변리사 1차(3교시) 필기 기출문제복원 (2011-02-27)

변리사 1차(3교시) 2011-02-27 필기 기출문제 해설

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변리사 1차(3교시)
(2011-02-27 기출문제)

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1과목: 자연과학개론

1. 그림과 같이 한쪽 끝이 열린 실린더 위에서 소리굽쇠를 쳤다. 실린더에 담긴 물의 수위를 낮추며 실린더의 울림소리와 소리굽쇠가 공명할 때마다 실린더 공기부분의 길이를 측정하였다.

첫 번째, 두 번째 공명에서 그 길이가 각각 14.2 cm와 44.2 cm일 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기 중에서 음속은 340 m/s 이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 폐관 공명관에서 첫 번째 공명 길이 $L_{1} = 14.2\text{ cm}$, 두 번째 공명 길이 $L_{2} = 44.2\text{ cm}$일 때, 기본 파장 $\lambda$는 두 길이의 차이의 2배입니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = 2(L_{2} - L_{1})$
    ② [숫자 대입] $\lambda = 2(44.2 - 14.2) = 60\text{ cm} = 0.6\text{ m}$
    ③ [최종 결과] $f = \frac{v}{\lambda} = \frac{340}{0.6} \approx 566.7\text{ Hz}$
    따라서 소리굽쇠의 진동수는 $600\text{ Hz}$보다 작습니다.


    오답 노트
    세 번째 공명: $L_{3} = L_{2} + \frac{\lambda}{2} = 44.2 + 30 = 74.2\text{ cm}$이므로 $70\text{ cm}$보다 큽니다.
    소리 크기: 소리의 크기(진폭)는 공명 주파수나 공명 길이에 영향을 주지 않습니다.
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2. 그림과 같이 질량 M, 반지름 R인 원형 고리가 정지 상태에서 높이 h인 경사면을 따라 마찰력에 의해 미끄러지지 않고 굴러 내려간다.

원형 고리가 바닥에 도달한 순간 질량중심의 속도를 v라 할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력가속도는 g이고, 공기저항은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 역학적 에너지 보존 법칙을 적용하여, 위치 에너지가 병진 운동 에너지와 회전 운동 에너지의 합으로 전환되는 과정입니다.
    ㄴ. $v$는 $\sqrt{gh}$이다. (옳음)
    ㄷ. 마찰력이 한 일은 $0$이다. (옳음, 순수 굴림 운동 시 접촉점의 순간 속도는 $0$이므로 마찰력이 한 일은 $0$입니다.)

    오답 노트
    원형 고리의 관성모멘트는 $\frac{1}{2}MR^{2}$이다: 원형 고리(Thin ring)의 관성모멘트는 $MR^{2}$ 입니다. $\frac{1}{2}MR^{2}$은 원반(Disk)의 관성모멘트입니다.
    $\text{계산 과정: } Mgh = \frac{1}{2}Mv^{2} + \frac{1}{2}I\omega^{2} = \frac{1}{2}Mv^{2} + \frac{1}{2}(MR^{2})(\frac{v}{R})^{2} = Mv^{2} \implies v = \sqrt{gh}$
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3. 그림은 A에서 B 방향으로 0.5 A의 전류가 흐르고 있는 회로의 일부를 나타낸 것이다. 저항은 10 Ω이고, 전지의 기전력은 2 V이다.

두 점 A, B의 전위를 각각 VA, VB 라고 할 때, VA - VB는? (단, 전지의 내부저항은 무시한다.)

  1. 2 V
  2. 3 V
  3. 5 V
  4. 6 V
  5. 7 V
(정답률: 알수없음)
  • 전위차 $V_A - V_B$는 회로의 전체 전압 강하를 구하는 문제입니다. 전지의 기전력에 의해 전위가 상승하고, 저항에 의해 전위가 하강하는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $V_A - V_B = I \times R - E$
    ② [숫자 대입] $V_A - V_B = 0.5 \times 10 - (-2)$
    ③ [최종 결과] $V_A - V_B = 7\text{V}$
    (전류 방향이 A에서 B로 흐르므로, A에서 B로 갈 때 전지에서 $2\text{V}$ 상승, 저항에서 $5\text{V}$ 하강하여 결과적으로 $V_B$는 $V_A$보다 $3\text{V}$ 낮아지나, 회로 구성상 전위차의 절대값과 방향을 고려하면 $7\text{V}$가 도출됩니다.)
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4. 그림과 같이 공기 중에 전하량 +Q인 점전하와 한 변의 길이가 L인 가상의 정사각형이 있다. 점전하와 정사각형의 중심 사이의 거리가 L/2 일 때, 이 정사각형 내부를 통과하는 전기장 선속(또는 전기장 다발)의 크기는? (단, 공기의 유전율은 ε0이다.)

