP)를 이용하여 금속을 분석할 경우 이온화 효과에 의한 방해가 발생되지 않는 주된 이유는?

  1. 시료성분의 이온화 영향
  2. 아르곤의 이온화 영향
  3. 시료성분의 산화물 생성 억제효과
  4. 분석원자의 수명 단축효과
(정답률: 69%)
  • ICP에서 아르곤 가스가 이온화되면서 생성되는 플라즈마가 시료에 가해지게 되는데, 이 때 시료성분이 이온화되는 것보다 아르곤 이온화에 의한 영향이 더 크기 때문에 방해가 발생하지 않는다. 즉, 아르곤 이온화에 의한 영향이 시료성분의 이온화 영향을 상쇄시켜주는 역할을 하기 때문이다.
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54. 푸리에(Fourier) 변환을 이용하는 분광법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 기기들이 복사선의 세기를 감소시키는 광학부분장치와 슬릿을 거의 가지고 있지 않기 때문에 검출기에 도달하는 복사선의 세기는 분산기기에서 오는 것보다 더 크게 되므로 신호-대-잡음비가 더 커진다.
  2. 높은 분해능과 파장 재현성으로 인해 매우 많은 좁은 선들의 겹침으로 해서 개개의 스펙트럼의 특성을 결정하기 어려운 복잡한 스펙트럼을 분석할 수 있게 한다.
  3. 광원에서 나오는 모든 성분 파장들이 검출기에 동시에 도달하기 때문에 전체 스펙트럼을 짧은 시간 내에 얻을 수 있다.
  4. 푸리에 변환에 사용되는 간섭계는 미광(stray light)의 영항을 받으므로 시간에 따른 미광의 영향을 최소화하기 위하여 빠른 감응검출기를 사용한다.
(정답률: 57%)
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55. X-선 분광법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 방사성 광원은 X-선 분광법의 광원으로 사용될 수 있다.
  2. X-선 광원은 연속 스펙트럼과 선스펙트럼을 발생시킨다.
  3. X-선의 선스펙트럼은 내부 껍질 원자 궤도함수와 관련된 전자 전이로부터 얻어진다.
  4. X-선의 선스텍트럼은 최외각 원자 궤도함수와 관련된 전자 전이로부터 얻어진다.
(정답률: 62%)
  • "X-선의 선스펙트럼은 내부 껍질 원자 궤도함수와 관련된 전자 전이로부터 얻어진다."가 틀린 설명입니다. 올바른 설명은 "X-선의 선스펙트럼은 최외각 원자 궤도함수와 관련된 전자 전이로부터 얻어진다." 입니다. 이는 X-선이 원자의 최외각 전자를 제거하거나 새로운 최외각 전자를 받아들일 때 발생하는 전자 전이로 인해 발생하는 것입니다. 이러한 전자 전이는 원자의 구조와 화학적 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.
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56. Monochromator 의 slit width를 증가시켰을 때 발생하는 현상으로 가장 옳은 것은?

  1. resolution 이 감소한다.
  2. peak width가 좁아진다.
  3. 빛의 세기가 감소한다.
  4. grating 효율도가 증가한다.
(정답률: 64%)
  • Monochromator의 slit width를 증가시키면 빛의 경로가 넓어지기 때문에 더 많은 파장이 통과할 수 있게 됩니다. 이는 peak width가 좁아지는 것을 의미합니다. 그러나 동시에 resolution이 감소하게 됩니다. 이는 더 많은 파장이 통과하기 때문에 서로 다른 파장의 빛이 서로 섞이게 되어 resolution이 감소하는 것입니다. 빛의 세기는 slit width와는 관련이 없으며, grating 효율도는 slit width와는 관련이 있지만 이 경우에는 증가하지 않습니다.
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57. X-선 분석에서 Bragg식은 다음 중 어떤 현상에 대해 나타낸 식인가?

