9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2017-12-16)

9급 지방직 공무원 화학 2017-12-16 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학
(2017-12-16 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 계의 엔트로피가 증가하는 과정은?

  1. Ag+(aq)＋Cl-(aq)→AgCl(s)
  2. 4Fe(s)＋3O2(g)→2Fe2O3(s)
  3. HCl(g)＋NH3(g)→NH4Cl(s)
  4. 2SO3(g)→2SO2(g)＋O2(g)
(정답률: 88%)
  • 엔트로피는 일반적으로 무질서도가 증가하는 방향으로 진행하며, 기체 분자 수가 증가할 때 크게 증가합니다.
    $2SO_{3}(g) \to 2SO_{2}(g) + O_{2}(g)$ 반응은 기체 분자 수가 2몰에서 3몰로 증가하므로 계의 엔트로피가 증가합니다.

    오답 노트
    나머지 보기들: 기체가 고체로 변하거나 기체 분자 수가 감소하여 엔트로피가 감소함
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2. CN-이온의 루이스 구조에서 N의 형식 전하는?

  1. 0
  2. ＋1
  3. ＋2
  4. ＋3
(정답률: 69%)
  • 형식 전하는 원자가 전자 수에서 결합에 참여한 전자 수의 절반과 비공유 전자 수를 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{형식 전하} = \text{원자가 전자 수} - \frac{\text{결합 전자 수}}{2} - \text{비공유 전자 수}$
    ② [숫자 대입] $\text{형식 전하} = 5 - \frac{6}{2} - 2$
    ③ [최종 결과] $\text{형식 전하} = 0$
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3. 그림에서 설명하는 분자간 힘은?

  1. 쌍극자－쌍극자 힘
  2. 이온－쌍극자 힘
  3. 수소 결합
  4. 분산력
(정답률: 84%)
  • 제시된 그래프 는 무극성 분자인 n-알케인 계열의 몰질량이 증가함에 따라 끓는점이 상승하는 것을 보여줍니다. 무극성 분자 사이에는 오직 분산력만이 작용하며, 분자량이 커질수록 전자 구름의 편극성이 커져 분산력이 강해지기 때문에 끓는점이 높아집니다.
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4. 다음 중 화학 결합의 종류가 다른 것은?

  1. 염화 소듐(NaCl)
  2. 물(H2O)
  3. 일염화 아이오딘(ICl)
  4. 암모니아(NH3)
(정답률: 91%)
  • 염화 소듐(NaCl)은 금속과 비금속 원소 사이의 정전기적 인력으로 결합된 이온 결합 물질입니다. 반면 물($H_{2}O$), 일염화 아이오딘(ICl), 암모니아($NH_{3}$)는 비금속 원소들끼리 전자쌍을 공유하여 형성된 공유 결합 물질입니다.
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5. 다음 화합물의 수용액이 산성인 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 75%)
  • 화합물의 작용기에 따른 산성/염기성 성질을 판단합니다.
    ㄴ. 페놀($\text{OH}$ 기가 붙은 벤젠)은 약산성을 띱니다.
    ㄷ. 벤조산($\text{COOH}$ 기가 붙은 벤젠)은 전형적인 산성 물질입니다.

    오답 노트
    ㄱ. 톨루엔($\text{CH}_{3}$ 기): 중성
    ㄹ. 아닐린($\text{NH}_{2}$ 기): 약염기성
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6. 원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 이론에 의한 ClO3＋이온의 기하학적 구조는?

