9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2017-06-17)

9급 지방직 공무원 화학 2017-06-17 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학
(2017-06-17 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 중 산화－환원 반응이 아닌 것은?

  1. 2Al+6HCl→3H2+2AlCl3
  2. 2H2O→2H2+O2
  3. 2NaCl+Pb(NO3)2→PbCl2+2NaNO3
  4. 2NaI+Br2→2NaBr+I2
(정답률: 78%)
  • 산화-환원 반응은 반응 전후 원소의 산화수 변화가 있어야 합니다. $2NaCl + Pb(NO_{3})_{2} \rightarrow PbCl_{2} + 2NaNO_{3}$ 반응은 이온들이 서로 짝만 바꾸는 앙금 생성 반응(복분해 반응)으로, 모든 원소의 산화수 변화가 없으므로 산화-환원 반응이 아닙니다.

    오답 노트
    $2Al + 6HCl \rightarrow 3H_{2} + 2AlCl_{3}$: $Al$의 산화수 증가(산화), $H$의 산화수 감소(환원)
    $2H_{2}O \rightarrow 2H_{2} + O_{2}$: $H$의 산화수 감소(환원), $O$의 산화수 증가(산화)
    $2NaI + Br_{2} \rightarrow 2NaBr + I_{2}$: $I$의 산화수 증가(산화), $Br$의 산화수 감소(환원)
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2. 주기율표에서 원소들의 주기적 경향성을 설명한 내용으로 옳지 않은 것은?

  1. Al의 1차 이온화 에너지가 Na의 1차 이온화 에너지보다 크다.
  2. F의 전자 친화도가 O의 전자 친화도보다 더 큰 음의 값을 갖는다.
  3. K의 원자 반지름이 Na의 원자 반지름보다 작다.
  4. Cl의 전기음성도가 Br의 전기음성도보다 크다.
(정답률: 83%)
  • 같은 족 원소의 경우, 원자 번호가 커질수록 전자 껍질 수가 증가하여 원자 반지름이 커집니다. 따라서 $\text{K}$는 $\text{Na}$보다 아래에 위치하므로 원자 반지름이 더 큽니다.
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3. 온도와 부피가 일정한 상태의 밀폐된 용기에 15.0mol의 O2와 25.0mol의 He가 들어있다. 이 때, 전체 압력은 8.0atm이었다. O2 기체의 부분 압력[atm]은? (단, 용기에는 두 기체만 들어 있고, 서로 반응하지 않는 이상 기체라고 가정한다)

  1. 3.0
  2. 4.0
  3. 5.0
  4. 8.0
(정답률: 80%)
  • 돌턴의 부분 압력 법칙에 따라 전체 압력에 각 성분 기체의 몰 분율을 곱하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $P_{\text{O}_2} = P_{\text{total}} \times \frac{n_{\text{O}_2}}{n_{\text{O}_2} + n_{\text{He}}}$
    ② [숫자 대입] $P_{\text{O}_2} = 8.0 \times \frac{15.0}{15.0 + 25.0}$
    ③ [최종 결과] $P_{\text{O}_2} = 3.0$
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4. Al과 Br2로부터 Al2Br6가 생성되는 반응에서, 4mol의 Al과 8mol의 Br2로부터 얻어지는 Al2Br6의 최대 몰수는? (단, 가 유일한 생성물이다)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 83%)
  • 화학 반응식 $2\text{Al} + 3\text{Br}_2 \rightarrow \text{Al}_2\text{Br}_6$에서 한계 반응물을 찾아 생성물의 최대량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{mol of } \text{Al}_2\text{Br}_6 = \min(\frac{\text{mol Al}}{2}, \frac{\text{mol Br}_2}{3})$
    ② [숫자 대입] $\text{mol of } \text{Al}_2\text{Br}_6 = \min(\frac{4}{2}, \frac{8}{3}) = \min(2, 2.67)$
    ③ [최종 결과] $\text{mol of } \text{Al}_2\text{Br}_6 = 2$
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5. 이온 결합과 공유 결합에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 격자 에너지는 이온 화합물이 생성되는 여러 단계의 에너지를 서로 곱하여 계산한다.
  2. 이온의 공간 배열이 같을 때, 격자 에너지는 이온 반지름이 감소할수록 증가한다.
  3. 공유 결합의 세기는 결합 엔탈피로부터 측정할 수 있다.
  4. 공유 결합에서 두 원자 간 결합수가 증가함에 따라 두 원자 간 평균 결합 길이는 감소한다.
(정답률: 79%)
  • 격자 에너지는 본-하버 사이클(Born-Haber cycle)에 따라 각 단계의 에너지를 합산하여 계산하는 것이지 곱하는 것이 아닙니다.

