9급 지방직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2011-06-13)

9급 지방직 공무원 공업화학
(2011-06-13 기출문제)

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1. 산－염기 이론에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. Arrhenius 이론에서 산은 물에 용해되어 H+를 공급하는 수소 함유 화학종이라 정의하며, 산－염기 화학을 수용액으로만 국한하게 된다.
  2. Brønsted-Lowry 이론에서 산은 전자쌍 받개(acceptor)로, 염기를 전자쌍 주개(donor)로 정의한다.
  3. Brønsted-Lowry 이론에서 모든 산과 염기는 짝을 갖는데, 강한 산일수록 짝염기는 강하고, 약한 산일수록 짝염기는 약하다.
  4. Lewis 산은 수소이온 주개(donor)로, 염기를 수소이온 받개(acceptor)로 정의한다.
(정답률: 91%)
  • Arrhenius 이론에서는 산을 물에 용해되어 H+를 공급하는 수소 함유 화학종으로 정의하고, 이론은 산-염기 화학을 수용액으로만 국한시킨다. 즉, 이론은 물에만 적용되며, 산과 염기의 특성을 물의 이온화에 따라 설명한다.
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2. 제올라이트에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 42%)
  • - 제올라이트는 알루미늄과 규산염으로 이루어진 광물이다. (O)
    - 제올라이트는 물 분자를 포함하고 있어 수분을 흡수하는 성질이 있다. (O)
    - 제올라이트는 산성 또는 염기성 환경에서 안정적이다. (O)
    - 제올라이트는 화학적 안정성이 높아서 산업에서 여러 용도로 사용된다. (X)

    따라서, 정답은 "ㄱ, ㄴ" 입니다. 제올라이트는 물 분자를 포함하고 있어 수분을 흡수하는 성질이 있으며, 산성 또는 염기성 환경에서 안정적입니다.
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3. 표준상태에서 석영으로 만들어진 플라스크(flask)에 헬륨가스를 넣었더니 0.2g으로 가득 채울 수 있었다. 그런데 같은 조건에서 미지의 기체는 같은 크기의 플라스크를 채우는데 3.2g이 필요하였다. 다음 중 미지의 기체로 추정되는 물질은?

  1. N2
  2. CH4
  3. SO2
  4. NH3
(정답률: 85%)
  • 플라스크의 크기는 동일하므로, 가스의 질량은 부피에 비례한다. 따라서 헬륨 가스와 비교하여 미지의 기체가 3.2g이 필요하다는 것은 미지의 기체가 헬륨보다 더 높은 밀도를 가진다는 것을 의미한다. 이 중에서 밀도가 높은 기체는 SO2이다. 따라서 정답은 "SO2"이다.
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4. 다음 여러 가지 인산 중에서 P의 산화수가 다른 것은?

  1. H3PO4
  2. H5P3O10
  3. H6P4O13
  4. H2PHO3
(정답률: 84%)
  • H2PHO3의 산화수는 +3이고, 나머지 세 인산의 산화수는 모두 +5이다. 이는 인산 분자의 구조와 관련이 있다. 인산 분자는 P 중심으로 4개의 산소 원자가 결합한 구조를 가지고 있는데, H2PHO3는 한 개의 산소 원자가 덜 결합하여 산화수가 낮아진 것이다.
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5. 금속의 화학적 반응성의 세기는 금속원자가 전자를 잃고 이온으로 되려는 이온화 경향과 일치한다. 1족과 2족에 속한 원소들의 일차 이온화 경향의 세기(이온화서열)를 순서대로 옳게 배열한 것은?

