9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2016-06-18)

9급 지방직 공무원 화학 2016-06-18 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학
(2016-06-18 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 중 개수가 가장 많은 것은?

  1. 순수한 다이아몬드 12g 중의 탄소 원자
  2. 산소 기체 32g 중의 산소 분자
  3. 염화암모늄 1몰을 상온에서 물에 완전히 녹였을 때 생성되는 암모늄이온
  4. 순수한 물 18g 안에 포함된 모든 원자
(정답률: 81%)
  • 각 보기의 입자 수를 몰수($mol$) 단위로 환산하여 비교합니다.
    - 순수한 다이아몬드 12g: $\frac{12}{12} = 1\text{ mol}$ (탄소 원자)
    - 산소 기체 32g: $\frac{32}{32} = 1\text{ mol}$ (산소 분자)
    - 염화암모늄 1몰: $1\text{ mol}$ (암모늄 이온)
    - 순수한 물 18g: $\frac{18}{18} = 1\text{ mol}$ (물 분자) $\rightarrow$ 물 분자 1개당 원자가 3개($H_2O$)이므로 총 원자 수는 $3\text{ mol}$
    따라서 원자 수가 $3\text{ mol}$인 순수한 물 18g 안에 포함된 모든 원자가 가장 많습니다.
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2. 원소들의 전기음성도 크기의 비교가 올바른 것은?

  1. C < H
  2. S < P
  3. S < O
  4. Cl < Br
(정답률: 94%)
  • 전기음성도는 같은 족에서 원자 번호가 작을수록(위로 갈수록) 큽니다. S와 O는 같은 16족 원소이며, O가 S보다 위에 위치하므로 전기음성도가 더 큽니다.

    오답 노트
    C < H: 탄소(C)가 수소(H)보다 전기음성도가 큼
    S < P: 황(S)이 인(P)보다 전기음성도가 큼
    Cl < Br: 염소(Cl)가 브롬(Br)보다 전기음성도가 큼
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3. 1MFe(NO3)2 수용액에서 음이온의 농도는? (단, Fe(NO3)2는 수용액에서 100% 해리된다)

  1. 1M
  2. 2M
  3. 3M
  4. 4M
(정답률: 85%)
  • $\text{Fe}(\text{NO}_3)_2$가 수용액에서 100% 해리되면, 1몰의 $\text{Fe}(\text{NO}_3)_2$당 2몰의 $\text{NO}_3^-$이온이 생성됩니다.
    ① [기본 공식] $\text{음이온 농도} = \text{화합물 농도} \times \text{음이온 수}$
    ② [숫자 대입] $\text{음이온 농도} = 1\text{M} \times 2$
    ③ [최종 결과] $\text{음이온 농도} = 2\text{M}$
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4. 밑줄 친 원자(C, Cr, N, S)의 산화수가 옳지 않은 것은?

  1. HCO3－, ＋4
  2. Cr2O72－, ＋6
  3. NH4＋, ＋5
  4. SO42－, ＋6
(정답률: 93%)
  • 화합물이나 이온에서 각 원자의 산화수 합은 전체 전하량과 같아야 합니다.
    $\text{NH}_{4}^{+}$이온에서 수소($\text{H}$)의 산화수는 $+1$이며, 질소($\text{N}$)의 산화수를 $x$라고 할 때 전체 전하량은 $+1$이 되어야 합니다.
    $$x + (1 \times 4) = +1$$
    $$x = -3$$
    따라서 질소의 산화수는 $-3$이므로 $+5$라는 설명은 옳지 않습니다.
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5. 90g의 글루코오스(C6H12O6)와 과량의 산소(O2)를 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 생성되는 반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, H, C, O의 몰 질량[g/mol]은 각각 1, 12, 16이다)

  1. x와 y에 해당하는 계수는 모두 6이다.
  2. 90g 글루코오스가 완전히 반응하는데 필요한 O2의 질량은 96g이다.
  3. 90g 글루코오스가 완전히 반응해서 생성되는 CO2의 질량은 88g이다.
  4. 90g 글루코오스가 완전히 반응해서 생성되는 H2O의 질량은 54g이다.
(정답률: 93%)
  • 글루코오스의 완전 연소 반응식 $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$를 바탕으로 화학 양론을 계산합니다. 글루코오스의 몰 질량은 $180\text{g/mol}$이므로 $90\text{g}$은 $0.5\text{mol}$입니다.
    생성되는 $\text{CO}_2$의 질량 계산:
    ① [기본 공식] $\text{mass} = \text{mol} \times \text{molar mass}$
    ② [숫자 대입] $\text{mass} = (0.5 \times 6) \times 44$
    ③ [최종 결과] $\text{mass} = 132$
    따라서 $\text{CO}_2$의 질량은 $132\text{g}$이어야 하므로 $88\text{g}$이라는 설명은 틀렸습니다.
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6. 묽은 설탕 수용액에 설탕을 더 녹일 때 일어나는 변화를 설명한 것으로 옳은 것은?