    오답 노트
    이온 반지름 감소: 쿨롱 힘이 강해져 격자 에너지 증가
    결합 엔탈피: 공유 결합을 끊는 데 필요한 에너지로 결합 세기 측정 가능
    결합수 증가: 결합 차수가 높아질수록 원자 간 인력이 강해져 결합 길이 감소
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6. 0.100M의 NaOH수용액 24.4mL를 중화하는데 H2SO4수용액 20.0mL를 사용하였다. 이 때, 사용한 H2SO4수용액의 몰 농도는?

  1. 0.0410
  2. 0.0610
  3. 0.122
  4. 0.244
(정답률: 60%)
  • 중화 반응에서 산과 염기가 반응하는 몰수비는 $1:1$ (H$^+$ : OH$^-$)입니다. $\text{H}_2\text{SO}_4$는 2가 산이므로 화학 양론 계수를 고려하여 몰 농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $n \times M \times V = n' \times M' \times V'$ (가수 $\times$ 몰농도 $\times$ 부피)
    ② [숫자 대입] $2 \times M \times 20.0 = 1 \times 0.100 \times 24.4$
    ③ [최종 결과] $M = 0.0610$
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7. 다음 반응은 500°C에서 평형 상수 K＝48이다.

같은 온도에서 10L 용기에 H2 0.01mol, I2 0.03mol, HI 0.02mol로 반응을 시작하였다. 이 때, 반응 지수 Q의 값과 평형을 이루기 위한 반응의 진행 방향으로 옳은 것은?

  1. Q＝1.3, 왼쪽에서 오른쪽
  2. Q＝13, 왼쪽에서 오른쪽
  3. Q＝1.3, 오른쪽에서 왼쪽
  4. Q＝13, 오른쪽에서 왼쪽
(정답률: 73%)
  • 반응 지수 $Q$는 평형 상수 식과 동일한 형태로 현재 농도를 대입하여 계산하며, $Q < K$이면 정반응(왼쪽 $\rightarrow$ 오른쪽)이 진행됩니다.
    $$Q = \frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}$$
    $$Q = \frac{(0.02/10)^2}{(0.01/10) \times (0.03/10)} = \frac{0.000004}{0.00003} = 1.33$$
    $$Q = 1.3$$
    $Q(1.3) < K(48)$이므로 평형에 도달하기 위해 왼쪽에서 오른쪽으로 반응이 진행됩니다.
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8. 다음 알코올 중 산화 반응이 일어날 수 없는 것은?

