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

9급 지방직 공무원 공업화학 2011-06-13 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 공업화학
(2011-06-13 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

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: 82%)
  • Arrhenius 이론은 산을 수용액에서 $H^{+}$를 내놓는 물질로, 염기를 $OH^{-}$를 내놓는 물질로 정의하므로 반응 매질이 반드시 물(수용액)이어야 한다는 한계가 있습니다.

    오답 노트
    전자쌍 받개/주개 정의: Lewis 이론에 해당함
    강산의 짝염기: 강한 산일수록 짝염기는 약함
    Lewis 산/염기: 산은 전자쌍 받개, 염기는 전자쌍 주개임
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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: 39%)
  • 제올라이트는 결정성 알루미노실리케이트로, 규칙적인 기공 구조를 가진 다공성 물질입니다.
    분자 크기에 따라 특정 물질만 통과시키는 분자체(Molecular sieve) 기능을 하며, $Si$와 $Al$의 구성비에 따라 화학적 성질과 기공 크기가 결정됩니다.

    오답 노트
    수산화기와 치환하여 알칼리 촉매로 사용하는 것이 아니라, 양이온 교환 능력을 통해 촉매로 사용됩니다.
    합성 제올라이트는 일반적으로 상온이 아닌 고온·고압의 수열 합성 조건에서 제조됩니다.
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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: 83%)
  • 아보가드로 법칙에 의해 온도와 압력이 같고 부피가 동일한 기체들은 같은 수의 분자를 포함하므로, 질량비는 곧 분자량의 비와 같습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{M_{unknown}}{M_{He}} = \frac{W_{unknown}}{W_{He}}$ 분자량비 = 질량비
    ② [숫자 대입] $\frac{M_{unknown}}{4} = \frac{3.2}{0.2}$
    ③ [최종 결과] $M_{unknown} = 64$
    분자량이 $64$인 기체는 $SO_{2}$ (황 $32$ + 산소 $16 \times 2 = 64$)입니다.
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4. 다음 여러 가지 인산 중에서 P의 산화수가 다른 것은?

  1. H3PO4
  2. H5P3O10
  3. H6P4O13
  4. H2PHO3
(정답률: 86%)
  • 인산 화합물에서 $P$의 산화수를 계산하면 다음과 같습니다.
    인산 $H_{3}PO_{4}$에서 $P$의 산화수는 $+5$입니다.
    피로인산 $H_{5}P_{3}O_{10}$에서 $P$의 산화수는 $+5$입니다.
    트리폴리인산 $H_{6}P_{4}O_{13}$에서 $P$의 산화수는 $+5$입니다.
    아인산 $H_{2}PHO_{3}$에서 $P$의 산화수는 $+3$이므로 산화수가 다릅니다.
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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: 40%)
  • 금속의 이온화 경향은 같은 족에서 원자 번호가 클수록(아래로 갈수록), 같은 주기에서는 왼쪽으로 갈수록 강해집니다. 따라서 1족인 $K$와 $Na$가 2족인 $Ca$와 $Mg$보다 강하며, 각 족 내에서는 $K > Na$, $Ca > Mg$ 순으로 반응성이 큽니다.
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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: 69%)
  • 전기투석(electrodialysis)은 양이온교환막과 음이온교환막을 교대로 배치하고 전압을 가해 특정 이온을 선택적으로 분리 및 농축하는 방법으로, 해수로부터 고순도 식염을 얻는 데 사용됩니다.
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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: 92%)
  • 흑연, 다이아몬드, 탄소나노튜브는 모두 탄소 원자로만 이루어진 동소체입니다.
    흑연과 탄소나노튜브는 자유 전자가 있어 전기 전도성을 가지며, 다이아몬드는 매우 단단한 반면 흑연은 층상 구조로 인해 층끼리 잘 미끄러지는 특성이 있습니다.

    오답 노트
    탄소나노튜브는 녹는점이 매우 높은 물질입니다.
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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: 79%)
  • Wacker 공정은 $PdCl_{2}$ 촉매와 $CuCl_{2}$ 조촉매를 이용하여 에틸렌을 물과 산소로 산화시켜 아세트알데히드를 제조하는 대표적인 공정입니다.
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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: 70%)
  • 질산암모늄($NH_{4}NO_{3}$)은 질소 함유량이 높은 고효율 비료이며, 생리적 산성비료에 해당하지만 토양을 직접적으로 산성화시키는 성질은 약하거나 거의 없습니다. 일반적으로 토양 산성화의 주범은 암모늄태 질소 비료가 질산화 과정을 거칠 때 발생합니다.
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10. 다음 암모니아와 이산화탄소를 반응시켜 요소를 만드는 반응과정에서 반응중간체의 구조를 옳게 나타낸 것은?

  4. NH2―O―CH2―O―NH2
(정답률: 74%)
  • 암모니아($NH_{3}$)와 이산화탄소($CO_{2}$)가 반응하여 요소를 생성할 때, 중간체로 카밤산 암모늄(ammonium carbamate)이 형성됩니다. 는 $CO_{2}$의 탄소에 $NH_{2}$ 그룹과 $O^{-}NH_{4}^{+}$ 그룹이 결합된 중간체 구조를 정확히 나타내고 있습니다.
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11. 다음 중 열역학적으로 가장 안정한 화합물은?

