9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2009-05-23)

9급 지방직 공무원 화학
(2009-05-23 기출문제)

목록

1. 산성물질 HX와 HY를 같은 농도로 물에 녹여 아래와 같은 두가지 용액을 얻었다. 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. HX가 HY보다 센 산이며 HX가 HY보다 강 전해질이다.
  2. HY가 HX보다 센 산이며 HX가 HY보다 강 전해질이다.
  3. HX가 HY보다 센 산이며 HY가 HX보다 강 전해질이다.
  4. HY가 HX보다 센 산이며 HY가 HX보다 강 전해질이다.
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "HX가 HY보다 센 산이며 HX가 HY보다 강 전해질이다." 이다. 이유는 pH 값이 낮을수록 산성이 강하고, HX 용액의 pH 값이 HY 용액의 pH 값보다 낮으므로 HX가 HY보다 센 산이다. 또한, 전해질의 강도는 전해질의 이온화 정도와 관련이 있다. HX는 HY보다 산성이 강하므로 HX 용액에서 생성되는 H+ 이온의 농도가 HY 용액에서 생성되는 H+ 이온의 농도보다 높을 것이다. 따라서 HX 용액이 HY 용액보다 강한 전해질이 된다.
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2. 자발적으로 물이 수증기로 기화하는 과정의 △H, △S, △G 부호를 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. ＋, ＋, ＋
  2. ＋, ＋, －
  3. ＋, －, －
  4. －, －, －
(정답률: 90%)
  • 정답은 "＋, ＋, －" 입니다.

    △H는 엔탈피 변화를 나타내는 값으로, 물이 수증기로 기화할 때는 분자 간의 결합이 약해지므로 엔탈피가 증가합니다. 따라서 △H는 양수입니다.

    △S는 엔트로피 변화를 나타내는 값으로, 물이 수증기로 기화할 때는 분자 간의 자유도가 증가하므로 엔트로피가 증가합니다. 따라서 △S는 양수입니다.

    △G는 자유 에너지 변화를 나타내는 값으로, 물이 수증기로 기화할 때는 엔탈피는 증가하지만 엔트로피는 더 크게 증가하므로 △G는 음수가 됩니다. 이는 반응이 역방향으로 진행하기 어렵고, 순방향으로 진행하기 쉬움을 의미합니다.
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3. 다음 분자들 중 극성결합을 가지면서 쌍극자 모멘트를 갖지 않는 것은?

  1. H2
  2. CCl4
  3. HCl
  4. CO
(정답률: 알수없음)
  • CCl4은 극성결합을 가지지만, 네 개의 Cl 원자가 모두 대칭적으로 배치되어 있기 때문에 쌍극자 모멘트를 갖지 않습니다. 다른 분자들은 극성결합을 가지면서 쌍극자 모멘트를 갖습니다. H2는 분자가 대칭적이기 때문에 쌍극자 모멘트를 갖지 않지만, 극성결합을 가지지 않습니다. HCl은 극성결합을 가지면서 쌍극자 모멘트를 갖습니다. CO는 극성결합을 가지면서 쌍극자 모멘트를 갖습니다.
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4. 다음은 어떤 2주기 원소의 순차적인 이온화에너지들이다. 이 원소는 무엇인가?

  1. B
  2. C
  3. N
  4. O
(정답률: 100%)
  • 정답은 "B"이다. 이유는 이온화 에너지가 순차적으로 증가하는 것을 보면, 이 원소는 전자 구성이 1s² 2s² 2p¹ 인 보륨(Boron)이기 때문이다. 이온화 에너지는 전자를 제거하는데 필요한 에너지이므로, 전자 구성이 비슷한 원소일수록 이온화 에너지가 비슷하게 증가한다. 따라서, 이온화 에너지가 순차적으로 증가하는 것을 보고 이 원소가 보륨(Boron)임을 유추할 수 있다.
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5. 칼슘 40 g을 공기 중에서 연소시켜 백색의 산화칼슘이 56 g 생성되었다. 반응한 산소의 양과 산화칼슘의 화학식으로 옳은 것은? (단, Ca 원자량은 40 g이다)

  1. 8 g, CaO2
  2. 16 g, CaO2
  3. 16 g, Ca2O
  4. 16 g, CaO
(정답률: 91%)
  • 칼슘과 산소가 결합하여 산화칼슘이 생성되었으므로, 화학식은 CaO이다.

    칼슘의 몰질량은 40 g/mol이므로, 40 g의 칼슘은 몰질량 1 mol에 해당한다. 따라서, 생성된 56 g의 산화칼슘도 몰질량 1 mol에 해당한다.

