9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2018-05-19)

9급 지방직 공무원 화학 2018-05-19 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학
(2018-05-19 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 산소와 헬륨으로 이루어진 가스통을 가진 잠수부가 바다 속 60m에서 잠수중이다. 이 깊이에서 가스통에 들어 있는 산소의 부분 압력이 1140mmHg일 때, 헬륨의 부분 압력[atm]은? (단, 이 깊이에서 가스통의 내부 압력은 7.0atm이다)

  1. 5.0
  2. 5.5
  3. 6.0
  4. 6.5
(정답률: 83%)
  • 돌턴의 부분 압력 법칙에 따라 혼합 가스의 전체 압력은 각 성분 가스의 부분 압력의 합과 같습니다. 따라서 전체 압력에서 산소의 부분 압력을 빼면 헬륨의 부분 압력을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P_{He} = P_{total} - P_{O_2}$ 헬륨 압력 = 전체 압력 - 산소 압력
    ② [숫자 대입] $P_{He} = 7.0 - \frac{1140}{760}$
    ③ [최종 결과] $P_{He} = 5.5$
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2. 다음 각 원소들이 아래와 같은 원자 구성을 가지고 있을 때, 동위 원소는?

  1. A, Y
  2. A, Z
  3. X, Y
  4. X, Z
(정답률: 92%)
  • 동위 원소란 원자 번호(양성자 수)는 같지만 질량수(양성자 수 + 중성자 수)가 다른 원소를 말합니다. 제시된 표에서 원자 번호가 $186$으로 동일한 원소는 $\text{A}$와 $\text{Y}$입니다.
    $$\text{A: } {}^{410}_{186}\text{A}$$
    $$\text{Y: } {}^{412}_{186}\text{Y}$$
    두 원소는 원자 번호가 $186$으로 같고 질량수가 각각 $410, 412$로 다르므로 동위 원소 관계입니다.
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3. 다음 평형 반응식의 평형 상수 K값의 크기를 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. ㄱ＞ㄴ＞ㄷ
  2. ㄱ＝ㄴ＝ㄷ
  3. ㄴ＞ㄷ＞ㄱ
  4. ㄷ＞ㄴ＞ㄱ
(정답률: 56%)
  • 다양성 산(인산, $\text{H}_3\text{PO}_4$)의 단계적 이온화 과정에서 수소 이온이 떨어져 나갈수록 남은 음이온의 정전기적 인력이 강해져 다음 수소 이온을 떼어내기가 더 어려워집니다. 따라서 단계가 진행될수록 산성도가 낮아지며 평형 상수 $K$ 값은 작아집니다.
    $$\text{ㄱ. } \text{H}_3\text{PO}_4(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{PO}_4^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$$
    $$\text{ㄴ. } \text{H}_2\text{PO}_4^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HPO}_4^{2-}(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$$
    $$\text{ㄷ. } \text{HPO}_4^{2-}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{PO}_4^{3-}(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$$
    따라서 평형 상수의 크기는 $\text{ㄱ} > \text{ㄴ} > \text{ㄷ}$ 순서가 됩니다.
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4. 방사성 실내 오염 물질은?

  1. 라돈(Rn)
  2. 이산화 질소(NO2)
  3. 일산화 탄소(CO)
  4. 폼알데하이드(CH2O)
(정답률: 93%)
  • 라돈(Rn)은 지각의 우라늄 등이 붕괴하면서 생성되는 무색, 무취의 방사성 기체로, 건물 바닥이나 벽의 틈새를 통해 실내로 유입되는 대표적인 방사성 실내 오염 물질입니다.
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5. 볼타 전지에서 두 반쪽 반응이 다음과 같을 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Ag는 환원 전극이고 Cu는 산화 전극이다.
  2. 알짜 반응은 자발적으로 일어난다.
  3. 셀 전압()은 1.261V이다.
  4. 두 반응의 알짜 반응식은 이다.
(정답률: 75%)
  • 셀 전압은 환원 전극의 표준 환원 전위에서 산화 전극의 표준 환원 전위를 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $E_{cell}^{\circ} = E_{cathode}^{\circ} - E_{anode}^{\circ}$
    ② [숫자 대입] $E_{cell}^{\circ} = 0.799 - 0.337$
    ③ [최종 결과] $E_{cell}^{\circ} = 0.462$
    따라서 셀 전압($\text{}$)이 $1.261V$라는 설명은 틀렸습니다.
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6. 끓는점이 가장 낮은 분자는?

