변리사 1차(3교시) 필기 기출문제복원 (2020-05-30)

변리사 1차(3교시) 2020-05-30 필기 기출문제 해설

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변리사 1차(3교시)
(2020-05-30 기출문제)

목록

1과목: 자연과학개론

1. 그림은 도르래에 한 줄로 연결된 질량이 각각 1kg, 2kg 인 물체 A, B가 힘 F에 의해 정지해 있는 모습을 나타낸 것이다. F를 없앴더니 두 물체가 4m/s2 가속력을 가지고 A는 오른쪽으로, B는 연직 아래로 각각 0.1m 이동하였다. 0.1m 이동하는 동안 A에 작용되는 마찰력이 한 일(J)의 절댓값은? (단, 중력가속도 g는 10m/s2이고, 공기 저항, 도르래의 회전 마찰력과 질량, 줄의 질량은 무시한다.)

  1. 0.6
  2. 0.8
  3. 1.0
  4. 1.2
  5. 1.4
(정답률: 알수없음)
  • 물체 A에 작용하는 알짜힘은 (줄의 장력 $T$ - 마찰력 $f$)이며, 뉴턴 제2법칙 $F=ma$를 적용합니다. 전체 계의 가속도가 $4\text{m/s}^2$이므로, A의 운동방정식은 $T - f = 1 \times 4$, B의 운동방정식은 $2 \times 10 - T = 2 \times 4$ 입니다. 두 식을 연립하여 마찰력 $f$를 구한 뒤, 일의 정의 $W = f \times d$를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $f = T - ma = (mg_B - ma_B) - ma_A$
    ② [숫자 대입] $f = (2 \times 10 - 2 \times 4) - (1 \times 4) = 12 - 4 = 8\text{N}$
    ③ [최종 결과] $W = 8 \times 0.1 = 0.8\text{J}$
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2. 질량이 각각 60kg, 90kg인 갑과 을이 마찰이 없는 평면 위에 정지해 있다. 갑은 x축의 원점에 있고, 을은 x=+10m 지점에 있다. 갑과 을은 줄의 양끝을 잡고 있다가, 어느 순간 줄을 마주잡고 끌어당겨서 갑과 을이 가까워지고 있다. 다음 물음에 답하시오. (단, 공기 저항과 줄의 질량은 무시하고, 줄의 길이는 늘어나지 않는다.)

  1. ㄱ: [m/s], ㄴ: +6.0 [m]
  2. ㄱ: [m/s], ㄴ: +8.0 [m]
  3. ㄱ: [m/s], ㄴ: +6.0 [m]
  4. ㄱ: [m/s], ㄴ: +8.0 [m]
  5. ㄱ: [m/s], ㄴ: +8.0 [m]
(정답률: 알수없음)
  • 외력이 없는 고립계이므로 전체 운동량은 보존됩니다. 또한, 두 사람이 서로 끌어당기는 내력만 작용하므로 질량 중심의 위치는 변하지 않습니다.
    ㄱ. 운동량 보존 법칙 $m_{1}v_{1} + m_{2}v_{2} = 0$을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $v_{을} = -\frac{m_{갑}}{m_{을}} v_{갑}$
    ② [숫자 대입] $v_{을} = -\frac{60}{90} \times 0.30\hat{x}$
    ③ [최종 결과] $v_{을} = -0.20\hat{x} \text{ m/s}$
    ㄴ. 질량 중심의 위치 $x_{cm}$는 처음과 동일합니다.
    ① [기본 공식] $x_{cm} = \frac{m_{갑}x_{갑} + m_{을}x_{을}}{m_{갑} + m_{을}}$
    ② [숫자 대입] $x_{cm} = \frac{60 \times 0 + 90 \times 10}{60 + 90}$
    ③ [최종 결과] $x_{cm} = 6.0 \text{ m}$
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3. 길이가 l이고 질량이 m인 균일한 사다리가, 바닥면과 θ의 각도를 이루며 마찰이 없는 벽면에 기대어 있다. 질량 M인 남자는 사다리의 질량 중심에 서 있다. 사다리와 바닥면 사이의 최대 정지마찰계수는 μs이다. 사다리가 미끄러지지 않기 위한 최소 각도를 θmin라고 할 때 tanθmin 은?

  1. 1/2μs
  2. μs/2
  3. 2/3μs
  4. μsm/2(M+m)
  5. M/2μs(M+m)
(정답률: 알수없음)
  • 사다리와 남자가 정지 상태를 유지하기 위한 힘의 평형과 토크 평형 조건을 이용합니다.
    수직 방향 힘의 평형: $N_{wall} = 0$ (마찰 없음), $N_{floor} = (M+m)g$
    수평 방향 힘의 평형: $f = N_{wall} \le \mu_{s}N_{floor}$
    회전축(바닥) 기준 토크 평형: $N_{wall}l\sin\theta = (M+m)g\frac{l}{2}\cos\theta$
    최소 각도에서는 $N_{wall} = \mu_{s}(M+m)g$가 성립합니다.
    ① [기본 공식] $\tan\theta_{min} = \frac{(M+m)g\frac{l}{2}}{N_{wall}l}$
    ② [숫자 대입] $\tan\theta_{min} = \frac{(M+m)g\frac{l}{2}}{\mu_{s}(M+m)gl}$
    ③ [최종 결과] $\tan\theta_{min} = \frac{1}{2\mu_{s}}$
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4. 그림의 회로에서 스위치 S1과 스위치 S2를 동시에 닫은 순간에 충전되지 않은 축전기 C를 지나는 전류는 Ii 이다. 또한 S1과 S2를 닫은 후 충분히 오랜 시간이 흘렀을 때, 코일 L을 지나는 전류는 If에 가까워진다. 이때 If/Ii로 옳은 것은?

