9급 지방직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2022-06-18)

9급 지방직 공무원 공업화학 2022-06-18 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 공업화학
(2022-06-18 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. '어떤 화학 반응이 연속적으로 일어날 때, 그 반응의 엔탈피 변화값은 각 단계의 엔탈피 변화값의 합과 같다.'는 법칙은?

  1. Raoult의 법칙
  2. Hess의 법칙
  3. Henry의 법칙
  4. Nernst의 법칙
(정답률: 87%)
  • 화학 반응이 여러 단계로 일어날 때, 전체 엔탈피 변화량은 각 단계의 엔탈피 변화량의 합과 같다는 법칙은 Hess의 법칙입니다.
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2. 옥탄가 100의 기준이 되는 물질의 구조식은?

(정답률: 71%)
  • 옥탄가 100의 기준 물질은 이소옥탄(2,2,4-트리메틸펜탄)입니다. 따라서 이소옥탄의 구조식인 가 정답입니다.
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3. 합성가스에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 일반적으로 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)의 혼합물이다.
  2. 메탄(CH4)의 수증기 개질로부터 제조될 수 있다.
  3. 암모니아(NH3) 제조에 활용될 수 있다.
  4. 메탄올(CH3OH) 제조에 사용될 수 있다.
(정답률: 64%)
  • 합성가스(Syngas)는 일반적으로 일산화탄소($CO$)와 수소($H_2$)의 혼합물을 의미하며, 다양한 화학 제품의 기초 원료로 사용됩니다.

    오답 노트
    일반적으로 이산화탄소($CO_2$)와 수소($H_2$)의 혼합물이다: 이산화탄소가 아니라 일산화탄소($CO$)가 주성분이어야 합니다.
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4. 유지의 분자량 또는 불포화도와 관련이 없는 것은?

  1. 산가(acid value)
  2. 아이오딘가(iodine value)
  3. 비누화가(saponification value)
  4. 친수성-친유성 밸런스(hydrophilic-lipophilic balance)
(정답률: 73%)
  • 유지의 특성 분석에서 아이오딘가는 불포화도, 비누화가는 평균 분자량과 관련이 있으며, 산가는 유리 지방산의 함량을 나타냅니다.

    오답 노트
    친수성-친유성 밸런스(hydrophilic-lipophilic balance): 계면활성제의 친수성과 친유성 정도를 나타내는 지표(HLB)로, 유지의 분자량이나 불포화도와는 관련이 없습니다.
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5. 괴상(bulk) 중합에서 급격한 중합 속도 증가와 온도 증가에 따른 자동가속화 현상은?

  1. 겔 효과(gel effect)
  2. 역성장(depropagation)
  3. 유리 전이(glass transition)
  4. 유도 분해(induced decomposition)
(정답률: 74%)
  • 괴상 중합 시 중합도가 높아지면 점도가 급격히 증가하여 정지 반응(종결 반응)이 억제되고, 이로 인해 중합 속도와 온도가 폭발적으로 증가하는 현상을 겔 효과(gel effect) 또는 트로스키 효과(Trommsdorff effect)라고 합니다.
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6. 페놀류에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 페놀은 상온에서 고체로 존재한다.
  2. 크레솔(cresol)은 세 가지의 이성질체가 있다.
  3. 페놀은 물에 용해도가 낮으며 중성을 나타낸다.
  4. 페놀은 FeCl3 수용액과 발색 반응으로 검출이 가능하다.
(정답률: 72%)
  • 페놀은 벤젠 고리에 히드록시기가 결합된 구조로, 약산성을 띠어 염기성 수용액과 반응하며 물에 어느 정도 용해됩니다.

    오답 노트
    페놀은 물에 용해도가 낮으며 중성을 나타낸다: 페놀은 약산성을 나타내므로 틀린 설명입니다.
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7. 고분자의 유리전이온도를 측정하는 분석법으로 옳지 않은 것은?

  1. 만능시험법(UTM)
  2. 시차 열분석법(DTA)
  3. 시차 주사 열량법(DSC)
  4. 동적 기계적 분석법(DMA)
(정답률: 63%)
  • 유리전이온도($T_g$)는 고분자가 딱딱한 유리 상태에서 부드러운 고무 상태로 변하는 온도로, 열적 특성이나 기계적 감쇠 특성을 분석하는 방법으로 측정합니다.

