9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2014-06-21)

9급 지방직 공무원 화학 2014-06-21 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학
(2014-06-21 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 약 5천 년 전 서식했던 식물의 방사성 연대 측정에 이용될 수 있는 가장 적합한 동위원소는?

  1. 탄소－14
  2. 질소－14
  3. 산소－17
  4. 포타슘－40
(정답률: 94%)
  • 탄소-14는 반감기가 약 5,730년으로, 수천 년 전의 유기물(식물, 동물 등)의 연대를 측정하는 데 가장 적합한 동위원소입니다.
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2. 다음 화합물 중 물에 녹았을 때 산성 용액을 형성하는 것의 개수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 74%)
  • 제시된 화합물 $\text{SO}_2, \text{NH}_3, \text{BaO}, \text{Ba}(\text{OH})_2$ 중 물에 녹아 산성을 띠는 것은 $\text{SO}_2$ 하나뿐입니다. $\text{SO}_2$는 물과 반응하여 산성인 아황산($\text{H}_2\text{SO}_3$)을 형성합니다.

    오답 노트
    $\text{NH}_3, \text{BaO}, \text{Ba}(\text{OH})_2$: 모두 염기성 물질임
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3. 산화－환원 반응이 아닌 것은?

  1. N2 ＋ 3H2 → 2NH3
  2. 2H2O2 → 2H2O ＋ O2
  3. HClO4＋ NH3 →NH4ClO4
  4. 2AgNO3 ＋ Cu → 2Ag＋Cu(NO3)2
(정답률: 85%)
  • 산화-환원 반응은 반응 전후 원소의 산화수 변화가 있어야 합니다. $\text{HClO}_4 + \text{NH}_3 \rightarrow \text{NH}_4\text{ClO}_4$ 반응은 단순한 산-염기 중화 반응으로, 모든 원소의 산화수 변화가 없으므로 산화-환원 반응이 아닙니다.
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4. 다음 중 결합의 극성이 가장 작은 것은?

  1. HF에서 F－H
  2. H2O에서 O－H
  3. NH3에서 N－H
  4. SiH4에서 Si－H
(정답률: 83%)
  • 결합의 극성은 두 원자 사이의 전기음성도 차이가 클수록 커집니다. $\text{Si}$와 $\text{H}$의 전기음성도 차이가 제시된 다른 원소 쌍들($\text{F-H}$, $\text{O-H}$, $\text{N-H}$)보다 가장 작기 때문에 $\text{SiH}_4$에서 $\text{Si-H}$ 결합의 극성이 가장 작습니다.
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5. 다음 중 끓는점의 비교가 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 65%)
  • 분자 간 인력이 강할수록 끓는점이 높습니다. 분자량이 비슷할 때 극성 분자가 무극성 분자보다, 수소 결합을 하는 분자가 일반 극성 분자보다 끓는점이 높습니다.
    ㄱ. $\text{HBr} < \text{HI}$: 분자량이 큰 $\text{HI}$의 분산력이 더 커서 끓는점이 높습니다. (옳음)
    ㄴ. $\text{O}_{2} < \text{NO}$: 무극성인 $\text{O}_{2}$보다 극성인 $\text{NO}$의 인력이 더 커서 끓는점이 높습니다. (옳음)
    ㄷ. $\text{HCOOH} < \text{CH}_{3}\text{CHO}$: $\text{HCOOH}$는 강한 수소 결합을 하므로 $\text{CH}_{3}\text{CHO}$보다 끓는점이 훨씬 높습니다. (틀림)
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6. 다음 반응의 평형 위치를 역반응 방향으로 이동시키는 인자는?

  1. 반응계에 UO2(s)를 첨가하였다.
  2. HF(g)가 반응 용기와 반응하여 소모되었다.
  3. 반응계에 Ar(g)을 첨가하였다.
  4. 반응계의 온도를 낮추었다.
(정답률: 93%)
  • 르샤틀리에 원리에 따라 평형 상태의 계에 변화를 주면, 그 변화를 상쇄하려는 방향으로 평형이 이동합니다.
    제시된 반응식 $\text{UO}_{2}(s) + 4\text{HF}(g) \rightleftharpoons \text{UF}_{4}(g) + 2\text{H}_{2}\text{O}(g) + 150\text{kJ}$에서 반응물인 $\text{HF}(g)$가 소모되면, 이를 보충하기 위해 역반응 방향으로 평형이 이동합니다.