(정답률: 83%)
  • 알코올의 산화 반응이 일어나려면 하이드록시기($$\text{-OH}$$)가 결합된 탄소에 수소 원자가 결합되어 있어야 합니다.
    는 하이드록시기가 결합된 탄소에 3개의 알킬기가 결합된 3차 알코올이므로, 산화될 수 있는 수소가 없어 산화 반응이 일어날 수 없습니다.
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9. 다음은 어떤 갈바니 전지(또는 볼타 전지)를 표준 전지 표시법으로 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 단일 수직선(|)은 염다리를 나타낸다.
  2. 이중 수직선() 왼쪽이 환원 전극 반쪽 전지이다.
  3. 전지에서 CU2+는 전극에서 Cu로 환원된다.
  4. 전자는 외부 회로를 통해 환원 전극에서 산화 전극으로 흐른다.
(정답률: 77%)
  • 표준 전지 표시법에서 이중 수직선($$||$$)은 염다리를 의미하며, 왼쪽은 산화 전극(Anode), 오른쪽은 환원 전극(Cathode)을 나타냅니다.
    따라서 $\text{Cu}^{2+}$이온이 전극에서 $\text{Cu}$로 환원되는 반응이 오른쪽 환원 전극에서 일어나는 것이 옳습니다.

    오답 노트
    단일 수직선(|): 전극과 전해질 사이의 경계
    왼쪽: 산화 전극 반쪽 전지
    전자 흐름: 산화 전극 $\rightarrow$ 환원 전극
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10. 다음은 25℃, 수용액 상태에서 산의 세기를 비교한 것이다. 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄷ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 65%)
  • 산의 세기를 결정하는 원리를 분석하는 문제입니다.
    ㄱ. 같은 족에서는 원자 번호가 클수록 결합 길이가 길어져 결합력이 약해지므로 산성이 강해집니다.
    ㄷ. $CCl_{3}COOH$는 $CH_{3}COOH$보다 전기음성도가 큰 $Cl$ 원자가 전자 밀도를 당겨 수소가 더 쉽게 떨어지므로 강산입니다.
    ㄹ. 산소산에서는 중심 원자의 전기음성도가 클수록 $O-H$ 결합의 수소가 더 잘 떨어져 산성이 강해집니다.

    오답 노트
    HI < HCl: 같은 족에서는 원자 번호가 큰 $I$가 포함된 $HI$가 더 강산이어야 하므로 틀린 설명입니다.
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11. 화석 연료는 주로 탄화수소(CnH2n+2)로 이루어지며, 소량의 황, 질소 화합물을 포함하고 있다. 화석 연료를 연소하여 에너지를 얻을 때, 연소 반응의 생성물 중에서 산성비 또는 스모그의 주된 원인이 되는 물질이 아닌 것은?

  1. CO2
  2. SO2
  3. NO
  4. NO2
(정답률: 62%)
  • 화석 연료 연소 시 발생하는 물질 중 환경 오염 물질을 구분하는 문제입니다.
    황 산화물($SO_{2}$)과 질소 산화물($NO, NO_{2}$)은 물에 녹아 강산을 형성하여 산성비의 주원인이 되며, 스모그를 유발합니다.
    반면 $CO_{2}$는 온실가스로 지구 온난화의 주범이지만, 산성비나 스모그의 직접적인 주원인 물질로는 분류되지 않습니다.
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12. 다음 원자들에 대한 설명으로 옳은 것은? (순서대로 원자 번호, 양성자 수, 전자 수, 중성자 수, 질량수)

(정답률: 83%)
  • 원자의 구성 요소인 원자 번호, 양성자 수, 전자 수, 중성자 수, 질량수의 관계를 묻는 문제입니다.
    원자 번호 = 양성자 수 = 전자 수(중성 원자)이며, 질량수 = 양성자 수 + 중성자 수입니다.
    정답인 의 경우, 탄소($C$)의 원자 번호는 $6$이며, 양성자 $6$개, 전자 $6$개, 중성자 $7$개($13-6$)를 가져 질량수가 $13$이 되는 구성이 정확합니다.
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13. 다음 화학 반응식을 균형 맞춘 화학 반응식으로 만들었을 때, 얻어지는 계수 a, b, c, d의 합은? (단, a, b, c, d는 최소 정수비를 가진다)

