9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2017-06-17)

9급 지방직 공무원 화학
(2017-06-17 기출문제)

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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: 73%)
  • 2H2O→2H2+O2은 분해반응이므로 산화-환원 반응이 아니다.

    2NaCl+Pb(NO3)2→PbCl2+2NaNO3은 이중치환반응이다. Pb(NO3)2의 Pb와 NaCl의 Cl이 치환되어 PbCl2와 NaNO3가 생성된다. 산화-환원 반응은 전자의 이동으로 인해 일어나는 반응인데, 이 반응에서는 전자의 이동이 일어나지 않으므로 산화-환원 반응이 아니다.
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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: 80%)
  • K의 원자 반지름이 Na의 원자 반지름보다 작다는 것은 옳은 설명이다. 이는 주기율표에서 원소의 원자 반지름이 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 작아지기 때문이다. Na는 K보다 주기적으로 왼쪽에 위치하므로 Na의 원자 반지름이 K보다 크다. 따라서 "K의 원자 반지름이 Na의 원자 반지름보다 작다."가 옳지 않은 것이 아니라 옳은 것이다.

    따라서 정답은 "K의 원자 반지름이 Na의 원자 반지름보다 크다."이다.
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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%)
  • 각 기체의 부분 압력은 동질 이상 기체 혼합물에서 각 기체 분자 수의 비율과 전체 압력의 곱으로 구할 수 있다. 따라서, O2 기체의 부분 압력은 (15.0mol / 40.0mol) × 8.0atm = 3.0atm 이다.
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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: 80%)
  • 반응식은 다음과 같다.

    2Al + 3Br2 → 2AlBr3
    AlBr3 + Br2 → Al2Br6

    따라서 4mol의 Al과 8mol의 Br2로부터 생성될 수 있는 Al2Br6의 최대 몰수는 Br2의 몰수에 의해 결정된다. 2mol의 Br2가 1mol의 Al2Br6을 생성하므로, 8mol의 Br2는 최대 4mol의 Al2Br6을 생성할 수 있다. 따라서 정답은 "2"이다.
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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: 78%)
  • "격자 에너지는 이온 화합물이 생성되는 여러 단계의 에너지를 서로 곱하여 계산한다." 이 설명은 옳은 설명입니다. 격자 에너지는 이온화된 원자들이 결합하여 이온 결합을 형성할 때 발생하는 에너지의 합으로, 이는 이온화, 증기화, 이온 간 상호작용 등 여러 단계의 에너지를 곱하여 계산합니다.
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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: 58%)
  • NaOH와 H2SO4는 1:2 몰비로 중화되므로, NaOH의 몰농도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    NaOH의 몰수 = H2SO4의 몰수 / 2

    H2SO4의 몰수 = 농도 × 체적 / 1000

    따라서, NaOH의 몰수 = (농도 × 20.0) / 1000 / 2 = 0.0001 × 24.4 / 1000

    NaOH의 몰농도 = NaOH의 몰수 / 체적 = (0.0001 × 24.4 / 1000) / 0.0244 = 0.1 M

    따라서, H2SO4의 몰농도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    NaOH의 몰수 = H2SO4의 몰수 / 2

    H2SO4의 몰수 = NaOH의 몰수 × 2 = 0.1 × 0.0244 × 2

    H2SO4의 몰농도 = H2SO4의 몰수 / 체적 = (0.1 × 0.0244 × 2) / 0.02 = 0.061 M

    따라서, 정답은 "0.0610"이다.
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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: 70%)
  • 반응식을 보면, 2HI(g) ⇌ H2(g) + I2(g) 이므로, Q = [H2][I2]/[HI]^2 = (0.01)(0.03)/(0.02)^2 = 1.5/400 = 0.00375 이다. K = 48 이므로, Q < K 이므로, 반응은 오른쪽에서 왼쪽으로 진행하여 평형을 이룰 것이다. 따라서, 정답은 "Q＝1.3, 오른쪽에서 왼쪽" 이다.
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8. 다음 알코올 중 산화 반응이 일어날 수 없는 것은?