  1. 용액의 증기압이 높아진다.
  2. 용액의 끓는점이 낮아진다.
  3. 용액의 어는점이 높아진다.
  4. 용액의 삼투압이 높아진다.
(정답률: 88%)
  • 용질의 농도가 증가하면 총괄성 효과가 커집니다. 삼투압은 용액의 몰 농도에 비례하여 증가합니다.

    오답 노트
    용액의 증기압이 높아진다: 농도가 높을수록 증기압 내림 현상으로 인해 증기압은 낮아짐
    용액의 끓는점이 낮아진다: 끓는점 오름 현상으로 인해 끓는점은 높아짐
    용액의 어는점이 높아진다: 어는점 내림 현상으로 인해 어는점은 낮아짐
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7. 다음의 화합물 중에서 원소 X가 산소(O)일 가능성이 가장 낮은 것은? (단, O의 몰 질량[g/mol]은 16이다)

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 94%)
  • 화합물의 분자량과 질량 백분율을 이용하여 원소의 몰 질량을 계산하는 문제입니다.
    원소 $\text{X}$가 산소($\text{O}$)라면, 해당 화합물 내 $\text{X}$의 총 질량이 산소의 몰 질량인 $16$의 배수가 되어야 합니다.
    각 화합물 내 $\text{X}$의 질량 계산: $\text{분자량} \times \frac{\text{질량 백분율}}{100}$
    ㄱ. $160 \times 0.3 = 48$ ($16 \times 3$, 가능)
    ㄴ. $80 \times 0.2 = 16$ ($16 \times 1$, 가능)
    ㄷ. $70 \times 0.3 = 21$ ($16$의 배수 아님, 불가능)
    ㄹ. $64 \times 0.5 = 32$ ($16 \times 2$, 가능)
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8. 대기 오염 물질인 기체 A, B, C가 <보기 1>과 같을 때 <보기 2>의 설명 중 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 85%)
  • 기체의 특성을 통해 물질을 식별하고 성질을 분석하는 문제입니다.
    제시된 조건에 따라 $\text{A} = \text{CO}$ (일산화탄소), $\text{B} = \text{SO}_x$ (황산화물), $\text{C} = \text{O}_3$ (오존)임을 알 수 있습니다.
    ㄱ. $\text{CO}$는 헤모글로빈과의 결합력이 산소보다 훨씬 강해 쉽게 해리되지 않으므로 옳습니다.
    ㄴ. $\text{SO}_x$는 비금속 산화물로, 물에 녹으면 산성 수용액을 형성하므로 옳습니다.
    ㄷ. $\text{O}_3$를 구성하는 원소는 산소($\text{O}$) 한 가지뿐이므로 틀렸습니다.
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9. 다음 중 분자 구조가 나머지와 다른 것은?

  1. BeCl2
  2. CO2
  3. XeF2
  4. SO2
(정답률: 77%)
  • 분자의 기하학적 구조를 구분하는 문제입니다.
    $\text{BeCl}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{XeF}_2$는 모두 중심 원자에 비공유 전자쌍이 없거나(Be, C) 대칭적으로 배치되어(Xe) 직선형 구조를 가집니다.
    반면 $\text{SO}_2$는 중심 원자인 황(S)에 비공유 전자쌍이 존재하여 전자쌍 반발 원리에 의해 굽은형 구조를 가집니다.
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10. van der Waals 상태방정식 에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은? (단, P, V, n, R, T는 각각 압력, 부피, 몰수, 기체상수, 온도이다)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 87%)
  • 반데르발스 상태방정식 $P = \frac{nRT}{V - nb} - \frac{an^2}{V^2}$에서 각 상수의 의미와 특성을 분석합니다.
    ㄱ. $a$는 분자 간 인력을 보정하는 상수로, 인력이 클수록 $a$값이 큽니다.
    ㄴ. $b$는 분자 자체의 부피(반발력과 관련)를 보정하는 상수로, 분자 크기가 클수록 $b$값이 큽니다.
    ㄷ. $H_2O(g)$는 $H_2S(g)$보다 수소 결합 등의 인력이 훨씬 강하므로 $a$값이 더 큽니다.
    ㄹ. $Cl_2(g)$ 분자가 $H_2(g)$ 분자보다 크기가 훨씬 크므로 $b$값이 더 큽니다.
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11. 다음 반응에 대한 평형상수는?