  1. 물(H2O)
  2. 일염화 아이오딘(ICl)
  3. 삼플루오린화 붕소(BF3)
  4. 암모니아(NH3)
(정답률: 61%)
  • 분자의 끓는점은 분자 간 인력의 세기에 결정됩니다. 물($H_{2}O$)과 암모니아($NH_{3}$)는 강한 수소 결합을 하며, 일염화 아이오딘($ICl$)은 극성 분자로 쌍극자-쌍극자 인력이 작용합니다. 하지만 삼플루오린화 붕소($BF_{3}$)는 무극성 분자로 매우 약한 분산력만 존재하므로 끓는점이 가장 낮습니다.
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7. 산화수 변화가 가장 큰 원소는?

  1. Pb
  2. S
  3. H
  4. O
(정답률: 60%)
  • 화학 반응식 $PbS(s) + 4H_{2}O_{2}(aq) \rightarrow PbSO_{4}(s) + 4H_{2}O(l)$에서 각 원소의 산화수 변화를 분석합니다.
    Pb는 $+2$에서 $+2$로 변화가 없으며, O는 $-1$에서 $-2$로 $1$만큼 변화하고, H는 $+1$에서 $+1$로 변화가 없습니다. 반면 S는 $-2$에서 $+6$으로 산화수가 $8$만큼 크게 증가하므로 산화수 변화가 가장 큰 원소는 S입니다.
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8. 다음 중 분자 간 힘에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 70%)
  • 분자 간 힘의 종류와 끓는점의 관계를 분석한 문제입니다.
    ㄴ. $H_{2}S$는 극성 분자이므로 무극성 분자인 $H_{2}$보다 쌍극자-쌍극자 힘이 작용하여 끓는점이 높습니다.
    ㄷ. $HF$는 전기 음성도가 매우 큰 $F$와 결합하여 강한 수소 결합을 형성하므로 $HCl$보다 끓는점이 높습니다.

    오답 노트
    ㄱ. $NH_{3}$의 끓는점이 $PH_{3}$보다 높은 이유는 분산력이 아니라 강한 수소 결합 때문입니다.
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9. 원자들의 바닥 상태 전자 배치로 옳지 않은 것은?

  1. Co: [Ar]4s13d8
  2. Cr: [Ar]4s13d5
  3. Cu: [Ar]4s13d10
  4. Zn: [Ar]4s23d10
(정답률: 61%)
  • 코발트(Co)의 바닥 상태 전자 배치는 $[Ar]4s^{2}3d^{7}$입니다. 따라서 Co: $[Ar]4s^{1}3d^{8}$로 표기한 설명은 옳지 않습니다.
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10. 체심 입방(bcc) 구조인 타이타늄(Ti)의 단위 세포에 있는 원자의 알짜 개수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 6
(정답률: 63%)
  • 체심 입방(bcc) 구조는 정육면체 각 꼭짓점에 원자가 $1/8$개씩 있고, 중심에 원자가 1개 완전히 포함되어 있는 구조입니다.
    따라서 알짜 원자 수는 $8 \times \frac{1}{8} + 1 = 2$개입니다.
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11. 0.50M NaOH 수용액 500mL를 만드는 데 필요한 2.0M NaOH 수용액의 부피[mL]는?