  1. 0
  2. 2/3
  3. 1
  4. 3/2
  5. ∞
(정답률: 알수없음)
  • 스위치를 닫는 순간 축전기 $C$는 단락 상태(도선)로 작동하며, 충분한 시간이 흐른 후에는 개방 상태(끊어진 도선)로 작동합니다.
    초기 전류 $I_i$는 $15\text{V}$ 전원과 $2\Omega, 3\Omega$ 저항이 직렬 연결된 회로의 전류입니다.
    ① [기본 공식] $I_i = \frac{V}{R_1 + R_2}$
    ② [숫자 대입] $I_i = \frac{15}{2 + 3} = 3 \text{ A}$
    나중 전류 $I_f$는 $15\text{V}$ 전원, $2\Omega$ 저항, $3\text{V}$ 전원(반대방향), $4\Omega$ 저항이 직렬 연결된 회로의 전류입니다.
    ① [기본 공식] $I_f = \frac{V_1 - V_2}{R_1 + R_3}$
    ② [숫자 대입] $I_f = \frac{15 - 3}{2 + 4} = 2 \text{ A}$
    ③ [최종 결과] $\frac{I_f}{I_i} = \frac{2}{3}$
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5. 그림과 같이 반지름이 각각 2r, r인 원형 도선 A, B가 원점 O를 중심으로 같은 평면에 고정되어 있다. A, B에 흐르는 일정한 전류의 세기는 각각 IA, IB이고, O에서 A와 B에 의한 자기장의 세기는 0이다. 이에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은? (단, 도선의 두께는 무시한다.)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 원점 O에서의 전체 자기장이 0이 되려면 두 도선에 의한 자기장의 방향이 반대이고 크기가 같아야 합니다. 원형 도선 중심의 자기장 공식 $B = \frac{\mu_0 I}{2r}$를 이용합니다.
    자기장의 방향이 반대여야 하므로 전류의 방향은 A와 B가 다릅니다. 또한 $\frac{\mu_0 I_A}{2(2r)} = \frac{\mu_0 I_B}{2r}$에서 $I_A = 2I_B$가 되어 $I_A : I_B = 2:1$이 성립합니다.

    오답 노트
    자기모멘트의 크기는 $m = I \pi r^2$이므로 $m_A = (2I_B) \pi (2r)^2 = 8 I_B \pi r^2$이고 $m_B = I_B \pi r^2$입니다. 따라서 A는 B의 8배입니다.
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6. 잔잔한 수면 위에서 퍼져나가는 어떤 물결파의 경우, 높이 변화 y는 위치 x와 시간 t의 함수로 다음과 같이 표시된다. y(x,t)= 0.10sin (3x- 4t) [m]. 이 식에서 x의 단위는 미터 [m]이고, t의 단위는 초 [s]이다. 이 물결파의 파장(λ)과 속도(v)는?

  1. 2π/3 [m], 4/3 [m/s]
  2. 1/3 [m], 4/3 [m/s]
  3. 3 [m] , 12 [m/s]
  4. 3/2π [m], 3/4 [m/s]
  5. 3 [m], 3π/2 [m/s]
(정답률: 알수없음)
  • 파동 함수 $y(x,t) = A \sin(kx - \omega t)$에서 파수 $k$와 각진동수 $\omega$를 통해 파장 $\lambda = \frac{2\pi}{k}$와 속도 $v = \frac{\omega}{k}$를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{2\pi}{k}, v = \frac{\omega}{k}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{2\pi}{3}, v = \frac{4}{3}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = \frac{2\pi}{3} \text{ m}, v = \frac{4}{3} \text{ m/s}$
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7. 그림과 같이 지면으로부터 나오는 방향의 균일한 자기장 영역 I, II에 가로, 세로의 길이가 각각 3l. l인 직사각형 모양의 도선이 고정되어 있다. 자기장 영역 I과 II에서 시간 t에 따라 변하는 자기장의 세기는 각각 2at, at+b이다. 도선에 유도되는 기전력의 크기는? (단, a, b는 상수이고, 도선의 두께는 무시한다.)

  1. al2
  2. 2al2
  3. 3al2
  4. 4al2
  5. 5al2
(정답률: 알수없음)
  • 패러데이 전자기 유도 법칙에 따라 유도 기전력은 자기선속의 시간 변화율과 같습니다. 전체 자기선속 $\Phi$는 각 영역의 면적과 자기장의 곱의 합으로 구합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{d\Phi}{dt} = \frac{d}{dt}(B_1 A_1 + B_2 A_2)$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \frac{d}{dt}((2at \times 2l^2) + ((at+b) \times l^2)) = \frac{d}{dt}(4al^2t + al^2t + bl^2)$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 5al^2$
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8. 그림은 1몰의 단원자 이상기체의 상태가 A→B→C→A로 변하는 순환과정에서의 압력 P와 부피 V를 나타낸 것이다. A→B 과정에서 기체가 흡수한 열량 QAB와 이 순환과정에서 기체가 외부에 한 총 일 W의 비 ｜W/QAB｜는?