    Ca + O2 → CaO

    칼슘과 산소의 몰비는 1:1이므로, 반응에 참여한 산소의 몰질량은 56 g이다.

    산소의 몰질량 = 생성된 산화칼슘의 몰질량 = 56 g/mol

    산화칼슘의 화학식 = CaO

    따라서, 정답은 "16 g, CaO"이다.
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6. 다음 화합물 중 그 결합형태가 다른 화합물은?

  1. CaF2
  2. NaCl
  3. ZnS
  4. HCl
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "HCl"이다. 이유는 다른 화합물들은 이온결합을 형성하는 반면, HCl은 공유결합을 형성하기 때문이다.
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7. 아미노산인 글리신(NH2－CH2－COOH)은 pH가 1.5인 수용액에서 어떤 형태로 녹아 있겠는가?

  1. NH2－CH2－COOH
  2. NH2－CH2－COO-
  3. +NH3－CH2－COO-
  4. +NH3－CH2－COOH
(정답률: 알수없음)
  • 글리신은 약산성 아미노산으로서 pH가 1.5인 수용액에서는 양이온 형태로 존재할 것입니다. 이는 수용액의 pH가 아미노기의 pKa보다 낮기 때문에 아미노기가 양이온으로 전하를 띄게 됩니다. 따라서 "+NH3－CH2－COOH"이 정답입니다.
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8. 다음 반응 중 산화－환원 반응이 아닌 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  2. ㄱ, ㄷ, ㅁ
  3. ㄴ, ㅁ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 이미지에서 보이는 화학 반응식은 산화-환원 반응이 아니라 치환 반응이기 때문에 "ㄴ, ㅁ"이 정답입니다.

    - "ㄱ, ㄴ, ㄹ": 이 중에는 산화-환원 반응인 "ㄱ"과 "ㄹ"이 포함되어 있습니다.
    - "ㄱ, ㄷ, ㅁ": 이 중에는 산화-환원 반응이 아닌 "ㅁ"이 포함되어 있습니다.
    - "ㄴ, ㅁ": 이미지에서 보이는 화학 반응식은 치환 반응이기 때문에 산화-환원 반응이 아닙니다.
    - "ㄷ, ㄹ": 이 중에는 산화-환원 반응인 "ㄹ"이 포함되어 있습니다.
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9. 성층권에 도달하여 오존층을 파괴하는 물질을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ, ㄴ" 입니다.

    이유는 다음과 같습니다.

    - "ㄱ"인 CFCs (염화물질)은 오존층 파괴의 가장 큰 원인 중 하나입니다.
    - "ㄴ"인 메틸브롬화물은 CFCs와 함께 오존층 파괴에 기여하는 물질입니다.
    - "ㄷ"인 이산화탄소와 "ㄹ"인 이산화질소는 온실가스로서 지구 온난화에 영향을 미치지만, 오존층 파괴와는 직접적인 연관성이 없습니다.
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10. 모든 원자들이 같은 평면상에 있는 분자를 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ, ㅁ
  4. ㄷ, ㄹ, ㅁ
(정답률: 알수없음)
  • 분자의 구조를 보면, 모든 원자들이 같은 평면상에 위치해 있습니다. 따라서, "ㄴ, ㄷ, ㅁ"이 정답입니다. "ㄱ, ㄴ"과 "ㄱ, ㄹ"은 모든 원자들이 같은 평면상에 위치해 있지 않습니다. "ㄷ, ㄹ, ㅁ"은 모든 원자들이 같은 평면상에 위치해 있지만, "ㄴ, ㄷ, ㅁ"이 더 간단하고 명료한 답입니다.
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11. 전해질의 세기가 약해지는 순서로 올바르게 나열한 것은?

  1. NaCl ＞ NH3 ＞ H2O ＞ CH3CH2OH
  2. NaCl ＞ NH3 ＞ CH3CH2OH ＞ H2O
  3. NaCl ＞ H2O ＞ NH3 ＞ CH3CH2OH
  4. CH3CH2OH ＞ NaCl ＞ H2O ＞ NH3
(정답률: 알수없음)
  • 전해질의 세기는 전해질이 이온으로 분해되는 정도를 나타내는 것이므로, 이온화 에너지와 전자 수 등의 영향을 받는다. 따라서 이온화 에너지가 큰 NaCl이 가장 높은 전해질 세기를 가지며, 이어서 NH3, H2O, CH3CH2OH 순으로 전해질 세기가 약해진다. 이유는 NaCl과 NH3은 이온화 에너지가 크고 전자 수가 많아 이온으로 분해되기 쉽기 때문이며, H2O는 약한 전해질이지만 이온화 상수가 크기 때문에 이온으로 분해되는 정도가 높다. CH3CH2OH는 전자 수가 적고 이온화 에너지가 작아 이온으로 분해되기 어렵기 때문에 가장 낮은 전해질 세기를 가진다. 따라서 올바른 정답은 "NaCl ＞ NH3 ＞ H2O ＞ CH3CH2OH"이다.
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12. 다음 중 총괄성과 관련이 없는 현상은?

