9급 지방직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2018-05-19)

9급 지방직 공무원 공업화학 2018-05-19 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 공업화학
(2018-05-19 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 에너지 도표에 해당하는 반응에 촉매를 가하여 반응 속도가 빨라졌을 때, A～D 중에서 가장 큰 영향을 받는 부분은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 95%)
  • 촉매는 반응의 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 합니다. 에너지 도표에서 B는 반응물이 생성물로 가기 위해 넘어야 할 에너지 장벽인 활성화 에너지에 해당하므로, 촉매 사용 시 가장 큰 영향을 받아 높이가 낮아집니다.
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2. 효소 반응에서 속도 상수와 온도와의 관계를 나타내는 식은?

  1. 이상 기체식
  2. Beer－Lambert 식
  3. Arrhenius 식
  4. van der Waals 식
(정답률: 95%)
  • 화학 반응 및 효소 반응에서 온도에 따른 속도 상수의 변화를 정량적으로 나타내는 식은 Arrhenius 식입니다.

    오답 노트
    이상 기체식: 기체의 압력, 부피, 온도 관계
    Beer-Lambert 식: 빛의 흡수도와 농도 관계
    van der Waals 식: 실제 기체의 상태 방정식
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3. 이온 결합 화합물은?

  1. HCl
  2. NaCl
  3. BF3
  4. NH3
(정답률: 98%)
  • 이온 결합 화합물은 전형적인 금속 원소와 비금속 원소가 정전기적 인력으로 결합한 물질입니다.
    NaCl은 금속인 나트륨(Na)과 비금속인 염소(Cl)가 결합한 대표적인 이온 결합 화합물입니다.

    오답 노트
    HCl, $BF_{3}$, $NH_{3}$: 모두 비금속 원소들 간의 결합으로 이루어진 공유 결합 화합물입니다.
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4. 비료의 3요소가 아닌 것은?

  1. 질소(N)
  2. 인(P)
  3. 마그네슘(Mg)
  4. 칼륨(K)
(정답률: 99%)
  • 식물 성장에 필수적인 비료의 3요소는 질소(N), 인(P), 칼륨(K)입니다.

    오답 노트
    마그네슘(Mg): 3요소가 아닌 미량 원소 또는 부요소에 해당합니다.
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5. 전기 화학 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 90%)
  • 전기 화학 반응의 기본 원리에 대한 설명입니다.
    ㄱ. 반응 속도는 단위 시간당 전하 이동량인 전류에 비례합니다.
    ㄴ. 전극 전위는 전극 내 전자의 에너지 수준(페르미 준위)을 결정합니다.
    ㄷ. 전류(속도)와 전위(에너지)는 서로 독립적인 변수로 조절 가능하지만, 실제 반응에서는 상호 연관되어 있어 동시에 독립적으로 제어하는 것이 매우 어렵습니다.
    ㄹ. 전하 이동 반응은 전극 표면의 전기 이중층 내에서 일어나므로 표면 근처에서만 가능합니다.
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6. 석유의 전화(conversion) 과정에서 리포밍(reforming)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 촉매를 이용하여 리포밍하는 것을 접촉 개질이라 한다.
  2. 나프텐계 탄화수소를 방향족 탄화수소로 변환시키는 기술이다.
  3. 옥탄가를 높이는 석유 전화 기술이다.
  4. 중질유의 분해에 의해 가솔린을 만드는 기술이다.
(정답률: 92%)
  • 리포밍(reforming)은 나프텐계나 파라핀계 탄화수소를 방향족 탄화수소로 변환시켜 가솔린의 옥탄가를 높이는 공정입니다.

    오답 노트
    중질유의 분해에 의해 가솔린을 만드는 기술이다: 이는 리포밍이 아니라 크래킹(cracking)에 대한 설명입니다.
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7. 다음 반응의 주생성물은?

(정답률: 86%)
  • 알켄의 친전기성 첨가 반응으로, 마르코브니코프(Markovnikov) 규칙에 따라 수소($H$)는 수소가 더 많은 탄소에, 브롬($Br$)은 치환기가 더 많은(더 안정적인 탄소 양이온을 형성하는) 탄소에 결합합니다. 반응에서 $Br$이 3차 탄소 위치에 결합한 가 주생성물이 됩니다.
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8. 결정화가 가장 어려운 폴리올레핀(polyolefin) 구조는?

