9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2014-06-21)

9급 지방직 공무원 화학
(2014-06-21 기출문제)

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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: 90%)
  • 탄소-14는 방사성이 있는 동위원소로, 식물이나 동물의 유기체에서 살아있는 동안에는 일정한 비율로 생성되고 붕괴되어 산소와 결합하여 이산화탄소를 생성합니다. 이후에는 붕괴가 일어나지 않으므로, 죽은 유기체에서는 탄소-14의 양이 시간이 지날수록 감소합니다. 이를 이용하여 죽은 식물이나 동물의 나이를 측정할 수 있습니다. 따라서, 약 5천 년 전 서식했던 식물의 방사성 연대 측정에는 탄소-14가 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: 75%)
  • 정답은 "1"입니다.

    이유는 화합물의 분자식을 보면 H가 하나만 있고, Cl이 두 개 있습니다. 따라서 물과 반응하면 HCl 하나가 생성되어 산성 용액을 형성합니다. 다른 화합물들은 H가 두 개 이상이거나 Cl이 하나 이하이므로 산성 용액을 형성하지 않습니다.
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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: 74%)
  • 정답은 "N2 ＋ 3H2 → 2NH3"이다. 이는 암모니아(NH3)가 질소(N2)와 수소(H2)의 화학적 결합으로 생성되는 합성반응이기 때문이다. 반면, 나머지 세 가지 반응은 모두 산화-환원 반응이다. "2H2O2 → 2H2O ＋ O2"은 과산화수소(H2O2)가 물(H2O)과 산소(O2)로 분해되는 산화-환원 반응이다. "HClO4＋ NH3 →NH4ClO4"은 염산(HClO4)과 암모니아(NH3)가 반응하여 염화암모늄(NH4ClO4)과 산소(O2)가 생성되는 산화-환원 반응이다. "2AgNO3 ＋ Cu → 2Ag＋Cu(NO3)2"은 질산은(N2O3)과 구리(Cu)가 반응하여 은(Ag)과 질산구리(Cu(NO3)2)가 생성되는 산화-환원 반응이다.
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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: 67%)
  • SiH4에서 Si－H이 결합의 극성이 가장 작습니다. 이는 Si와 H의 전기음성도 차이가 작기 때문입니다. Si는 전기음성도가 1.9이고, H는 2.2입니다. 따라서 Si와 H 사이의 결합은 극성이 작고, 공유전자쌍은 균등하게 분배됩니다. 반면, 다른 보기들은 전기음성도 차이가 크기 때문에 결합의 극성이 큽니다.
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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: 54%)
  • 끓는점은 압력이 낮아질수록 낮아지기 때문에, 압력이 가장 낮은 지점인 산의 정상에서 끓는점이 가장 낮고, 바닷가에서는 끓는점이 높습니다. 따라서, "ㄱ"과 "ㄴ"이 옳은 답입니다. "ㄱ"은 산의 정상에서 끓는점이 가장 낮기 때문에, "ㄴ"보다 끓는점이 낮습니다. "ㄴ"은 바닷가에서 끓는점이 가장 높기 때문에, "ㄱ"보다 끓는점이 높습니다.
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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: 94%)
  • HF(g)가 반응 용기와 반응하여 소모되었다는 이유는, 반응식에서 HF(g)가 생성되는 반응물이기 때문에, 이 반응물이 소모되면 평형 위치를 역반응 방향으로 이동시키는 인자가 된다는 것입니다. 따라서 HF(g)가 소모되면, 평형 위치는 역반응 방향으로 이동하여, UO2(s)와 HF(g)의 생성량이 증가하게 됩니다.
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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%)
  • 반응식의 균형을 맞추기 위해 계수를 찾아보면, C 원자와 H 원자는 양 변에 각각 4개와 10개가 있으므로 a=2, b=13이 되어야 한다. 이에 따라 산소 원자의 수는 2a+b=17개가 되며, 생성되는 CO2와 H2O 분자의 총 원자 수는 각각 2c=8개와 2d=4개가 된다. 따라서 c=4, d=2가 되어야 한다. 따라서 정답은 "④"이다.
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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: 47%)
  • "전기도금을 할 때 볼타 전지가 이용된다."는 옳은 설명이다. 볼타 전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는데 사용되며, 전기도금은 전기적으로 화학적인 반응을 이용하여 금속을 코팅하는 과정이다. 따라서 전기도금을 할 때 볼타 전지가 이용될 수 있다.
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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: 86%)
  • 반응 메커니즘은 NO와 Cl2가 충돌하여 NOCl2로 중간 생성물을 형성하고, 이후 NOCl2와 NO가 충돌하여 최종 생성물인 2NOCl로 변환되는 2단계 반응입니다. 이러한 반응 메커니즘에서 NOCl2의 생성은 NO와 Cl2의 농도에 비례하므로, 속도식은 속도 = k[NO][Cl2]가 됩니다. 그러나 최종 생성물인 2NOCl의 생성은 NOCl2와 NO의 농도에 모두 비례하므로, NO의 농도를 제곱하여 속도식을 표현해야 합니다. 따라서 정답은 "2NO＋Cl2 → 2NOCl, 속도＝k[NO]2[Cl2]"입니다.
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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: 67%)
  • (가)는 극성 공유결합을 갖는다. 이는 X와 Y가 서로 다른 원소이기 때문에 전자성 차이가 존재하고, 이로 인해 결합 전자쌍이 Y 쪽으로 치우쳐져서 부분적으로 음전하가 생기기 때문이다.
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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: 77%)
  • 몰 수는 주어진 물질의 질량을 원자량 또는 분자량으로 나눈 것이므로, 질량이 작은 물질일수록 몰 수가 많아진다. 따라서 분자의 몰 수가 가장 적은 것은 질량이 큰 "54g의 OF2"이다.