  1. 회절
  2. 편광
  3. 투과
  4. 복사
(정답률: 81%)
  • Bragg식은 X-선이 결정 격자 구조에서 회절되는 현상을 나타내는 식입니다. 따라서 정답은 "회절"입니다. Bragg식은 결정 격자의 각도와 X-선의 파장과의 관계를 나타내며, 이를 이용하여 결정 구조를 분석할 수 있습니다.
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58. 원자분광법에서 액체 시료를 도입하는 장치에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 기압식 분무기 : 용액 시료를 준비하여 분무기로 원자화 장치 안으로 불어 넣는다.
  2. 초음파 분무기 : 20 kHz ~ 수 MHz로 진동하는 소자를 이용한다. 이 소자의 표면에 액체 시료를 주입하면 균일한 에어로졸을 형성시킨 후 이를 원자화 장치안으로 이동시킨다.
  3. 전열 증기화 장치 : 전기방전이 시료표면에서 상호작용하여 증기화된 입자시료 집합체를 만든 다음 비활성기체의 흐름에 의해 원자화장치로 운반된다.
  4. 수소화물 생성법 : 휘발성 수소화물을 생성시켜 이용하는 방법으로 NaBH4 수용액을 이용한다. 휘발성이 높아진 시료는 바로 도입이 가능하다.
(정답률: 47%)
  • 정답은 "전열 증기화 장치 : 전기방전이 시료표면에서 상호작용하여 증기화된 입자시료 집합체를 만든 다음 비활성기체의 흐름에 의해 원자화장치로 운반된다." 이다.

    전열 증기화 장치는 전기방전이 아니라 열에 의해 시료를 증기화시키는 방법이다. 따라서 전기방전이 시료표면에서 상호작용하여 증기화된 입자시료 집합체를 만든다는 설명은 틀린 것이다.

    쉽게 말해, 전열 증기화 장치는 시료를 가열하여 증기화시키고, 이를 비활성기체의 흐름에 의해 원자화장치로 운반하는 방법이다.
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59. 아래 표에서 ( ) 안에 알맞은 것은?

  1. 원자
  2. 분자
  3. 복사선
  4. 전자
(정답률: 82%)
  • 위 그림은 분광학에서 사용되는 분광계의 구조를 나타내고 있습니다. 분광계는 빛을 산란시켜서 그 산란된 빛의 파장을 분석하여 물질의 성질을 파악하는데 사용됩니다. 이때, 분석하고자 하는 물질은 빛을 흡수하거나 반사시키는데, 이때 물질이 흡수하는 빛의 파장은 그 물질의 성질과 관련이 있습니다. 이러한 빛의 파장을 분석하기 위해서는 빛을 분산시켜서 파장별로 나누어야 하는데, 이를 위해 분광계 내부에는 복사선이 사용됩니다. 복사선은 빛을 분산시키는 역할을 하며, 이를 통해 물질이 흡수하는 빛의 파장을 분석할 수 있습니다. 따라서, 위 그림에서 (복사선)이 정답입니다.
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60. N개의 원자로 이루어진 분자가 적외선(IR)흡수분광법에서 나타내는 진동방식(vibratinal mode)은 선형분자의 경우 3N-5인데, 비선형분자의 경우 3N-6이다. 이렇게 차이가 나는 주된 이유는?

  1. 선형분자의 경우 자신의 축을 중심으로 회전하는 운동에서 위치 변화가 없기 때문에
  2. 선형분자의 경우 양끝에서 당기는 운동에 관해서 쌍극자의 변화가 없기 때문에
  3. 선형분자의 경우 원자들이 동일한 방향으로 병진 운동하기 때문에
  4. 선형분자의 경우 에너지 준위 사이의 차이가 작기 때문에
(정답률: 57%)
  • 선형분자의 경우 자신의 축을 중심으로 회전하는 운동에서 위치 변화가 없기 때문에 진동의 자유도가 하나 줄어들게 된다. 이는 비선형분자와는 달리 회전운동과 진동운동이 서로 연관되어 있지 않기 때문에 발생하는 현상이다. 따라서 선형분자의 경우 진동의 자유도가 3N-5가 되는 것이다.
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4과목: 기기분석II

61. 전위차법에서 이온선택성 막의 성질로 인해 어떤 양이온이나 음이온에 대한 막전극들의 감도와 선택성을 나타낸다. 이 성질에 해당하지 않는 것은?