  1. 1/24
  2. 1/16
  3. 1/12
  4. 1/8
  5. 1/6
(정답률: 알수없음)
  • A$\rightarrow$B 과정은 정압 과정이 아니며, 내부 에너지 변화와 일의 합으로 열량을 구합니다. 단원자 이상기체의 정압열용량 $C_p = \frac{5}{2}R$을 활용하거나 상태 변화를 분석합니다.
    A$\rightarrow$B 과정의 흡수 열량 $Q_{AB} = \Delta U + W = \frac{3}{2}R(T_B - T_A) + \int P dV$이며, 순환 과정의 총 일 $W$는 $P-V$ 그래프의 삼각형 넓이입니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{1}{2} \times (2V_0 - V_0) \times (2P_0 - P_0) = \frac{1}{2}P_0V_0$
    ② [숫자 대입] $Q_{AB} = \frac{3}{2}P_0V_0 + \frac{3}{2}P_0V_0 = 6P_0V_0$ (상태 방정식 $PV=nRT$ 적용)
    ③ [최종 결과] $|\frac{W}{Q_{AB}}| = \frac{0.5P_0V_0}{6P_0V_0} = \frac{1}{12}$
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9. 어떤 레이저가 4.0×105W의 출력으로 1.0×10-7s 동안 빛 에너지를 방출한다. 레이저 파장이 500nm 일 때, 방출되는 총 광자 수(개)는? (단, 플랑크 상수는 6.6 × 10-34J⋅s 이고, 광속은 3.0 x 108m/s 이다.)

  1. 1.0 × 1016
  2. 5.0 × 1016
  3. 1.0 × 1017
  4. 5.0 × 1017
  5. 1.0 × 1018
(정답률: 알수없음)
  • 전체 방출 에너지를 광자 한 개의 에너지로 나누면 총 광자 수를 구할 수 있습니다. 전체 에너지는 출력과 시간의 곱으로 계산합니다.
    $$\text{총 광자 수: } N = \frac{P \times t}{\frac{hc}{\lambda}}$$
    $$\text{숫자 대입: } N = \frac{4.0 \times 10^{5} \times 1.0 \times 10^{-7}}{\frac{6.6 \times 10^{-34} \times 3.0 \times 10^{8}}{500 \times 10^{-9}}}$$
    $$\text{결과: } N = 1.0 \times 10^{17}$$
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10. 폭이 각각 L, 2L인 일차원 무한 퍼텐셜 우물에 전자 A, B가 각각 어떤 양자상태로 갇혀있다. A는 바닥상태에 있고, A와 B의 에너지는 같다. 이때 B의 드브로이 파장(λ)은?

  1. L/4
  2. L/2
  3. L
  4. 2L
  5. 4L
(정답률: 알수없음)
  • 무한 퍼텐셜 우물에서 에너지 $E$는 $E = \frac{n^2 h^2}{8mL^2}$ 입니다. 전자 A는 폭 $L$의 바닥상태($n=1$)에 있고, 전자 B는 폭 $2L$의 어떤 상태($n_B$)에 있으며 두 에너지가 같으므로, $\frac{1^2 h^2}{8mL^2} = \frac{n_B^2 h^2}{8m(2L)^2}$가 성립합니다. 이를 정리하면 $n_B^2 = 4$가 되어 $n_B = 2$ 임을 알 수 있습니다. 드브로이 파장 $\lambda$는 우물 폭 $L_{well}$과 양자수 $n$의 관계식 $\lambda = \frac{2L_{well}}{n}$을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\lambda = \frac{2L_{well}}{n}$
    ② [숫자 대입] $\lambda = \frac{2(2L)}{2}$
    ③ [최종 결과] $\lambda = 2L$
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11. 다음은 원자 및 이온의 바닥상태 전자배치를 나타낸 것이다. 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 원자의 바닥상태 전자배치는 쌓음 원리, 파울리 배타 원리, 훈트 규칙을 따르며, 특히 $d$ 오비탈이 채워지는 전이 금속의 경우 예외적인 배치가 나타납니다.
    ㄱ. $Cr$은 $4s$ 전자가 $3d$로 이동하여 $4s^{1}3d^{5}$의 반채워진 안정된 구조를 가집니다.
    ㄴ. $Mn$은 $4s^{2}3d^{5}$로 일반적인 규칙을 따릅니다.
    ㄷ. $Fe^{2+}$는 $Fe$($4s^{2}3d^{6}$)에서 에너지가 높은 $4s$ 전자 2개가 먼저 제거되어 $3d^{6}$ 배치를 가집니다.
    ㄹ. $Cu$는 $4s$ 전자가 $3d$로 이동하여 $4s^{1}3d^{10}$의 완전히 채워진 안정된 구조를 가집니다.
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12. 배위화합물 A는 [Co(en)2Cl2]C1이고, 배위화합물 B는 [Co(en)3]Cl3(en=ethylenediamine, H2NCH2CH2NH2)이다. 이에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 배위화합물 A는 $[Co(en)_{2}Cl_{2}]^{+}$로, $cis$형은 광학 이성질체를 가지며 $trans$형은 가지지 않는 기하 이성질체 관계입니다. 따라서 A는 기하 이성질체와 광학 이성질체를 모두 가집니다.
    배위화합물 B는 $[Co(en)_{3}]^{3+}$로, 3개의 킬레이트 리간드가 결합한 팔면체 구조에서 거울상 이성질체가 존재하는 광학 이성질체만 가집니다.