  1. 사이클로부탄(cyclobutane)
  2. 사이클로프로판(cyclopropane)
  3. 사이클로헥산(cyclohexane)
  4. 사이클로펜탄(cyclopentane)
(정답률: 92%)
  • 사이클로알케인 화합물은 고리 내의 결합각이 정사면체 각도($$109.5^{\circ}$$)에 가까울수록 각 긴장(angle strain)이 적어 열역학적으로 안정합니다.
    사이클로헥산은 의자 형태(chair conformation)를 통해 결합각 긴장을 거의 완벽하게 해소할 수 있어 제시된 화합물 중 가장 안정합니다.
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12. 다음 화합물의 명명이 옳지 않은 것은?

(정답률: 80%)
  • IUPAC 명명법에 따라 주사슬의 번호는 작용기(케톤의 카보닐기)의 위치 번호가 가장 작게 되도록 부여해야 합니다.
    의 경우, 카보닐기($$C=O$$)가 포함된 탄소에 가장 낮은 번호를 부여해야 하므로 4-penten-2-one으로 명명하는 것이 옳습니다. 1-penten-4-one은 번호 부여 원칙에 어긋납니다.
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13. 다음 반응에서 얻어지는 생성물은?

(정답률: 64%)
  • 이 반응은 아미노기를 제거하는 과정으로, 먼저 $NaNO_{2}$와 $HCl$을 이용해 아미노기($-NH_{2}$)를 디아조늄 염($-N_{2}^{+}$)으로 변환시킨 후, 환원제인 차아인산($H_{3}PO_{2}$)을 처리하여 디아조기를 수소($-H$)로 치환하는 반응입니다. 결과적으로 $p$-톨루이딘이 톨루엔으로 변환되므로 가 정답입니다.
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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: 77%)
  • 산도는 수소 이온( $H^{+}$)을 얼마나 잘 내놓느냐에 결정되며, 전기음성도가 클수록, 결합 길이가 길수록 산도가 증가하는 경향이 있습니다.
    비금속 원소의 전기음성도와 주기율표상 위치를 고려할 때, 산도는 $$H-NH_{2}$$ < $$H-OH$$ < $$H-F$$ < $H-Br$ 순으로 증가합니다.
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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: 82%)
  • 탄소양이온의 안정도는 양전하를 띤 탄소 주변에 전자 밀도를 제공할 수 있는 알킬기의 수가 많을수록(유도 효과) 증가합니다.
    안정도 순서는 메틸( $CH_{3}^{+}$) < 1차($$CH_{3}CH_{2}^{+}$$) < 2차($$(CH_{3})_{2}CH^{+}$$) < 3차($(CH_{3})_{3}C^{+}$ ) 순으로 높아집니다.
    따라서 ㄱ < ㄴ < ㄷ < ㄹ 순으로 안정도가 증가합니다.
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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: 79%)
  • 탄화수소의 구조와 반응성에 따른 분류 문제입니다.
    1. 고리구조가 아니면서(NO) 첨가반응을 하지 않는(NO) 포화 탄화수소는 헥산입니다.
    2. 고리구조가 아니면서(NO) 첨가반응을 하는(YES) 불포화 탄화수소는 헥센입니다.
    3. 고리구조이면서(YES) 포화탄화수소가 아닌(NO) 방향족 화합물은 벤젠입니다.
    4. 고리구조이면서(YES) 포화탄화수소인(YES) 화합물은 사이클로헥산입니다.
    따라서 ㉮-㉯-㉰-㉱의 순서는 헥산－헥센－벤젠－사이클로헥산입니다.
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17. 다음 중 Friedel-Crafts acylation에 해당하는 반응은? (주요반응물과 생성물만 표시)

(정답률: 60%)
  • Friedel-Crafts acylation은 벤젠 고리에 루이스 산 촉매($AlCl_{3}$) 존재 하에 아실 할라이드($RCOCl$)를 반응시켜 아실기($-COR$)를 도입하는 반응입니다. 는 벤젠과 아세틸 클로라이드($CH_{3}COCl$)가 반응하여 아세토페논을 생성하는 전형적인 아실화 반응입니다.
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18. 벤젠과 프로필렌을 반응시켜 최종적으로 페놀이 합성되고 아세톤이 부생하는 것은?

  1. SOHIO법
  2. Cumene법
  3. Williamson법
  4. Monsanto법
(정답률: 87%)
  • 벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘(Cumene)을 중간체로 생성한 후, 이를 산화시켜 페놀과 아세톤을 동시에 얻는 공정은 Cumene법입니다.
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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: 75%)
  • 압출성형(extrusion molding)은 가열된 실린더 내에서 재료를 밀어내어 일정한 단면 모양을 만드는 방법으로, 주로 열가소성 플라스틱의 파이프, 시트, 필름 등을 생산하는 데 사용됩니다.

    오답 노트
    열경화성 플라스틱은 한 번 경화되면 재가열해도 녹지 않으므로, 연속적인 밀어내기 방식인 압출성형에 적합하지 않습니다.
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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: 89%)
  • 제시된 이미지 를 보면, 주쇄(Main chain)가 모노머 A로 이루어져 있고, 그 가지(Branch) 부분에 모노머 B가 결합된 구조입니다.
    이처럼 한 종류의 고분자 사슬에 다른 종류의 고분자 사슬이 가지 형태로 붙어 있는 구조를 그라프트 공중합체(graft copolymer)라고 합니다.
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