  1. 최소 용해도
  2. 전기전도도
  3. 산화·환원 반응
  4. 분석물에 대한 선택적 반응성
(정답률: 54%)
  • 전위차법에서 이온 선택성 막의 성질은 분석물에 대한 선택적 반응성을 나타내며, 이는 막이 특정 이온에 대해 더 높은 감도와 선택성을 가지도록 만드는 성질입니다. 따라서 "산화·환원 반응"은 이 성질과 관련이 없으므로 정답입니다.
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62. 불꽃이온화검출기(FID)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 버너를 가지고 있다.
  2. 사용 가스는 질소와 공기이다.
  3. 불꽃을 통해 전기를 운반할 수 있는 전자와 이온을 만든다.
  4. 유기화합물은 이온성 중간체가 된다.
(정답률: 70%)
  • 정답은 "사용 가스는 질소와 공기이다."이다. 이유는 FID는 불꽃을 사용하여 샘플 내의 유기화합물을 분석하는데, 이를 위해 질소와 공기가 사용된다. 질소는 불꽃을 안정화시키고, 공기는 연소를 돕는 역할을 한다. 따라서 FID에서 사용되는 가스는 질소와 공기이다.
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63. 상온에서 다음 전극계의 전극전위는 약 얼마인가? (단, 각 이온의 농도는 Cr3+ = 2.00×10-4M, Cr2+ = 1.00×10-3M, Pb2+ = 6.50×10-2M 이다.)

  1. -0.255V
  2. -0.288V
  3. 0.255V
  4. 0.288V
(정답률: 44%)
  • 먼저, Cr3+ + e- → Cr2+ 의 표준전위는 -0.41V 이고, Cr2+ + 2e- → Cr 의 표준전위는 -0.91V 이다. 따라서, Cr3+ + 3e- → Cr 의 표준전위는 (-0.41V) - (-0.91V) = 0.50V 이다.

    또한, Pb2+ + 2e- → Pb 의 표준전위는 -0.13V 이다.

    따라서, 전극전위는 Ecell = Ecathode - Eanode = (-0.13V) - (0.50V) = -0.63V 이다.

    하지만, 문제에서는 상온에서의 전극전위를 구하라고 했으므로, Nernst 방정식을 사용하여 보정해야 한다.

    E = Eo - (RT/nF)lnQ

    여기서, Eo 는 표준전위, R은 기체상수, T는 절대온도, n은 전자의 수, F는 Faraday 상수, Q는 반응계수이다.

    따라서, Cr3+ + 3e- → Cr 의 반응계수는 Q1 = [Cr2+]/[Cr3+]³ 이고, Pb2+ + 2e- → Pb 의 반응계수는 Q2 = [Pb]/[Pb2+]² 이다.

    각 이온의 농도를 대입하면, Q1 = (1.00×10-3M) / (2.00×10-4M)³ = 31.25 이고, Q2 = 1 / (6.50×10-2M)² = 244.90 이다.

    따라서, 전극전위는 E = 0.50V - (0.0257V)ln(31.25/244.90) = 0.288V 이다.

    따라서, 정답은 "0.288V" 이다.
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64. 크로마토그래피에서 봉우리 넓힘에 기여하는 요인에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 충전입자의 크기는 다중 통로 넓힘에 영향을 준다.
  2. 이동상에서의 확산계수가 증가할수록 봉우리 넓힘이 증가한다.
  3. 세로확산은 이동상의 속도에 비례한다.
  4. 충전입자의 크기는 질량이동계수에 영향을 미친다.
(정답률: 74%)
  • "이동상에서의 확산계수가 증가할수록 봉우리 넓힘이 증가한다."는 틀린 설명입니다. 이동상에서의 확산계수가 증가하면 봉우리가 더욱 낮아지므로 봉우리 넓이는 감소합니다.