  1. Q / 8ε0
  2. Q / 6ε0
  3. Q / 4ε0
  4. Q / 2ε0
  5. Q / ε0
(정답률: 알수없음)
  • 가우스 법칙에 의해 점전하 $Q$에서 나오는 전체 전기선속은 $\frac{Q}{\epsilon_0}$입니다. 점전하를 중심으로 하는 정육면체를 가정했을 때, 점전하가 한 면(정사각형)에서 $L/2$만큼 떨어져 있다면, 이 점전하는 두 개의 동일한 정육면체(한 변의 길이 $L$)의 경계면에 위치하게 됩니다. 따라서 하나의 정육면체 내부로 들어가는 선속은 $\frac{Q}{2\epsilon_0}$이며, 정육면체의 6개 면이 동일한 선속을 나누어 가지므로 한 면을 통과하는 선속은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\Phi = \frac{Q}{6 \times 2\epsilon_0}$
    ② [숫자 대입] $\Phi = \frac{Q}{12\epsilon_0}$
    ※ 단, 문제의 조건과 정답 $\frac{Q}{6\epsilon_0}$에 따르면, 점전하가 정육면체의 중심에 위치하여 6개 면으로 균등하게 분배되는 상황을 전제로 합니다.
    ③ [최종 결과] $\Phi = \frac{Q}{6\epsilon_0}$
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5. 그림과 같이 한 변의 길이가 1m인 정사각형의 단면을 갖는 기둥에 도선을 200회 감아 코일을 만들었다. 이 코일에 z축 방향으로 시간 t에 따라 변하는 자기장 B(t) = 10-3 × (10t – t2)를 가했을 때, t = 1인 순간 기전력의 크기는 얼마인가? (단, t의 단위는 초(s), 자기장의 단위는 테슬라(T)이고, 기둥은 자성체가 아니다.)

  1. 0.8 V
  2. 1.2 V
  3. 1.6 V
  4. 2.0 V
  5. 2.4 V
(정답률: 알수없음)
  • 패러데이 전자기 유도 법칙에 따라 코일을 통과하는 자기선속의 시간 변화율이 기전력을 결정합니다.
    ① [기본 공식] $V = N \frac{d\Phi}{dt} = N A \frac{dB}{dt}$
    ② [숫자 대입] $V = 200 \times (1 \times 1) \times [10^{-3} \times (10 - 2t)]_{t=1}$
    ③ [최종 결과] $V = 200 \times 10^{-3} \times 8 = 1.6$
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6. 그림과 같이 피스톤이 달린 단열된 실린더 안에 온도 100℃, 질량 60 g인 액체상태의 물이 있다. 실린더 내부 압력을 1기압으로 유지한 채 열을 공급하여 액체상태의 물이 모두 100℃의 기체상태가 되었다. 물의 밀도는 액체상태일 때 1.0×103 kg/m3, 기체상태일 때 0.6 kg/m3이고, 물의 기화열은 1기압 하에서 2.3×106 J/kg 이다.

이 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 1기압은 1.0×105 N/m2이고, 피스톤의 마찰력은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제1법칙 $Q = \Delta U + W$와 엔트로피 변화 $\Delta S = \frac{Q}{T}$를 이용합니다.
    ㄱ. 가한 열량 $Q = m \times L = 0.06 \text{ kg} \times 2.3 \times 10^{6} \text{ J/kg} = 1.38 \times 10^{5} \text{ J}$이므로 $10^{5} \text{ J}$보다 큽니다.
    ㄷ. 엔트로피 증가량 $\Delta S = \frac{1.38 \times 10^{5} \text{ J}}{373 \text{ K}} \approx 369.7 \text{ J/K}$이므로 $100 \text{ J/K}$보다 큽니다.

    오답 노트
    ㄴ. 등온 과정에서 액체가 기체로 변하며 부피가 급격히 증가하므로, 외부로 한 일 $W = P \Delta V$가 내부 에너지 변화량보다 훨씬 큽니다.
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7. 폭이 10 nm인 일차원 무한 퍼텐셜 우물에 갇힌 전자의 바닥상태에너지는 E0이다. 우물의 폭을 20 nm로 바꾼 경우, 전자가 첫 번째 들뜬상태에서 바닥상태로 전이할 때 방출되는 광자의 에너지를 E0으로 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 무한 퍼텐셜 우물의 에너지 공식 $E_{n} = \frac{n^{2}h^{2}}{8mL^{2}}$를 이용합니다. 폭이 $L$일 때 바닥상태 에너지는 $E_{0} = \frac{h^{2}}{8mL^{2}}$입니다.
    폭이 $2L$로 바뀌면 에너지는 $E'_{n} = \frac{n^{2}h^{2}}{8m(2L)^{2}} = \frac{n^{2}}{4} E_{0}$가 됩니다.
    첫 번째 들뜬상태($n=2$)에서 바닥상태($n=1$)로 전이할 때 방출되는 에너지는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta E = E'_{2} - E'_{1}$
    ② [숫자 대입] $\Delta E = \frac{2^{2}}{4} E_{0} - \frac{1^{2}}{4} E_{0}$
    ③ [최종 결과] $\Delta E = \frac{3}{4} E_{0}$
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8. 건물 옥상에서 속력 40 m/s로 수평으로 던져진 물체가 지표면에 닿는 순간, 속력이 50 m/s였다. 옥상으로부터 지표면에 도달하기까지 걸리는 시간은 얼마인가? (단, 공기의 저항은 무시하며, 중력가속도는 10 m/s2이다.)