    오답 노트
    $\text{UO}_{2}(s)$ 첨가: 고체는 평형 이동에 영향을 주지 않음
    $\text{Ar}(g)$ 첨가: 비활성 기체 첨가는 전체 압력은 높이나 부분 압력 변화가 없어 영향 없음
    온도 낮춤: 발열 반응이므로 온도를 낮추면 정반응 방향으로 이동
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7. ( a )C4H10＋( b )O2 → ( c )CO2＋ ( d )H2O 반응에 대한 균형 반응식에서 계수 a~d의 값으로 옳게 짝지어진 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 91%)
  • 화학 반응식의 계수는 반응 전후의 원자 수가 동일하게 보존되어야 한다는 질량 보존 법칙을 이용하여 결정합니다.
    반응식: $aC_{4}H_{10} + bO_{2} \rightarrow cCO_{2} + dH_{2}O$
    ① [기본 공식] $C: 4a = c$, $H: 10a = 2d$, $O: 2b = 2c + d$
    ② [숫자 대입] $a=2$ 대입 시 $c=8, d=10$, 이를 $O$ 식에 대입하면 $2b = 16 + 10 = 26 \rightarrow b=13$
    ③ [최종 결과] $a=2, b=13, c=8, d=10$
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8. 볼타(Volta) 전지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 자발적 산화－환원 반응에 의해 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다.
  2. 전기도금을 할 때 볼타 전지가 이용된다.
  3. 다니엘(Daniell) 전지는 볼타 전지의 한 예이다.
  4. Zn(s)|Zn2+(aq)∥Cu2+(aq)|Cu(s)로 표기되는 전지가 작동할 때 산화전극의 질량이 감소한다.
(정답률: 71%)
  • 볼타 전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 자발적 산화-환원 반응 전지이며, 다니엘 전지는 이를 개선한 대표적인 예입니다. 또한 $Zn(s)|Zn^{2+}(aq)∥Cu^{2+}(aq)|Cu(s)$ 전지에서 산화전극인 $Zn$은 이온으로 녹아 나오므로 질량이 감소합니다.

    오답 노트
    전기도금: 외부에서 전너지를 공급해야 하는 비자발적 반응이므로 볼타 전지가 아닌 전해 전지를 이용해야 합니다.
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9. 다음의 반응 메커니즘과 부합되는 전체 반응식과 속도 법칙으로 옳은 것은?

  1. 2NO＋Cl2 → 2NOCl, 속도＝k[NO][Cl2]
  2. 2NO＋Cl2 → 2NOCl, 속도＝k[NO]2[Cl2]
  3. NOCl2＋NO → 2NOCl, 속도＝k[NO][Cl2]
  4. NOCl2＋NO → 2NOCl, 속도＝k[NO][Cl2]2
(정답률: 79%)
  • 전체 반응식은 각 단계 반응의 합으로 구하며, 속도 법칙은 가장 느린 단계인 속도 결정 단계에 의해 결정됩니다.
    1. 전체 반응식: $\text{NO} + \text{Cl}_2 \rightleftharpoons \text{NOCl}_2$와 $\text{NOCl}_2 + \text{NO} \rightarrow 2\text{NOCl}$을 더하면 $\text{NOCl}_2$가 상쇄되어 $2\text{NO} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NOCl}$이 됩니다.
    2. 속도 법칙: 느린 단계인 $\text{NOCl}_2 + \text{NO} \rightarrow 2\text{NOCl}$가 속도를 결정하므로 $\text{rate} = k[\text{NOCl}_2][\text{NO}]$ 입니다. 이때 빠른 평형 단계에서 $[\text{NOCl}_2] = K[\text{NO}][\text{Cl}_2]$이므로 이를 대입하면 $\text{rate} = k'[\text{NO}]^2[\text{Cl}_2]$가 됩니다.
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10. 그림 (가), (나)의 루이스 전자점 구조를 갖는 분자 XY2, ZY3에 대해 설명한 것으로 옳은 것은? (단, X, Y, Z는 임의의 2주기 원소이다.)

  1. (가)는 극성 공유결합을 갖는다.
  2. (나)의 분자 기하는 정사면체형이다.
  3. (나)의 중심 원자는 옥텟 규칙을 만족한다.
  4. 중심 원자의 결합각은 (가)가 (나)보다 크다.
(정답률: 63%)
  • 이미지 분석 결과, (가)는 직선형 분자로 서로 다른 원소 $X$와 $Y$가 결합하여 전기음성도 차이에 의한 극성 공유결합을 형성합니다.

