9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2009-05-23)

9급 지방직 공무원 화학 2009-05-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학
(2009-05-23 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

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: 86%)
  • 제시된 이미지를 분석하면, $HX$ 용액은 모두 이온($$H^{+}, X^{-}$$)으로 해리되어 있는 반면, $HY$ 용액은 해리되지 않은 분자($HY$ )가 많이 남아 있습니다.
    이온화도가 높을수록 강전해질이며, 수소 이온($$H^{+}$$)을 더 많이 내놓는 물질이 더 센 산입니다.
    따라서 $HX$가 $HY$보다 이온화가 더 많이 일어났으므로, $HX$가 $HY$보다 센 산이며 더 강한 전해질입니다.
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2. 자발적으로 물이 수증기로 기화하는 과정의 △H, △S, △G 부호를 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. ＋, ＋, ＋
  2. ＋, ＋, －
  3. ＋, －, －
  4. －, －, －
(정답률: 75%)
  • 물이 수증기로 기화하는 과정의 열역학적 특성은 다음과 같습니다.
    1. $\Delta H$: 액체에서 기체로 변하기 위해 열을 흡수하는 흡열 과정이므로 $+$입니다.
    2. $\Delta S$: 액체보다 기체의 무질서도가 훨씬 크므로 엔트로피는 증가하여 $+$입니다.
    3. $\Delta G$: 문제에서 '자발적으로' 일어난다고 명시하였으므로 깁스 자유 에너지는 감소하여 $-$입니다.
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3. 다음 분자들 중 극성결합을 가지면서 쌍극자 모멘트를 갖지 않는 것은?

  1. H2
  2. CCl4
  3. HCl
  4. CO
(정답률: 83%)
  • 극성 결합을 가지더라도 분자의 기하학적 구조가 대칭적이면 각 결합의 쌍극자 모멘트가 상쇄되어 전체 쌍극자 모멘트는 $0$이 됩니다. $\text{CCl}_{4}$는 정사면체 구조로 매우 대칭적이어서 쌍극자 모멘트를 갖지 않습니다.

    오답 노트
    $\text{H}_{2}$: 무극성 결합
    $\text{HCl}$, $\text{CO}$: 극성 분자로 쌍극자 모멘트 존재
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4. 다음은 어떤 2주기 원소의 순차적인 이온화에너지들이다. 이 원소는 무엇인가?

  1. B
  2. C
  3. N
  4. O
(정답률: 86%)
  • 순차적 이온화 에너지를 분석하면, $IE_{3}$에서 $IE_{4}$로 넘어갈 때 에너지가 급격하게 증가($3,660 \rightarrow 25,025$)합니다. 이는 3번째 전자까지는 비교적 쉽게 제거되지만, 4번째 전자는 안쪽 껍질(핵심 전자층)에서 제거되어야 함을 의미하므로 원자가 전자가 3개인 13족 원소 $\text{B}$입니다.
    $$IE_{1} = 801\text{ kJ/mol}$$
    $$IE_{2} = 2,427\text{ kJ/mol}$$
    $$IE_{3} = 3,660\text{ kJ/mol}$$
    $$IE_{4} = 25,025\text{ kJ/mol}$$
    $$IE_{5} = 32,826\text{ kJ/mol}$$
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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: 83%)
  • 질량 보존 법칙에 따라 반응한 산소의 양은 생성된 산화칼슘의 질량에서 반응한 칼슘의 질량을 뺀 값입니다.
    ① [기본 공식] $\text{산소 질량} = \text{산화칼슘 질량} - \text{칼슘 질량}$
    ② [숫자 대입] $\text{산소 질량} = 56 - 40$
    ③ [최종 결과] $\text{산소 질량} = 16\text{ g}$
    화학식의 경우, $\text{Ca}$ 원자량 $40$, $\text{O}$ 원자량 $16$일 때 $\text{CaO}$의 화학식량은 $56$이 되어 생성물 질량과 일치하므로 화학식은 $\text{CaO}$입니다.
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6. 다음 화합물 중 그 결합형태가 다른 화합물은?