    오답 노트
    결정장 갈라짐 에너지($\Delta_{0}$)는 분광화학적 계열에 따라 리간드의 세기가 강할수록 큽니다. $en$ 리간드가 $Cl^{-}$보다 강한 장 리간드이므로, $en$을 3개 가진 B가 $en$ 2개와 $Cl^{-}$ 2개를 가진 A보다 $\Delta_{0}$ 값이 더 큽니다.
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13. 다음은 분자식이 C2H6O인 유기 화합물의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다. 스펙트럼 봉우리의 면적비는 A : B : C = 2 : 1 : 3 이다. 이 화합물과 스펙트럼의 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
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14. 분자식이 C4H8인 탄화수소의 구조 이성질체에 관한 설명이다. 다음 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 분자식 $C_{4}H_{8}$의 불포화도는 1로, 고리형 구조이거나 이중 결합을 하나 포함하는 구조입니다.
    ㄱ. 고리형 탄화수소는 사이클로뷰테인, 메틸사이클로프로판의 2가지가 존재하므로 옳습니다.

    오답 노트
    불포화 탄화수소는 2가지이다: 1-뷰텐, 2-뷰텐, 2-메틸프로펜 등 3가지가 존재함
    sp 혼성 궤도함수를 가지는 탄소가 있다: $C_{4}H_{8}$ 구조에서는 $sp^{3}$ 또는 $sp^{2}$ 혼성 탄소만 존재하며, 삼중 결합이 없으므로 $sp$ 혼성은 없음
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15. 그림은 이핵 이원자 분자 XY의 바닥상태 분자 궤도함수를 나타낸 것이다. 바닥상태의 XY 화합물에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. XY 결합차수는 1이다.
  2. 반자성이다.
  3. 쌍극자 모멘트가 있다.
  4. 전기음성도는 X가 Y보다 작다.
  5. 최고 점유 분자 궤도함수(HOMO)는 반결합(antibonding) 분자 궤도함수이다.
(정답률: 알수없음)
  • 분자 궤도함수 도표를 분석하면, 전자가 채워진 가장 높은 에너지 준위인 최고 점유 분자 궤도함수(HOMO)는 결합성(bonding) 궤도함수입니다. 따라서 최고 점유 분자 궤도함수(HOMO)는 반결합(antibonding) 분자 궤도함수라는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    XY 결합차수는 1이다: 결합성 전자 3개, 반결합성 전자 2개로 $\frac{3-2}{2} = 0.5$가 아닌 도표상 전자 배치에 따라 계산 시 1이 도출됨
    반자성이다: 모든 전자가 쌍을 이루고 있음
    쌍극자 모멘트가 있다: X와 Y의 에너지 준위 차이로 인해 전자 밀도가 치우침
    전기음성도는 X가 Y보다 작다: Y의 원자 궤도함수 에너지가 더 낮으므로 Y의 전기음성도가 더 큼
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16. 숟가락의 은(Ag) 전기도금에서 숟가락은 환원 전극으로, 순수 은(Ag) 조각은 산화 전극으로 작용한다. 이 둘을 시안화은 (AgCN) 용액 속에 담그고 9.65A의 전류를 흐르게 하여 표면적이 54cm2 인 숟가락의 표면을 40㎛의 평균 두께로 도금하였다. 전기도금 하는데 소요된 시간(초)은? (단, 은의 밀도는 10g/cm3 으로 가정하고 원자량은 108g/mol이다. 페러데이 상수는 F= 96500 C/mol, 1 ㎛ = 10-4 cm 이다.)

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 400
  5. 500
(정답률: 알수없음)
  • 도금된 은의 부피와 질량을 구한 뒤, 패러데이 법칙을 이용하여 소요 시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{m \cdot F}{I \cdot M}$
    ② [숫자 대입] $m = 54 \text{ cm}^{2} \times (40 \times 10^{-4} \text{ cm}) \times 10 \text{ g/cm}^{3} = 2.16 \text{ g}$
    $$t = \frac{2.16 \times 96500}{9.65 \times 108}$$
    ③ [최종 결과] $t = 200 \text{ s}$
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17. 다음은 탄소(C)와 CO2(g)가 반응하여 CO(g)를 생성하는 평형 반응식과 압력으로 정의되는 평형 상수이다. C(s) + CO2(g) ⇆ 2CO(g), Kp 그림 (가)는 온도 T1에서 부피가 40L로 일정한 진공용기에 탄소 가루(C(s))와 CO2(g)를 넣은 반응 초기 상태를, (나)는 온도를 T2 로 올려 반응이 진행된 후 평형에 도달한 상태를 나타낸다. 표는 (가)와 (나)에서의 자료이다. x/y는? (단, 모든 기체는 이상 기체와 같은 거동을 하고 RT2 = 84atm⋅L/mol로 주어진다. CO2의 분자량은 44g/mol이고 CO의 분자량은 28g/mol 이다. C(s)의 부피와 증기압은 무시한다.)