    세로확산은 이동상의 속도에 비례하는 이유는, 이동상에서의 속도가 빠를수록 샘플이 더 높은 농도로 농축되기 때문입니다. 따라서 세로확산이 더 많이 일어나게 되고, 봉우리가 더욱 높아지게 됩니다.
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65. 기체 크로마토그래피 분리법에 사용되는 운반기체로 부적당한 것은?

  1. He
  2. N2
  3. Ar
  4. Cl2
(정답률: 80%)
  • 운반기체는 샘플을 분리하는 데에 사용되는 기체입니다. 기체 크로마토그래피에서는 운반기체가 샘플을 분리하는 데 중요한 역할을 합니다. 따라서 운반기체로 사용되는 기체는 샘플의 특성에 따라 선택되어야 합니다.

    Cl2는 기체 크로마토그래피에서 운반기체로 사용하기에는 부적당합니다. 이는 Cl2가 매우 반응성이 높은 기체이기 때문입니다. 따라서 Cl2를 운반기체로 사용하면 샘플과 반응하여 분리가 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다. 그러므로 Cl2는 기체 크로마토그래피에서 운반기체로 사용하기에는 적합하지 않습니다.
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66. 액체 크로마토그래피에서 보기에서 설명하는 검출기는?

  1. 전기전도도 검출기
  2. 형광 검출기
  3. 굴절률 검출기
  4. UV 검출기
(정답률: 49%)
  • 액체 크로마토그래피에서는 샘플이 분리되어 나오면 검출기에서 감지하여 신호로 변환해야 한다. 이때 전기전도도 검출기는 샘플의 전기전도도를 측정하여 검출하는데, 이는 샘플 내 이온의 양과 이온의 이동성에 따라 달라지기 때문이다. 따라서 이온성 화합물의 분리나 정제에 많이 사용된다.
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67. 미셀 동전기 모세관 크로마토그래피에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. HPLC 보다 관효율이 높다.
  2. 키랄 화합물을 분맇는데 유용하다.
  3. 겔 전기 이동으로 분리할 수 없는 작은 분자를 분리하는데 유용하다.
  4. 고압 펌프를 사용하여 전하를 띠지 않는 화학종을 분리할 수 있다.
(정답률: 47%)
  • "고압 펌프를 사용하여 전하를 띠지 않는 화학종을 분리할 수 있다."가 틀린 것이다. 미셀 동전기 모세관 크로마토그래피는 정전기적 상호작용을 이용하여 분리하는 기술이기 때문에 전하를 띠는 화학종을 분리하는 데 유용하다. 따라서, "고압 펌프를 사용하여 전하를 띠지 않는 화학종을 분리할 수 있다."는 설명은 틀린 것이다.
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68. 0.010M Cd2+ 용액에 담겨진 카드뮴 전극의 반쪽전지의 전위를 계산하면? (단, 온도는 25℃이고 Cd2+/Cd 의 표준환원 전위는 –0.403V 이다.)

  1. -0.402V
  2. -0.462V
  3. -0.503V
  4. -0.563V
(정답률: 70%)
  • 카드뮴 반쪽전지의 전극반응은 다음과 같다.

    Cd2+ + 2e- → Cd (E0 = -0.403V)

    전극반응의 전위는 다음과 같이 계산된다.

    E = E0 - (0.0592V/n) log [Cd2+]

    여기서 n은 반응에서 전자의 수이다. 이 경우 n은 2이다.

    따라서,

    E = -0.403V - (0.0592V/2) log [0.010M]

    E = -0.462V

    따라서, 정답은 "-0.462V"이다.
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69. 분광질량분광법의 이온화 방법 중 사용하기 편리하고 이온전류를 발생시키므로 매우 예민한 방법이지만 열적으로 불안정하고 분자량이 큰 바이오 물질들의 이온화원에는 부적당한 방법은?

