9급 지방직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2021-06-05)

9급 지방직 공무원 공업화학 2021-06-05 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 공업화학
(2021-06-05 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 수용액에서 산의 세기가 가장 큰 것은?

  1. HBr
  2. CH3OH
  3. (CH3)3CH
  4. (CH3)2NH
(정답률: 92%)
  • HBr은 강산에 속하는 할로젠화 수소산으로, 수용액에서 거의 완전히 이온화되어 $H^{+}$이온을 많이 내놓기 때문에 제시된 보기 중 산의 세기가 가장 큽니다.
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2. 양쪽성 계면활성제는?

  1. 폴리알킬페놀
  2. 라우린산나트륨
  3. 아미노산형 계면활성제
  4. 폴리에틸렌글리콜형 계면활성제
(정답률: 60%)
  • 양쪽성 계면활성제는 분자 내에 양이온성과 음이온성 그룹을 모두 가지고 있어 pH에 따라 전하가 변하는 물질입니다. 아미노산형 계면활성제는 아미노기($-NH_{2}$)와 카복실기($-COOH$)를 모두 포함하고 있어 대표적인 양쪽성 계면활성제에 해당합니다.
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3. 수용액에서 HPO42- 이온의 짝염기는?

  1. H3PO4
  2. H3PO4-
  3. H3O+
  4. PO43-
(정답률: 74%)
  • 짝염기는 산이 수소 이온($H^+$)을 내놓고 남은 형태를 말합니다. $HPO_{4}^{2-}$이온에서 $H^+$ 하나가 제거되면 전하가 하나 더 낮아지므로 $PO_{4}^{3-}$가 됩니다.
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4. Friedel－Crafts 알킬화 촉매로 가장 적절하지 않은 것은?

  1. AlCl3
  2. BF3
  3. KOH
  4. ZrCl4
(정답률: 72%)
  • Friedel-Crafts 알킬화 반응은 루이스 산(Lewis acid)을 촉매로 사용하여 방향족 고리에 알킬기를 도입하는 반응입니다. KOH는 강염기성 물질로, 루이스 산 촉매 역할을 할 수 없으므로 적절하지 않습니다.
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5. 친전자성 방향족 치환 반응(electrophilic aromatic substitution) 조건에서 메타(meta) 치환 된 화합물을 주 생성물로 제공하는 반응물은?

(정답률: 81%)
  • 친전자성 방향족 치환 반응에서 니트로기($$-NO_{2}$$)와 같은 전자 끄는기(EWG)는 벤젠 고리의 전자 밀도를 낮추어 메타(meta) 위치로 유도하는 meta director 역할을 합니다. 따라서 가 주 생성물로 메타 치환 화합물을 제공합니다.

    오답 노트
    - 나머지 보기들: 전자 주는기(EDG)가 결합되어 있어 ortho, para director로 작용함
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6. 불포화도(degree of unsaturation)가 다른 것은?

  1. cyclohexene
  2. 1, 3－pentadiene
  3. C8H12
(정답률: 71%)
  • 불포화도는 분자 내의 고리 수와 이중 결합 수의 합으로 계산합니다.
    - cyclohexene: 고리 1 + 이중결합 1 = 2
    - 1, 3-pentadiene: 이중결합 2 = 2
    - : 이중결합 2 = 2
    - $C_{8}H_{12}$: 불포화도 계산 시 $\frac{(2 \times 8 + 2) - 12}{2} = 3$이므로 값이 3으로 가장 다릅니다.
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7. 에틸벤젠(ethylbenzene)의 탈수소 반응으로 생성되는 주 생성물은?

  1. 자일렌(xylene)
  2. 스타이렌(styrene)
  3. 폴리에스터(polyester)
  4. 프탈산(phthalic acid)
(정답률: 78%)
  • 에틸벤젠의 벤젠 고리 옆 에틸기에서 수소 2개가 제거되는 탈수소 반응이 일어나면, 탄소 간 이중 결합이 형성되어 비닐기가 생성됩니다. 이 구조의 화합물이 바로 스타이렌(styrene)입니다.
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8. 카이랄성 중심 2번 탄소(C2)와 3번 탄소(C3)의 R/S배열을 바르게 연결한 것은?

  1. C2: R, C3: R
  2. C2: R, C3: S
  3. C2: S, C3: R
  4. C2: S, C3: S
(정답률: 50%)
  • Cahn-Ingold-Prelog(CIP) 우선순위 규칙에 따라 카이랄 중심의 배열을 결정합니다.
    C2의 경우 우선순위가 $\text{OH} > \text{C3} > \text{COOH} > \text{H}$ 순이며, 가장 낮은 순위인 $\text{H}$가 앞으로 나와 있으므로 시계 반대 방향(S)입니다. C3의 경우 우선순위가 $\text{OH} > \text{C2} > \text{COOH} > \text{H}$ 순이며, $\text{H}$가 앞으로 나와 있어 시계 반대 방향(S)으로 결정됩니다.
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9. 분자식이 다른 것은?

