9급 지방직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2009-05-23)

9급 지방직 공무원 공업화학 2009-05-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 공업화학
(2009-05-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 1997년 12월 교토의정서에서 규정한 온실효과 가스에 대한 배출규제 대상 기체가 아닌 것은?

  1. 메탄(CH4)
  2. 아산화질소(N2O)
  3. 육플루오르화황(SF6)
  4. 포스겐(COCl2)
(정답률: 90%)
  • 교토의정서에서 규제하는 온실가스는 이산화탄소($CO_{2}$), 메탄($CH_{4}$), 아산화질소($N_{2}O$), 수소불화탄소($HFCs$), 과불화탄소($PFCs$), 육플루오르화황($SF_{6}$)입니다.

    오답 노트
    포스겐($COCl_{2}$): 온실가스가 아닌 독성 화학무기 원료로 사용되는 물질입니다.
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2. 출발물질로부터 니트로화, 수소화, 포스겐화 공정을 거쳐서 제조되는 화합물은?

  1. MDI (methylenediisocyanate)
  2. PC (polycarbonate)
  3. ADN (adiponitrile)
  4. TDI (toluene diisocyanate)
(정답률: 54%)
  • TDI (toluene diisocyanate)는 톨루엔을 출발물질로 하여 니트로화(Nitration) $\rightarrow$ 수소화(Hydrogenation) $\rightarrow$ 포스겐화(Phosgenation) 공정을 순차적으로 거쳐 제조되는 대표적인 폴리우레탄 원료입니다.
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3. 다음 금속들의 공통적인 특징이 아닌 것은?

  1. 공기 중에서 산소와 쉽게 반응한다.
  2. 물과 반응하여 염기성 수산화물을 생성한다.
  3. 이소프로필 알코올 속에 보관하면 안전하다.
  4. 불꽃 반응에서 독특한 색을 띈다.
(정답률: 73%)
  • 제시된 금속 $\text{Li, Na, Rb, Cs}$는 알칼리 금속으로, 반응성이 매우 커서 공기 중의 산소나 물과 격렬하게 반응하며 불꽃 반응 색이 뚜렷합니다. 하지만 알코올과도 반응하여 수소 기체를 발생시키므로 알코올에 보관하는 것은 안전하지 않으며, 일반적으로 반응성이 없는 석유나 파라핀 오일 속에 보관합니다.
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4. 다음 중 연료전지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 내연기관에 비하여 전환효율이 매우 높다.
  2. 일반적으로 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시킨다.
  3. 일반적으로 산화전극에는 산소가 사용되고 환원전극에는 수소가 사용된다.
  4. 고온형 연료전지에서 사용되는 전해질은 탄산염, 세라믹산화물 등이다.
(정답률: 67%)
  • 연료전지에서 수소는 산화전극(Anode)에서 전자를 잃는 산화 반응이 일어나고, 산소는 환원전극(Cathode)에서 전자를 얻는 환원 반응이 일어납니다.

    오답 노트
    산화전극에는 산소가 사용되고 환원전극에는 수소가 사용된다: 산화전극은 수소, 환원전극은 산소가 사용되어야 함
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5. 옥탄가(octane number) 0과 100의 기준물질로 사용되는 화합물은?

  1. n-Heptane(0), 2,2,4-Trimethylpentane(100)
  2. n-Heptane(0), n-Octane(100)
  3. n-Hexane(0), 2,2,4-Trimethylpentane(100)
  4. n-Octane(0), n-Heptane(100)
(정답률: 78%)
  • 옥탄가는 가솔린의 안티노킹 성질을 나타내는 척도로, 노킹이 심한 n-Heptane을 0으로, 노킹이 거의 없는 2,2,4-Trimethylpentane(Iso-octane)을 100으로 정하여 기준 물질로 사용합니다.
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6. 다음 중 산화-환원 반응으로만 짝지워진 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄹ
(정답률: 88%)
  • 산화-환원 반응은 원소의 산화수 변화가 일어나는 반응입니다. 에서 ㄱ은 $Fe$가 0에서 +2로 산화되고 $Cu$가 +2에서 0으로 환원되며, ㄴ은 $Cl_{2}$의 산화수가 0에서 +1($HClO$)과 -1($HCl$)로 동시에 변하는 불균등화 반응입니다.