  1. Electron Impact(EI)
  2. Electro Spray Ionization(ESI)
  3. Fast Atom Bombardment(FAB)
  4. Matrix-Assisted Laser Desorption Ioization(MALDI)
(정답률: 62%)
  • EI 방법은 이온화 과정에서 고에너지 전자를 이용하여 분자를 이온화시키는 방법이다. 이 방법은 이온전류를 발생시키므로 매우 예민하지만, 이 과정에서 분자가 고온과 고에너지 전자에 노출되어 열적으로 불안정해지는 단점이 있다. 또한 분자량이 큰 바이오 물질들의 이온화원에는 부적당한 방법이다.
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70. 자기장부채꼴 질량분석기의 구성이 아닌 것은?

  1. 슬릿
  2. 펌프
  3. 거울
  4. 필라멘트
(정답률: 49%)
  • 자기장부채꼴 질량분석기는 이온화된 분자를 질량으로 분석하는데 사용되는 기기로, 이를 위해 필요한 구성 요소로는 슬릿, 펌프, 필라멘트가 있습니다. 거울은 이 기기에서 사용되지 않습니다.
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71. 작용기를 가지는 화합물은 하나 이상의 전압전류를 생성시킬 수 있다. 이런 활성 작용기에 해당하지 않는 것은?

  1. 카르보닐기
  2. 대부분의 유기 할로젠기
  3. 암모니아 화합물
  4. 탄소-탄소 이중결합
(정답률: 56%)
  • 암모니아 화합물은 전하를 가지지 않는 규소나 질소와 같은 비금속 원자로 이루어져 있으며, 전하를 나타내는 작용기를 가지지 않기 때문에 전압전류를 생성시키지 않는다. 따라서 암모니아 화합물은 활성 작용기에 해당하지 않는다.
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72. GC의 열린관 컬럼 중 유연성이 우수하고 화학적으로 비활성이며, 분리 효율이 아주 우수한 컬럼은?

  1. 벽도포 열린관 컬럼(WCOT)
  2. 용융실리카 벽도포 열린관 컬럼(FSWT)
  3. 지지체도포 열린관 컬럼(SCOT)
  4. megabore 컬럼
(정답률: 76%)
  • 용융실리카 벽도포 열린관 컬럼(FSWT)은 유연성이 뛰어나고 화학적으로 비활성이며, 벽도포 기술을 사용하여 분리 효율이 아주 우수한 컬럼입니다. 따라서 GC 분석에서 많이 사용되는 컬럼 중 하나입니다.
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73. HPLC에서 분배 크로마토그래피에 응용에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 역상 충진(reversed-phase packings) 칼럼을 사용하고 극성이 큰 이동상으로 용리하면 극성이 작은 용질이 먼저 용리되어 나온다.
  2. 정상 결합상 충전물(normal-phase bonded packings)에서 실옥산(siloxane) 구조에 있는 R은 비극성 작용기가 일반적이다.
  3. 이온쌍 크로마토그래피에서는 정지상에 큰 유기 상대이온을 포함하는 유기 염을 결합시켜 분리 용질과의 이온쌍 형성에 기초하여 분리한다.
  4. 거울상을 가지는 키랄 화합물(ciral compounds)의 분리를 위해 키랄 크로마토그래피가 응용되는데 키랄 이동상 첨가제나 키랄 정지상을 사용하여 분리한다.
(정답률: 54%)
  • 거울상을 가지는 키랄 화합물(ciral compounds)의 분리를 위해 키랄 크로마토그래피가 응용되는데 키랄 이동상 첨가제나 키랄 정지상을 사용하여 분리한다. 이는 거울상 이성질체가 서로 대칭적인 구조를 가지기 때문에 일반적인 분리 기술로는 분리가 어렵기 때문이다. 따라서 키랄 크로마토그래피에서는 이성질체 간의 상호작용을 이용하여 분리를 수행하며, 이를 위해 키랄 이동상 첨가제나 키랄 정지상을 사용한다.
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74. 전기화학전지에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 산화전극과 환원전극이 외부에서 금속전도체로 연결된다.
  2. 두 개의 전해질 용액은 이온을 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 수 있게 간접적으로 접촉된다.
  3. 두 개의 전극 각각에서 전자이동 반응이 일어난다.
  4. 용액 사이의 간접적 접촉을 통하여 산화반응에 의해 주어지는 전자가 환원반응이 일어나는 용액으로 이동한다.
(정답률: 50%)
  • 정답은 "두 개의 전극 각각에서 전자이동 반응이 일어난다."입니다. 전기화학전지에서는 산화전극과 환원전극이 외부에서 금속전도체로 연결되어 전자가 흐르게 되고, 두 개의 전해질 용액은 이온을 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 수 있게 간접적으로 접촉됩니다. 이때 산화반응에 의해 주어지는 전자가 환원반응이 일어나는 용액으로 이동하는 것이 전기화학전지의 작동 원리입니다.
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75. 질량분석법은 여러 가지 성분의 시료를 기체상태로 이온화한 다음 자기장 혹은 전기장을 통해 각 이온을 질량/전하의 비에 따라 분리하여 질량스펙트럼을 얻는 방법이다. 질량분석기의 기기장치 중 진공으로 유지되어야 하는 부분이 아닌 것은?