  1. K＞Ca＞Na＞Mg
  2. K＞Na＞Ca＞Mg
  3. Na＞Mg＞K＞Ca
  4. Na＞K＞Mg＞Ca
(정답률: 46%)
  • 이온화 경향은 원자가 전자를 잃어 이온이 되는 경향을 말한다. 이온화 경향은 주기율표에서 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 증가하고, 같은 주기에서는 위에서 아래로 갈수록 증가한다. 따라서 1족과 2족에 속한 원소들의 일차 이온화 경향의 세기는 K＞Na＞Ca＞Mg 순서대로 증가한다. 이는 K가 가장 왼쪽에 있고, 2족 원소인 Mg가 가장 오른쪽에 있기 때문이다.
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6. 고순도의 식염을 얻기 위하여 해수를 양이온교환 막과 음이온교환막을 교대로 배열하고 전압을 걸어 나트륨 이온과 염소 이온을 선택적으로 포집 농축한 후, 이를 증발시켜 식염을 제조한다. 이와 같은 방법으로 고순도의 식염을 제조하는 방법은?

  1. 전기분해(electrolysis)
  2. 전기투석(electrodialysis)
  3. 전기응집(electroflocculation)
  4. 전기영동(electrophoresis)
(정답률: 70%)
  • 해수를 양이온교환 막과 음이온교환막을 교대로 배열하고 전압을 걸어 나트륨 이온과 염소 이온을 선택적으로 포집 농축한 후, 이를 증발시켜 식염을 제조하는 방법은 전기투석이다. 전기투석은 전기적인 힘을 이용하여 이온을 분리하는 기술로, 양이온과 음이온을 선택적으로 분리하여 고순도의 식염을 얻을 수 있다. 따라서, 전기투석이 고순도의 식염을 제조하는 방법으로 선택된다.
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7. 흑연, 다이아몬드, 탄소나노튜브에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 86%)
  • - 흑연: 탄소 원자들이 평면 구조로 배열되어 있으며, 연필심 등으로 사용되는 물질이다.
    - 다이아몬드: 탄소 원자들이 정육면체 구조로 배열되어 있으며, 가장 단단한 물질 중 하나이다. 보석 등으로 사용된다.
    - 탄소나노튜브: 탄소 원자들이 원통 형태로 배열되어 있으며, 전기 전도성과 강도가 높은 물질이다. 나노기술 등에 활용된다.

    따라서, "ㄱ, ㄴ, ㄹ"이 모두 옳다.
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8. Wacker법으로 알려진 것으로서 PdCl2 촉매와 CuCl2 조촉매를 사용하고 산화제로서 공기나 산소를 사용한 에틸렌(ethylene)의 산화 반응으로부터 제조되는 주요 생성물은?

  1. 에틸렌옥시드(ethylene oxide)
  2. 아세트알데히드(acetaldehyde)
  3. 에틸렌글리콜(ethylene glycol)
  4. 아크롤레인(acrolein)
(정답률: 87%)
  • Wacker법은 에틸렌을 산화하여 아세트알데히드를 생성하는 과정입니다. 따라서 주요 생성물은 아세트알데히드입니다. 다른 보기들은 Wacker법과는 관련이 없습니다.
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9. 비료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 인산비료에는 소성인비, 과린산석회, 용성인비 등이 있다.
  2. 중과린산석회는 P2O5를 40～50% 정도 함유한다.
  3. 복합비료란 N, P2O5, K2O의 세 성분 중에서 2가지 이상을 함유한 비료를 의미한다.
  4. 질산암모늄(NH4NO3)은 질소의 함유량이 높지만 토양을 산성화 시키는 단점이 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 질산암모늄(NH4NO3)은 질소의 함유량이 높지만 토양을 산성화 시키는 단점이 있다. 이유는 질산암모늄은 질산과 암모늄으로 이루어져 있으며, 질산은 산성성분이기 때문에 토양의 pH를 낮추는 역할을 한다. 따라서, 질산암모늄을 사용할 경우 토양의 pH를 조절해야 한다.
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10. 다음 암모니아와 이산화탄소를 반응시켜 요소를 만드는 반응과정에서 반응중간체의 구조를 옳게 나타낸 것은?

