9급 지방직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2023-06-10)

9급 지방직 공무원 공업화학 2023-06-10 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 공업화학
(2023-06-10 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 원유의 성분 중 상압에서 끓는점이 가장 낮은 것은?

  1. 경유
  2. 중유
  3. 등유
  4. 경질 나프타
(정답률: 62%)
  • 원유의 분별 증류는 끓는점 차이를 이용합니다. 탄소 수가 적고 분자량이 작을수록 분자 간 인력이 약해 끓는점이 낮아집니다. 제시된 성분 중 경질 나프타가 탄소 수가 가장 적어 끓는점이 가장 낮습니다.
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2. 폴리스타이렌(polystyrene)의 화학 구조식은?

(정답률: 89%)
  • 폴리스타이렌은 스티렌 단량체가 중합된 고분자로, 탄소 사슬에 벤젠 고리(페닐기)가 규칙적으로 결합된 구조를 가집니다. 따라서 해당 구조를 가진 가 정답입니다.
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3. 밑줄 친 원자의 산화수로 옳지 않은 것은?

  1. H2O:－2
  2. AlCl3:＋3
  3. MgSO4:＋1
  4. Na2CO3:＋4
(정답률: 62%)
  • 화합물 내 원자의 산화수 규칙을 적용하여 판단합니다.

    오답 노트
    $\text{MgSO}_{4}$: $+1$: $\text{Mg}$는 2족 원소이므로 산화수가 $+2$여야 함
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4. 비료의 3요소가 아닌 것은?

  1. 인
  2. 아연
  3. 질소
  4. 칼륨
(정답률: 90%)
  • 식물 성장에 필수적인 비료의 3요소는 질소(N), 인(P), 칼륨(K)입니다. 아연은 미량 원소에 해당하며 3요소에 포함되지 않습니다.
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5. 계(system)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 계의 종류로는 열린계(open system), 닫힌계(closed system), 고립계(isolated system)가 있다.
  2. 열린계는 계와 주위(surroundings) 사이에 물질 및 에너지 이동이 가능하다.
  3. 닫힌계는 계와 주위 사이에 물질 이동이 불가능하나 에너지 이동이 가능하다.
  4. 고립계는 계와 주위 사이에 물질 이동이 가능하나 에너지 이동이 불가능하다.
(정답률: 89%)
  • 고립계는 계와 주위 사이에 물질과 에너지 모두 이동할 수 없는 계를 말합니다.

    오답 노트
    고립계는 계와 주위 사이에 물질 이동이 가능하나 에너지 이동이 불가능하다: 물질과 에너지 모두 이동 불가능함
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6. 다음 반응이 300K, 표준상태에서 평형에 도달할 때, lnK는? (단, K는 평형상수, △rG°은 300K에서의 표준반응깁스에너지, 기체상수 R＝8Jmol-1K-1이다)

  1. 4/3
  2. 40/3
  3. 400/3
  4. 4,000/3
(정답률: 48%)
  • 표준 반응 깁스 에너지와 평형 상수 사이의 관계식을 이용하여 $\ln K$ 값을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\Delta_{r}G^{o} = -RT \ln K$
    ② [숫자 대입] $-32000 = -8 \times 300 \times \ln K$
    ③ [최종 결과] $\ln K = \frac{40}{3}$
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7. 자발적 화학반응에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A는 계의 헬름홀츠(Helmholtz)에너지, H는 계의 엔탈피(enthalpy), S와 Ssurr은 각각 계와 주위의 엔트로피(entropy)이다)

  1. △A ＞ 0
  2. △H ＜ 0
  3. △S+△Ssurr ＞ 0
  4. 반응물의 운동에너지가 생성물의 운동에너지보다 낮다.
(정답률: 60%)
  • 열역학 제2법칙에 따라 자발적 반응이 일어나려면 우주 전체의 엔트로피 변화량($\Delta S_{total}$)이 항상 0보다 커야 합니다. 따라서 계의 엔트로피 변화($\Delta S$)와 주위의 엔트로피 변화($\Delta S_{surr}$)의 합이 0보다 크다는 조건이 정답입니다.
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8. 친핵성 치환반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. SN1반응은 탄소양이온 중간체가 안정할수록 느려진다.
  2. SN2반응은 기질(substrate)의 입체장애가 클수록 빨라진다.
  3. SN2반응의 반응속도는 기질의 농도에 영향을 받지 않는다.
  4. SN1반응에서 삼차 할로젠화 알킬이 일차 할로젠화 알킬보다 반응성이 크다.
(정답률: 62%)
  • 렌츠의 법칙에 따라 코일에 흐르는 유도 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 생성됩니다.
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9. 다음 분자에서 sp2 혼성 오비탈을 갖는 탄소와 sp3 혼성 오비탈을 갖는 탄소의 개수를 옳게 짝 지은 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 62%)
  • 탄소의 혼성 오비탈은 결합 상태에 따라 결정됩니다. 이중 결합을 포함한 탄소는 $sp^{2}$, 단일 결합만 가진 탄소는 $sp^{3}$ 혼성 오비탈을 갖습니다.
    1. $sp^{2}$ 탄소: 고리 내의 이중 결합 탄소 2개와 카보닐기($C=O$) 탄소 1개로 총 3개입니다.
    2. $sp^{3}$ 탄소: 고리 내의 단일 결합 탄소 1개와 곁사슬의 탄소 2개로 총 3개입니다.
    따라서 $sp^{2}$ 탄소 3개, $sp^{3}$ 탄소 3개가 정답입니다.
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10. 천연가스에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 54%)
  • 압축천연가스(CNG)는 천연가스의 주성분인 메테인($\text{CH}_4$)을 고압으로 압축한 연료입니다.