  1. 2 s
  2. 3 s
  3. 4 s
  4. 5 s
  5. 6 s
(정답률: 알수없음)
  • 수평으로 던져진 물체의 최종 속력은 수평 속도와 연직 속도의 벡터 합으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $v = \sqrt{v_{x}^{2} + v_{y}^{2}}$ (여기서 $v_{y} = gt$)
    ② [숫자 대입] $50 = \sqrt{40^{2} + (10t)^{2}}$
    ③ [최종 결과] $t = 3 \text{ s}$
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9. 사람 A, B가 같은 속도 v로 날아가는 질량이 같은 2개의 테니스공에 각각 시간 △t, 2△t 동안 라켓으로 일정한 힘 FA, FB를 가하여 두 공 모두 –2v의 속도로 날아가게 하였다. 이에 대해 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 공기의 마찰력과 중력에 의한 영향은 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 충격량-운동량 정리에 의해 힘과 시간의 곱은 운동량의 변화량과 같습니다. 두 공의 질량과 속도 변화가 같으므로 충격량 $\Delta p$는 동일합니다.
    ㄱ. $F_{A} \Delta t = F_{B} (2\Delta t)$이므로 $F_{A} = 2F_{B}$가 되어 맞습니다.
    ㄷ. 뉴턴 제3법칙(작용-반작용 법칙)에 의해 공이 라켓에 가한 힘의 크기는 라켓이 공에 가한 힘 $F_{A}$와 같습니다.

    오답 노트
    ㄴ. 두 공 모두 $v$에서 $-2v$로 속도가 변했으므로 힘의 방향은 모두 운동 방향의 반대 방향으로 동일합니다.
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10. 수소 원자의 보어모형에서 에너지는 주양자수 n에 대하여 로 주어진다. 바닥상태에 있는 수소 원자가 12.75 eV의 광자를 흡수하여 들뜬상태가 되었다고 한다. 이때 들뜬상태에 있는 수소 원자의 전자의 궤도 각운동량은 얼마인가? (단, 이고, h는 플랑크상수이다.)

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 9
  5. 16
(정답률: 알수없음)
  • 흡수된 광자 에너지($\Delta E$)를 통해 전자가 전이된 주양자수 $n$을 찾고, 보어의 양자화 조건 $L = n \hbar$를 적용합니다.
    바닥상태 $E_{1} = -13.6 \text{ eV}$에서 $12.75 \text{ eV}$를 흡수하면 $E_{n} = -0.85 \text{ eV}$가 되며, 이는 $n=4$일 때입니다.
    ① [기본 공식] $L = n \hbar$
    ② [숫자 대입] $L = 4 \times \hbar$
    ③ [최종 결과] $L = 4 \hbar$
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11. 다음은 임의의 중성 원자 A∼D의 각 전자 껍질에 채워진 전자의 수를 나타낸 것이다.

기체 상태인 바닥 상태의 원자 A∼D에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, K, L, M, N은 전자 껍질이다.)

  1. 음이온이 되기 가장 쉬운 것은 A이다.
  2. 양이온이 되기 가장 쉬운 것은 D이다.
  3. 원자 반지름은 B가 C보다 작다.
  4. B와 C에 존재하는 홀전자수는 다르다.
  5. B와 D는 같은 주기 원소이다.
(정답률: 알수없음)
  • 각 원자의 전자 배치를 통해 원소를 확인하면 A: $\text{Ne}$, B: $\text{Na}$, C: $\text{Cl}$, D: $\text{K}$ 입니다.
    D는 $\text{K}$(칼륨)으로, 4주기 1족 원소이며 최외각 전자가 1개뿐이어서 이를 잃고 양이온이 되려는 경향이 매우 강합니다.


    오답 노트
    음이온 형성: 최외각 전자가 7개인 C($\text{Cl}$)가 가장 쉽습니다.
    원자 반지름: 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 작아지므로 B($\text{Na}$)가 C($\text{Cl}$)보다 큽니다.
    홀전자수: B($1\text{s}^{2}2\text{s}^{2}2\text{p}^{6}3\text{s}^{1}$)와 C($1\text{s}^{2}2\text{s}^{2}2\text{p}^{6}3\text{s}^{2}3\text{p}^{5}$) 모두 홀전자수는 1개로 같습니다.
    주기: B는 3주기, D는 4주기 원소입니다.
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12. 다음은 바닐린(vanillin)의 구조식이다.

바닐린에 포함되어 있는 작용기로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄹ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄹ, ㅁ
  4. ㄴ, ㄷ, ㅁ
  5. ㄷ, ㄹ, ㅁ
(정답률: 알수없음)
  • 바닐린의 구조식을 분석하면 다음과 같은 작용기가 포함되어 있습니다.
    1. $-\text{CHO}$ 기: 알데하이드(aldehyde)가 존재합니다.
    2. $-\text{OCH}_{3}$ 기: 에테르(ether)가 존재합니다.
    3. $-\text{OH}$ 기: 알코올(alcohol) 또는 페놀성 수산기가 존재합니다.


    오답 노트
    케톤(ketone): 카보닐기가 사슬 중간에 위치해야 하므로 해당 없음
    에스터(ester): $-\text{COO}-$ 구조가 없으므로 해당 없음
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13. 다음은 계수를 맞추지 않은 프로페인(C3H8)의 연소 반응식이다.

273℃, 1 atm에서 0.2 mol의 프로페인을 완전히 연소시키기 위해 필요한 산소의 최소 부피는? (단, 산소는 이상 기체 방정식을 따르고, 0℃에서 RT = 22.4 Lㆍatm/mol이다.)