(정답률: 86%)
  • 폴리올레핀의 결정화도는 고분자 사슬의 규칙성과 선형성에 비례합니다. 구조는 메틸기($-CH_{3}$)가 무작위로 배치된 아탁틱(atactic) 구조로, 입체적 불규칙성이 매우 커서 사슬이 조밀하게 패킹되지 못하므로 결정화가 가장 어렵습니다.
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9. 다음 반응이 SN1 반응 또는 E1 반응으로 진행될 때, (가)와 (나)의 주생성물은? (순서대로 (가), (나))

  1. CH3CH2C(CH3)3, H2C＝CH2
  2. CH3CH2C(CH3)3, H2C＝C(CH3)2
  3. CH3CH2OC(CH3)3, H2C＝CH2
  4. CH3CH2OC(CH3)3, H2C＝C(CH3)2
(정답률: 63%)
  • 제시된 반응식은 $(CH_{3})_{3}CBr$ (tert-butyl bromide)과 $CH_{3}CH_{2}OH$ (ethanol)의 반응입니다.
    가) $S_{N}1$ 반응에서는 3차 탄소 양이온이 형성된 후 에탄올이 친핵체로 공격하여 에테르인 $CH_{3}CH_{2}OC(CH_{3})_{3}$가 생성됩니다.
    나) $E1$ 반응에서는 3차 탄소 양이온에서 양성자가 제거되어 가장 치환기가 많은 안정한 알켄인 $H_{2}C=C(CH_{3})_{2}$ (isobutylene)가 주생성물로 생성됩니다.
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10. 에틸렌(ethylene)으로부터 아세트알데하이드(acetaldehyde)를 합성하는 Wacker 공정을 수행하기 위하여 필요한 화합물이 아닌 것은?

  1. 염화 팔라듐(PdCl2)
  2. 염화 납(PbCl2)
  3. 염화 구리(CuCl2)
  4. 염산(HCl)
(정답률: 88%)
  • Wacker 공정은 에틸렌을 아세트알데하이드로 산화시키는 공정으로, 주촉매인 $\text{PdCl}_2$와 이를 재생시키기 위한 조촉매인 $\text{CuCl}_2$, 그리고 반응 매질인 $\text{HCl}$이 필요합니다. 염화 납($\text{PbCl}_2$)은 이 공정에 사용되지 않는 화합물입니다.
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11. 유지(fatty oil)의 최소 단위는?

  1. 아크릴로나이트릴(acrylonitrile)
  2. 뷰틸알데하이드(butylaldehyde)
  3. 클로로프렌(chloroprene)
  4. 트리글리세라이드(triglyceride)
(정답률: 97%)
  • 유지는 글리세롤 1분자와 3분자의 지방산이 결합하여 형성된 트리글리세라이드(triglyceride)를 기본 단위로 하는 지질 성분입니다.
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12. 다음 화학종 중에서 친전자체(electrophile)에 해당하는 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 96%)
  • 친전자체(electrophile)는 전자가 부족하여 전자쌍을 받으려는 성질을 가진 화학종으로, 주로 양전하를 띠거나 부분적인 양전하를 가진 종을 말합니다.

    오답 노트
    $\text{CN}^{-}$: 음전하를 띠는 친핵체
    $\text{CH}_{3}\text{NH}_{2}$: 질소의 비공유 전자쌍을 가진 친핵체
    따라서 양전하를 띤 $\text{NO}_{2}^{+}$와 $(\text{CH}_{3})_{3}\text{S}^{+}$가 친전자체에 해당합니다.
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13. 효모의 반응에 의해 바이오에탄올을 생산할 때 가장 적합한 기질은?

  1. 글루코스(glucose)
  2. 아세트산(acetic acid)
  3. 퍼퓨랄(furfural)
  4. 페놀(phenol)
(정답률: 82%)
  • 효모는 당분을 분해하여 에탄올과 이산화탄소를 생성하는 발효 능력을 가지고 있으며, 그 중 가장 대표적이고 효율적인 기질은 단당류인 글루코스(glucose)입니다.
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14. 단백질의 이차 구조(secondary structure)를 결정하는 데 가장 중요한 결합력은?