  1. 굽은형
  2. 정사면체
  3. 삼각 평면
  4. 평면 사각형
(정답률: 71%)
  • $\text{ClO}_{3}^{+}$이온의 중심 원자인 $\text{Cl}$의 원자가 전자는 7개이며, 양전하로 인해 1개가 제거되어 6개가 됩니다. 여기에 산소 3개와 결합하면 결합 전자쌍 3개와 비공유 전자쌍 1개가 존재하게 됩니다.
    VSEPR 이론에 따라 전자쌍 기하 구조는 사면체이지만, 비공유 전자쌍 1개를 제외한 실제 분자 구조는 삼각 평면이 됩니다.
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7. 일양성자 산 1.0M HA용액의 H+농도[M]는? (단, 약산 HA의 산 해리 상수 Kα＝4.0×10-10이다)

  1. 2.0×10-5
  2. 4.0×10-5
  3. 2.0×10-10
  4. 4.0×10-10
(정답률: 64%)
  • 약산의 수소 이온 농도는 산 해리 상수 $K_{a}$와 초기 농도 $C$를 이용하여 근사식으로 구할 수 있습니다.
    $$[H^{+}] = \sqrt{K_{a} \times C}$$
    $$[H^{+}] = \sqrt{4.0 \times 10^{-10} \times 1.0}$$
    $$[H^{+}] = 2.0 \times 10^{-5}$$
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8. 다음 전자 배치에 해당하는 원자들에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 75%)
  • 전자 배치를 통해 원소를 확인하면 $X$는 네온($Ne$), $Y$는 나트륨($Na$), $Z$는 마그네슘($Mg$)입니다.
    ㄱ. $X$는 비활성 기체로 전자 배치가 매우 안정하여 1차 이온화 에너지가 $Z$보다 훨씬 큽니다.
    ㄴ. $Y$와 $Z$는 같은 3주기 원소이며, 원자 번호가 작은 $Y$가 유효 핵전하가 작아 원자 반지름이 $Z$보다 큽니다.
    ㄷ. $Y^{+}$와 $Z^{2+}$는 모두 $Ne$과 같은 전자 배치를 가지는 등전자 이온입니다. 핵전하가 더 작은 $Y^{+}$가 전자 구름을 덜 끌어당기므로 크기가 $Z^{2+}$보다 큽니다.
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9. 다음 반응식에서 각 반응물의 농도를 달리하며 초기 반응 속도를 측정하여 아래 표와 같은 결과를 얻었다. (단, 반응 온도는 일정하다)

위 반응의 속도 법칙은?

  1. k[ClO2][OH-]
  2. k[ClO2]2[OH-]
  3. k[ClO2][OH-]2
  4. k[ClO2]2[OH-]2
(정답률: 87%)
  • 초기 반응 속도 데이터를 통해 각 반응물의 반응 차수를 결정합니다.
    실험 1과 2를 비교하면 $[ClO_{2}]$ 농도는 일정하고 $[OH^{-}]$ 농도가 2배 증가할 때 속도가 2배($1.5 \times 10^{-2} \rightarrow 3.0 \times 10^{-2}$) 증가하므로 $[OH^{-}]$에 대해 1차입니다.
    실험 1과 3을 비교하면 $[OH^{-}]$ 농도는 일정하고 $[ClO_{2}]$ 농도가 2배 증가할 때 속도가 4배($1.5 \times 10^{-2} \rightarrow 6.0 \times 10^{-2}$) 증가하므로 $[ClO_{2}]$에 대해 2차입니다.
    따라서 속도 법칙은 $k[ClO_{2}]^{2}[OH^{-}]$가 됩니다.
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10. 이산화 탄소(CO2)가 127℃에서 300m/s의 평균 속력으로 움직인다면 1327℃에서의 CO2의 평균 속력[m/s]은? (단, CO2는 두 온도에서 이상 기체의 거동을 보인다고 가정한다)

  1. 1200
  2. 900
  3. 600
  4. 300
(정답률: 47%)
  • 기체의 평균 속력은 절대온도의 제곱근에 비례한다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $v \propto \sqrt{T}$
    ② [숫자 대입] $v_{2} = 300 \times \sqrt{\frac{1327 + 273}{127 + 273}}$
    ③ [최종 결과] $v_{2} = 600$
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11. 다음 산－염기 반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가)에서 AlCl3는 아레니우스 산이다.
  2. (가)에서 Cl-는 루이스 산이다.
  3. (나)에서 NH3는 루이스 산이다.
  4. (나)에서 H2O는 브뢴스테드－로우리 산이다.
(정답률: 67%)
  • 산-염기의 정의를 통해 반응물을 분석하는 문제입니다.
    반응 (나)에서 $H_{2}O$는 $NH_{3}$에게 양성자($H^{+}$)를 제공하므로 브뢴스테드-로우리 산에 해당합니다.