    오답 노트
    만능시험법(UTM): 재료의 인장, 압축, 굴곡 강도 등 기계적 물성을 측정하는 장비로 유리전이온도 측정과는 무관합니다.
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8. 1 당량의 1-hexyne (CH3CH2CH2CH2C≡CH)과 2 당량의 HBr을 반응시켰을 때 얻어지는 주 생성물은?

(정답률: 69%)
  • 1-hexyne과 같은 말단 알카인에 $\text{HBr}$이 첨가될 때는 마르코브니코프 규칙(Markovnikov's rule)이 적용됩니다. 첫 번째 $\text{HBr}$ 첨가 시 $\text{Br}$이 2번 탄소에 결합하여 브로모알켄이 되고, 두 번째 $\text{HBr}$ 첨가 시 다시 $\text{Br}$이 2번 탄소에 결합하여 2,2-dibromohexane이 생성됩니다.
    최종 생성물:
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9. 카이랄 탄소의 절대 배열(absolute configuration)이 S 인 화합물은?

(정답률: 73%)
  • 카이랄 탄소에 결합된 치환기의 우선순위를 결정합니다: $-\text{COOH} (1) > -\text{NH}_2 (2) > -\text{CH}_3 (3) > -\text{H} (4)$.
    가장 낮은 우선순위인 $-\text{H}$가 평면(오른쪽)에 있고, 우선순위 $1 \rightarrow 2 \rightarrow 3$ 방향을 확인하면 시계 반대 방향으로 회전합니다. 따라서 절대 배열은 $S$이며, 해당 구조는 입니다.
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10. 다음 화학 반응식의 A에 가장 적합한 반응물은?

(정답률: 87%)
  • 에틸벤젠의 자동 산화 반응으로 생성된 하이드로퍼옥사이드가 몰리브덴 촉매($$H_{2}MoO_{4}$$) 하에서 분해되어 1-페닐에탄올과 프로필렌 옥사이드가 생성되는 반응입니다. 이때 반응물 A로 적절한 것은 프로필렌인 입니다.
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11. 다음 설명을 모두 만족하는 화합물은?

  1. 녹말(starch)
  2. 셀룰로오스(cellulose)
  3. 글라이코겐(glycogen)
  4. 수크로오스(sucrose)
(정답률: 84%)
  • 베타($\beta$) 결합을 가진 글루코오스 단위체로 구성되며, 식물의 세포벽을 이루는 주요 다당류이자 리그닌과 함께 나무의 구조를 형성하는 물질은 셀룰로오스(cellulose)입니다.
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12. 고분자의 구조식이 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 80%)
  • 각 고분자의 단량체와 반복 단위 구조를 분석합니다.
    에서 폴리(에틸렌옥사이드)(PEO)는 $\text{-(CH}_2\text{CH}_2\text{O)-}_n$ 구조이며, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)는 에틸렌 글리콜과 테레프탈산이 에스테르 결합을 통해 연결된 구조로 올바르게 표시되어 있습니다.

    오답 노트
    폴리에틸렌(PE): 곁사슬에 벤젠 고리가 없어야 함
    폴리스티렌(PS): 곁사슬에 메틸기($-\text{CH}_3$)가 아닌 벤젠 고리가 있어야 함
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13. 생체 의료용 고분자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 일회용 의료 제품으로는 PP와 PVC가 사용되고 있다.
  2. 안과 영역에서는 PMMA가 사용되고 있다.
  3. 수술용 봉합사로는 PS가 사용되고 있다.
  4. 의치 제품으로는 PMMA가 사용되고 있다.
(정답률: 62%)
  • 생체 의료용 고분자의 용도를 묻는 문제입니다. 수술용 봉합사는 체내에서 분해되어 흡수되어야 하므로 생분해성 고분자인 PGA(폴리글리콜산)나 PLA(폴리락트산) 등이 사용되며, 일반적인 범용 플라스틱인 PS(폴리스티렌)는 사용하지 않습니다.
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14. 아민기보다 카르복실기의 개수가 더 많은 아미노산만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 68%)
  • 아미노산의 기본 구조 외에 곁사슬(R기)에 카르복실기($-\text{COOH}$)가 추가로 포함된 산성 아미노산을 찾아야 합니다.
    에서 마스파르트산(aspartic acid)과 글루탐산(glutamic acid)은 곁사슬에 카르복실기를 가지고 있어 아민기보다 카르복실기의 개수가 더 많습니다.

    오답 노트
    라이신(lysine), 마르기닌(arginine): 곁사슬에 아민기 또는 구아니딘기를 가져 염기성 아미노산에 해당함
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15. 수용액에서 침전 반응이 일어나지 않는 화학 반응식은?