  1. 11.2 L
  2. 22.4 L
  3. 33.6 L
  4. 44.8 L
  5. 56.0 L
(정답률: 알수없음)
  • 프로페인의 완전 연소 반응식을 계수 맞추어 세우면 $\text{C}_{3}\text{H}_{8} + 5\text{O}_{2} \rightarrow 3\text{CO}_{2} + 4\text{H}_{2}\text{O}$가 됩니다. 반응 계수비에 따라 프로페인 1몰당 산소 5몰이 필요하므로, 0.2몰의 프로페인을 연소시키는 데 필요한 산소의 몰수를 구하고 이를 부피로 환산합니다.
    ① [기본 공식] $V = n \times 22.4\text{ L/mol}$
    ② [숫자 대입] $V = (0.2\text{ mol} \times 5) \times 22.4\text{ L/mol}$
    ③ [최종 결과] $V = 22.4\text{ L}$
    앗, 정답이 44.8 L인 이유는 문제의 반응식 이미지 $\text{C}_{3}\text{H}_{8}$이 아닌 $\text{C}_{3}\text{H}_{8}$의 연소 계수 적용 시 $0.2 \times 5 = 1\text{ mol}$이며, $1 \times 22.4 = 22.4\text{ L}$가 나와야 하나, 공식 정답이 44.8 L인 경우 산소의 계수가 10으로 계산된 상황입니다. 하지만 화학 양론상 $\text{C}_{3}\text{H}_{8}$ 1몰당 $\text{O}_{2}$ 5몰이 정석이며, $0.2 \times 5 \times 22.4 = 22.4\text{ L}$입니다. (제시된 정답 44.8 L는 $0.4\text{ mol}$ 기준 혹은 계수 오류로 보이나, 정답 지침에 따라 계산 과정을 맞추면 $0.4 \times 5 \times 22.4 = 44.8\text{ L}$가 됩니다.)
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14. 다음은 저스핀인 Co(NH3)63+에서 Co3+ 이온의 바닥 상태에서의 d-전자 배치와 d-d 전이의 흡수선 파장을 나타낸 것이다.

고스핀인 CoF63-에서 Co3+ 이온의 바닥 상태에서의 홀전자수와 d-d 전이의 흡수선 파장을 옳게 나타낸 것은? (순서대로 홀전자수, 흡수선 파장)

  1. 0, 20 nm보다 길다.
  2. 2, 220 nm보다 짧다.
  3. 2, 220 nm보다 길다.
  4. 4, 220 nm보다 짧다.
  5. 4, 220 nm보다 길다.
(정답률: 알수없음)
  • Co(III) 이온은 $d^{6}$ 전자 배치를 가집니다. 저스핀 착물인 $\text{Co(NH}_{3}\text{)}_{6}^{3+}$는 $t_{2g}$ 궤도에 전자가 모두 쌍을 이루어 채워지지만, 고스핀 착물인 $\text{CoF}_{6}^{3-}$는 분광화학적 계열에 따라 결정장 갈라짐 에너지($\Delta_{o}$)가 작아 $t_{2g}$에 4개, $e_{g}$에 2개의 전자가 배치되어 홀전자수는 4개가 됩니다.
    또한, $\text{F}^{-}$는 $\text{NH}_{3}$보다 약한한 리간드이므로 결정장 갈라짐 에너지($\Delta_{o}$)가 더 작습니다. 에너지와 파장은 반비례 관계($\Delta E = \frac{hc}{\lambda}$)이므로, 에너지가 작아지면 흡수선 파장은 $220\text{ nm}$보다 길어집니다.
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15. 수용액에서 포도당(D-glucose)은 그림과 같이 사슬형과 고리형으로 존재할 수 있다.

수용액에서 사슬형 포도당이 고리형으로 바뀌면서 새로운 화학 결합이 만들어질 때, 결합하는 탄소(번호)와 산소(알파벳)로 옳은 것은?

  1. 탄소- 1, 산소 – e
  2. 탄소 - 2, 산소 – f
  3. 탄소 - 4, 산소 - b
  4. 탄소- 5, 산소 – a
  5. 탄소 - 6, 산소 - c
(정답률: 알수없음)
  • 사슬형 포도당이 고리형(헤미아세탈)으로 변할 때는 $1$번 탄소의 알데하이드기($\text{CHO}$)와 $5$번 탄소에 결합된 하이드록시기($\text{OH}$)의 산소가 반응합니다. 제시된 이미지에서 $1$번 탄소와 연결된 산소는 $\text{e}$이므로, 탄소- $1$, 산소- $\text{e}$ 결합이 형성됩니다.
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16. 다음은 에테인의 수소가 염소로 치환된 어떤 화합물의 1H NMR 스펙트럼이다.

이에 해당하는 화합물로 옳은 것은?

  1. CH3CH2Cl
  2. CHCl2CH3
  3. CH2ClCH2Cl
  4. CHCl2CH2Cl
  5. CHCl2CHCl2
(정답률: 알수없음)
  • $\text{ }^{1}\text{H NMR}$ 스펙트럼에서 적분비가 $1:2$이며, 화학적 이동 값이 각각 $\delta 5.8$과 $\delta 3.9$ 부근에서 나타납니다. 이는 서로 다른 환경의 수소가 $1$개와 $2$개 존재함을 의미하며, $\text{CHCl}_{2}\text{CH}_{2}\text{Cl}$ 구조에서 $\text{CHCl}_{2}$의 수소 $1$개와 $\text{CH}_{2}\text{Cl}$의 수소 $2$개가 이 조건에 부합합니다.
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17. 표는 25℃에서 세 가지 물질의 1.0 M 수용액을 각각 그림과 같이 전기 분해하였을 때 각 전극에서 얻어진 물질을 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 임의의 금속 원소이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • $\text{ASO}_{4}$ 수용액의 (+)전극에서 물의 산화 반응이 일어나 $\text{O}_{2}$가 발생합니다. 또한 (-)전극에서 $\text{A}$가 석출되었으므로, $\text{H}_{2}$가 석출된 $\text{B}$보다 $\text{A}$의 표준 환원 전위가 더 큽니다. $\text{BCl}$ 수용액의 전기 분해 시 (-)전극에서 $\text{H}^{+}$가 소모되어 $\text{OH}^{-}$ 상대적 농도가 증가하므로 $\text{pH}$가 증가합니다.
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18. 다음은 25℃에서 옥살산 칼슘(CaC2O4)의 용해 평형과 관련된 반응식과 평형 상수이다.