    오답 노트
    ㄷ: 수소 첨가 반응으로 산화수 변화가 없는 단순 첨가 반응입니다.
    ㄹ: 산-염기 중화 반응으로 산화수 변화가 없습니다.
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7. 다음 중 비료공업에서 가장 중요하게 포함되는 세 가지 요소는?

  1. N, P, Ca
  2. N, K, Ca
  3. P, Ca, K
  4. N, K, P
(정답률: 86%)
  • 비료의 3대 필수 요소는 식물의 성장에 가장 중요한 질소($\text{N}$), 인($\text{P}$), 칼륨($\text{K}$)입니다.
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8. 탄산나트륨 제조 방법에서 염화나트륨(NaCl)의 포화 수용액에 이산화탄소와 함께 사용하는 반응물질은?

  1. 수산화나트륨
  2. 암모니아
  3. 산화칼슘
  4. 탄산수소나트륨
(정답률: 50%)
  • 탄산나트륨 제조 공정(솔베이법)에서는 염화나트륨 포화 수용액에 암모니아와 이산화탄소를 반응시켜 탄산수소나트륨을 중간 생성물로 얻습니다.
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9. 다음 중 디아조화 반응을 하는 것은?

  1. 방향족 1차 알코올
  2. 지방족 2차 아민
  3. 지방족 2차 알코올
  4. 방향족 1차 아민
(정답률: 65%)
  • 디아조화 반응은 방향족 1차 아민이 저온에서 아질산($\text{HNO}_2$)과 반응하여 디아조늄 염을 형성하는 반응입니다.
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10. 톨루엔의 친전자성 방향족 치환반응(Electrophilic aromatic substitution)에서 반응 생성물을 나타낸 것으로 옳지 않은 것은?

(정답률: 27%)
  • 톨루엔의 메틸기($-CH_{3}$)는 전자를 밀어주는 유도 효과를 통해 오르토(ortho) 및 파라(para) 지향성을 가집니다. 따라서 친전자성 치환반응 시 메타(meta) 위치가 아닌 오르토 또는 파라 위치에 치환기가 도입되어야 합니다. 는 니트로기($-NO_{2}$)가 메타 위치에 결합된 생성물을 나타내고 있으므로 옳지 않습니다.
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11. 2-브로모-2-메틸프로페인(2-Bromo-2-methylpropane)분자를 다음과 같은 조건에서 반응시킬 때 주로 일어날 수 있는 반응은?

  1. SN1 반응
  2. SN2 반응
  3. E1 반응
  4. E2 반응
(정답률: 47%)
  • 제시된 반응물인 2-브로모-2-메틸프로페인은 3차 할로젠화 알킬이며, 강염기인 소듐 에톡사이드($CH_{3}CH_{2}O^{-}Na^{+}$)와 에탄올 용매 조건에서 반응하므로 제거 반응인 E2 반응이 주도적으로 일어납니다.
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12. 에탄올을 산화시키면 아세트알데히드가 되는데 한 번 더 산화시키면 어떤 물질이 되는가?

  1. 아세톤
  2. 아세트산
  3. 프로판올
  4. 에틸렌
(정답률: 73%)
  • 1차 알코올인 에탄올이 산화되면 알데하이드인 아세트알데히드가 되고, 이것이 추가로 산화되면 카복실산인 아세트산이 됩니다.
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13. Buta-1,3-diene이 브롬(Br2)과 부가반응을 할 때 브롬원자가 결합되는 탄소의 위치는?

  1. 2, 4
  2. 2, 3
  3. 1, 4
  4. 1, 3
(정답률: 70%)
  • Buta-1,3-diene과 같은 공액 다이엔이 브롬($Br_{2}$)과 반응할 때, 열역학적으로 더 안정적인 생성물을 형성하는 1,4-부가 반응이 우세하게 일어나 브롬 원자가 1번과 4번 탄소 위치에 결합하게 됩니다.
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14. 케톤(ketone) 화합물이 Grignard 시약(RMgX)과 반응하여 얻어지는 화합물은?