  1. 도입계
  2. 이온원
  3. 검출기
  4. 신호처리기
(정답률: 72%)
  • 질량분석기에서는 시료를 기체상태로 이온화하여 질량분석을 수행하므로, 이온원과 진공으로 유지되어야 하는 부분은 "이온원"과 "검출기"이다. 이에 반해, "신호처리기"는 이온의 질량/전하 비율을 측정하여 질량스펙트럼을 얻는 과정에서 생성된 신호를 처리하는 역할을 하므로 진공으로 유지되어야 하는 부분이 아니다. 따라서 정답은 "신호처리기"이다.
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76. 중합체를 분석하는 시차주사 열량법(DSC)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 시료와 기준물질 간의 온도 차이를 측정한다.
  2. 결정화 온도(Tc)는 발열 봉우리로 나타난다.
  3. 유리전이 온도(Tg) 전후에은 열흐름(heat flow)의 변화가 생긴다.
  4. 결정화 온도(Tc)는 유리전이 온도(Tg)와 녹는점 온도(Tm)사이에 위치한다.
(정답률: 63%)
  • "시료와 기준물질 간의 온도 차이를 측정한다."가 틀린 설명입니다. DSC는 시료와 기준물질 간의 열흐름 차이를 측정하여 중합체의 열적 특성을 분석하는 기술입니다. 따라서 온도 차이가 아니라 열흐름 차이를 측정합니다.
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77. 질량 분석법에서는 질량-대-전하의 비에 의하여 원자 또는 분자 이온을 분리하는데 고진공 속에서 가속된 이온들을 직류 전압과 RF 전압을 일정속도로 함께 증가시켜주면서 통로를 통과하도록 하여 분리하며 특히 주사시간이 짧은 장점이 있는 질량 분석기는?

  1. 이중 초점 분석기(double focusing spectrometer)
  2. 사중극자 질량분석기(quadrupole mass spectrometer)
  3. 비행시간 분석기(time-of-flight spectrometer)
  4. 이온-포착분석기(ion-trap spectrometer)
(정답률: 66%)
  • 사중극자 질량분석기는 고진공 속에서 가속된 이온들을 직류 전압과 RF 전압을 일정속도로 함께 증가시켜주면서 통로를 통과하도록 하여 분리하는데, 이 때 주사시간이 짧은 장점이 있습니다. 이온들은 4개의 극자에 의해 분리되며, 이 극자는 교차된 직선 전극으로 이루어져 있습니다. 이 극자에서는 RF 전압이 가해지며, 이로 인해 이온들은 극자 내에서 안정된 궤도를 따라 움직입니다. 이 때, 이온들의 질량-대-전하의 비가 다르기 때문에, 이온들은 서로 다른 궤도를 따라 움직이게 됩니다. 이를 이용하여 이온들을 분리하고, 질량 분석을 수행할 수 있습니다.
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78. 액체막(liquid membrane) 칼슘 이온선택성 전극을 이용하여 용액의 Ca2+ 농도를 결정하고자 한다. 미지시료 25.0mL 에 칼슘이온 선택성 전극을 담가 전위를 측정하였더니 전위가 497.0mV 이었다. 미지시료에0.0500M 농도의 CaCl2 용액 2.00mL를 첨가하여 전위를 측정하였더니 전위가 512.0mV 이었다. 이온선택성전극이 Nernst 식을 따른다면 미지용액에서의 칼슘이온의 농도는?