  1. K＝[CO2]/[CO]2
  2. K＝[CO]2/[CO2]
  3. K＝[CO2][C]/[CO]2
  4. K＝[CO]2/[CO2][C]
(정답률: 61%)
  • 평형상수 식을 세울 때, 고체($s$)나 순수한 액체는 농도 변화가 거의 없으므로 식에서 제외하고 기체($g$) 성분만 고려합니다.
    반응식 $2CO(g) \rightleftharpoons CO_2(g) + C(s)$에서 고체인 $C(s)$를 제외하면 평형상수 $K$는 다음과 같습니다.
    $$K = \frac{[CO_2]}{[CO]^2}$$
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12. 질량 백분율이 N 64%, O 36%인 화합물의 실험식은? (단, N, O의 몰 질량[g/mol]은 각각 14, 16이다)

  1. N2O
  2. NO
  3. NO2
  4. N2O5
(정답률: 85%)
  • 화합물 100g이 있다고 가정하여 각 원소의 몰수 비를 통해 가장 간단한 정수비인 실험식을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{몰수} = \frac{\text{질량}}{\text{몰 질량}}$
    ② [숫자 대입] $N : O = \frac{64}{14} : \frac{36}{16} = 4.57 : 2.25$
    ③ [최종 결과] $N : O = 2 : 1$
    따라서 실험식은 $N_2O$ 입니다.
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13. 25°C에서 [OH－]＝2.0×10－5M일 때, 이 용액의 pH값은? (단, log2＝0.30이다)

  1. 2.70
  2. 4.70
  3. 9.30
  4. 11.30
(정답률: 89%)
  • 수소이온농도지수 $pH$를 구하기 위해 먼저 $pOH$를 계산한 후, $pH + pOH = 14$ 관계식을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $pOH = -\log[OH^-]$
    ② [숫자 대입] $pOH = -\log(2.0 \times 10^{-5}) = 5 - \log 2 = 5 - 0.30$
    ③ [최종 결과] $pOH = 4.70$
    따라서 $pH = 14 - 4.70 = 9.30$ 입니다.
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14. 온도가 400K이고 질량이 6.00kg인 기름을 담은 단열 용기에 온도가 300K이고 질량이 1.00kg인 금속공을 넣은 후 열평형에 도달했을 때, 금속공의 최종 온도[K]는? (단, 용기나 주위로 열 손실은 없으며, 금속공과 기름의 비열[J/(kg·K)]은 각각 1.00과 0.50로 가정한다)

  1. 350
  2. 375
  3. 400
  4. 450
(정답률: 61%)
  • 단열 용기 내에서 고온의 기름이 잃은 열량은 저온의 금속공이 얻은 열량과 같습니다. 열평형 온도 $T_f$를 구하는 에너지 보존 법칙을 적용합니다.
    ① [기본 공식]
    $$m_1 c_1 (T_1 - T_f) = m_2 c_2 (T_f - T_2)$$
    ② [숫자 대입]
    $$6.00 \times 0.50 \times (400 - T_f) = 1.00 \times 1.00 \times (T_f - 300)$$
    ③ [최종 결과]
    $$T_f = 375$$
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15. 아래 반응에서 산화되는 원소는?