  1. 옥테인(n－octane)
  2. 3－이소프로필헥세인(3－isopropylhexane)
  3. 3, 4－다이메틸헥세인(3, 4－dimethylhexane)
  4. 3－메틸－3－에틸펜테인(3－methyl－3－ethylpentane)
(정답률: 66%)
  • 제시된 화합물들의 분자식을 분석하여 탄소 수를 확인합니다.
    옥테인, 3, 4-다이메틸헥세인, 3-메틸-3-에틸펜테인은 모두 탄소 8개인 $C_{8}H_{18}$ 구조를 가집니다. 반면 3-이소프로필헥세인은 헥세인(6개)에 이소프로필기(3개)가 붙어 총 탄소 수가 9개($C_{9}H_{20}$)이므로 분자식이 다릅니다.
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10. 옥탄가에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. α－메틸나프탈렌을 0으로 한다.
  2. 2, 2, 4－트라이메틸헵테인(2, 2, 4－trimethylheptane)을 100으로 한다.
  3. 나프텐계 탄화수소는 같은 탄소수의 파라핀계보다 옥탄가가 낮다.
  4. 가지가 많은 탄화수소는 같은 탄소수의 곧은 사슬 탄화수소보다 옥탄가가 높다.
(정답률: 69%)
  • 옥탄가는 가솔린의 안티노킹 성질을 나타내는 척도로, 탄소 사슬에 가지가 많을수록 노킹 현상이 적어 옥탄가가 높아집니다.

    오답 노트
    $\alpha$-메틸나프탈렌을 0으로 한다: n-헵테인을 0으로 함
    2, 2, 4-트라이메틸헵테인을 100으로 한다: 이소옥테인(2, 2, 4-트라이메틸펜테인)을 100으로 함
    나프텐계 탄화수소는 같은 탄소수의 파라핀계보다 옥탄가가 낮다: 일반적으로 나프텐계가 더 높음
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11. 단백질 기반 효소에 대한 일반적인 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 기질에 대해 특이성이 있다.
  2. 최적의 활성을 갖는 수용액의 온도와 pH가 존재한다.
  3. 보통의 효소는 변성(denaturation)되더라도 활성이 쉽게 복구된다.
  4. 생화학 반응의 활성화 에너지를 낮춰서 반응의 속도를 증가시킨다.
(정답률: 80%)
  • 효소는 단백질로 구성되어 있어 열이나 pH 변화에 의해 입체 구조가 변하는 변성(denaturation)이 일어나면, 그 기능을 상실하며 일반적으로 원래의 활성 상태로 쉽게 복구되지 않습니다.
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12. 다음 중 질소비료는?

  1. 요소(urea)
  2. 폴리할라이트(polyhalite)
  3. 니트로인산염(nitrophosphate)
  4. 중과린산석회(triple superphosphate)
(정답률: 85%)
  • 요소(urea)는 $CO(NH_{2})_{2}$의 화학식을 가지며, 질소 성분을 다량 함유하고 있어 대표적인 질소비료로 사용됩니다.
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13. 사탕수수나 사탕무로부터 주로 추출되는 당은?

  1. 락토오스(lactose)
  2. 수크로오스(sucrose)
  3. 글루코오스(glucose)
  4. D－프룩토오스(D－fructose)
(정답률: 58%)
  • 수크로오스(sucrose)는 설탕의 화학명으로, 주로 사탕수수나 사탕무에서 추출되는 이당류입니다.
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14. 고분자의 분자량에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, nx은 분자량이 Mx인 분자 개수, wx는 분자량이 Mx인 분자의 무게, 은 수평균 분자량, 은 무게평균 분자량이다)

  1. 은 삼투압 측정법으로 결정할 수 있다.
  2. 이 증가할수록 분자량 분포는 넓어진다.
(정답률: 58%)
  • 무게평균 분자량 $\overline{M}_{w}$의 정의는 각 분자량에 무게 분율을 곱하여 합산한 값입니다. 제시된 수식 $\overline{M}_{w} = \frac{n_{1}M_{1} + n_{2}M_{2} + \dots + n_{x}M_{x} + \dots}{w_{1} + w_{2} + \dots + w_{x} + \dots}$은 분자 개수($n$)를 분자에 사용하였으므로 수평균 분자량 $\overline{M}_{n}$의 정의와 혼동된 잘못된 식입니다.