    오답 노트
    (나)의 분자 기하는 정사면체형: 중심 원자 $Z$ 주변에 3개의 결합쌍과 1개의 비공유 전자쌍이 있어 삼각뿔형입니다.
    (나)의 중심 원자는 옥텟 규칙을 만족: 중심 원자 $Z$ 주변의 전자 수가 6개뿐이므로 옥텟 규칙을 만족하지 않습니다.
    중심 원자의 결합각은 (가)가 (나)보다 크다: (가)는 $180^{\circ}$, (나)는 $109.5^{\circ}$보다 작으므로 (가)가 더 큽니다. (단, 정답지 기준 (가)의 극성 공유결합 여부가 최우선 정답으로 처리됨)
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11. 다음 중 분자의 몰(mol) 수가 가장 적은 것은? (단, N, O, F의 원자량은 각각 14, 16, 19이다)

  1. 14g의 N2
  2. 23g의 NO2
  3. 54g의 OF2
  4. 2.0×1023개의 NO
(정답률: 76%)
  • 각 보기의 몰 수를 계산하여 비교합니다. 몰 수는 질량을 분자량으로 나누거나, 입자 수를 아보가드로 수($6.02 \times 10^{23}$)로 나누어 구합니다.
    ① $N_{2}$ (분자량 28): $$\text{mol} = \frac{14}{28} = 0.5$$
    ② $NO_{2}$ (분자량 46): $$\text{mol} = \frac{23}{46} = 0.5$$
    ③ $OF_{2}$ (분자량 54): $$\text{mol} = \frac{54}{54} = 1.0$$
    ④ $NO$ (입자 수): $$\text{mol} = \frac{2.0 \times 10^{23}}{6.02 \times 10^{23}} \approx 0.33$$
    따라서 $0.33 \text{ mol}$인 $2.0 \times 10^{23}$개의 $NO$가 가장 적습니다.
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12. 양성자 개수가 8이고, 질량수가 17인 중성 원자에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 중성자 개수는 8이다.
  2. 전자 개수는 9이다.
  3. 주기율표 2주기의 원소이다.
  4. 주기율표 8족의 원소이다.
(정답률: 98%)
  • 양성자 수가 8인 원소는 산소($O$)이며, 이는 주기율표의 2주기 16족에 해당합니다.

    오답 노트
    중성자 개수는 8: 질량수(17) - 양성자 수(8) = 9개입니다.
    전자 개수는 9: 중성 원자이므로 양성자 수와 같은 8개입니다.
    주기율표 8족의 원소: 16족 원소입니다.
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13. 다음 중 화학적 변화는?

  1. 설탕이 물에 녹았다.
  2. 물이 끓어 수증기가 되었다.
  3. 옷장에서 나프탈렌이 승화하였다.
  4. 상온에 방치된 우유가 부패하였다.
(정답률: 98%)
  • 화학적 변화는 물질의 본질이 변하여 새로운 물질이 생성되는 반응입니다. 우유가 부패하는 것은 미생물에 의해 단백질과 지방 등이 분해되어 성질이 완전히 변하는 화학 반응이므로 정답입니다.

    오답 노트
    설탕이 물에 녹음, 물이 수증기가 됨, 나프탈렌의 승화: 물질의 상태만 변하는 물리적 변화입니다.
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14. 다음 중 엔트로피가 증가하는 과정만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 94%)
  • 엔트로피는 무질서도가 증가하는 방향으로 증가합니다.
    ㄱ. 소금이 물에 용해되면 결정 구조가 깨져 무질서도가 증가합니다.
    ㄹ. 상온에서 얼음(고체)이 물(액체)이 되면 입자의 배열이 자유로워져 무질서도가 증가합니다.

    오답 노트
    질소 분리: 혼합물이 순물질로 나뉘므로 무질서도 감소
    부피 감소: 입자의 공간적 배치가 제한되므로 무질서도 감소
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15. 다음 반응에서 구경꾼 이온만을 모두 고른 것은?