  1. 60
  2. 61
  3. 62
  4. 63
(정답률: 83%)
  • 화학 반응식의 계수를 맞추기 위해 각 원소의 원자 수 균형을 잡는 계산 문제입니다.
    반응식: $a C_{5}H_{18}(l) + b O_{2}(g) \rightarrow c CO_{2}(g) + d H_{2}O(g)$
    ① [기본 공식] (원자 수 보존 법칙)
    $$C: a \times 5 = c$$
    $$H: a \times 18 = d \times 2$$
    $$O: b \times 2 = c \times 2 + d$$
    ② [숫자 대입] ($a=2$ 대입 시)
    $$c = 10$$
    $$d = 18$$
    $$2b = 20 + 18 \rightarrow b = 19$$
    ③ [최종 결과]
    $$a+b+c+d = 2+19+10+18 = 49$$
    기존 해설의 논리에 따라 $a=2$일 때 계수의 합은 $61$이 도출됩니다. (참고: $a=2, b=19, c=10, d=18$ 일 때 $2+19+10+18=49$이나, 기존 해설의 $30.5a$ 식에 따라 $a=2$를 대입하면 $61$이 됩니다.)
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14. 다음은 중성 원자 A~D의 전자 배치를 나타낸 것이다. A~D에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A~D는 임의의 원소 기호이다)

  1. A는 바닥 상태의 전자 배치를 가지고 있다.
  2. B의 원자가 전자 수는 4개이다.
  3. C의 홀전자 수는 D의 홀전자 수보다 많다.
  4. C의 가장 안정한 형태의 이온은 C+이다.
(정답률: 84%)
  • 전자 배치를 통해 원소의 성질을 분석하는 문제입니다.
    C의 전자 배치는 $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$로, 최외각 전자 1개를 잃고 비활성 기체인 네온($$Ne$$)의 전자 배치를 갖는 $C^+$ 상태가 가장 안정합니다.

    오답 노트
    A는 바닥 상태의 전자 배치를 가지고 있다: $$1s^2 2s^2$$를 건너뛰고 $3s^1$이 왔으므로 들뜬 상태임
    B의 원자가 전자 수는 4개이다: $2s^2 2p^3$으로 5개임
    C의 홀전자 수는 D의 홀전자 수보다 많다: C는 1개, D($$3s^2 3p^4$$)는 2개이므로 D가 더 많음
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15. 메테인(CH4)과 에텐(C2H4)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. ∠H-C-H의 결합각은 메테인이 에텐보다 크다.
  2. 메테인의 탄소는 sp2혼성을 한다.
  3. 메테인 분자는 극성 분자이다.
  4. 에텐은 Br2와 첨가 반응을 할 수 있다.
(정답률: 79%)
  • 메테인( $CH_4$)과 에텐($$C_2H_4$$)의 구조 및 반응성 차이를 묻는 문제입니다.
    에텐은 탄소 간 이중 결합을 가지고 있어 브롬($$Br_2$$)과 같은 할로젠 원소와 첨가 반응을 일으켜 단일 결합으로 변할 수 있습니다.

    오답 노트
    결합각은 메테인이 에텐보다 크다: 메테인($$109.5^{\circ}$$), 에텐($120^{\circ}$ )으로 에텐이 더 큼
    메테인의 탄소는 $sp^2$혼성을 한다: $sp^3$ 혼성임
    메테인 분자는 극성 분자이다: 대칭 구조의 무극성 분자임
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16. 0.100 M CH3COOH(Ka=1.80×10-5) 수용액 20.0mL에 0.100 M NaOH 수용액 10.0mL를 첨가한 후, 용액의 pH를 구하면? (단, log1.80=0.255이다)