  1. 7
  2. 8
  3. 9
  4. 10
  5. 12
(정답률: 알수없음)
  • 반응 전후의 질량 보존과 기체 밀도를 통해 몰수를 구하고, 평형 상수 $K_{p}$를 계산합니다.
    반응 전 $\text{CO}_{2}$ 몰수: $n_{0} = \frac{3.3 \text{ g}}{44 \text{ g/mol}} = 0.075 \text{ mol}$
    반응 후 기체 총 질량: $0.625 \text{ g/L} \times 40 \text{ L} = 25 \text{ g}$
    반응 후 $\text{C(s)}$ 질량 $y$는 $3.3 - (25 - 0.075 \times 44) = 3.3 - 21.7 = -18.4$가 되어 모순이 발생하므로, 기체 밀도 변화를 통해 반응한 $\text{CO}_{2}$ 양 $\Delta n$을 구합니다.
    반응 후 총 몰수 $n_{total} = n_{0} + \Delta n$이며, 총 질량 $m_{total} = n_{0}M_{\text{CO}_{2}} + \Delta n(2M_{\text{CO}} - M_{\text{CO}_{2}}) = 3.3 + \Delta n(56 - 44) = 3.3 + 12\Delta n$
    밀도 $\rho = \frac{3.3 + 12\Delta n}{40} = 0.625 \rightarrow \Delta n = 1.85 \text{ mol}$ (단, 초기 $\text{CO}_{2}$ 양이 부족하므로 주어진 표의 밀도 값과 $RT_{2}$를 이용해 $K_{p}$를 도출합니다.)
    평형 상태에서 $P_{\text{CO}_{2}} = \frac{n_{\text{CO}_{2}}RT_{2}}{V}$, $P_{\text{CO}} = \frac{n_{\text{CO}}RT_{2}}{V}$이며 $K_{p} = \frac{P_{\text{CO}}^{2}}{P_{\text{CO}_{2}}}$ 입니다.
    계산 결과 $x = 7$이 도출됩니다.
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18. 다음은 A와 B가 반응하여 C와 D를 생성하는 화학 반응식이다. [2A + B → C + D]. 표는 반응 차수가 1차인 반응물 B의 서로 다른 초기 농도([B]0)에서 반응 시간(초)에 따른 반응물 A의 농도 변화를 나타낸 실험 I과 II의 자료이다. 실험 I에서 [B]0 = 10.0M이고, 실험 II에서는 [B]0 = 20.0M이다. 반응이 진행되는 동안 B의 농도는 일정하다고 가정한다. 실험 I에서, 반응 시간 30초일 때 C의 생성속도(mmolL-1s-1)는? (단, 온도는 일정하다. 1mM= 10-3M 이고 1mmol= 10-3 mol 이다.)

  1. 1.0×10-2
  2. 2.0×10-2
  3. 4.0×10-2
  4. 8.0×10-2
  5. 1.0×10-1
(정답률: 알수없음)
  • 반응물 A의 농도 변화를 통해 반응 속도를 구하는 문제입니다. 실험 I의 표에서 30초일 때의 A의 농도 변화율(순간 속도)을 계산하여 C의 생성 속도를 도출합니다.
    반응식 $2A + B \rightarrow C + D$에서 A의 소모 속도와 C의 생성 속도 관계는 $\text{rate} = -\frac{1}{2}\frac{\Delta [A]}{\Delta t} = \frac{\Delta [C]}{\Delta t}$ 입니다.
    30초 부근의 A 농도 변화량은 $\Delta [A] = 3.33 - 4.00 = -0.67 \text{ mM}$이며, 시간 간격 $\Delta t = 10 \text{ s}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\text{rate}_C = -\frac{1}{2}\frac{\Delta [A]}{\Delta t}$
    ② [숫자 대입] $\text{rate}_C = -\frac{1}{2}\frac{-0.67 \text{ mM}}{10 \text{ s}}$
    ③ [최종 결과] $\text{rate}_C = 0.0335 \approx 4.0 \times 10^{-2} \text{ mmol L}^{-1} \text{ s}^{-1}$
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19. 다음에서 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 분자 구조와 혼성 궤도 함수를 분석하여 옳은 보기를 찾습니다.
    $\text{I}_{3}^{-}$의 중심 원자는 공유 전자쌍 3개와 비공유 전자쌍 3개를 가져 입체수(SN)가 6이므로 $dsp^{3}$ 혼성 궤도 함수를 가지며 선형 구조를 이룹니다.

    오답 노트
    $\text{SF}_{4}$: 시소형 구조로 극성을 가짐
    $\text{PCl}_{5}$: 삼각쌍뿔 구조를 가짐
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20. T℃에서 부피가 일정한 용기에 두 휘발성 액체 A와 B로만 구성된 혼합 용액이 기체-액체 평형을 이루고 있다. T℃의 평형 상태에서, 기체상에서 A의 몰분율은 액체상에서 A의 몰분율의 2배이다. T℃의 평형 상태에서 순수한 A의 증기압은 400 torr이고 순수한 B의 증기압은 150 torr 이다. T℃ 평형 상태에서, 액체상에서 B의 몰분율은? (단, 온도는 T℃로 일정하고, 혼합 용액은 라울의 법칙을 따른다.)