  1. 공유 결합(covalent bond)
  2. 수소 결합(hydrogen bond)
  3. 이온 결합(ionic bond)
  4. 분산력(dispersion force)
(정답률: 94%)
  • 단백질의 이차 구조인 $\alpha$-나선(alpha-helix)과 $\beta$-병풍(beta-sheet) 구조는 펩타이드 결합 내의 $C=O$ 기와 $N-H$ 기 사이에서 형성되는 수소 결합(hydrogen bond)에 의해 안정화되고 결정됩니다.
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15. 다음 식의 중합 방법은?

  1. 축합 중합(condensation polymerization)
  2. 부가 중합(addition polymerization)
  3. 이온 중합(ionic polymerization)
  4. 배위 중합(coordination polymerization)
(정답률: 95%)
  • 제시된 반응식 $n H_{2}N-R-C(=O)-OH \rightarrow H[N-R-C(=O)]_{n}OH + (n-1)H_{2}O$ 처럼 단량체가 결합하면서 물($H_{2}O$)과 같은 작은 분자가 빠져나오는 반응은 축합 중합(condensation polymerization)의 전형적인 특징입니다.
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16. 결정성 고분자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 용융 온도 이상에서 고분자는 결정성을 보인다.
  2. HDPE(high density polyethylene)는 결정성 고분자이다.
  3. 일반적으로 결정화도가 증가하면 불투명해진다.
  4. 결정화도는 고분자의 물리적 물성에 영향을 준다.
(정답률: 92%)
  • 결정성 고분자는 분자 사슬이 규칙적으로 배열된 구조를 가집니다. 하지만 용융 온도($$T_m$$) 이상으로 가열하면 규칙적인 결정 구조가 무너져 무질서한 액체 상태(비정질)가 됩니다.

    오답 노트
    HDPE는 분지 구조가 적어 결정성이 높은 대표적인 고분자임
    결정화도가 높을수록 빛의 산란이 많아져 불투명해짐
    결정화도는 강도, 밀도, 투명도 등 물리적 성질에 직접적인 영향을 줌
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17. 전자 재료로 많이 사용되는 희토류(rare earth)는?

  1. 할로젠족(halogen)
  2. 알칼리 토금속(alkaline earth metal)
  3. 란타넘족(lanthanide)
  4. 알칼리 금속(alkaline metal)
(정답률: 86%)
  • 희토류 원소는 원자 번호 57번 란타넘(La)부터 71번 루테튬(Lu)까지의 란타넘족(lanthanide) 원소와 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)을 포함하는 원소군을 의미합니다.
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18. 연료 전지와 전해질의 연결이 옳지 않은 것은?

  1. 알카라인 연료 전지(AFC)－KHCO3
  2. 인산염 연료 전지(PAFC)－H3PO4
  3. 고체 전해질 연료 전지(SOFC)－Y2O3/ZrO2
  4. 용융탄산염 연료 전지(MCFC)－Li2CO3/K2CO3
(정답률: 91%)
  • 알카라인 연료 전지(AFC)는 전해질로 수산화칼륨($KOH$) 또는 수산화나트륨($NaOH$)과 같은 강알칼리 수용액을 사용합니다. $KHCO_{3}$는 적절한 전해질이 아닙니다.
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19. 세탄가(cetane number)가 0인 기준 화합물의 구조는?

(정답률: 89%)
  • 세탄가는 디젤 연료의 착화성을 나타내는 지표입니다. 세
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20. 흡착제, 촉매 및 세제 원료로 널리 사용되는 제올라이트(zeolite)인 ZSM-5에 포함되지 않는 원소는?

  1. 산소(O)
  2. 알루미늄(Al)
  3. 규소(Si)
  4. 황(S)
(정답률: 94%)
  • 제올라이트(ZSM-5)는 규소(Si), 알루미늄(Al), 산소(O)로 구성된 알루미노규산염 광물입니다. 따라서 황(S)은 구성 원소에 포함되지 않습니다.
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