    오답 노트
    액화천연가스(LNG): 고온 팽창이 아니라 저온($-162^{\circ}\text{C}$)에서 액화시키며, 수분을 제거하여 함량이 매우 낮습니다.
    액화천연가스 주성분: 메테인 하이드레이트가 아니라 액체 상태의 메테인($\text{CH}_4$)입니다.
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11. 일정한 온도 T와 압력 P에서 의 메테인(CH4(g))과 의 수소(H2(g))를 각각 완전 연소시켰을 때 발생하는 열이 같다. T와 P에서 CH4(g)의 연소열이 －60kJg-1이고 H2(g)의 연소열이 －160kJg-1일 때, 는? (단, 메테인과 수소의 전화율(fractional conversion)은 각각 100%이고, 기체는 이상기체이며, C와 H의 원자량은 각각 12, 1이다)

  1. 1/3
  2. 3/8
  3. 8/3
  4. 3
(정답률: 29%)
  • 두 기체의 연소 시 발생하는 열량이 같으므로, 각 기체의 질량에 연소열(단위 질량당)을 곱한 값이 같아야 합니다. 이상기체 상태 방정식에 의해 부피는 몰수에 비례하므로, 부피 비는 (분자량 $\times$ 몰수)의 비와 같습니다.
    메테인($\text{CH}_4$)의 분자량은 $16$, 수소($\text{H}_2$)의 분자량은 $2$입니다.
    발생 열량 $Q = V \times \frac{M}{V_m} \times \text{연소열}$ (여기서 $M$은 분자량, $V_m$은 몰부피)
    $$V_{\text{CH}_4} \times 16 \times 60 = V_{\text{H}_2} \times 2 \times 160$$
    $$\frac{V_{\text{CH}_4}}{V_{\text{H}_2}} = \frac{2 \times 160}{16 \times 60}$$
    $$\frac{V_{\text{CH}_4}}{V_{\text{H}_2}} = \frac{320}{960} = \frac{1}{3}$$
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12. 셀룰로오스에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 단당류이다.
  2. 화학식은 (C6H12O6)n이다.
  3. 셀룰로오스는 β-글리코사이드 결합(glycosidic linkage)을 가지고 있다.
  4. α-글리코사이드 결합에 의해 연결된 아밀로오스와 아밀로펙틴으로 구성되어 있다.
(정답률: 66%)
  • 셀룰로오스는 $\beta$-D-글루코스 단위체가 $\beta$-1,4-글리코사이드 결합으로 연결된 선형 고분자입니다.

    오답 노트
    단당류이다: 다당류에 해당합니다.
    화학식은 $(C_{6}H_{12}O_{6})_{n}$이다: 중합 시 물 분자가 빠져나가므로 $(C_{6}H_{10}O_{5})_{n}$입니다.
    아밀로오스와 아밀로펙틴으로 구성: 이는 전분(Starch)에 대한 설명이며, 전분은 $\alpha$-글리코사이드 결합을 가집니다.
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13. 계면활성제의 Hydrophilic-Lipophilic Balance(HLB)값과 용도에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 72%)
  • HLB(Hydrophilic-Lipophilic Balance) 값은 계면활성제의 친수성과 친유성 정도를 나타내는 지표입니다.
    ㄱ. HLB 값이 낮을수록 친유성이 강하고, 높을수록 친수성이 강한 것이 맞습니다.
    ㄴ. HLB 값은 분자 전체의 분자량과 친수성기의 분자량 비율로 계산 가능하므로 맞습니다.
    ㄷ. 세정용 계면활성제는 친수성이 강해 HLB 값이 높고, 소포제는 친유성이 강해 HLB 값이 낮습니다. 따라서 세정용의 HLB 값이 더 큽니다.
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14. 무정형(amorphous) 고분자 A와 B에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, Tg,A와 Tg,B는 각각 A와 B의 유리 전이 온도(glass transition temperature)이고, T1은 Tg,A와 Tg,B사이(Tg,B＜T1＜Tg,A)의 온도이다)

  1. B의 끓는점은 Tg,B이다.
  2. A의 녹는점은 Tg,A이다.
  3. T1에서 A는 유리상이다.
  4. Tg,B 이하의 온도에서 B는 결정을 형성한다.
(정답률: 47%)
  • 유리 전이 온도($T_{g}$)는 고분자가 딱딱한 유리 상태에서 부드러운 고무 상태로 변하는 온도입니다. 온도 $T_{1}$이 $T_{g,B} < T_{1} < T_{g,A}$ 관계일 때, 고분자 A는 자신의 유리 전이 온도($T_{g,A}$)보다 낮은 온도에 있으므로 유리상으로 존재합니다.