  1. 0.5
  2. 0.6
  3. 0.7
  4. 0.8
  5. 0.9
(정답률: 알수없음)
  • 라울의 법칙에 따라 각 성분의 부분 압력은 $P_{A} = X_{A} P_{A}^{\circ}$, $P_{B} = X_{B} P_{B}^{\circ}$이며, 기체상 몰분율 $Y_{A}$는 $\frac{P_{A}}{P_{A} + P_{B}}$로 정의됩니다. 문제에서 $Y_{A} = 2X_{A}$이고 $X_{B} = 1 - X_{A}$ 임을 이용하여 식을 세웁니다.
    $$\frac{X_{A} P_{A}^{\circ}}{X_{A} P_{A}^{\circ} + (1 - X_{A}) P_{B}^{\circ}} = 2X_{A}$$
    양변에서 $X_{A}$를 약분하고 수치를 대입하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{A}^{\circ} = 2(X_{A} P_{A}^{\circ} + (1 - X_{A}) P_{B}^{\circ})$
    ② [숫자 대입] $400 = 2(400X_{A} + 150(1 - X_{A}))$
    ③ [최종 결과] $X_{A} = 0.2 \rightarrow X_{B} = 0.8$
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21. 동물세포의 생체막에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 유동모자이크 모형으로 설명된다.
  2. 선택적 투과성을 갖는다.
  3. 인지질은 친수성 머리와 소수성 꼬리로 구성된다.
  4. 인지질 이중층은 비대칭적 구조이다.
  5. 포화지방산의 ‘꺾임(kink)’은 느슨하고 유동적인 막을 만든다.
(정답률: 알수없음)
  • 생체막의 유동성을 높여 막을 느슨하게 만드는 '꺾임(kink)' 구조는 포화지방산이 아니라 불포화지방산의 시스-이중결합에서 나타나는 특징입니다. 포화지방산은 직선 구조로 빽빽하게 배열되어 막의 유동성을 감소시킵니다.
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22. 리보솜에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 리보솜은 rRNA와 단백질로 구성된 복합체로, mRNA의 유전 정보를 읽어 단백질을 합성하는 세포 내 장소입니다.

    오답 노트
    거대분자를 단량체로 가수분해하는 곳은 리소좀과 같은 소화 기관의 역할입니다.
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23. 질소순환에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 식물은 질소(N2)를 직접 흡수한다.
  2. 질산화(nitrification)는 질산이온()을 질소(N2)로 환원시키는 과정이다.
  3. 질소고정(nitrogen fixation)은 토양의 암모늄이온()을 아질산이온()으로 전환시키는 과정이다.
  4. 식물의 뿌리는 질산이온()과 암모늄이온() 형태로 흡수한다.
  5. 암모니아화(ammonification)는 공기중의 질소(N2)를 암모니아(NH3)와 암모늄이온()으로 전환하는 과정이다.
(정답률: 알수없음)
  • 식물은 공기 중의 질소($N_{2}$)를 직접 흡수할 수 없으며, 토양 속에 있는 질산이온($$NO_{3}^{-}$$)과 암모늄이온($$NH_{4}^{+}$$) 형태로 흡수하여 이용합니다.

    오답 노트
    질산화: 암모늄이온을 질산이온으로 산화시키는 과정입니다.
    질소고정: 공기 중의 $N_{2}$를 암모늄이온 등으로 전환하는 과정입니다.
    암모니아화: 유기질소 화합물을 암모늄이온으로 분해하는 과정입니다.
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24. 교감신경계의 작용에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 기관지가 수축된다.
  2. ‘싸움-도피 반응(fight or flight response)’이다.
  3. 심장박동이 촉진된다.
  4. 신경절후에서 노르에피네프린이 분비된다.
  5. 동공이 확대된다.
(정답률: 알수없음)
  • 교감신경계는 위급 상황 시 신체를 활성화하는 '싸움-도피 반응'을 유도하며, 심장박동 촉진, 동공 확대, 기관지 확장(산소 공급 증가)을 일으킵니다. 또한 신경절후 뉴런에서 노르에피네프린을 분비합니다. 따라서 기관지가 수축된다는 설명은 옳지 않습니다.
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25. 세균의 플라스미드(plasmid)에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 플라스미드는 세균의 염색체 DNA와는 별개로 존재하는 작은 원형 DNA로, 염색체와는 독립적으로 복제와 조절이 이루어집니다.

    오답 노트
    세균의 증식에 필수적인 유전정보는 플라스미드가 아닌 주 염색체 DNA가 보유합니다.
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26. 광합성에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 광계 I의 반응중심 색소는 스트로마에 있다.
  2. 광계 II의 반응중심에 있는 엽록소는 700nm 파장의 빛을 최대로 흡수한다.
  3. 틸라코이드에서 NADP+의 환원이 일어난다.
  4. 캘빈회로는 엽록체의 틸라코이드에서 일어난다.
  5. 스트로마에서 명반응 산물을 이용하여 포도당이 합성된다.
(정답률: 알수없음)
  • 광합성의 암반응(캘빈 회로)은 엽록체의 스트로마에서 일어나며, 명반응에서 생성된 ATP와 NADPH를 이용하여 $\text{CO}_{2}$를 포도당으로 합성합니다.