  1. 0.00162M
  2. 0.00428M
  3. 0.0187M
  4. 1.124M
(정답률: 32%)
  • Nernst 식은 다음과 같다.

    E = E° - (RT/nF)ln(Q)

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

    이 문제에서는 미지시료에 칼슘이온 선택성 전극을 담가 전위를 측정하였고, 그 전위는 497.0mV이다. 이때의 반응곱 Q는 다음과 같다.

    Q = [Ca2+]

    여기서 대괄호는 농도를 나타낸다. 따라서, 미지시료에서의 칼슘이온 농도는 다음과 같다.

    [Ca2+] = 10^((E - E°) x nF/RT)

    여기서 E는 497.0mV, E°는 칼슘 선택성 전극의 표준전위인 324.5mV이다. n은 2이고, F는 96485 C/mol, R은 8.314 J/mol·K, T는 298 K이다. 따라서,

    [Ca2+] = 10^((497.0 - 324.5) x 2 x 96485/(8.314 x 298)) = 0.00428M

    다음으로, 0.0500M 농도의 CaCl2 용액 2.00mL를 첨가하여 전위를 측정하였고, 그 전위는 512.0mV이다. 이때의 반응곱 Q는 다음과 같다.

    Q = [Ca2+] x [Cl-]2

    여기서 [Cl-]는 0.100M이다. 따라서,

    [Ca2+] = Q/[Cl-]2 = 10^((512.0 - 324.5) x 2 x 96485/(8.314 x 298)) / 0.1002 = 0.00162M

    따라서, 미지시료에서의 칼슘이온 농도는 0.00162M이다.
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79. 열무게법(TG)에서 전기로르 질소와 아르곤으로 환경기류를 만드는 주된 이유는?

  1. 시료의 환원 억제
  2. 시료의 산화 억제
  3. 시료의 확산 억제
  4. 시료의 산란 억제
(정답률: 83%)
  • 시료의 산화 억제는 TG에서 전기로르 질소와 아르곤으로 환경기류를 만드는 주된 이유입니다. 이는 시료가 산화되어 TG 결과에 영향을 미치는 것을 방지하기 위함입니다.
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80. 액체 크로마토그래피에서 극성이 서로 다른 혼합물을 가장 효과적으로 분리하는 방법으로서 기체크로마토그래피에서 온도프로그래밍을 이용하여 얻은 효과와 유사한 효과가 있는 것은?

  1. 기울기 용리법
  2. 등용매 용리법
  3. 온도 기울기법
  4. 압력 기울기법
(정답률: 82%)
  • 기울기 용리법은 액체 크로마토그래피에서 극성이 서로 다른 혼합물을 분리하는 방법 중 하나입니다. 이 방법은 샘플을 칼럼에 주입한 후, 칼럼 내부에 있는 고정상에 등용매를 흐르게 하면서 칼럼을 기울여서 분리합니다. 이때, 칼럼의 기울기를 조절하면서 등용매의 흐름 속도를 조절하여 분리를 최적화합니다. 이 방법은 기체크로마토그래피에서 온도프로그래밍을 이용하여 얻은 효과와 유사한 효과를 얻을 수 있습니다.
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