9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2015-06-27)

9급 지방직 공무원 화학 2015-06-27 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 지방직 공무원 화학 2015-06-27 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 지방직 공무원 화학
(2015-06-27 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 끓는점이 가장 높은 화합물은?

  1. 아세톤
  2. 물
  3. 벤젠
  4. 에탄올
(정답률: 90%)
  • 분자 간 인력이 강할수록 끓는점이 높습니다. 물은 분자 내에 강한 수소 결합을 형성하며, 제시된 아세톤, 벤젠, 에탄올보다 수소 결합의 밀도가 높고 강하여 끓는점이 가장 높습니다.
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2. 25℃에서 1.0M의 수용액을 만들었을 때 pH가 가장 낮은 것은? (단, 25℃에서 산 해리상수(Ka)는 아래와 같다)

  1. C6H5OH
  2. HCN
  3. C9H8O4
  4. HF
(정답률: 65%)
  • 약산의 수용액에서 수소 이온 농도는 산 해리상수($K_{a}$)와 초기 농도($C$)의 곱의 제곱근에 비례합니다. 따라서 $K_{a}$ 값이 클수록 수소 이온 농도가 높아져 pH는 더 낮아집니다.
    ① [기본 공식] $[H^{+}] = \sqrt{K_{a} \times C}$
    ② [숫자 대입] $[H^{+}] = \sqrt{6.8 \times 10^{-4} \times 1.0}$
    ③ [최종 결과] $[H^{+}] \approx 2.6 \times 10^{-2}$
    제시된 물질 중 HF의 $K_{a}$ 값이 $6.8 \times 10^{-4}$로 가장 크므로 pH가 가장 낮습니다.
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3. 약염기를 강산으로 적정하는 곡선으로 옳은 것은?

(정답률: 91%)
  • 약염기를 강산으로 적정하면 초기 pH는 염기성이므로 높게 시작하며, 강산이 첨가됨에 따라 pH가 점차 감소합니다. 당량점에서는 생성된 약산의 가수분해로 인해 pH가 7보다 낮은 산성 영역에서 형성되므로, 위에서 아래로 내려가는 곡선 형태인 가 정답입니다.
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4. 수소 원자의 선 스펙트럼을 설명할 수 있는 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 82%)
  • 보어의 원자 모형은 전자가 특정한 에너지 준위를 가진 궤도에서 회전하며, 궤도 사이를 이동할 때 에너지를 흡수하거나 방출한다는 가설을 통해 수소 원자의 불연속적인 선 스펙트럼을 완벽하게 설명하였습니다.

    오답 노트
    러더퍼드의 원자 모형, 톰슨의 원자 모형: 전자의 에너지 양자화 개념이 없어 선 스펙트럼을 설명할 수 없음
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5. 0.1M 황산(H2SO4) 용액 1.5L를 만드는 데 필요한 15M 황산의 부피는?

  1. 0.01L
  2. 0.1L
  3. 22.5L
  4. 225L
(정답률: 88%)
  • 용액을 희석할 때 용질의 몰수는 변하지 않는다는 희석 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $M_1 V_1 = M_2 V_2$
    ② [숫자 대입] $15 \times V_1 = 0.1 \times 1.5$
    ③ [최종 결과] $V_1 = 0.01$
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6. 1A족 원소(Li, Na, K)의 성질에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 70%)
  • 1족 알칼리 금속의 주기적 성질을 묻는 문제입니다. 원자 번호가 커질수록 원자 반지름이 증가하여 핵과 전자 사이의 인력이 약해지므로 일차 이온화 에너지는 감소하며, 전기음성도가 작아져 산화되기 쉬우므로 환원력(전자를 주는 능력)은 $Li < Na < K$ 순으로 증가합니다.

    오답 노트
    25℃에서 원자 번호가 커질수록 밀도는 일반적으로 증가합니다.
    환원력은 $K > Na > Li$ 순이므로 $K < Na < Li$ 및 $K < Li$ 설명은 틀렸습니다.
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7. 산화수에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 84%)
  • 산화수의 정의와 규칙을 묻는 문제입니다. 홑원소 물질을 구성하는 원자의 산화수는 항상 $0$이며, 단원자 이온의 산화수는 그 이온의 전하수와 같습니다.

    오답 노트
    화학 반응에서 산화수가 감소하는 물질은 환원되는 것이며, 다른 물질을 산화시키는 산화제 역할을 합니다.
    수소는 화합물에서 일반적으로 $+1$의 산화수를 가지나, 금속 수소화물에서는 $-1$의 산화수를 가질 수 있습니다.
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8. 모든 온도에서 자발적 과정이기 위한 조건은?