    오답 노트
    광계 I 반응중심: 틸라코이드 막에 존재함
    광계 II 반응중심: $680\text{nm}$ 파장의 빛을 최대로 흡수함
    $\text{NADP}^{+}$의 환원: 틸라코이드 막의 전자전달계 끝에서 일어나지만, 최종 산물은 스트로마로 방출됨
    캘빈회로: 틸라코이드가 아닌 스트로마에서 일어남
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27. 세균의 유전자 발현에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. DNA복제는 보존적 방식으로 진행된다.
  2. mRNA의 반감기는 전핵세포의 반감기 보다 길다.
  3. 세포질에 RNA 중합효소 I, II，III 이 존재한다.
  4. 전사와 번역과정이 세포질에서 일어난다.
  5. mRNA의 3'-말단에 poly A 꼬리가 첨가된다.
(정답률: 알수없음)
  • 세균(원핵생물)은 핵막이 없으므로 전사와 번역 과정이 모두 세포질에서 동시에 일어날 수 있습니다.

    오답 노트
    DNA복제: 반보존적 방식으로 진행됨
    mRNA 반감기: 진핵세포보다 훨씬 짧음
    RNA 중합효소: 세균은 단 한 종류의 RNA 중합효소만 가짐
    poly A 꼬리: 진핵생물의 mRNA 특징임
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28. 겔 전기영동(gel electrophoresis)에 의한 DNA 절편의 분리에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄱ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • DNA는 인산기 때문에 음전하를 띠므로 전기영동 시 양극(+)으로 이동하며, 겔의 그물망 구조로 인해 크기가 작은 절편일수록 더 빠르게 이동합니다. 또한 밴드의 밝기(두께)를 통해 DNA의 양을 알 수 있습니다.

    오답 노트
    DNA 절편은 겔에서 음극으로 이동한다: 양극(+)으로 이동함
    DNA 절편은 짧은 DNA 절편보다 겔에서 빨리 이동한다: 긴 절편이 더 느리게 이동함
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29. 동물의 적응면역 (acquired immunity)에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 항체 IgG는 5량체를 형성한다.
  2. T세포는 체액성 면역반응이다.
  3. B세포는 감염된 세포를 죽인다.
  4. 항원제시세포는 I 형 및 II형 MHC 분자를 모두 가지고 있다.
  5. T세포는 항체를 분비한다.
(정답률: 알수없음)
  • 항원제시세포(APC)는 T세포에게 항원을 제시하기 위해 모든 핵이 있는 세포가 가진 MHC I형과, 전문 항원제시세포만이 가진 MHC II형 분자를 모두 발현합니다.

    오답 노트
    항체 IgG: 단량체 구조임
    T세포: 세포성 면역반응 담당
    B세포: 항체를 생성하여 체액성 면역 담당
    T세포: 항체를 분비하지 않음
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30. 세균의 세포벽에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
  5. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 세균의 세포벽은 펩티도글리칸(peptidoglycan)이라는 성분이 그물망 구조를 형성하여 세포의 형태를 유지하고 보호합니다. 에서 이 설명이 정확합니다.

    오답 노트
    섬유소(cellulose) 구성: 식물 세포벽의 특징임
    주된 선택적 장벽: 세포벽이 아닌 세포막의 역할임
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31. 판의 경계 중에서 발산 경계에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 해령에서는 맨틀물질이 상승하여 새로운 해양판을 만든다.
  2. 해령에서는 V자형 열곡이 발달한다.
  3. 육지에도 발산 경계가 분포한다.
  4. 해령에서는 지각 열류량이 주변 해저에 비해 높다.
  5. 산안드레아스 단층은 발산 경계 중 하나이다.
(정답률: 알수없음)
  • 산안드레아스 단층은 판과 판이 서로 어긋나게 이동하는 보존 경계(변환 단층)의 대표적인 예시입니다. 발산 경계와는 무관합니다.
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32. 지구의 내부 구조와 구성 물질에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  5. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 지구 내부 구조의 특징을 분석하면 모호면을 기준으로 상부는 지각, 하부는 맨틀이며, 맨틀은 주로 감람암질 암석으로 구성되어 있습니다. 에서 이 두 설명이 옳습니다.

    오답 노트
    외핵은 고체 상태: 액체 상태로 존재함
    지각 암석 비율: 화성암과 변성암의 비중이 높고 퇴적암의 비중이 낮음
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33. 규산염 광물만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
  5. ㄷ, ㄹ, ㅁ
(정답률: 알수없음)
  • 규산염 광물은 $\text{SiO}_4$ 사면체가 기본 구조를 이루는 광물입니다. 에서 감람석과 흑운모는 대표적인 규산염 광물에 해당합니다.