    오답 노트
    B의 끓는점/A의 녹는점: $T_{g}$는 상변화 온도가 아닌 유리 전이 온도입니다.
    B는 결정을 형성한다: 무정형 고분자는 정의상 결정을 형성하지 않습니다.
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15. 전체 시료의 부피 대비 결정 영역의 부피가 20%인 poly(ethylene terephthalate)(PET) 시료의 밀도[gmL-1]는? (단, PET의 무정형 영역의 밀도는 1.20gmL-1이고 결정 영역의 밀도는 1.40gmL-1이다)

  1. 1.24
  2. 1.28
  3. 1.32
  4. 1.36
(정답률: 60%)
  • 전체 시료의 밀도는 각 영역의 부피 분율과 밀도의 곱의 합으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\rho = V_{c} \rho_{c} + V_{a} \rho_{a}$ (전체 밀도 = 결정 분율 $\times$ 결정 밀도 + 무정형 분율 $\times$ 무정형 밀도)
    ② [숫자 대입] $\rho = 0.20 \times 1.40 + 0.80 \times 1.20$
    ③ [최종 결과] $\rho = 1.24$
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16. 촉매에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 촉매는 반응속도 상수를 변화시키지 않는다.
  2. 불균일 촉매는 반응물과 다른 상으로 존재한다.
  3. 촉매는 화학반응에 대한 평형상수를 변화시킨다.
  4. 촉매는 반응엔탈피를 증가시킨다.
(정답률: 54%)
  • 촉매는 반응 경로를 변경하여 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 빠르게 하는 물질입니다. 불균일 촉매는 반응물과 촉매의 상(Phase)이 서로 다른 상태로 존재하는 촉매를 의미합니다.

    오답 노트
    반응속도 상수를 변화시키지 않는다: 활성화 에너지를 낮춰 반응속도 상수를 증가시킵니다.
    평형상수를 변화시킨다: 평형상수는 온도에만 의존하며 촉매에 의해 변하지 않습니다.
    반응엔탈피를 증가시킨다: 반응엔탈피($\Delta H$)는 상태 함수이므로 촉매와 무관합니다.
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17. DNA와 RNA에만 각각 존재하는 염기를 옳게 짝 지은 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 82%)
  • DNA와 RNA는 공통적으로 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C)을 가지지만, 특이적 염기는 서로 다릅니다.
    DNA에만 존재하는 염기는 티민(thymine)이며, RNA에만 존재하는 염기는 우라실(uracil)입니다.
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18. 다음 전지 반응의 환원전극(cathode)에서 일어나는 반응은?

  1. ZN2+(aq) + 2e- → Zn(s)
  2. Ni2+(aq) + 2e- → Ni(s)
  3. Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
  4. Ni(s) → Ni2+(aq) + 2e-
(정답률: 72%)
  • 전지 반응식 $\text{Zn(s)} + \text{Ni}^{2+}(\text{aq}) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{aq}) + \text{Ni(s)}$에서 환원전극(cathode)은 전자를 얻어 산화수가 감소하는 환원 반응이 일어나는 곳입니다.
    $\text{Ni}^{2+}$이온이 전자 2개를 얻어 $\text{Ni}$ 금속으로 석출되는 $\text{Ni}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{Ni(s)}$ 반응이 환원 반응에 해당합니다.

    오답 노트
    $\text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^{-}$ : 전자를 잃는 산화 반응으로 산화전극(anode)에서 일어납니다.
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19. 다음 질소 비료 중 질소 함량이 가장 높은 것은?

  1. 질산 칼슘
  2. 요소
  3. 질산 암모늄
  4. 황산 암모늄
(정답률: 79%)
  • 질소 비료 중 요소(Urea, $(NH_2)_2CO$)는 분자량 대비 질소 함유량이 약 $46\%$로 매우 높아, 제시된 질산 칼슘, 질산 암모늄, 황산 암모늄보다 질소 함량이 가장 높습니다.
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20. 웨이퍼 표면 위에 스핀 코팅(spin coating)을 통해 감광제를 도포하였다. 목표한 두께에 비해 도포된 감광제층이 얇을 경우 이를 개선하기 위한 방법은?

  1. 웨이퍼의 반경을 늘린다.
  2. 감광제 용액의 점도를 낮춘다.
  3. 웨이퍼의 회전속도를 낮춘다.
  4. 감광제 용액 내 고형분의 함량을 낮춘다.
(정답률: 82%)
  • 스핀 코팅에서 도포되는 막의 두께는 회전 속도의 제곱근에 반비례합니다. 따라서 감광제층이 너무 얇게 도포되었다면, 원심력을 줄여 용액이 덜 튕겨 나가게 해야 하므로 웨이퍼의 회전속도를 낮추어야 두께가 두꺼워집니다.
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