  1. CaF2
  2. NaCl
  3. ZnS
  4. HCl
(정답률: 76%)
  • 화합물의 결합 형태는 구성 원소의 전기음성도 차이에 따라 결정됩니다.
    $CaF_{2}$, $NaCl$, $ZnS$는 금속 원소와 비금속 원소가 결합한 이온 결합 화합물입니다.
    반면, $HCl$은 비금속 원소끼리 전자쌍을 공유하며 결합한 공유 결합 화합물입니다.
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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: 55%)
  • 아미노산은 pH 환경에 따라 전하 상태가 변하는 양쪽성 물질입니다.
    $pH$가 $1.5$인 강산성 수용액에서는 수소 이온($H^{+}$) 농도가 매우 높기 때문에, 아미노기의 $-NH_{2}$가 $H^{+}$를 받아 $^{+}NH_{3}$ 형태가 되고, 카복실기의 $-COO^{-}$는 $H^{+}$와 결합하여 $-COOH$ 형태로 존재하게 됩니다.
    따라서 최종 형태는 $^{+}NH_{3}-CH_{2}-COOH$가 됩니다.
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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: 66%)
  • 산화-환원 반응은 전자의 이동이 일어나는 반응입니다.
    프로판의 연소, 물의 전기분해, 건전지 반응은 모두 전자의 이동이 수반되는 대표적인 산화-환원 반응입니다.
    반면, 착화합물의 형성과 산성비에 의한 대리석상(탄산칼슘)의 손상은 전자의 이동 없이 이온의 결합이나 중화 반응 등이 일어나는 반응이므로 산화-환원 반응이 아닙니다.
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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: 61%)
  • 오존층을 파괴하는 주범은 성층권에서 자외선에 의해 분해되어 염소 원자($$Cl$$)를 생성하는 염화불화탄소(CFCs)입니다.
    ㄱ. $CF_{2}Cl_{2}$: CFCs에 해당하여 오존층을 파괴합니다.
    ㄴ. $CFCl_{3}$: CFCs에 해당하여 오존층을 파괴합니다.
    ㄷ. $CF_{3}CHCl_{2}$: HCFCs로, 대류권에서 일부 분해되어 파괴력이 낮지만 여전히 영향을 줍니다. 다만, 전형적인 CFCs 분류에서는 제외되는 경우가 많습니다.
    ㄹ. $CF_{3}CF_{2}H$: HFCs로, 염소($$Cl$$)를 포함하지 않아 오존층을 파괴하지 않습니다.
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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: 76%)
  • 분자의 모든 원자가 한 평면 위에 있으려면 결합 구조가 평면형이어야 합니다.
    에틸렌( $C_{2}H_{4}$), 아세틸렌($$C_{2}H_{2}$$), 벤젠($$C_{6}H_{6}$$)은 모두 평면 구조를 가집니다.

    오답 노트
    에테인: $sp^{3}$ 혼성 궤도로 인해 입체 구조(사면체)를 가집니다.
    시클로-헥산: 의자 모양이나 배 모양의 입체 구조를 가집니다.
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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: 59%)
  • 전해질의 세기는 수용액 상태에서 이온화되는 정도에 따라 결정됩니다. 강전해질인 염($$NaCl$$)이 가장 세며, 약전해질인 암모니아($$NH_{3}$$), 물($$H_{2}O$$), 그리고 비전해질인 에탄올($$CH_{3}CH_{2}OH$$) 순으로 이온화도가 낮아집니다.
    따라서 전해질의 세기가 약해지는 순서는 다음과 같습니다.
    $$NaCl > NH_{3} > H_{2}O > CH_{3}CH_{2}OH$$
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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: 68%)
  • 총괄성은 용질의 종류와 관계없이 용질 입자의 수에 의해서만 결정되는 성질입니다. 증류수 속의 적혈구 팽창(삼투압), 진한 소금물에서 오이 피클의 쭈그러듦(삼투압), 에틸렌 글리콜 용액을 자동차 부동액으로 사용(어는점 내림)은 모두 입자 수에 영향을 받는 총괄성 현상입니다.