  1. ΔH > 0, ΔS > 0
  2. ΔH ＝ 0, ΔS < 0
  3. ΔH > 0, ΔS ＝ 0
  4. ΔH < 0, ΔS > 0
(정답률: 92%)
  • 깁스 자유 에너지 변화 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta G < 0$일 때 반응이 자발적으로 일어납니다. 모든 온도($T$)에서 자발적이기 위해서는 엔탈피 변화가 음수($\Delta H < 0$)여서 에너지가 낮아지고, 엔트로피 변화가 양수($\Delta S > 0$)여서 무질서도가 증가해야 합니다.
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9. 다음 반응에서 28.0g의 NaOH(분자량:40.0)이 들어있는 1.0L 용액을 중화하기 위해 필요한 2.0M HCl의 부피는?

  1. 150.0mL
  2. 250.0mL
  3. 350.0mL
  4. 450.0mL
(정답률: 94%)
  • 중화 반응의 기본 원리인 산의 몰수와 염기의 몰수가 같다는 점을 이용하여 필요한 $\text{HCl}$의 부피를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{mol}_{\text{NaOH}} = \text{mol}_{\text{HCl}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{28.0}{40.0} = 2.0 \times V$
    ③ [최종 결과] $V = 0.35\text{L} = 350.0\text{mL}$
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10. 다음은 질소(N2) 기체와 수소(H2) 기체가 반응하여 암모니아(NH3) 기체가 생성되는 화학반응식이다.

그림은 부피가 1L인 강철용기에 N2!(g) 4몰, H2(g) 8몰을 넣고 반응시킬 때 반응 시간에 따른 N2(g)의 몰수를 나타낸 것이다.

이 반응의 평형상수(K) 값은? (단, 온도는 일정하다)

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 8
(정답률: 70%)
  • 화학 평형 상태에서 각 성분의 몰수를 구한 뒤 평형상수 식에 대입하여 계산합니다.
    그래프에서 평형 시 $N_{2}$의 몰수는 $2$몰이며, 반응식 $N_{2}(g) + 3H_{2}(g) \rightleftharpoons 2NH_{3}(g)$에 따라 $N_{2}$가 $2$몰 감소하면 $H_{2}$는 $6$몰 감소하고 $NH_{3}$는 $4$몰 생성됩니다. 따라서 평형 시 몰수는 $N_{2}=2$, $H_{2}=8-6=2$, $NH_{3}=4$입니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{[NH_{3}]^{2}}{[N_{2}][H_{2}]^{3}}$
    ② [숫자 대입] $K = \frac{4^{2}}{2 \times 2^{3}}$
    ③ [최종 결과] $K = 1$
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11. Cr3+의 바닥 상태 전자 배치는? (단, Cr의 원자 번호는 24이다)

  1. [Ar]4s13d2
  2. [Ar]4s13d5
  3. [Ar]4s23d1
  4. [Ar]3d3
(정답률: 71%)
  • 전이 금속의 이온화 시 전자 제거 순서를 묻는 문제입니다.
    Cr의 바닥 상태 전자 배치는 $[Ar]4s^{1}3d^{5}$이며, 이온화될 때는 $4s$ 오비탈의 전자가 먼저 제거된 후 $3d$ 오비탈의 전자가 제거됩니다. 따라서 Cr$^{3+}$는 $4s$ 전자 1개와 $3d$ 전자 2개가 제거되어 $[Ar]3d^{3}$가 됩니다.
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12. 다음 표는 원소와 이온의 구성 입자 수를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A ~ D는 임의의 원소 기호이다.)

  1. A와 D는 동위원소이다.
  2. B와 C는 질량수가 동일하다.
  3. B의 원자번호는 8이다.
  4. D는 음이온이다.
(정답률: 89%)
  • 표의 데이터를 통해 각 원소의 질량수(양성자 수 + 중성자 수)를 분석하는 문제입니다.
    B의 질량수는 $6 + 8 = 14$이고, C의 질량수는 $7 + 7 = 14$이므로 B와 C는 질량수가 동일합니다.

    오답 노트
    A와 D는 동위원소이다: 양성자 수가 달라 다른 원소임
    B의 원자번호는 8이다: 양성자 수가 6이므로 원자번호는 6임
    D는 음이온이다: 양성자(8) > 전자(6)이므로 양이온임
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13. 다음 각 화합물의 1M 수용액에서 이온 입자 수가 가장 많은 것은?

  1. NaCl
  2. KNO3
  3. NH4NO3
  4. CaCl2
(정답률: 92%)
  • 수용액에서 전해질이 해리될 때 생성되는 총 이온 수의 합을 비교하는 문제입니다.
    NaCl, KNO$_{3}$, NH$_{4}$NO$_{3}$는 모두 1:1 전해질로 해리 시 2개의 이온을 생성하지만, CaCl$_{2}$는 Ca$^{2+}$ 1개와 Cl$^{-}$ 2개로 해리되어 총 3개의 이온 입자를 생성하므로 가장 많습니다.
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14. 다음 중 결합 차수가 가장 낮은 것은?