    오답 노트
    $\text{AlCl}_{3}$: 전자쌍을 받는 루이스 산임
    $\text{Cl}^{-}$: 전자쌍을 제공하는 루이스 염기임
    $\text{NH}_{3}$: 전자쌍을 제공하는 루이스 염기임
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12. 질소 산화물에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
(정답률: 90%)
  • 질소 산화물($NO_{x}$)은 자동차 배기가스 등에서 배출되어 광화학 스모그를 유발하는 핵심 물질입니다.
    광화학 스모그의 주원인 물질이며, 자동차 운행을 줄이면 배출량을 감소시킬 수 있습니다.

    오답 노트
    런던형 스모그: 황산화물($SO_{x}$)이 주원인임
    석유나 석탄의 연소: 주로 황산화물($SO_{x}$)과 이산화황이 주된 생성물임
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13. 수산화 소듐(NaOH) 4g을 물에 녹여 200mL의 수산화 소듐 수용액을 만들었다. 이 수용액 20mL를 0.25M HCl로 중화하는데 필요한 HCl의 부피[mL]는? (단, NaOH의 몰질량은 40g/mol이다)

  1. 20
  2. 40
  3. 60
  4. 80
(정답률: 74%)
  • 중화 반응의 양론 식을 이용하여 필요한 산의 부피를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $n_{NaOH} = n_{HCl} \implies M_{NaOH} \times V_{NaOH} = M_{HCl} \times V_{HCl}$
    ② [숫자 대입] $(\frac{4}{40} \times \frac{1000}{200}) \times 20 = 0.25 \times V_{HCl}$
    ③ [최종 결과] $V_{HCl} = 40$
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14. 커피에서 카페인을 초임계 추출할 때 용매로 사용되는 이산화 탄소의 상을 다음 상도표에서 고르면?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 74%)
  • 초임계 유체는 온도와 압력이 모두 임계점(Critical Point) 이상인 상태로, 액체와 기체의 구분이 없어지는 상을 말합니다.
    제시된 상도표에서 임계점보다 오른쪽 상단 영역에 위치한 D가 초임계 상태에 해당합니다.
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15. 그림과 같이 아연(Zn)판을 황산구리(CuSO4) 수용액에 넣었을 때 일어나는 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 68%)
  • 아연(Zn)은 구리(Cu)보다 반응성이 커서 산화되고, 구리 이온은 환원되는 금속 치환 반응이 일어납니다.
    ㄱ. 아연이 산화되어 $Zn^{2+}$가 되고 구리 이온이 환원되어 $Cu$가 되므로, 알짜 이온 반응식은 $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$ 입니다. (옳음)

    오답 노트
    ㄴ. 아연은 산화되므로 산화수가 증가하고, 구리는 환원되므로 산화수가 감소합니다.
    ㄷ. 자발적으로 일어나는 반응이므로 자유 에너지 변화는 $\Delta G < 0$이어야 합니다.
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16. 산화－환원 반응이 아닌 것은?