  4. NH2―O―CH2―O―NH2
(정답률: 72%)
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11. 다음 중 열역학적으로 가장 안정한 화합물은?

  1. 사이클로부탄(cyclobutane)
  2. 사이클로프로판(cyclopropane)
  3. 사이클로헥산(cyclohexane)
  4. 사이클로펜탄(cyclopentane)
(정답률: 86%)
  • 사이클로헥산은 다른 사이클로알케인 분자들보다 더 안정적인 이유는 분자 내부에서의 각 탄소 원자들의 각도가 109.5도인 특징적인 고리 구조를 가지고 있기 때문입니다. 이는 분자 내부의 전자 수축력과 전자 밀도 분포를 균형적으로 유지시켜 안정성을 높입니다. 따라서 사이클로헥산은 열역학적으로 가장 안정한 화합물입니다.
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12. 다음 화합물의 명명이 옳지 않은 것은?

(정답률: 82%)
  • ""은 올바른 명명법을 따르고 있지 않습니다. 이 화합물은 이성질체(isomer) 중 하나인 2-프로판올(propyl alcohol)입니다. 이성질체는 분자식은 같지만 분자 구조가 다른 화합물을 말합니다. 따라서 이성질체를 명명할 때는 분자 구조를 나타내는 숫자를 붙여 구별해야 합니다. 예를 들어, 2-프로판올은 분자 구조에서 중심 원자인 탄소(C)가 2개의 메틸기(-CH3)와 하나의 하이드록시기(-OH)로 연결되어 있습니다. 이를 나타내기 위해 "2-"라는 숫자를 붙여 2-프로판올이라고 명명합니다. 따라서 ""는 이성질체를 나타내는 숫자가 없으므로 올바른 명명법이 아닙니다.
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13. 다음 반응에서 얻어지는 생성물은?

(정답률: 67%)
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14. 산도(acidity)의 크기를 바르게 배열한 것은?

  1. H-NH2＜H-OH＜H-Br＜H-F
  2. H-NH2＜H-OH＜H-F＜H-Br
  3. H-OH＜H-NH2＜H-Br＜H-F
  4. H-OH＜H-NH2＜H-F＜H-Br
(정답률: 79%)
  • 산도는 수소 이온의 농도에 따라 결정되는데, 수소 이온의 크기는 결합된 원자의 전자 구조에 따라 결정된다. 즉, 결합된 원자의 전자 구조가 더 안정적일수록 수소 이온의 크기는 작아지며, 이에 따라 산도가 감소한다. 따라서, 결합된 원자의 전자 구조가 가장 안정적인 H-F가 가장 산성이고, H-Br이 가장 산성이 작다. 따라서, 올바른 배열은 "H-NH2＜H-OH＜H-F＜H-Br"이다.
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15. 다음 보기의 탄소양이온(carbocation)의 화학적 안정도가 증가하는 순으로 바르게 배열한 것은?

  1. ㄱ＜ㄴ＜ㄷ＜ㄹ
  2. ㄹ＜ㄷ＜ㄴ＜ㄱ
  3. ㄱ＜ㄴ＜ㄹ＜ㄷ
  4. ㄷ＜ㄴ＜ㄱ＜ㄹ
(정답률: 75%)
  • 탄소양이온의 화학적 안정도는 전하 밀도가 높은 위치에 있는 것이 안정하다는 것을 기본으로 합니다. 따라서, 보기에서는 전하 밀도가 높은 위치에 있는 탄소원자의 개수가 적을수록 안정도가 높아집니다.

    ㄱ은 세 개의 메틸기가 결합한 상태로, 전하 밀도가 높은 위치에 세 개의 메틸기가 있어 안정도가 가장 낮습니다.

    ㄴ은 두 개의 메틸기와 하나의 비닐기가 결합한 상태로, 전하 밀도가 높은 위치에 두 개의 메틸기가 있어 ㄱ보다는 안정하지만, ㄷ와는 비교하면 전하 밀도가 높은 위치에 결합한 메틸기의 개수가 적어 안정도가 낮습니다.