  1. 증류수 속의 적혈구 팽창
  2. 진한 소금물에서 오이 피클의 쭈그러듦
  3. 온도가 올라감에 따른 설탕의 용해도 증가
  4. 에틸렌 글리콜 용액을 자동차 부동액으로 사용
(정답률: 알수없음)
  • 에틸렌 글리콜 용액을 자동차 부동액으로 사용은 총괄성과 관련이 없는 현상입니다.

    온도가 올라감에 따른 설탕의 용해도 증가는 분자 운동이 활발해져서 분자 간 거리가 멀어지고, 이로 인해 용해도가 증가하는 것입니다.
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13. 다음 산－염기 이론 중 가장 넓은 적용 범위를 갖는 것은?

  1. Lewis 이론
  2. Brønsted 이론
  3. Arrhenius 이론
  4. Brønsted-Lowry 이론
(정답률: 알수없음)
  • Lewis 이론은 전자의 주고받음을 중심으로 분자간 상호작용을 설명하기 때문에, 산과 염기의 개념이 분자의 전자 구조와 관련되어 있기 때문에 다른 이론들보다 더 넓은 적용 범위를 갖는다. 즉, 분자간 전자의 주고받음을 통해 산과 염기의 성질을 설명할 수 있기 때문에, 분자의 구조와 성질을 이해하는 데에 매우 유용하다.
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14. 다음 중 이온화 에너지가 가장 큰 원소는?

  1. 칼륨(K)
  2. 네온(Ne)
  3. 실리콘(Si)
  4. 세슘(Cs)
(정답률: 90%)
  • 이온화 에너지란 원자에서 하나의 전자를 제거하기 위해 필요한 최소 에너지를 말합니다. 이 때, 전자의 제거는 원자의 전자 궤도에서 일어나며, 전자 궤도에 위치한 전자의 수가 적을수록 이온화 에너지는 커집니다. 따라서, 네온은 10개의 전자를 가지고 있어 가장 외곽 전자가 가장 많이 존재하므로 이온화 에너지가 가장 큽니다. 반면, 칼륨과 세슘은 외곽 전자가 적어 이온화 에너지가 작습니다. 실리콘은 중간 정도의 외곽 전자 수를 가지고 있어 중간 정도의 이온화 에너지를 가집니다.
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15. 살충제인 DDT의 합성은 다음과 같다.

클로로벤젠의 몰질량은 113 g/mol, 클로랄의 몰질량은 147 g/mol, DDT의 몰질량은 354 g/mol이다. 한 실험실에서 226 g의 클로로벤젠과 157 g의 클로랄을 반응시켜 DDT를 합성하였다. 이 경우 옳지 않은 것은?

  1. 이 반응의 한계시약은 클로로벤젠이다.
  2. 반응이 완전히 진행될 경우, 클로랄 10 g이 남는다.
  3. 수득률이 100%일 경우 2 mol의 DDT가 얻어진다.
  4. DDT의 실제 수득량이 177 g일 경우 수득률은 50%이다.
(정답률: 80%)
  • 반응식을 보면 클로로벤젠과 클로랄이 1:1 몰비로 반응하므로, 클로로벤젠이 한계시약이다. 따라서 클로로벤젠의 몰질량을 구하면 다음과 같다.

    226 g / 113 g/mol = 2 mol

    클로로벤젠 2 mol과 클로랄 2 mol이 반응하면 DDT 1 mol이 생성된다. 따라서 클로랄의 몰질량을 구하면 다음과 같다.

    2 mol x 147 g/mol = 294 g

    따라서 반응이 완전히 진행될 경우, 클로랄의 양은 294 g이 되어야 한다. 하지만 문제에서는 157 g만 사용하였으므로, 반응이 완전히 진행되지 않았다는 것을 알 수 있다. 따라서 "반응이 완전히 진행될 경우, 클로랄 10 g이 남는다."는 옳지 않은 설명이다.

    수득률은 실제 수득량을 이론적으로 예상되는 수득량으로 나눈 값이다. 따라서 수득률이 100%일 경우, 이론적으로 예상되는 수득량과 실제 수득량이 같다는 것을 의미한다. 이 반응에서는 클로로벤젠 2 mol과 클로랄 2 mol이 반응하면 DDT 1 mol이 생성되므로, 4 mol의 클로로벤젠과 4 mol의 클로랄이 반응하면 DDT 2 mol이 생성된다. 따라서 수득률이 100%일 경우 2 mol의 DDT가 얻어진다.