  1. Pb2+(aq), Cl-(aq)
  2. Pb2+(aq), NO3-(aq)
  3. Na+(aq), Cl-(aq)
  4. Na+(aq), NO3-(aq)
(정답률: 85%)
  • 구경꾼 이온은 화학 반응 전후에 상태 변화 없이 그대로 남아 있는 이온을 말합니다. 주어진 반응식 $\text{Pb}(\text{NO}_3)_2(\text{aq}) + 2\text{NaCl}(\text{aq}) \rightarrow \text{PbCl}_2(\text{s}) + 2\text{NaNO}_3(\text{aq})$에서 $\text{Pb}^{2+}$와 $\text{Cl}^-$는 $\text{PbCl}_2$라는 앙금을 형성하며 반응에 참여하지만, $\text{Na}^+$와 $\text{NO}_3^-$는 반응 전후 모두 수용액 상태로 존재하므로 구경꾼 이온입니다.
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16. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 용액(solution)은 균일한 혼합물이다.
  2. 분자 형태로 존재하는 원소가 있다.
  3. 원자 형태로 존재하는 화합물이 있다.
  4. 수소(1H)와 중수소(2H)는 서로 다른 원자이다.
(정답률: 81%)
  • 화합물은 두 종류 이상의 서로 다른 원소가 화학적으로 결합하여 만들어진 물질입니다. 반면 원자는 물질을 구성하는 기본 입자로 더 이상 쪼갤 수 없는 상태를 말하므로, 원자 형태로 존재하는 화합물이라는 정의는 성립할 수 없습니다.
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17. 이상기체로 거동하는 1몰(mol)의 헬륨(He)이 다음 (가)~(다) 상태로 존재할 때, 옳게 설명한 것만을 ＜보기＞에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 65%)
  • 이상기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 각 상태의 부피와 입자 밀도를 분석합니다.
    ㄱ. 부피 비교: (가) $V = \frac{1 \times 8.314 \times 100}{1}$ vs (나) $V = \frac{1 \times 8.314 \times 200}{2}$. 계산 결과 두 부피는 동일합니다.
    ㄴ. 단위 부피당 입자 수: (가) $P=1, T=100$ vs (다) $P=2, T=400$. $\frac{P}{T}$ 값이 (가)는 $0.01$, (다)는 $0.005$로 서로 다릅니다.
    ㄷ. 평균 운동 속력: 속력은 $\sqrt{T}$에 비례합니다. (나) $200\text{K}$ 대비 (다) $400\text{K}$는 $\sqrt{2}$배가 되어야 하므로 2배라는 설명은 틀렸습니다.
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18. 어떤 용액이 라울(Raoult)의 법칙으로부터 음의 편차를 보일 때, 이 용액에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 79%)
  • 라울의 법칙에서 음의 편차를 보인다는 것은 용질-용매 간의 인력이 용매-용매 간의 인력보다 강하여 분자들이 액체 상태에 더 강하게 붙잡혀 있음을 의미합니다. 이로 인해 증발하려는 경향이 줄어들어 실제 증기압이 예측값보다 작게 나타납니다.

    오답 노트
    용액의 증기압은 용질 입자 개수에 따라 결정되는 총괄성 성질을 가지므로 무관하다는 설명은 틀렸습니다.
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19. 물질 X의 상 그림이 다음과 같을 때, 주어진 온도와 압력 범위에서 X에 대해 설명한 것으로 옳은 것은?

  1. 정상 끓는점은 60℃보다 높다.
  2. 정상 녹는점에서 고체의 밀도가 액체의 밀도보다 낮다.
  3. 고체, 액체, 기체가 모두 공존하는 온도는 30℃보다 높다.
  4. 20℃의 기체에 온도 변화 없이 압력을 가하면 기체가 액체로 응축될 수 있다.
(정답률: 79%)
  • 정상 끓는점은 압력이 $1\text{ atm}$일 때 액체와 기체가 공존하는 온도입니다. 상평형 그림에서 압력 $1$ 지점의 액체-기체 경계선을 보면 온도가 $60\text{℃}$보다 오른쪽(높은 온도)에 위치하므로 정상 끓는점은 $60\text{℃}$보다 높습니다.

    오답 노트
    정상 녹는점: 고체-액체 경계선 기울기가 양수이므로 고체 밀도가 더 높음
    삼중점: 고체, 액체, 기체가 공존하는 온도는 $20\text{℃}$와 $30\text{℃}$ 사이임
    $20\text{℃}$ 기체: 압력을 높여도 액체 영역을 지나지 않고 바로 고체로 변함
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20. 다음의 3가지 화학종이 섞여 있을 때, 염기의 세기 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. Cl-(aq) < H2O(ℓ) < F-(aq)
  2. F-(aq) < H2O(ℓ) < Cl-(aq)
  3. H2O(ℓ) < Cl-(aq) < F-(aq)
  4. H2O(ℓ) < F-(aq) < Cl-(aq)
(정답률: 57%)
  • 염기의 세기는 짝산의 세기가 약할수록 강해집니다. $\text{Cl}^-$는 강산인 $\text{HCl}$의 짝염기이므로 매우 약하고, $\text{F}^-$는 약산인 $\text{HF}$의 짝염기이므로 상대적으로 강합니다. $\text{H}_2\text{O}$는 양쪽성 물질로 $\text{Cl}^-$보다는 강하고 $\text{F}^-$보다는 약한 염기성을 띱니다. 따라서 세기 순서는 $\text{Cl}^-(\text{aq}) < \text{H}_2\text{O}(\ell) < \text{F}^-(\text{aq})$ 입니다.
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