  1. O2
  2. F2
  3. CN-
  4. NO+
(정답률: 89%)
  • 분자 궤도함수(MO) 이론을 통해 결합 차수를 계산합니다.
    결합 차수는 $\frac{(\text{결합성 전자 수} - \text{반결합성 전자 수})}{2}$로 계산합니다.
    $\text{F}_{2}$는 결합 차수가 $1$로 가장 낮으며, $\text{O}_{2}$는 $2$, $\text{CN}^{-}$는 $3$, $\text{NO}^{+}$는 $3$의 결합 차수를 가집니다.
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15. 다음 중 무극성 분자는?

  1. 암모니아
  2. 이산화탄소
  3. 염화수소
  4. 이산화황
(정답률: 98%)
  • 분자의 기하학적 구조와 쌍극자 모멘트의 합을 통해 극성을 판단합니다.
    이산화탄소($CO_{2}$)는 직선형 구조를 가지며, 두 $C=O$ 결합의 쌍극자 모멘트가 서로 반대 방향으로 상쇄되어 전체 쌍극자 모멘트가 $0$인 무극성 분자입니다.
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16. 다음 원자 또는 이온 중 반지름이 가장 큰 것은?

  1. 11Na+
  2. 12Mg2+
  3. 17Cl-
  4. 18Ar
(정답률: 76%)
  • 제시된 이온들과 원자는 모두 전자 배치가 $\text{Ne}$와 같은 등전자 시리즈($10$개의 전자)입니다.
    등전자 시리즈에서는 원자 번호가 작을수록(핵전하량이 작을수록) 전자를 당기는 힘이 약해져 반지름이 커집니다.
    원자 번호가 가장 작은 $\text{Cl}^{-}$가 핵전하량이 가장 낮아 반지름이 가장 큽니다.
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17. 대기 중에서 일어날 수 있는 다음 반응 중 산성비 형성과 관계가 없는 것은?

  1. O3(g) → O2(g) ＋ O(g)
  2. S(s) ＋ O2(g) → SO2(g)
  3. N2(g) ＋ O2(g) → 2NO(g)
  4. SO3(g) ＋ H2O(ℓ) → H2SO4(aq)
(정답률: 93%)
  • 산성비는 대기 중의 황 산화물($SO_{x}$)이나 질소 산화물($NO_{x}$)이 물과 반응하여 강산인 황산($H_{2}SO_{4}$)이나 질산($HNO_{3}$)을 형성할 때 발생합니다.
    오존($O_{3}$)이 산소($O_{2}$)와 산소 원자($O$)로 분해되는 반응은 산성비 형성과 무관한 광화학 반응의 일종입니다.
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18. 다음 표는 반응 2A3(g) → 3A2(g)의 메커니즘과 각 단계의 활성화 에너지를 나타낸 것이다.

이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 73%)
  • 반응 메커니즘의 각 단계와 활성화 에너지를 분석하여 판단합니다.
    A는 단계 (1)에서 생성되고 단계 (2)에서 소모되어 최종 반응물에 포함되지 않으므로 반응 중간체가 맞습니다.
    반응 속도 결정 단계는 활성화 에너지가 가장 큰 단계이며, 단계 (2)의 활성화 에너지가 $50\text{ kJ/mol}$로 가장 높으므로 속도 결정 단계가 맞습니다.

    오답 노트
    전체 반응의 활성화 에너지는 $50\text{ kJ/mol}$이다: 전체 반응의 활성화 에너지는 가장 높은 에너지 장벽을 기준으로 하며, 이 경우 단계 (2)의 활성화 에너지와 관련이 있으나 단순히 $50\text{ kJ/mol}$이라고 단정할 수 없으며 기존 해설의 논리에 따라 ㄷ은 옳지 않습니다.
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19. 중심원자의 혼성 궤도에서 s－성질 백분율(percent s-character)이 가장 큰 것은?

  1. BeF2
  2. BF3
  3. CH4
  4. C2H6
(정답률: 78%)
  • 혼성 궤도에서 s-성질 백분율은 전체 혼성 궤도 수 중 s 궤도가 차지하는 비율을 의미합니다.
    - $BeF_{2}$: $sp$ 혼성 $\rightarrow$ $s$ 성질 $50\%$
    - $BF_{3}$: $sp^{2}$ 혼성 $\rightarrow$ $s$ 성질 $33.3\%$
    - $CH_{4}$: $sp^{3}$ 혼성 $\rightarrow$ $s$ 성질 $25\%$
    - $C_{2}H_{6}$: $sp^{3}$ 혼성 $\rightarrow$ $s$ 성질 $25\%$
    따라서 s-성질 백분율이 $50\%$로 가장 큰 $BeF_{2}$가 정답입니다.
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20. 광화학 스모그를 일으키는 주된 물질은?

  1. 이산화탄소
  2. 이산화황
  3. 질소 산화물
  4. 프레온 가스
(정답률: 88%)
  • 광화학 스모그는 자동차 배기가스 등으로 배출된 질소 산화물($NO_{x}$)과 탄화수소가 태양의 자외선과 반응하여 오존($O_{3}$)이나 PAN 등의 2차 오염물질을 생성하며 발생하는 현상입니다.

    오답 노트
    이산화황: 산성비의 주원인
    프레온 가스: 오존층 파괴의 주원인
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