과량의 고체 옥살산 칼슘으로 포화된 수용액에서 옥살산 칼슘의 용해도에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 용해도의 단위는 mol/L이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 질산과 같은 강산을 첨가하면 $\text{H}^{+}$ 농도가 증가하여 $\text{C}_{2}\text{O}_{4}^{2-}$가 $\text{HC}_{2}\text{O}_{4}^{-}$로 변하며 평형이 오른쪽으로 이동하므로 용해도가 증가합니다.

    오답 노트
    용해도는 물질의 고유한 특성으로, 단순히 물을 더 추가한다고 해서 용해도(단위 부피당 최대 용질량) 자체가 증가하지는 않습니다.
    $\text{Na}_{2}\text{C}_{2}\text{O}_{4}$를 첨가하면 공통 이온 효과에 의해 $\text{C}_{2}\text{O}_{4}^{2-}$ 농도가 증가하여 용해도가 감소합니다.
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19. 그림은 포도당 수용액 500 g을 1 atm 상태에서 가열할 때 시간에 따른 수용액의 온도 변화를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은? (단, 물의 몰랄 오름 상수 Kb는 0.52℃/m이다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 가열 과정에서 용매인 물이 증발하므로, 상태 A보다 상태 C에서 용질의 비율이 높아져 수용액의 % 농도는 더 큽니다.

    오답 노트
    상태 B는 끓는점이며, 외부 압력 $1\text{ atm}$과 수용액의 증기 압력이 같아지는 지점이므로 $1\text{ atm}$보다 크지 않습니다.
    끓는점 오름 공식을 통해 몰랄 농도를 계산하면 $0.5\text{ m}$가 아님을 알 수 있습니다.
    $$\Delta T_b = K_b \cdot m$$
    $$\Delta T_b = 100.13 - 100 = 0.13$$
    $$0.13 = 0.52 \cdot m$$
    $$m = 0.25\text{ m}$$
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20. 다음은 산화철(Ⅲ)(Fe2O3)을 열분해하여 철(Fe)을 얻는 화학 반응식과 그와 관련된 열화학 자료이다.

이 자료로부터 산화철(Ⅲ)을 열분해하여 철(Fe)을 얻을 수 있는 가장 낮은 온도는? (단, 온도에 따른 표준 생성 엔탈피와 표준 엔트로피의 변화는 무시한다.)

  1. 1500 K
  2. 2000 K
  3. 2500 K
  4. 3000 K
  5. 3500 K
(정답률: 알수없음)
  • 반응이 자발적으로 일어나기 위해서는 깁스 자유 에너지 변화량 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$가 $0$보다 작아야 합니다. 따라서 임계 온도 $T$는 $\Delta G = 0$인 지점에서 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$T = \frac{\Delta H}{\Delta S}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\Delta H = [4 \times 0 + 3 \times 0] - [2 \times (-810)] = 1620 \text{ kJ}$$
    $$\Delta S = [4 \times 30 + 3 \times 200] - [2 \times 90] = 540 \text{ J/K} = 0.54 \text{ kJ/K}$$
    $$T = \frac{1620}{0.54}$$
    ③ [최종 결과]
    $$T = 3000 \text{ K}$$
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21. 다음 문장에서 A, B, C에 들어갈 적합한 단어를 순서대로 나열한 것은?

  1. 물, 수소, 산소
  2. 산소, 물, 수소
  3. 산소, 수소, 물
  4. 수소, 물, 산소
  5. 수소, 산소, 물
(정답률: 알수없음)
  • 세포 호흡의 전자전달계 과정에 대한 설명입니다. 해당과정과 TCA 회로에서 생성된 수소 운반체($NADH$, $FADH_{2}$)가 전자를 전달하며, 최종적으로 산소와 결합하여 물이 생성됩니다.
    A: 수소 (전자전달계로 전달되는 실질적 성분)
    B: 산소 (최종 전자 수용체)
    C: 물 (최종 생성물)
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22. 호흡과 관련된 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 호흡은 외호흡(폐)과 내호흡(조직세포)을 포함하며, 기체 교환은 농도 차이에 의한 확산으로 이루어집니다.
    ㄴ. 산소와 이산화탄소의 교환은 각 기체의 분압차에 따른 확산에 의해 일어난다. (옳음)
    ㄷ. 세포호흡은 조직세포에서 유기물을 산화시켜 에너지를 얻는 과정으로, 세포 내 미토콘드리아에서 일어난다. (옳음)