    DDT의 몰질량은 354 g/mol이므로, 2 mol의 DDT의 질량은 다음과 같다.

    2 mol x 354 g/mol = 708 g

    따라서 DDT의 실제 수득량이 177 g일 경우 수득률은 다음과 같다.

    (177 g / 708 g) x 100% = 25%
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16. 다음 중 Hess의 법칙을 이용하지 않으면 반응엔탈피를 구하기 어려운 반응을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
(정답률: 90%)
  • Hess의 법칙은 반응 엔탈피가 반응 경로에 의존하지 않고 초기 상태와 최종 상태만으로 결정된다는 것을 말한다. 따라서, 초기 상태와 최종 상태가 같은 경우에는 Hess의 법칙을 이용할 수 없으므로 반응 엔탈피를 구하기 어렵다. 이 문제에서는 초기 상태와 최종 상태가 모두 같은 경우이므로 Hess의 법칙을 이용할 수 없다. 따라서, 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.
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17. 아래와 같은 물의 자동이온화는 흡열과정이다. 물의 온도가 오를 때 일어나는 현상을 바르게 설명한 것은?

  1. pH는 변하지 않고 중성이다.
  2. pH는 증가하고 중성이다.
  3. pH는 감소하고 더 산성이 된다.
  4. pH는 감소하고 중성이다.
(정답률: 알수없음)
  • 물이 자동이온화되면서 양이온인 H+와 음이온인 OH-가 생성되는데, 이때 H+의 농도가 증가하면 pH는 감소하게 된다. 따라서 pH는 감소하고 중성이 된다.
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18. 다음 물질의 성질 중 세기 성질을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄹ, ㅁ
  4. ㄴ, ㄷ, ㅁ
(정답률: 알수없음)
  • 세기 성질은 물질의 화학적 성질과 관련이 있으며, 원자나 분자의 구조와 관련이 있다. 따라서 이 물질의 분자 구조를 보면, 분자 내에 직선 형태의 결합이 많이 존재하고, 분자 내에 전자 수가 부족한 결합도 존재한다. 이러한 성질들은 "ㄴ, ㄷ, ㅁ"에 해당하는 세기 성질이다. 따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ, ㅁ"이다.
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19. XeF2 분자에서 Xe 원자 주위의 전자쌍 수와 분자의 기하학적 구조는?

  1. 4, 굽은 형
  2. 4, 피라미드 형
  3. 5, 선형
  4. 6, 선형
(정답률: 90%)
  • XeF2 분자는 Xe 원자 주위에 전자쌍 5개를 가지고 있습니다. 이는 Xe 원자가 8개의 전자를 가지고 있고, F 원자와 결합하여 2개의 전자쌍을 형성하므로, Xe 주위에 6개의 전자쌍이 있을 것으로 예상됩니다. 그러나, VSEPR 이론에 따르면, 전자쌍 간의 전자 상호작용은 서로 밀접하게 위치하려고 하므로, 전자쌍들은 가능한 한 멀리 떨어져 있으려고 합니다. 따라서, Xe 주위에 있는 6개의 전자쌍은 가능한 한 멀리 떨어져 있으려고 하며, 이는 선형 구조를 가지게 됩니다. 따라서, XeF2 분자의 기하학적 구조는 "5, 선형" 입니다.
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20. 아래의 실험값으로부터 다음 반응의 속도식을 결정할 수 있다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. x＝2이고 반응은 [A]에 대해 2차이다.
  2. 반응속도는 [B]에 무관하므로 y＝0 이다.
  3. z＝3이고 반응은 [C]에 대해 3차이다.
  4. 속도상수 k는 3.0×10-4M-2min-1 이다.
(정답률: 84%)
  • 반응식은 A + B + C → D로 나타낼 수 있다. 실험 결과에서 [A]와 [B]는 일정하게 유지되고, [C]만 변화시켰을 때 반응속도가 변화하였다. 이는 [C]가 반응속도 결정 단계에서 참여하는데, [C]의 농도가 2배가 되면 반응속도가 2^3 = 8배가 증가하였기 때문이다. 따라서 반응은 [C]에 대해 3차이며, 속도식은 v = k[A][B][C]^3이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 "반응속도는 [B]에 무관하므로 y＝0 이다." 이다. [B]는 반응식에서 참여하는 물질이므로 반응속도 결정 단계에서 영향을 미치며, 따라서 속도식에는 [B]의 지수항이 포함되어야 한다.
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