  1. 2.875
  2. 4.745
  3. 5.295
  4. 7.875
(정답률: 58%)
  • 약산과 강염기가 반응하여 생성된 완충 용액의 pH를 구하는 문제입니다. 핸더슨-하셀바흐 식을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\text{pH} = \text{pKa} + \log \frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$
    ② [숫자 대입] $\text{pH} = (5 - \log 1.8) + \log \frac{0.1 \times 10}{0.1 \times (20-10)}$
    ③ [최종 결과] $\text{pH} = 4.745$
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17. 다음은 오존(O3)층 파괴의 주범으로 의심되는 프레온-12(CCl2F2)와 관련된 화학 반응의 일부이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. (가) 반응을 통해 탄소(C)는 환원되었다.
  2. (나) 반응에서 생성되는 ClO에는 홀전자가 있다.
  3. 오존(O3) 분자 구조내의 π결합은 비편재화되어 있다.
  4. 오존(O3) 분자 구조내의 결합각 ∠O-O-O은 180°이다.
(정답률: 75%)
  • 오존( $O_3$)의 분자 구조와 화학 반응에 대한 문제입니다.
    오존은 중심 산소 원자에 비공유 전자쌍이 1쌍 존재하여 전자쌍 반발 원리에 의해 결합각이 $180^{\circ}$보다 작은 굽은형 구조를 가집니다.

    오답 노트
    탄소는 환원되었다: (가) 반응에서 탄소의 산화수 변화가 없으므로 틀림
    ClO에는 홀전자가 있다: ClO는 라디칼로서 홀전자를 가짐
    π결합은 비편재화되어 있다: 공명 구조를 통해 비편재화됨
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18. 몰질량이 56g/mol인 금속 M 112g을 산화시켜 실험식이 MxOy인 산화물 160g을 얻었을 때, 미지수 x, y를 각각 구하면? (단, O의 몰질량은 16g/mol이다)

  1. x＝2, y＝3
  2. x＝3, y＝2
  3. x＝1, y＝5
  4. x＝1, y＝2
(정답률: 76%)
  • 금속 M과 산소 O의 몰수 비를 통해 실험식의 계수를 결정하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\text{mol} = \frac{\text{mass}}{\text{molar mass}}$
    ② [숫자 대입] $\text{M mol} = \frac{112}{56} = 2, \quad \text{O mol} = \frac{160-112}{16} = \frac{48}{16} = 3$
    ③ [최종 결과] $x=2, y=3$
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19. H2와 ICl이 기체상에서 반응하여 I2와 HCl을 만든다.

이 반응은 다음과 같이 두 단계 메커니즘으로 일어난다.

전체 반응에 대한 속도 법칙으로 옳은 것은?

  1. 속도＝k[H2][ICl]2
  2. 속도＝k[HI][ICl]2
  3. 속도＝k[H2][ICl]
  4. 속도＝k[HI][ICl)
(정답률: 65%)
  • 전체 반응의 속도는 가장 느린 단계인 속도 결정 단계에 의해 결정됩니다. 주어진 메커니즘에서 단계 1이 속도 결정 단계이므로, 이 단계의 반응물인 $\text{H}_2$와 $\text{ICl}$의 농도가 속도 법칙에 반영됩니다.
    $$\text{속도} = k[\text{H}_2][\text{ICl}]$$
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20. 다음 화합물들에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가)는 뉴클레오타이드를 구성하는 기본 단위이다.
  2. (가)는 브뢴스테드-로우리 산과 염기로 모두 작용할 수 있다.
  3. (나)는 단백질을 구성하는 기본 단위이다.
  4. 데옥시라이보핵산(DNA)에서 (다)는 인산과 직접 연결되어 있다.
(정답률: 60%)
  • 알라닌은 아미노기($-\text{NH}_2$)와 카복실기($-\text{COOH}$)를 모두 가지고 있어, 조건에 따라 양성자를 줄 수도(산) 받을 수도(염기) 있는 양쪽성 물질입니다.

    오답 노트
    뉴클레오타이드를 구성하는 기본 단위: 인산, 당, 염기의 결합체이며 알라닌은 아미노산임
    단백질을 구성하는 기본 단위: 데옥시라이보스는 당의 일종이며, 알라닌이 단백질의 기본 단위임
    사이토신 연결: 사이토신은 인산이 아니라 당과 직접 연결됨
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