    ㄷ는 하나의 메틸기와 두 개의 비닐기가 결합한 상태로, 전하 밀도가 높은 위치에 결합한 메틸기의 개수가 적어 ㄴ보다는 안정하고, ㄹ보다는 전하 밀도가 높은 위치에 결합한 메틸기의 개수가 적어 안정도가 높습니다.

    ㄹ은 세 개의 비닐기가 결합한 상태로, 전하 밀도가 높은 위치에 결합한 메틸기가 없어 가장 안정합니다.

    따라서, 탄소양이온의 화학적 안정도가 증가하는 순으로는 "ㄱ＜ㄴ＜ㄷ＜ㄹ"입니다.
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16. 다음 그림은 4종류의 탄화수소를 구조 및 반응에 따라 분류한 것이다. ㉮－㉯－㉰－㉱의 배열로 옳은 것은?

  1. 사이클로헥산－벤젠－헥산－헥센
  2. 벤젠－사이클로헥산－헥센－헥산
  3. 헥산－헥센－사이클로헥산－벤젠
  4. 헥산－헥센－벤젠－사이클로헥산
(정답률: 60%)
  • 헥산, 헥센, 사이클로헥산은 모두 포화탄화수소, 불포화탄화수소, 고리탄화수소로 구분할 수 있습니다. 이 중에서 벤젠은 고리탄화수소이면서 불포화탄화수소에 해당합니다. 따라서, 이들을 구분하면 "헥산－헥센－벤젠－사이클로헥산"이 됩니다.
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17. 다음 중 Friedel-Crafts acylation에 해당하는 반응은? (주요반응물과 생성물만 표시)

(정답률: 73%)
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18. 벤젠과 프로필렌을 반응시켜 최종적으로 페놀이 합성되고 아세톤이 부생하는 것은?

  1. SOHIO법
  2. Cumene법
  3. Williamson법
  4. Monsanto법
(정답률: 85%)
  • 벤젠과 프로필렌을 반응시켜 최종적으로 페놀이 합성되고 아세톤이 부생하는 과정은 Cumene법이다. 이는 벤젠과 프로필렌이 알킬화되어 cumene을 생성하고, 이후 cumene이 공기산화되어 페놀과 아세톤을 생성하기 때문이다.
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19. 고분자 가공방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 취입성형(blow molding)은 병이나 기타 속이 빈 플라스틱 제품생산에 사용된다.
  2. 캘린더링(calendering)은 롤러를 이용하여 필름과 시트를 가공하고, 광택을 내기 위해 사용하는 방법이다.
  3. 이송성형(transfer molding)은 압축성형(compression molding)의 변형된 가공방법으로, 가열하여 용융(연화)된 재료를 사용한다.
  4. 압출성형(extrusion molding)은 주로 열경화성 플라스틱의 성형에 사용되는 방법이다.
(정답률: 알수없음)
  • 압출성형은 열가소성 플라스틱의 성형에 주로 사용되는 방법이며, 열경화성 플라스틱의 경우 주로 사출성형이나 압력성형 등의 방법이 사용된다. 따라서 "압출성형은 주로 열경화성 플라스틱의 성형에 사용되는 방법이다."가 옳지 않은 설명이다.
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20. A와 B가 서로 다른 모노머(monomer)라고 할 때, 다음 구조를 갖는 공중합체(copolymer)는?

  1. 블록 공중합체(block copolymer)
  2. 그라프트 공중합체(graft copolymer)
  3. 랜덤 공중합체(random copolymer)
  4. 교대 공중합체(alternating copolymer)
(정답률: 알수없음)
  • 이 구조는 A와 B가 서로 다른 모노머로 이루어진 공중합체이지만, A와 B가 교대로 나열되어 있는 것이 아니라 A가 중심이 되어 B가 붙어있는 그라프트 공중합체입니다. A와 B가 교대로 나열되어 있는 경우에는 교대 공중합체, A와 B가 무작위로 나열되어 있는 경우에는 랜덤 공중합체, A와 B가 블록처럼 이어져 있는 경우에는 블록 공중합체라고 합니다.
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