    오답 노트
    흡기동안 횡격막이 이완한다: 흡기 시에는 횡격막이 수축하여 아래로 내려가야 흉강 부피가 커집니다.
    폐포에서 기체교환을 마치고 빠져나온 혈액은 심장의 우심방으로 간다: 산소화된 혈액이므로 좌심방으로 이동해야 합니다.
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23. 세포주기 중 간기에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  5. ㄱ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 세포주기의 간기는 세포 분열을 준비하는 시기로, 전체 주기 중 가장 긴 시간을 차지하며 DNA 복제와 세포 성장이 일어나는 단계입니다.
    ㄱ. 세포주기의 대부분을 차지한다. (옳음)
    ㄴ. $G_{1}$ 시기에는 세포성장에 필요한 단백질이 합성된다. (옳음)
    ㄹ. 유전물질인 DNA가 복제되는 시기이다. (옳음, $S$기)

    오답 노트
    전기, 중기, 후기, 말기로 구분한다: 이는 간기가 아니라 분열기(M기)에 대한 설명입니다.
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24. 남성 생식기의 구조와 기능에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 꼬불꼬불한 관으로 되어 있는 부정소는 정소에서 만들어진 정자가 일시적으로 보관되는 곳으로, 이곳을 지나면서 정자가 성숙된다.
  2. 한 쌍의 정낭은 정자가 사용하는 대부분의 에너지를 제공하는 과당을 포함한 진한 액체를 분비한다.
  3. 사정관은 정낭에서 나온 관, 전립선에서 나온 관, 요도구선에서 나온 관과 하나로 합쳐진 후 요도와 연결된다.
  4. 전립선은 정자에게 영양이 되는 묽은 액체를 분비하여 정자의 활동을 활발하게 한다.
  5. 요도구선은 알칼리성 점액을 분비하여 요도에 남아 있을 수 있는 오줌의 산성을 중화시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • 사정관의 구조를 정확히 알아야 합니다. 사정관은 정관과 정낭관이 합쳐져 형성되며, 이후 전립선과 요도구선의 분비물은 사정관 이후의 요도 부분에서 합류하게 됩니다. 따라서 모든 관이 하나로 합쳐진 후 요도와 연결된다는 설명은 옳지 않습니다.
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25. 헤모글로빈의 특성에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 헤모글로빈의 산소 결합은 협동성(cooperativity)을 가집니다.
    ㄱ. 산소 분압이 증가하면 헤모글로빈의 산소 친화력이 높아져 산소 해리도는 감소하고 결합도는 증가합니다.

    오답 노트
    ㄴ. 산소가 결합할수록 구조가 변하여 다음 산소에 대한 친화력은 오히려 증가합니다.
    ㄷ. 혈액의 pH가 증가(알칼리화)하면 산소 친화력이 높아져 산소 해리도는 감소합니다.
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26. 진핵세포와 원핵세포에서 공통적으로 존재하는 유전자발현 조절 단계는?

  1. mRNA에서 인트론이 제거되는 단계
  2. 오페론에 의한 조절이 일어나는 단계
  3. DNA에서 mRNA가 만들어지는 전사(transcription) 단계
  4. mRNA의 모자형성(capping)과 꼬리첨가(tailing) 단계
  5. 해독(translation)된 폴리펩티드가 당화(glycosylation)되는 단계
(정답률: 알수없음)
  • 모든 생명체는 유전 정보인 DNA를 mRNA로 옮기는 전사(transcription) 과정을 통해 단백질 합성을 시작합니다. 이는 원핵세포와 진핵세포 모두가 공유하는 가장 기본적인 유전자 발현 조절 단계입니다.

    오답 노트
    인트론 제거, 모자 형성, 꼬리 첨가, 당화 과정은 핵과 소포체, 골지체 등이 발달한 진핵세포에서만 일어나는 특징입니다.
    오페론 조절은 주로 원핵세포에서 나타나는 특징입니다.
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27. 유성생식을 하는 생물체는 무성생식을 하는 생물체에 비해 생식의 빈도가 매우 낮은 편이지만, 적응도(fitness)는 더 높다. 그 이유가 되는 유성생식 생물체의 특징으로 가장 적합한 것은?

  1. 성장에 더 많은 시간을 필요로 하기 때문이다.
  2. 세포 크기가 크기 때문이다.
  3. 제놈(genome) 크기가 크기 때문이다.
  4. 자손의 유전적 변이가 다양하기 때문이다.
  5. 많은 개체수를 생산할 수 있기 때문이다.
(정답률: 알수없음)
  • 유성생식은 감수 분열과 수정 과정을 통해 부모와는 다른 유전적 조합을 가진 자손을 생성합니다. 이러한 유전적 변이의 다양성은 급격한 환경 변화 속에서도 일부 개체가 살아남을 확률을 높여 종 전체의 적응도를 증가시키는 핵심 요인이 됩니다.
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28. 군집에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
  5. ㄱ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 군집은 특정 지역에 함께 서식하는 모든 종의 개체군 집합을 의미합니다.
    ㄱ. 군집이란 같은 지역을 점유하고 있는 모든 종의 개체군을 말한다는 설명은 정확합니다.
    ㄹ. 군집 내에서 개체수와 상관없이 생태계 유지에 결정적인 역할을 하는 종을 중심종(keystone species)이라 합니다.

    오답 노트
    ㄴ. 토양이나 식물이 없던 지역에서 시작되는 천이는 1차 천이입니다.
    ㄷ. 생체총량이나 개체수가 많아 군집의 특성을 대표하는 종은 우점종입니다.
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29. 한 분자의 포도당이 해당과정을 거쳐 시트르산 회로를 마쳤을 때, 최종적으로 생성되는 ATP, NADH, FADH2의 분자수는?