    오답 노트
    온도가 올라감에 따른 설탕의 용해도 증가: 이는 온도 변화에 따른 용해도의 변화로, 용질의 입자 수에 의해 결정되는 총괄성과는 무관한 현상입니다.
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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: 70%)
  • 산-염기 이론은 정의가 확장될수록 적용 범위가 넓어집니다.
    아레니우스 이론(수용액 한정) $\rightarrow$ 브뢴스테드-로우리 이론(양성자 $H^{+}$이동) $\rightarrow$ 루이스 이론(전자쌍 이동) 순으로 확장되었습니다.
    루이스 이론은 양성자가 없는 물질까지 포함하여 전자쌍의 주고받음으로 정의하므로 가장 넓은 적용 범위를 갖습니다.
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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: 87%)
  • 이온화 에너지는 원자 상태의 기체에서 전자 1개를 떼어내는 데 필요한 최소 에너지입니다.
    일반적으로 같은 주기에서는 오른쪽으로 갈수록, 같은 족에서는 위로 갈수록 이온화 에너지가 증가합니다.
    제시된 원소 중 네온($Ne$)은 18족 비활성 기체로, 전자 배치가 매우 안정하여 전자 하나를 떼어내기가 가장 어렵기 때문에 이온화 에너지가 가장 큽니다.
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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: 75%)
  • 반응물들의 몰수를 계산하여 한계 시약을 찾고 이론적 수득량을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $n = \frac{m}{M}$ (몰수 = 질량 / 몰질량)
    ② [숫자 대입]
    클로로벤젠: $n = \frac{226}{113} = 2\text{ mol}$
    클로랄: $n = \frac{157}{147} \approx 1.07\text{ mol}$
    ③ [최종 결과] 반응비가 2:1이므로 클로로벤젠 2 mol은 클로랄 1 mol과 반응합니다. 따라서 한계 시약은 클로로벤젠이며, 생성되는 DDT의 이론적 몰수는 $1\text{ mol}$입니다. 그러므로 2 mol의 DDT가 얻어진다는 설명은 틀렸습니다.
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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: 61%)
  • Hess의 법칙은 직접 측정이 어려운 반응 엔탈피를 구할 때 사용합니다. 에서 탄소의 동소체 간 변환인 C(흑연) $\rightarrow$ C(다이아몬드) 반응과, 불완전 연소 반응인 C(흑연) + $\frac{1}{2}O_{2}(g) \rightarrow CO(g)$ 반응은 직접 측정하기 매우 어려워 Hess의 법칙을 이용해야 합니다.
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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: 30%)
  • 물의 자동이온화 반응 $2H_{2}O(l) \rightleftharpoons H_{3}O^{+}(aq) + OH^{-}(aq)$은 흡열 과정이므로, 온도가 상승하면 르샤틀리에 원리에 의해 정반응이 우세해져 $H_{3}O^{+}$와 $OH^{-}$의 농도가 모두 증가합니다. 이로 인해 $pH$ 값은 감소하지만, 두 이온의 농도가 동일하게 증가하므로 여전히 중성을 유지합니다.
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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: 76%)
  • 세기 성질은 물질의 양에 관계없이 일정한 성질을 말합니다. 에서 밀도, 농도, 온도는 물질의 양이 변해도 변하지 않는 세기 성질에 해당합니다.

    오답 노트
    질량, 부피: 물질의 양에 따라 변하는 크기 성질임
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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: 84%)
  • XeF_{2} 분자에서 중심 원자인 Xe은 8개의 가전자전자를 가지며, F 원자 2개와 공유 결합을 형성하고 3쌍의 비공유 전자쌍을 가집니다. 따라서 총 전자쌍 수는 $2 + 3 = 5$쌍이며, VSEPR 이론에 따라 비공유 전자쌍이 적도 방향에 위치하여 분자 구조는 선형이 됩니다.
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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: 80%)
  • 실험 데이터를 통해 반응 차수를 결정합니다.
    1. 실험 1과 3 비교: $[\text{B}]$가 $0.20\text{M}$에서 $0.30\text{M}$로 변해도 속도가 $2.4 \times 10^{-6}$으로 일정하므로 $\text{B}$에 대한 차수 $y = 0$입니다.
    2. 실험 1과 2 비교: $[\text{B}]$의 영향이 없으므로 $[\text{A}]$가 $0.20\text{M}$에서 $0.40\text{M}$로 2배 증가할 때 속도가 $2.4 \times 10^{-6}$에서 $9.6 \times 10^{-6}$으로 4배($2^{2}$) 증가하므로 $\text{A}$에 대한 차수 $x = 2$입니다.
    3. 실험 1과 4 비교: $[\text{A}]$는 일정하고 $[\text{B}]$는 무관하므로, $[\text{C}]$가 $0.20\text{M}$에서 $0.60\text{M}$로 3배 증가할 때 속도가 $2.4 \times 10^{-6}$에서 $7.2 \times 10^{-6}$으로 3배($3^{1}$) 증가합니다. 따라서 $\text{C}$에 대한 차수 $z = 1$입니다.
    따라서 $z = 3$이고 3차라는 설명은 틀렸습니다.
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