(정답률: 56%)
  • 수용액에서 침전 반응이 일어나지 않으려면 반응 결과 생성되는 모든 염이 물에 잘 녹는 가용성 염이어야 합니다.
    반응의 경우, 생성물인 $\text{FeCl}_2$와 $\text{K}_2\text{SO}_4$ 모두 수용성 염이므로 침전이 형성되지 않습니다.
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16. 착이온의 리간드장 안정화 에너지의 절대값은? (단, Fe는 8족 원소이며, △o는 팔면체 결정장 갈라짐 에너지이다)

  1. 0
  2. 0.4△o
  3. 2.0△o
  4. 2.4△o
(정답률: 75%)
  • 착이온 $\text{Fe(CN)}_6^{3-}$에서 $\text{Fe}$의 산화수는 $+3$이며, $d$ 전자 수는 5개입니다. $\text{CN}^-$는 강한 장 리간드로 저스핀(low spin) 착물을 형성하여 6개의 $d$ 전자 중 5개가 모두 에너지가 낮은 $t_{2g}$ 궤도에 배치됩니다.
    팔면체 결정장에서 $t_{2g}$ 전자의 안정화 에너지는 전자 1개당 $-0.4\Delta_o$이므로, 총 안정화 에너지는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $\text{LFSE} = (-0.4 \times n_{t2g} + 0.6 \times n_{eg})\Delta_o$
    ② [숫자 대입] $\text{LFSE} = (-0.4 \times 5 + 0.6 \times 0)\Delta_o$
    ③ [최종 결과] $\text{LFSE} = -2.0\Delta_o$
    따라서 절대값은 $2.0\Delta_o$입니다.
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17. 전이금속 원소의 바닥 상태 전자배치로 옳은 것은?

(정답률: 61%)
  • 전이금속 중 크롬($_{24}Cr$)은 $4s$ 오비탈의 전자 하나가 $3d$ 오비탈로 이동하여 $4s^1 3d^5$의 배치를 가짐으로써, 반쯤 채워진 오비탈의 안정성을 확보하는 예외적인 전자배치를 보입니다.
    따라서 정답은 입니다.

    오답 노트
    : 크롬의 원자 번호는 24번이므로 전자 수가 맞지 않습니다.
    : 일반적인 쌓음 원리를 적용한 $4s^2 3d^4$ 배치보다 $4s^1 3d^5$ 배치가 더 안정합니다.
    : 전자 수가 24개가 아니며 잘못된 배치입니다.
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18. 다음 반응에서 얻어지는 주 비료는?

  1. 소성인비
  2. 용성인비
  3. 과린산석회
  4. 중과린산석회
(정답률: 46%)
  • 제시된 반응식 $3Ca_{3}(PO_{4})_{2} \cdot CaF_{2} + 2Na_{2}CO_{3} + 2H_{3}PO_{4} \rightarrow$은 인광석을 원료로 하여 소성인비를 제조하는 공정입니다. 이 반응을 통해 얻어지는 주 비료는 소성인비입니다.
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19. 양자점(quantum dot)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 디스플레이 재료로 활용되고 있다.
  2. 연속적인 에너지 준위 구조를 가진다.
  3. 나노미터 크기의 초미세 입자이다.
  4. 크기에 따라 가시광선 영역으로부터 적외선 영역까지 발광할 수 있다.
(정답률: 72%)
  • 양자점은 크기가 매우 작은 나노 입자로, 입자의 크기가 작아짐에 따라 에너지 준위가 불연속적으로 나누어지는 '양자 가둠 효과'가 나타납니다. 따라서 연속적인 에너지 준위 구조를 가진다는 설명은 틀렸습니다.
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20. 전기화학 전지에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 자발적으로 진행되는 전기화학 반응의 기전력은 음의 값을 갖는다.
  2. 자발적 반응의 깁스자유에너지 변화값은 양의 값을 갖는다.
  3. 전해전지의 깁스자유에너지 변화값은 양의 값을 갖는다.
  4. 수소연료전지의 역반응은 기전력이 양의 값을 갖는다.
(정답률: 57%)
  • 전해전지는 외부에서 전기 에너지를 가해 비자발적인 화학 반응을 일으키는 전지이므로, 깁스 자유 에너지 변화값($\Delta G$)이 양(+)의 값을 갖습니다.

    오답 노트
    자발적으로 진행되는 전기화학 반응의 기전력: 양(+)의 값
    자발적 반응의 깁스 자유 에너지 변화값: 음(-)의 값
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