  1. 125
  2. 200
  3. 250
  4. 500
(정답률: 84%)
  • 용액을 희석할 때 용질의 몰수는 변하지 않는다는 희석 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $M_1 V_1 = M_2 V_2$
    ② [숫자 대입] $2.0 \times V_1 = 0.50 \times 500$
    ③ [최종 결과] $V_1 = 125$
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12. 다음에서 실험식이 같은 쌍만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 89%)
  • 실험식은 분자식에서 원자 수의 비를 가장 간단한 정수비로 나타낸 식입니다.
    아세틸렌($\text{C}_2\text{H}_2$)과 벤젠($\text{C}_6\text{H}_6$)은 모두 $\text{CH}$로 실험식이 같습니다.
    아세트산($\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2$)과 글루코스($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$)는 모두 $\text{CH}_2\text{O}$로 실험식이 같습니다.
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13. 분자 수가 가장 많은 것은? (단, C, H, O의 원자량은 각각 12.0, 1.00, 16.0이다)

  1. 0.5mol 이산화 탄소 분자 수
  2. 84g 일산화 탄소 분자 수
  3. 아보가드로 수만큼의 일산화 탄소 분자 수
  4. 산소 1.0mol과 일산화 탄소 2.0mol이 정량적으로 반응한 후 생성된 이산화 탄소 분자 수
(정답률: 89%)
  • 각 보기의 몰수를 계산하여 분자 수가 가장 많은 것을 찾습니다. 몰수가 클수록 분자 수도 많습니다.
    이산화 탄소 0.5mol은 $0.5\text{mol}$입니다.
    일산화 탄소($\text{CO}$, 분자량 28.0) 84g은 $\text{mol} = \frac{84}{28} = 3.0\text{mol}$ 입니다.
    아보가드로 수만큼의 일산화 탄소는 $1.0\text{mol}$입니다.
    반응식 $\text{O}_2 + 2\text{CO} \rightarrow 2\text{CO}_2$에서 산소 1.0mol과 일산화 탄소 2.0mol이 반응하면 이산화 탄소는 $2.0\text{mol}$ 생성됩니다.
    따라서 84g 일산화 탄소 분자 수가 가장 많습니다.
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14. 0.30M Na3PO4 10mL와 0.20M Pb(NO3)2 20mL를 반응시켜 Pb3(PO4)2를 만드는 반응이 종결되었을 때, 한계 시약은?

  1. Na3PO4
  2. NaNO3
  3. Pb(NO3)2
  4. Pb3(PO4)2
(정답률: 69%)
  • 각 시약의 몰수를 계산하여 화학 양론적 비율과 비교해 먼저 소모되는 한계 시약을 찾습니다.
    반응식: $2Na_{3}PO_{4}(aq) + 3Pb(NO_{3})_{2}(aq) \rightarrow 6NaNO_{3}(aq) + Pb_{3}(PO_{4})_{2}(s)$
    ① [기본 공식] $n = M \times V$
    ② [숫자 대입]
    $$n(Na_{3}PO_{4}) = 0.30 \times 0.01 = 0.003\text{ mol}$$
    $$n(Pb(NO_{3})_{2}) = 0.20 \times 0.02 = 0.004\text{ mol}$$
    ③ [최종 결과]
    필요한 $Pb(NO_{3})_{2}$의 양: $0.003 \times \frac{3}{2} = 0.0045\text{ mol}$
    실제 양($0.004\text{ mol}$)이 필요한 양보다 적으므로 $Pb(NO_{3})_{2}$가 한계 시약입니다.
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15. 분자식이 C5H12인 화합물에서 가능한 이성질체의 총 개수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 65%)
  • 분자식이 $C_{5}H_{12}$인 펜테인 계열의 포화 탄화수소는 구조에 따라 펜테인(n-pentane), 아이소펜테인(isopentane), 네오펜테인(neopentane)의 총 3가지 구조 이성질체가 존재합니다.
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16. 다음 중 산화－환원 반응은?

  1. Na2SO4(aq)＋Pb(NO3)2(aq)→PbSO4(s)＋2NaNO3(aq)
  2. 3KOH(aq)＋Fe(NO3)3(aq)→Fe(OH)3(s)＋3KNO3(aq)
  3. AgNO3(aq)＋NaCl(aq)→AgCl(s)＋NaNO3(aq)
  4. 2CuCl(aq)→CuCl2(aq)＋Cu(s)
(정답률: 78%)
  • 산화-환원 반응은 원소의 산화수가 변하는 반응입니다. $2CuCl(aq) \rightarrow CuCl_{2}(aq) + Cu(s)$ 반응에서 $Cu^{+}$이온이 $Cu^{2+}$로 산화되고, 동시에 $Cu^{+}$이온이 $Cu$ 금속으로 환원되는 불균등 반응이 일어납니다.