  1. H
  2. N
  3. O
  4. Cu
(정답률: 76%)
  • 반응식 $14\text{HNO}_3 + 3\text{Cu}_2\text{O} \rightarrow 6\text{Cu}(\text{NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 7\text{H}_2\text{O}$에서 각 원소의 산화수를 분석합니다.
    반응물 $\text{Cu}_2\text{O}$에서 $\text{Cu}$의 산화수는 $+1$이며, 생성물 $\text{Cu}(\text{NO}_3)_2$에서 $\text{Cu}$의 산화수는 $+2$로 증가하였습니다. 산화수가 증가한 원소가 산화된 것이므로 정답은 $\text{Cu}$입니다.
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16. 다음 그림은 어떤 반응의 자유에너지 변화(△G)를 온도(T)에 따라 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은? (단, △H는 일정하다)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 51%)
  • 자유에너지 변화 $\Delta G$와 온도 $T$의 관계를 분석하면 다음과 같습니다.
    ㄱ. 온도가 상승함에 따라 $\Delta G$가 감소하여 자발적 반응($\Delta G < 0$)으로 변하므로, 이는 $\Delta H > 0$인 흡열반응입니다.
    ㄴ. 그래프에서 $T_1$보다 낮은 온도 영역에서는 $\Delta G$ 값이 0보다 크므로 비자발적 반응입니다.
    ㄷ. $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 식에서 기울기가 음수($\text{-}\Delta S$)이므로, $\Delta S$는 0보다 큽니다.
    따라서 ㄱ, ㄴ, ㄷ 모두 옳습니다.
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17. 이온성 고체에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 격자에너지는 NaCl이 NaI보다 크다.
  2. 격자에너지는 NaF가 LiF보다 크다.
  3. 격자에너지는 KCl이 CaCl2보다 크다.
  4. 이온성 고체는 표준생성엔탈피(△Hfo)가 0보다 크다.
(정답률: 65%)
  • 격자에너지는 이온 반지름이 작을수록, 전하량이 클수록 증가합니다. $\text{NaCl}$의 $\text{Cl}$이 $\text{NaI}$의 $\text{I}$보다 반지름이 작으므로 격자에너지는 $\text{NaCl}$이 더 큽니다.

    오답 노트
    NaF가 LiF보다 크다: $\text{Li}$가 $\text{Na}$보다 반지름이 작아 $\text{LiF}$가 더 큼
    KCl이 $\text{CaCl}_2$보다 크다: $\text{Ca}^{2+}$가 $\text{K}^+$보다 전하량이 커서 $\text{CaCl}_2$가 더 큼
    표준생성엔탈피가 0보다 크다: 이온성 고체는 일반적으로 매우 안정하여 $\Delta H_f^o$가 0보다 작음
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18. 철(Fe)로 된 수도관의 부식을 방지하기 위하여 마그네슘(Mg)을 수도관에 부착하였다. 산화되기 쉬운 정도만을 고려할 때, 마그네슘 대신에 사용할 수 없는 금속은?

  1. 아연(Zn)
  2. 니켈(Ni)
  3. 칼슘(Ca)
  4. 알루미늄(Al)
(정답률: 70%)
  • 철(Fe)의 부식을 방지하기 위해서는 철보다 반응성이 커서 대신 산화되는 금속(희생 양극법)을 사용해야 합니다. 니켈(Ni)은 철보다 반응성이 낮아 철 대신 산화될 수 없으므로 사용할 수 없습니다.
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19. 다음 반응은 300K의 밀폐된 용기에서 평형상태를 이루고 있다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은? (단, 모든 기체는 이상기체이다)

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 70%)
  • 반응식 $\text{A}_2(\text{g}) + \text{B}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\text{AB}(\text{g})$ $\Delta\text{H} = 150\text{kJ/mol}$은 흡열 반응입니다.
    온도가 낮아지면 르샤틀리에 원리에 의해 열을 발생하는 역반응 방향으로 이동하며, $\text{B}_2$ 기체를 추가하면 이를 소모하는 정반응 방향으로 이동합니다.

    오답 노트
    부피 감소: 반응 전후 기체 분자 수 변화가 없으므로 평형 이동 없음
    촉매 추가: 반응 속도만 빠르게 할 뿐 평형의 위치는 변화시키지 않음
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20. 다음은 화합물 AB의 전자 배치를 모형으로 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A, B는 각각 임의의 금속, 비금속 원소이다)

  1. 화합물 AB의 몰 질량은 20g/mol이다.
  2. 원자 A의 원자가 전자는 1개이다.
  3. B2는 이중 결합을 갖는다.
  4. 원자 반지름은 B가 A보다 더 크다.
(정답률: 85%)
  • 제시된 모형에서 $\text{A}^+$는 전자를 하나 잃어 옥텟 규칙을 만족한 상태이므로, 중성 원자 A의 원자가 전자는 1개입니다.

    오답 노트
    몰 질량: A와 B의 정확한 원소 종류를 알 수 없어 계산 불가
    $\text{B}_2$ 결합: B는 7족 원소(F 등)로 단일 결합을 형성함
    원자 반지름: 금속인 A가 비금속인 B보다 반지름이 더 큼
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