(정답률: 83%)
  • 정답은 ""이다. 이것은 알코올이 아니라 알데하이드이기 때문이다. 알데하이드는 산화되지 않는다.
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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 로 환원된다.
  4. 전자는 외부 회로를 통해 환원 전극에서 산화 전극으로 흐른다.
(정답률: 73%)
  • 이 전지는 갈바니 전지이며, 표준 전지 표시법에서는 왼쪽이 환원 전극, 오른쪽이 산화 전극이다. 따라서 이 전지에서 CU2+는 환원 전극인 왼쪽에서 로 환원된다. 이유는 환원 반응에서는 전자가 환원 전극에서 산화 전극으로 이동하면서 화학 에너지를 방출하기 때문이다. 따라서 전자는 외부 회로를 통해 환원 전극에서 산화 전극으로 흐르게 된다.
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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: 64%)
  • - ㄱ: 산의 세기는 pH 값이 낮을수록 강하다. 따라서 pH 값이 가장 낮은 염산이 가장 강한 산이다.
    - ㄷ: 염기의 세기는 pH 값이 높을수록 강하다. 따라서 pH 값이 가장 높은 암모니아가 가장 강한 염기이다.
    - ㄹ: pH 값이 7일 때는 중성이므로, pH 값이 7에 가까운 물은 중성을 띠게 된다. 따라서 pH 값이 6.9인 물은 약 중성이며, pH 값이 7.1인 물은 약 약산성을 띤다.
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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: 55%)
  • CO2는 중성 물질이므로 산성비나 스모그의 주된 원인이 되지 않는다. 반면, SO2, NO, NO2는 모두 산성 물질이므로 산성비나 스모그의 주된 원인이 된다.
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12. 다음 원자들에 대한 설명으로 옳은 것은? (순서대로 원자 번호, 양성자 수, 전자 수, 중성자 수, 질량수)

(정답률: 86%)
  • 2번 원자는 질량수가 4인 헬륨 원자로, 양성자와 전자의 수가 각각 2개씩이며 중성자는 없습니다. 이는 헬륨 원자의 구조와 일치합니다.
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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: 81%)
  • 먼저 반응물과 생성물의 원자 개수를 세어보면,

    H: 2a = 2b + c

    C: a = d

    O: 2a = 2c + 2d

    이 됩니다.

    이를 풀어서 정리하면,

    a = d

    c = 2a - 2b

    d = a

    c + 2d = 2a

    이 됩니다.

    따라서, c와 d를 a로 대체하면,

    c = 2a - 2b

    d = a

    c + 2d = 3a

    이 됩니다.

    이제 반응식을 쓰면,

    a C2H6O + b O2 → c CO2 + d H2O

    a C2H6O + (3a/2) O2 → 2a CO2 + a H2O

    2a C2H6O + 3a O2 → 4a CO2 + 2a H2O

    따라서, a+b+c+d = 2a + (3a/2) + 4a + 2a = 9.5a

    a는 최소 정수비를 가지므로, a=2가 됩니다.

    따라서, a+b+c+d = 9.5a = 19 이므로,

    정답은 60+1 = 61입니다.
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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: 87%)
  • A는 바닥 상태의 전자 배치를 가지고 있으므로, 이것은 A의 기본 상태를 나타낸다. B의 원자가 전자 수는 4개이므로, 이것은 B가 탄소(C)와 같은 그룹에 속한다는 것을 나타낸다. C의 홀전자 수는 D의 홀전자 수보다 많으므로, C는 D보다 더 화학적으로 활발하다. C의 가장 안정한 형태의 이온은 C+이다. 이는 C가 4개의 전자를 가지고 있으며, 이중 2개의 전자가 외부 껍질에 위치해 있기 때문이다. C+는 이중 1개의 전자만 가지고 있으므로, 더 안정적인 상태가 된다.
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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: 78%)
  • 정답은 "에텐은 Br2와 첨가 반응을 할 수 있다." 이다.

    이유는 에텐 분자는 이중결합을 가지고 있어서 Br2와 첨가 반응을 할 수 있다. 이중결합은 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에, 이중결합을 가진 분자들은 일반적으로 더 반응성이 높다.