  1. 2Mg(s)＋O2(g)→2MgO(s)
  2. 4KNO3(s)→2K2O(s)＋2N2(g)＋5O2(g)
  3. NaHSO4(aq)＋NaOH(aq)→Na2SO4(aq)＋H2O(l)
  4. Fe(s)＋Ni(NO3)2(aq)→Fe(NO3)2(aq)＋Ni(s)
(정답률: 79%)
  • 산화-환원 반응은 원소의 산화수 변화가 있어야 합니다. 산-염기 중화 반응은 산화수 변화 없이 $H^+$와 $OH^-$가 결합하여 물을 생성하는 반응입니다.
    NaHSO$_4$(aq) + NaOH(aq) $\rightarrow$ Na$_2$SO$_4$(aq) + H$_2$O(l) 반응은 전형적인 중화 반응으로, 모든 원소의 산화수 변화가 없으므로 산화-환원 반응이 아닙니다.
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17. 일정한 온도에서 1atm의 H2 2L, 2atm의 O2 3L, 3atm의 N2 4L를 10L의 밀폐된 용기에 넣었을 때의 전체 압력[atm]은? (단, 세 기체는 서로 반응하지 않는 이상 기체라고 가정한다)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 90%)
  • 각 기체의 부분 압력은 보일의 법칙($P_1V_1 = P_2V_2$)을 이용하여 최종 부피에서의 압력을 구한 뒤, 돌턴의 부분 압력 법칙에 따라 모두 합산합니다.
    ① [기본 공식] $P_{total} = \sum \frac{P_i V_i}{V_{total}}$
    ② [숫자 대입] $P_{total} = \frac{1 \times 2 + 2 \times 3 + 3 \times 4}{10}$
    ③ [최종 결과] $P_{total} = 2$
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18. 아래 그림은 반응 경로에 따른 에너지 변화를 나타낸 것이다. 이 때 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 74%)
  • 반응 경로 그래프에서 골짜기에 해당하는 지점이 중간체이며, 가장 높은 에너지 장벽을 가진 단계가 속도 결정 단계입니다.
    ㄱ. 그래프에서 B와 C 두 개의 골짜기가 존재하므로 중간체는 2개입니다. (옳음)
    ㄴ. 첫 번째 정점보다 두 번째 정점의 에너지가 더 높으므로, 첫 번째 단계가 속도 결정 단계입니다. (틀림)
    ㄷ. 반응물 A보다 생성물 D의 에너지가 더 높으므로 에너지를 흡수하는 흡열 반응입니다. (틀림)
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19. 바닥 상태인 2주기 원소 X, Y의 홀전자(unpaired electron) 수는 같고, 값이 X＝1, Y＝2/3이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 원자가 전자(valence electron)수는 X가 Y보다 많다.
  2. 유효 핵전하는 X가 Y보다 크다.
  3. 원소 Y가 수소(H)와 결합한 화합물은 YH3이다.
  4. 화합물 XY2는 직선형이다.
(정답률: 68%)
  • 홀전자 수가 같고 주어진 식 의 값이 X=1, Y=2/3인 2주기 원소는 X가 탄소(C), Y가 산소(O)입니다. 탄소(X)는 2족, 산소(Y)는 6족 원소이며, $XY_{2}$는 $CO_{2}$가 되어 중심 원자인 탄소에 비공유 전자쌍이 없으므로 직선형 구조를 가집니다.

    오답 노트
    원자가 전자수: X(4개)보다 Y(6개)가 더 많음
    유효 핵전하: 주기율표 오른쪽으로 갈수록 커지므로 Y가 더 큼
    화합물 YH3: 산소(Y)는 수소와 결합하여 $H_{2}O$를 형성함
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20. 다음 반응식의 균형을 맞추었을 때, H2O의 계수는?

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 6
(정답률: 77%)
  • 산화-환원 반응식의 계수를 맞추기 위해 산화수 변화를 분석합니다. $MnO_{4}^{-}$의 Mn은 +7에서 +2로 5전자 감소하고, $Fe^{2+}$의 Fe는 +2에서 +3으로 1전자 증가하므로, Mn과 Fe의 계수비는 1:5가 됩니다. 전하량 보존을 위해 $H^{+}$의 계수는 8이 되며, 최종적으로 산소와 수소 원자 수를 맞추면 $H_{2}O$의 계수는 4가 됩니다.
    ① [기본 공식] $MnO_{4}^{-} + 5Fe^{2+} + 8H^{+} \rightarrow 5Fe^{3+} + Mn^{2+} + 4H_{2}O$
    ② [숫자 대입] (반응식의 원자 수 및 전하량 균형 확인)
    ③ [최종 결과] $H_{2}O \text{의 계수} = 4$
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