  1. 1차 알코올
  2. 2차 알코올
  3. 3차 알코올
  4. 3가 알코올
(정답률: 56%)
  • 케톤은 탄소 양옆에 두 개의 알킬기가 결합된 구조이며, 여기에 Grignard 시약($RMgX$)이 친핵성 공격을 하여 새로운 탄소-탄소 결합을 형성하므로 최종적으로 탄소에 세 개의 알킬기가 결합된 3차 알코올이 생성됩니다.
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15. 질소질 비료의 종류 중 요소의 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 질소분을 46% 함유하고 있으며 비료효과가 크다.
  2. 흡습성이 큰 단점이 있다.
  3. 물에 녹으면 염기성을 나타낸다.
  4. 암모니아와 이산화탄소를 고온 고압에서 반응시켜 얻는다.
(정답률: 67%)
  • 요소는 중성 비료로, 물에 녹았을 때 산성이나 염기성을 띠지 않고 중성을 나타냅니다.

    오답 노트
    질소분 46% 함유: 맞음
    흡습성 큼: 맞음
    암모니아와 이산화탄소 고온 고압 반응: 맞음
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16. 에틸렌글리콜의 공업적인 생산방법 중의 하나는 에탄올을 원료로 사용하여 제조된다. 제조과정 중에서 일어나지 않는 반응은?

  1. 수화반응
  2. 탈수반응
  3. 부분산화반응
  4. 이성화반응
(정답률: 70%)
  • 에탄올로부터 에틸렌글리콜을 제조하는 공정은 에탄올의 탈수반응(에틸렌 생성) $\rightarrow$에틸렌의 부분산화반응(에틸렌옥사이드 생성) $\rightarrow$ 수화반응(에틸렌글리콜 생성) 순으로 진행됩니다. 따라서 이 과정에서 이성화반응은 일어나지 않습니다.
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17. 미생물의 발효에 의해 A라는 생성물을 생산하고자 배양 실험을 수행하였다. 시간에 따른 생성물의 농도변화가 아래 그림과 같이 얻어졌다. 이 경우 생성물의 생산성(productivity)이 가장 높은 시점은?

  1. ㉠
  2. ㉡
  3. ㉢
  4. ㉣
(정답률: 70%)
  • 생성물의 생산성은 단위 시간당 생성물의 농도 증가량, 즉 농도-시간 그래프의 기울기로 나타납니다. 그래프에서 접선의 기울기가 가장 가파른 지점은 ㉡이므로 생산성이 가장 높습니다.
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18. 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 중합반응을 통하여 얻어지는 섬유는?

  1. 나일론 6,6계 섬유
  2. 폴리에스테르계 섬유
  3. 아크릴계 섬유
  4. 폴리올레핀계 섬유
(정답률: 58%)
  • 테레프탈산과 에틸렌글리콜이 축합 반응을 일으켜 에스테르 결합을 형성하며 만들어지는 고분자 섬유는 폴리에스테르계 섬유입니다.
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19. 중합반응 중에서 단위체들이 결합할 때 물과 같은 간단한 분자들이 떨어져 나가면서 중합체를 형성하는 것은?

  1. 양이온 중합
  2. 음이온 중합
  3. 축합중합
  4. 라디칼 중합
(정답률: 86%)
  • 단위체들이 결합하면서 물($H_2O$)이나 메탄올과 같은 작은 분자가 빠져나오며 고분자를 형성하는 반응을 축합중합이라고 합니다.
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20. 다음 중 RCOONa는 어떤 계면활성제인가?

  1. 비이온성 계면활성제
  2. 음이온성 계면활성제
  3. 양이온성 계면활성제
  4. 양쪽성 계면활성제
(정답률: 50%)
  • $\text{RCOONa}$는 카복실산 나트륨염 형태로, 물에 녹았을 때 $\text{RCOO}^-$ 형태의 음이온성 친수성 머리 부분을 가지므로 음이온성 계면활성제에 해당합니다.
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