    오답 노트
    $\overline{M}_{n}$은 삼투압 측정법으로 결정할 수 있다: 옳은 설명
    $\frac{\overline{M}_{w}}{\overline{M}_{n}}$이 증가할수록 분자량 분포는 넓어진다: 옳은 설명
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15. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 대한 일반적인 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. LDPE는 HDPE보다 가지가 많다.
  2. LDPE는 HDPE보다 투명성이 낮다.
  3. LDPE는 HDPE보다 결정화도가 낮다.
  4. LDPE는 HDPE보다 기계적 강도가 낮다.
(정답률: 66%)
  • LDPE는 HDPE보다 가지(branch)가 많아 분자 간 패킹이 느슨하므로 결정화도가 낮습니다. 결정화도가 낮을수록 빛의 산란이 적어 투명성이 더 높기 때문에, LDPE는 HDPE보다 투명성이 낮다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    LDPE는 HDPE보다 가지가 많다: 옳은 설명
    LDPE는 HDPE보다 결정화도가 낮다: 옳은 설명
    LDPE는 HDPE보다 기계적 강도가 낮다: 옳은 설명
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16. 전이금속 화합물 [Co(NH3)4Cl2]+의 이성질체의 수는?

  1. 1개
  2. 2개
  3. 3개
  4. 4개
(정답률: 63%)
  • 착이온 $[\text{Co}(\text{NH}_{3})_{4}\text{Cl}_{2}]^{+}$는 $\text{MA}_{4}\text{B}_{2}$ 형태의 팔면체 구조를 가집니다. 이 경우 리간드의 배치에 따라 두 가지 기하 이성질체가 존재합니다.
    1. 두 개의 $\text{Cl}$ 리간드가 서로 마주 보는 cis-형
    2. 두 개의 $\text{Cl}$ 리간드가 서로 반대편에 위치하는 trans-형
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17. 다음 전지 반응의 산화 전극(anode)에서 일어나는 반응으로 옳은 것은?

  1. Cu2+(aq)＋2e- (→) Cu(s)
  2. Cu+(aq)＋e- (→) Cu(s)
  3. Zn(s) (→) Zn2+(aq)+2e-
  4. Zn(s) (→) Zn+(aq)+e-
(정답률: 82%)
  • 전체 반응식 $\text{Zn(s)} + \text{Cu}^{2+}(\text{aq}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{aq}) + \text{Cu(s)}$에서 산화 전극(anode)은 전자를 잃고 산화되는 반응이 일어나는 곳입니다. 아연($\text{Zn}$)이 전자를 잃고 아연 이온($\text{Zn}^{2+}$)으로 산화되므로 $\text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{aq}) + 2e^{-}$가 정답입니다.
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18. 올레산(oleic acid)에 수소(H2)를 첨가시켜 얻을 수 있는 지방산은?

  1. 리놀레산(linoleic acid)
  2. 스테아르산(stearic acid)
  3. 팔미톨레산(palmitoleic acid)
  4. 아라키돈산(arachidonic acid)
(정답률: 67%)
  • 불포화 지방산인 올레산은 탄소 사슬에 이중 결합을 가지고 있습니다. 여기에 수소($H_{2}$)를 첨가하는 수소화 반응을 일으키면 이중 결합이 단일 결합으로 바뀌면서 포화 지방산인 스테아르산이 됩니다.
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19. 밑줄 친 원소의 산화수가 ＋4인 것은?

  1. CO2
  2. AlCl3
  3. NaCl
  4. MgSO4
(정답률: 88%)
  • 화합물 전체의 산화수 합은 0이며, 산소의 산화수는 일반적으로 $-2$입니다. $CO_{2}$에서 산소 2개의 산화수 합이 $-4$이므로, 탄소($C$)의 산화수는 $+4$가 됩니다.

    오답 노트
    $AlCl_{3}$: $Al$은 $+3$
    $NaCl$: $Na$는 $+1$
    $MgSO_{4}$: $S$는 $+6$
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20. 서로 다른 고분자 (가)～(다)의 온도 변화에 따른 비부피(specific volume) 그래프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, Tg는 유리전이온도, Tm은 용융온도이다)

  1. Tg와 Tm은 고분자의 가공 공정에 영향을 준다.
  2. (가)는 비정질(amorphous) 고분자에 해당한다.
  3. (나)는 (가)보다 결정성(crystallinity)이 높다.
  4. (다)의 투명성(transparency)이 가장 높다.
(정답률: 61%)
  • 비부피 그래프에서 결정성이 높을수록 비부피가 작고, 용융 온도($T_{m}$)에서 급격한 부피 변화가 나타납니다. (다)는 비부피가 가장 낮고 결정성이 가장 높은 고분자이며, 일반적으로 결정성 고분자는 빛을 산란시켜 불투명하므로 투명성이 가장 낮습니다.

    오답 노트
    (가): $T_{m}$ 없이 $T_{g}$만 존재하므로 비정질 고분자가 맞음
    (나): (가)보다 비부피가 낮고 $T_{m}$이 존재하므로 결정성이 더 높음
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