    오답 노트
    나머지 반응들: 이온들이 단순히 짝을 바꾸어 침전물을 만드는 앙금 생성 반응(복분해 반응)으로 산화수 변화가 없습니다.
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17. 분자 내 원자들 간의 결합 차수가 가장 높은 것을 포함하는 화합물은?

  1. CO2
  2. N2
  3. H2O
  4. C2H4
(정답률: 87%)
  • 결합 차수는 두 원자 사이에 형성된 공유 결합 수로, 질소 분자($N_{2}$)는 삼중 결합을 형성하여 결합 차수가 3으로 가장 높습니다.

    오답 노트
    $CO_{2}$, $C_{2}H_{4}$: 이중 결합(결합 차수 2)
    $H_{2}O$: 단일 결합(결합 차수 1)
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18. 물과 반응하였을 때, 산성이 아닌 것은?

  1. 에테인(C2H6)
  2. 이산화 황(SO2)
  3. 일산화 질소(NO)
  4. 이산화 탄소(CO2)
(정답률: 72%)
  • 에테인($C_{2}H_{6}$)은 무극성 탄화수소로 물과 반응하여 수소 이온을 내놓지 않는 중성 물질입니다.

    오답 노트
    이산화 황, 일산화 질소, 이산화 탄소: 물에 녹아 산성 용액을 형성하는 산성 산화물입니다.
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19. 물리량들의 크기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 산소(O2) 내 산소 원자 간의 결합 거리＞오존(O3) 내 산소 원자 간의 평균 결합 거리
  2. 산소(O2) 내 산소 원자 간의 결합 거리＞산소 양이온(O2＋) 내 산소 원자 간의 결합 거리
  3. 산소(O2) 내 산소 원자 간의 결합 거리＞산소 음이온(O2－) 내 산소 원자 간의 결합 거리
  4. 산소(O2)의 첫 번째 이온화 에너지＞산소 원자(O)의 첫 번째 이온화 에너지
(정답률: 55%)
  • 결합 차수가 클수록 원자 간의 결합력이 강해져 결합 거리는 짧아집니다. 각 입자의 결합 차수를 분석하면 다음과 같습니다.
    - 산소($\text{O}_2$): 결합 차수 $2$
    - 오존($\text{O}_3$): 결합 차수 $1.5$
    - 산소 양이온($\text{O}_2^+$): 결합 차수 $2.5$
    - 산소 음이온($\text{O}_2^-$): 결합 차수 $1.5$
    결합 차수가 가장 큰 산소 양이온($\text{O}_2^+$)의 결합 거리가 가장 짧으므로, 산소($\text{O}_2$) 내 산소 원자 간의 결합 거리가 산소 양이온($\text{O}_2^+$) 내 산소 원자 간의 결합 거리보다 더 깁니다.
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20. 용액에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 순수한 물의 어는점보다 소금물의 어는점이 더 높다.
  2. 용액의 증기압은 순수한 용매의 증기압보다 높다.
  3. 순수한 물의 끓는점보다 설탕물의 끓는점이 더 낮다.
  4. 역삼투 현상을 이용하여 바닷물을 담수화할 수 있다.
(정답률: 67%)
  • 반투과성 막을 사이에 두고 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 용매가 이동하는 삼투 현상의 반대 방향으로 강한 압력을 가하면, 용질이 제거된 순수한 용매만 빠져나오게 됩니다. 이를 역삼투 현상이라고 하며, 바닷물에서 염분을 제거하여 담수를 얻는 담수화 공정에 이용됩니다.

    오답 노트
    순수한 물의 어는점보다 소금물의 어는점이 더 높다: 어는점 내림 현상으로 인해 더 낮아짐
    용액의 증기압은 순수한 용매의 증기압보다 높다: 증기압 내림 현상으로 인해 더 낮아짐
    순수한 물의 끓는점보다 설탕물의 끓는점이 더 낮다: 끓는점 오름 현상으로 인해 더 높아짐
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