    ∠H-C-H의 결합각은 메테인이 에텐보다 크다는 설명은 옳지 않다. 메테인과 에텐은 서로 다른 구조를 가지고 있기 때문에, 결합각도 다르다.

    메테인의 탄소는 sp3혼성을 한다는 설명은 옳다. 메테인 분자는 탄소가 네 개의 다른 원자와 결합하고 있기 때문에, sp3혼성을 한다.

    메테인 분자는 극성 분자가 아니다. 메테인 분자는 네 개의 동일한 결합을 가지고 있기 때문에, 전체적으로 균일한 전하분포를 가진다. 따라서 극성이 없다.
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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: 62%)
  • CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

    몰수는 다음과 같다.

    - CH3COOH: 0.100 mol/L × 0.020 L = 0.002 mol
    - NaOH: 0.100 mol/L × 0.010 L = 0.001 mol

    NaOH는 CH3COOH보다 적으므로, NaOH가 모두 반응하면 CH3COOH가 남게 된다. 따라서, CH3COOH의 몰수는 0.002 mol - 0.001 mol = 0.001 mol 이다.

    CH3COOH의 이온화 상수 Ka는 1.80×10-5 이므로, CH3COOH의 이온화 반응식은 다음과 같다.

    CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO- + H3O+

    이 반응식에서, [CH3COOH] = 0.001 mol / 0.030 L = 0.0333 mol/L 이고, [CH3COO-] = [H3O+] 이다.

    따라서, Ka = [CH3COO-][H3O+]/[CH3COOH] = x2/0.0333-x

    여기서, x는 [H3O+]의 몰수이다.

    위 식을 풀면, x = 1.8×10-5 × 0.0333 / 0.001 + 1.8×10-5 = 1.8×10-5

    따라서, pH = -log[H3O+] = -log(1.8×10-5) = 4.745 이다.

    따라서, 정답은 "4.745"이다.
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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: 73%)
  • 오존(O3) 분자 구조내의 결합각 ∠O-O-O은 180°이 아니다. 오존 분자는 V자 모양을 하며, 결합각은 약 117°이다.
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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: 70%)
  • M의 몰질량은 56g/mol이므로, 112g의 M은 2몰이다.
    산화시키면 MxOy가 되므로, 산소의 몰질량은 16g/mol이므로 160g의 산화물은 10몰이다.
    따라서, M의 몰과 MxOy의 몰은 2:10 또는 1:5의 비율로 존재한다.
    이 비율을 이용하여 M의 몰을 2로 놓고, MxOy의 몰을 구하면,
    MxOy의 몰질량은 x×56 + y×16 이다.
    이 값이 10몰의 산화물의 몰질량인 160g과 같으므로,
    x×56 + y×16 = 160 ÷ 10 × 56 = 896 이 된다.
    이 식을 만족하는 자연수 x, y를 찾으면 된다.
    보기에서 x=2, y=3일 때, x×56 + y×16 = 2×56 + 3×16 = 168 이므로, 조건을 만족한다.
    따라서, 정답은 "x＝2, y＝3" 이다.
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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%)
  • 두 단계 메커니즘에서 는 첫 번째 단계가 느리고 두 번째 단계가 빠르다. 따라서 전체 반응 속도는 첫 번째 단계의 속도에 의해 결정된다. 첫 번째 단계에서는 H2와 ICl이 충돌하여 HI와 Cl2 중간체를 생성한다. 이 중간체는 두 번째 단계에서 빠르게 분해되어 I2와 HCl을 생성한다. 따라서 전체 반응 속도는 H2와 ICl의 충돌 빈도에 비례하며, 이는 [H2][ICl]로 나타낼 수 있다. 따라서 옳은 속도 법칙은 "속도＝k[H2][ICl]"이다.
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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: 67%)
  • 주어진 화합물들은 모두 뉴클레오타이드로 구성되어 있습니다. 뉴클레오타이드는 브뢴스테드-로우리 산과 염기로 모두 작용할 수 있기 때문에 "(가)는 브뢴스테드-로우리 산과 염기로 모두 작용할 수 있다."가 옳은 설명입니다.
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