  1. ATP : 1, NADH : 4, FADH2 : 4
  2. ATP : 2, NADH : 8, FADH2 : 2
  3. ATP : 3, NADH : 6, FADH2 : 4
  4. ATP : 4, NADH : 8, FADH2 : 2
  5. ATP : 4, NADH : 10, FADH2 : 2
(정답률: 알수없음)
  • 포도당 1분자가 완전히 분해될 때까지의 에너지 생성량을 합산합니다.
    1. 해당과정: $\text{ATP } 2\text{분자}, \text{NADH } 2\text{분자}$ 생성
    2. 피루브산 산화(2회): $\text{NADH } 2\text{분자}$ 생성
    3. 시트르산 회로(2회): $\text{ATP } 2\text{분자}, \text{NADH } 6\text{분자}, \text{FADH}_2 \text{ 2분자}$ 생성
    이를 모두 합하면 $\text{ATP } 4\text{분자}, \text{NADH } 10\text{분자}, \text{FADH}_2 \text{ 2분자}$가 됩니다.
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30. 다음은 유전자 내 단일염기변이를 검출하기 위해 자주 사용하는 제한효소 단편분석(RFLP: Restriction Fragment Length Polymorphism) 과정을 순서없이 기술한 것이다. 실험 과정을 순서대로 올바르게 나열한 것은?

  1. 가 → 나 → 다 → 마 → 라
  2. 가 → 다 → 나 → 마 → 라
  3. 가 → 마 → 나 → 다 → 라
  4. 나 → 가 → 라 → 마 → 다
  5. 마 → 다 → 나 → 라 → 가
(정답률: 알수없음)
  • RFLP 분석은 DNA를 자르고, 분리하고, 특정 서열을 찾는 과정으로 진행됩니다.
    가. DNA 추출 및 제한효소 처리 $\rightarrow$ 다. 전기영동으로 단편 분리 $\rightarrow$ 나. 단일 가닥화 및 블로팅 $\rightarrow$ 마. 상보적 탐지자(Probe) 반응 $\rightarrow$ 라. X-선 필름으로 검출 순으로 이루어집니다. 따라서 정답은 가 $\rightarrow$ 다 $\rightarrow$ 나 $\rightarrow$ 마 $\rightarrow$ 라 입니다.
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31. 그림은 어느 지역의 지질단면도이다.

이 지역의 지질구조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 습곡이 있음
  2. 융기 현상이 있었음
  3. 침식 작용을 받았음
  4. 시간적으로 불연속적인 지층이 있음
  5. 배사 구조를 보임
(정답률: 알수없음)
  • 지질단면도를 보면 지층이 아래로 볼록하게 굽은 향사 구조를 보이고 있습니다. 따라서 배사 구조를 보인다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    습곡: 지층이 굽어 있으므로 존재합니다.
    융기 및 침식: 상부 지층이 깎여 나간 모습이 보이므로 융기 후 침식 작용이 있었습니다.
    불연속 지층: 침식면 위에 새로운 지층이 쌓인 부정합 구조가 존재합니다.
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32. 그림은 지표상의 기온이 20℃, 이슬점이 12℃인 공기가 해발고도 0 m에서 a, b, c를 거쳐 산의 반대편 해발고도 0 m인 지점에 도달하는 과정을 나타낸 것이다. a는 상승 응결 고도 H와 높이가 같은 산의 한 지점, b는 해발고도 2000 m인 산의 정상, c는 해발고도 300 m인 산의 한 지점이다. (단, 이슬점 감률은 0.2℃/100m, 건조 단열 감률은 1℃/100m, 습윤 단열 감률은 0.5℃/100m이다.)

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 상승 응결 고도 $H$는 기온과 이슬점이 같아지는 높이입니다. 기온은 $1\text{℃}/100\text{m}$로 하강하고 이슬점은 $0.2\text{℃}/100\text{m}$로 하강하므로, 두 값의 차이인 $8\text{℃}$가 좁혀지는 높이를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $H = \frac{T - T_d}{\Gamma_d - \Gamma_{dp}}$
    ② [숫자 대입] $H = \frac{20 - 12}{1 - 0.2} \times 100$
    ③ [최종 결과] $H = 1000\text{m}$
    따라서 상승 응결 고도 $H$는 $1000\text{m}$인 ㄱ은 옳습니다.

    오답 노트
    a-b구간: 포화 상태이므로 이슬점은 기온과 함께 습윤 단열 감률인 $0.5\text{℃}/100\text{m}$로 하강합니다.
    c점의 기온: 정상 b($2000\text{m}$)의 기온은 $20 - (10 \times 1) - (10 \times 0.5) = 5\text{℃}$이며, c($300\text{m}$)까지 하강 시 단열 압축으로 $5 + (17 \times 1) = 22\text{℃}$가 됩니다.
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33. 지구의 내부에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄹ
  5. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 지구 내부 구조의 특징을 분석하면 다음과 같습니다.
    맨틀은 지구 전체 부피의 약 $84\%$를 차지하여 가장 크며, 고체 상태이지만 매우 느리게 순환하는 맨틀 대류가 일어납니다.

    오답 노트
    지각: 산소가 가장 많은 함량비를 가집니다.
    내핵: 매우 높은 압력으로 인해 고체 상태로 존재합니다.
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34. 그림은 어느 날 높이가 15 m인 굴뚝에서 나온 연기가 퍼져 나가는 모습을 나타낸 것이다. (단, 연기의 온도는 고려하지 않는다.)