    2.0×1023개의 NO는 분자의 개수를 나타내는 것이므로, 질량과는 직접적인 관련이 없다. 따라서 다른 보기들과 비교할 때는 질량이 작은 NO 분자의 몰 수가 가장 많아질 것이라고 예상할 수 있다.
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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: 100%)
  • 주기율표에서 2주기는 두 번째 수평 줄을 의미하며, 이 줄에 있는 원소들의 원자번호는 3부터 10까지이다. 따라서 질량수가 17인 중성 원자는 2주기의 원소인 클로린(Cl)이다. 이 원소의 양성자 개수는 17개이므로, 중성 원자에서 양성자 개수를 8개로 줄이면 9개의 전자를 가진 중성 원자가 된다. 따라서 "전자 개수는 9이다."는 옳은 설명이다. "주기율표 8족의 원소이다."는 해당 원소의 전자 구성에 대한 설명이므로, 이 문제와는 무관하다.
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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: 94%)
  • 상온에 방치된 우유가 부패하였다는 것은 우유 속에 있는 미생물이 살아서 우유를 분해시켜서 변화가 일어난 것입니다. 이는 화학적 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: 89%)
  • 엔트로피는 무질서도를 나타내는 값으로, 무질서한 상태로 가는 과정에서 엔트로피가 증가합니다. 따라서 다음 중 엔트로피가 증가하는 과정은 "ㄱ, ㄹ" 입니다.

    - "ㄱ"은 고체 상태에서 액체 상태로 변하는 과정으로, 분자의 무질서한 움직임이 증가하여 엔트로피가 증가합니다.
    - "ㄹ"은 두 가스가 섞이는 과정으로, 분자의 무질서한 움직임이 더욱 증가하여 엔트로피가 증가합니다.

    반면에 "ㄴ"은 액체 상태에서 고체 상태로 변하는 과정으로, 분자의 움직임이 제한되어 무질서도가 감소하여 엔트로피가 감소합니다. "ㄷ"은 고체 상태에서 고체 상태로 변하는 과정으로, 분자의 움직임이 거의 없어 무질서도가 거의 변하지 않아 엔트로피가 거의 변하지 않습니다.
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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: 100%)
  • 이온 쌍이 서로 반응하지 않는다는 것을 알아야 한다. Pb2+(aq)와 Cl-(aq)는 반응하여 PbCl2(s)를 생성하므로 제외된다. Pb2+(aq)와 NO3-(aq)는 반응하지 않지만, Pb2+(aq)이 중금속이므로 건강에 해로울 수 있으므로 제외된다. 따라서, Na+(aq)와 NO3-(aq)가 구경꾼 이온이 된다.
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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: 78%)
  • 정답은 "분자 형태로 존재하는 원소가 있다." 이다. 모든 원소는 원자 형태로 존재하며, 화합물은 원자들이 결합하여 분자 형태로 존재한다. 수소와 중수소는 동위원소로, 원자 번호가 다르기 때문에 서로 다른 원자이다.
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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: 53%)
  • 보기에서 정답이 "ㄱ"인 이유는, 이상기체로 거동하는 헬륨 분자가 가장 많이 충돌하는 지점은 용기의 중심이기 때문이다. 따라서 가장 높은 압력과 가장 낮은 온도가 중심에 위치하게 되어 "가"가 옳은 설명이다. "ㄴ"은 온도와 압력이 모두 균일하게 분포하는 경우로, 이는 이상기체의 특성에 어긋나는 설명이다. "ㄱ,ㄷ"와 "ㄴ,ㄷ"는 각각 온도와 압력이 서로 다른 두 지점을 가리키는데, 이는 이상기체의 특성에 어긋나는 설명이다.
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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: 69%)
  • - "ㄱ" : 용액 내의 분자들 간의 상호작용이 강하여, 용액 내에서 분자들이 서로 끌어당기면서 증기압이 낮아지는 경우이다.
    - "ㄷ" : 용액 내에 불순물이 존재하여, 불순물과 용매 분자들 간의 상호작용이 강하여, 증기압이 낮아지는 경우이다.
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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: 63%)
  • 정상 끓는점은 대기압(1 atm)에서 해당 물질이 액체에서 기체로 변하는 온도를 말한다. 이 그림에서는 대기압에서 X가 액체에서 기체로 변하는 온도가 60℃보다 높은 것을 알 수 있다. 따라서 "정상 끓는점은 60℃보다 높다."가 옳다.
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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: 34%)
  • 세 가지 화학종 중에서 염기의 세기를 결정하는 것은 수소 이온의 화학적 성질이다. 수소 이온의 화학적 성질은 전하 및 크기에 의해 결정된다.

    Cl-(aq)는 음전하를 가지고 있지만, F-(aq)보다 크기가 크기 때문에 물 분자와 상호작용하는 데 덜 적합하다. 따라서 Cl-(aq)는 물 분자와 상호작용하는 데 덜 적합하며, 염기의 세기가 가장 낮다.

    H2O(ℓ)는 중성분자이며, 수소 이온을 방출하거나 수소 이온을 받아들일 수 있다. 따라서 염기의 세기는 중성분자인 H2O(ℓ)보다 높지 않다.

    F-(aq)는 음전하를 가지고 있고, 크기가 작기 때문에 물 분자와 상호작용하는 데 더 적합하다. 따라서 F-(aq)는 물 분자와 상호작용하는 데 더 적합하며, 염기의 세기가 가장 높다.

    따라서 Cl-(aq) < H2O(ℓ) < F-(aq)가 정답이다.
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