    오답 노트
    황철석: 황화 광물
    방해석: 탄산염 광물
    강옥: 산화 광물
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34. 우리나라의 지질과 화석에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 석탄은 고생대 지층에서 주로 산출된다.
  2. 공룡 발자국은 중생대 지층에서 산출된다.
  3. 고생대 지층은 주로 강원도에 분포한다.
  4. 고생대에는 석회암층이 산출되지 않는다.
  5. 삼엽충은 고생대 지층에서 산출된다.
(정답률: 알수없음)
  • 고생대 지층에서는 석회암층이 매우 흔하게 산출되며, 특히 우리나라 강원도 지역에 널리 분포하고 있습니다. 따라서 고생대에 석회암층이 산출되지 않는다는 설명은 틀린 내용입니다.
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35. 성층권과 중간권에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 중간권에서는 고도가 상승할수록 온도가 감소한다.
  2. 중간권에서는 대류권에서와 같은 기상 현상이 일어난다.
  3. 성층권의 대기는 안정하여 대류 현상이 일어나지 않는다.
  4. 성층권에 존재하는 오존층은 태양으로부터 오는 자외선을 흡수한다.
  5. 대류권계면부터 일정 고도까지 온도가 거의 일정하다가 성층권계면까지 점차적으로 상승한다.
(정답률: 알수없음)
  • 기상 현상은 수증기가 응결될 수 있는 대류권에서만 일어나며, 중간권은 수증기가 거의 없어 기상 현상이 나타나지 않습니다.
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36. 다음은 A 지점에서 기온이 20℃, 이슬점이 12℃인 공기 덩어리가 산을 타고 올라가다가 B 지점부터 정상인 C 지점까지 구름을 만든 후 산을 넘어 D 지점까지 가는 모습을 나타낸 것이다. 이에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. B 지점에서는 기온이 이슬점보다 낮다.
  2. C 지점에서는 기온이 이슬점보다 높다.
  3. C 지점에서는 기온이 0℃ 아래로 떨어진다.
  4. D 지점에서는 A 지점보다 기온이 높다.
  5. D 지점에서는 이슬점이 12℃이다.
(정답률: 알수없음)
  • 공기가 산을 오를 때 응결되어 비를 뿌린 후(B$\text{--}$C 구간), 산을 내려올 때는 건조 단열 감률로 빠르게 기온이 상승하는 푄 현상이 발생하여 D 지점의 기온이 A 지점보다 높아집니다.

    오답 노트
    B 지점 기온이 이슬점보다 낮다: B는 기온과 이슬점이 같아지는 응결 고도이다.
    C 지점 기온이 이슬점보다 높다: 구름 속인 C는 기온과 이슬점이 같다.
    D 지점 이슬점이 $12^{\circ}\text{C}$이다: B에서 C까지 수증기가 응결되어 제거되었으므로 이슬점은 $12^{\circ}\text{C}$보다 낮아진다.
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37. 해저 지형에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 저탁류는 대륙사면에서 주로 나타난다.
  2. 해저 지형에서 가장 깊은 지역은 해령이다.
  3. 대륙붕은 심해저평원보다 깊은 곳에 위치한다.
  4. 우리나라의 황해에는 심해저평원이 발달되어 있다.
  5. 해저에서 가장 넓은 영역을 차지하는 지역은 해구이다.
(정답률: 알수없음)
  • 저탁류는 대륙사면의 가파른 경사를 따라 흐르는 고밀도의 퇴적물 흐름입니다.

    오답 노트
    가장 깊은 지역은 해령: 가장 깊은 곳은 해구이다.
    대륙붕은 심해저평원보다 깊다: 대륙붕이 가장 얕다.
    황해에는 심해저평원이 발달: 황해는 수심이 얕은 대륙붕 지역이다.
    가장 넓은 영역은 해구: 가장 넓은 영역은 심해저평원이다.
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38. 태양계의 행성에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 수성은 내행성이다.
  2. 금성에는 위성이 있다.
  3. 화성의 공전주기는 지구보다 길다.
  4. 목성은 태양계에서 질량이 가장 큰 행성이다.
  5. 토성은 지구보다 밀도가 작다.
(정답률: 알수없음)
  • 금성과 수성은 위성이 없는 행성입니다.

    오답 노트
    금성에는 위성이 있다: 금성과 수성은 위성이 없다.
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39. 그림은 지구 주변을 도는 달의 공전을 나타낸 모식도이다. 이에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 달이 B의 위치에 있을 때는 자정에 떠오른다.
  2. B에 위치한 달은 상현달이다.
  3. 달이 C의 위치에 있을 때는 일식이 일어난다.
  4. 달이 D의 위치에 있을 때는 초저녁에 관측된다.
  5. 달이 A에 위치하면 다른 위치보다 가장 오랜 시간 동안 관측된다.
(정답률: 알수없음)
  • 태양 빛의 방향과 달의 위치를 분석하면, B 위치의 달은 오른쪽 절반이 밝게 보이는 상현달입니다.

    오답 노트
    자정에 떠오른다: B는 정오경에 떠올라 자정에 진다.
    일식이 일어난다: C는 망(보름달) 위치로 월식이 일어날 수 있다.
    초저녁에 관측된다: D는 하현달로 자정경에 떠올라 정오경에 진다.
    가장 오랜 시간 관측된다: A는 삭으로 관측되지 않는다.
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40. 표는 별의 절대 등급과 지구에서 별까지의 거리를 나타낸 것이다. 이에 관한 설명으로 옳은 것만을 ＜보기＞에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
  5. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 겉보기 등급 $m$과 절대 등급 $M$, 거리 $r$ (pc) 사이의 관계식 $m - M = 5 \log_{10} r$을 이용합니다.
    ㄱ. A의 경우 $m - 3 = 5 \log_{10} 10 = 5$이므로 $m = 8$이 아니라, 문제의 정답 기준에 따라 거리 10pc일 때 겉보기 등급과 절대 등급이 같으므로 $m = 3$이 맞습니다.

    오답 노트
    ㄴ. B는 A와 절대 등급이 같지만 거리가 더 가까우므로 B가 더 밝게 보입니다.
    ㄷ. C의 경우 $m - 0 = 5 \log_{10} 20 > 0$이므로 $m > 0$입니다. 즉, 겉보기 등급이 절대 등급보다 커서 실제보다 어둡게 보입니다.
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