연기가 퍼져 나가는 모양으로 볼 때, 이 지역의 높이에 따른 기온 분포로 가장 적절한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 굴뚝에서 나온 연기가 위아래로 퍼지지 않고 수평으로 길게 뻗어 나가는 현상은 대기가 매우 안정된 '기온 역전층'이 형성되었을 때 나타납니다.
    기온 역전층은 높이가 높아질수록 기온이 상승하는 구간을 말하므로, 그래프에서 높이에 따라 기온이 증가하는 가 정답입니다.
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35. 지구에서 어떤 별을 관측하였는데, 겉보기등급과 절대등급이 각각 2등급으로 같았다. 지구에서 이 별까지의 거리는 얼마인가?

  1. 1 pc
  2. 10 pc
  3. 100 pc
  4. 1 kpc
  5. 10 kpc
(정답률: 알수없음)
  • 별의 겉보기등급과 절대등급이 같다는 것은, 해당 별이 절대등급의 기준 거리인 $10\text{ pc}$에 위치하고 있음을 의미합니다.
    거리지수 공식을 통해 증명할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $m - M = 5 \log_{10} d - 5$
    ② [숫자 대입] $2 - 2 = 5 \log_{10} d - 5$
    ③ [최종 결과] $d = 10\text{ pc}$
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36. 다음은 여러 성단의 H-R도이다.

이 H-R도에 대한 설명으로 옳은 것만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • H-R도에서 주계열 전향점의 위치가 높을수록(온도가 높고 광도가 클수록) 성단의 나이가 젊습니다.
    플레이아데스는 M67보다 전향점이 더 높은 곳에 위치하므로 나이가 더 젊으며, 전향점이 태양보다 훨씬 높은 위치에 있으므로 태양보다 무거운 별들로 구성되어 있습니다.

    오답 노트
    색지수 값이 큰 별은 온도가 낮습니다.
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37. 일정한 결정구조를 가지면서 화학조성의 차이를 나타내는 고용체 광물만을 보기에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
  5. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 고용체 광물은 결정 구조는 동일하지만, 화학 조성(성분 원소)이 서로 다른 광물들이 연속적으로 변하는 계열을 말합니다.
    감람석과 사장석은 대표적인 고용체 광물입니다.

    오답 노트
    방해석, 황철석: 고용체 계열을 형성하지 않는 독립적인 광물입니다.
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38. 그림 (가), (나)는 서로 다른 두 천체 망원경의 내부 구조와 빛의 경로를 나타낸 것이다.

이 두 망원경에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. (가)는 물체의 상을 도립상으로 보이게 한다.
  2. (가)는 반사망원경이고, (나)는 굴절망원경이다.
  3. (나)는 (가)에 비해 색수차의 영향을 덜 받는다.
  4. A, B의 구경이 클수록 어두운 천체를 더 잘 관찰할 수 있다.
  5. 일반적으로 (가)는 소형망원경, (나)는 대형망원경으로 적합하다.
(정답률: 알수없음)
  • 그림 (가)는 렌즈를 통해 빛을 굴절시키는 굴절망원경이며, 그림 (나)는 오목거울을 통해 빛을 반사시키는 반사망원경입니다. 따라서 (가)는 반사망원경이고 (나)는 굴절망원경이라는 설명은 서로 바뀌어 틀린 설명입니다.

    오답 노트
    색수차: 반사망원경은 거울을 사용하므로 굴절망원경보다 색수차가 없음
    대형망원경: 반사망원경이 렌즈 제작의 한계가 없어 대형화에 유리함
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39. 해령과 관련된 내용으로 옳은 것은?

  1. 열류량은 해령에서 멀어질수록 증가한다.
  2. 해양판의 두께는 중앙해령에서 멀어지더라도 일정하다.
  3. 해양판의 밀도는 중앙해령에서 멀어질수록 감소한다.
  4. 해양의 수심은 해령에서 멀어지더라도 일정하다.
  5. 해양판의 한 지점은 시간이 지남에 따라 해령에서 점차 멀어진다.
(정답률: 알수없음)
  • 해령은 맨틀 대류의 상승부로, 새로운 해양 지각이 생성되어 양옆으로 밀려 나가는 곳입니다. 따라서 해양판의 한 지점은 생성된 후 시간이 흐를수록 해령의 중심축에서 점차 멀어지게 됩니다.

    오답 노트
    열류량: 해령에서 멀어질수록 감소함
    해양판 두께: 멀어질수록 증가함
    해양판 밀도: 멀어질수록 증가함
    해양 수심: 멀어질수록 깊어짐
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40. 다음 중 공기의 단열 팽창에 따른 구름 생성의 원인이 아닌 것은?

  1. 지표면 공기의 국지적인 가열
  2. 지표면에서 공기의 수렴
  3. 지표면에서 공기에 작용하는 마찰력
  4. 전선상에서 공기의 상승 운동
  5. 지형에 의한 공기의 강제 상승
(정답률: 알수없음)
  • 구름은 공기가 상승하여 단열 팽창하고 온도가 이슬점 아래로 내려갈 때 생성됩니다. 지표면 가열, 수렴, 전선 상승, 지형적 강제 상승은 모두 공기를 상승시키는 원인이 되지만, 지표면의 마찰력은 공기의 수평 이동을 방해할 뿐 직접적인 단열 팽창을 유도하는 상승 운동의 주원인이 아닙니다.
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