9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2020-06-13)

9급 지방직 공무원 화학
(2020-06-13 기출문제)

목록

1. 25℃에서 측정한 용액 A의 [OH-]가 1.0×10-6M일 때, pH값은? (단, [OH-]는 용액 내의 OH- 몰농도를 나타낸다)

  1. 6.0
  2. 7.0
  3. 8.0
  4. 9.0
(정답률: 84%)
  • pH와 pOH는 다음과 같은 관계식을 가진다.

    pH + pOH = 14

    따라서, pOH = 14 - pH 이다.

    [OH-]와 pOH는 다음과 같은 관계식을 가진다.

    [OH-] = 10^-pOH

    따라서, [OH-] = 10^-6 이므로, pOH = 6이다.

    따라서, pH = 14 - pOH = 14 - 6 = 8.0 이다.
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2. 32g의 메테인(CH4)이 연소될 때 생성되는 물(H2O)의 질량[g]은? (단, H의 원자량은 1, C의 원자량은 12, O의 원자량은 16이며 반응은 완전연소로 100% 진행된다)

  1. 18
  2. 36
  3. 72
  4. 144
(정답률: 72%)
  • 메테인(CH4)과 산소(O2)의 반응식은 다음과 같습니다.

    CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

    반응식에서 메테인 1 몰에 대해 물 2 몰이 생성되므로, 메테인 1 몰에 대해 물의 몰은 2 몰입니다.

    메테인의 몰 질량은 16 g/mol + 4(1 g/mol) = 16 g/mol + 4 g/mol = 20 g/mol입니다.

    따라서 32 g의 메테인은 몰 수로 환산하면 32 g / 20 g/mol = 1.6 몰입니다.

    메테인 1 몰에 대해 물 2 몰이 생성되므로, 1.6 몰의 메테인에 대해 생성되는 물의 몰은 2 × 1.6 몰 = 3.2 몰입니다.

    물의 몰 질량은 2 g/mol + 16 g/mol = 18 g/mol입니다.

    따라서 3.2 몰의 물의 질량은 3.2 몰 × 18 g/mol = 57.6 g입니다.

    하지만 문제에서는 반응이 완전연소로 100% 진행되므로, 생성된 물의 질량은 57.6 g보다 더 많을 것입니다.

    반응식에서 메테인 1 몰에 대해 생성되는 물의 몰은 2 몰이지만, 산소가 충분하지 않으면 반응이 불완전하게 일어나므로 생성되는 물의 몰은 2 몰보다 적을 것입니다.

    반면에 산소가 충분하면 모든 메테인이 완전연소되어 물의 몰은 2 몰보다 많을 것입니다.

    따라서 32 g의 메테인이 완전연소될 때 생성되는 물의 질량은 57.6 g보다 더 많을 것입니다.

    정답인 72 g은 57.6 g보다 큰 값이므로, 산소가 충분하게 공급되어 모든 메테인이 완전연소되어 생성된 물의 질량이 72 g이 된 것입니다.
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3. 원자 간 결합이 다중 공유결합으로 이루어진 물질은?

  1. KBr
  2. Cl2
  3. NH3
  4. O2
(정답률: 75%)
  • 다중 공유결합은 원자들이 두 개 이상의 전자를 공유하는 결합을 말합니다. 이때, 산소 원자는 두 개의 산소 원자와 결합하여 O2 분자를 형성합니다. 이 분자는 두 개의 산소 원자가 서로 선형적으로 배치되어 있으며, 각 산소 원자는 다중 공유결합으로 서로 결합되어 있습니다. 따라서, O2는 다중 공유결합으로 이루어진 물질입니다.
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4. N2O 분해에 제안된 메커니즘은 다음과 같다.

위의 메커니즘으로부터 얻어지는 전체반응식과 반응속도 법칙은?

(정답률: 67%)
  • 전체반응식: 2N2O → 2N2 + O2

    반응속도 법칙: rate = k[N2O]2

    이유: 메커니즘에서 N2O 분자가 2번 충돌하여 분해되므로, 반응속도 법칙은 [N2O]2에 비례한다. 따라서, 정답은 ""이다.
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5. 일정 압력에서 2몰의 공기를 40℃에서 80℃로 가열할 때, 엔탈피 변화(△H)[J]는? (단, 공기의 정압열용량은 20Jmol-1℃-1이다)

  1. 640
  2. 800
  3. 1,600
  4. 2,400
(정답률: 74%)
  • △H = nCp△T

    여기서 n은 몰수, Cp는 정압열용량, △T는 온도 변화량을 나타낸다.

    따라서, △H = 2 mol × 20 Jmol-1℃-1 × (80℃ - 40℃) = 1,600 J 이다.

    따라서, 정답은 "1,600" 이다.
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6. 다음은 원자 A～D에 대한 양성자 수와 중성자 수를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A～D 는 임의의 원소기호이다)

  1. 이온 A- 와 중성원자 C의 전자수는 같다.
  2. 이온 A- 와 이온 B+의 질량수는 같다.
  3. 이온 B- 와 중성원자 D의 전자수는 같다.
  4. 원자 A～D 중 질량수가 가장 큰 원자는 D이다.
(정답률: 69%)
  • 원자 A의 양성자 수는 6개이고 중성자 수는 6개이므로 원자 질량은 12이다. 이에 해당하는 원소는 탄소(C)이다. 원자 B의 양성자 수는 7개이고 중성자 수는 7개이므로 원자 질량은 14이다. 이에 해당하는 원소는 질소(N)이다. 원자 C의 양성자 수는 8개이고 중성자 수는 8개이므로 원자 질량은 16이다. 이에 해당하는 원소는 산소(O)이다. 원자 D의 양성자 수는 9개이고 중성자 수는 10개이므로 원자 질량은 19이다. 이에 해당하는 원소는 플루오린(F)이다.

    이온 A-는 전자를 1개 더 많이 가지고 있으므로 전자 수는 7개이다. 중성원자 C도 전자 수가 6개이므로 이온 A-와 중성원자 C의 전자수는 같다.
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7. 단열된 용기 안에 있는 25℃의 물 150g에 60℃의 금속 100g을 넣어 열평형에 도달하였다. 평형 온도가 30℃일 때, 금속의 비열[Jg-1℃-1]은? (단, 물의 비열은 4Jg-1℃-1이다)

  1. 0.5
  2. 1
  3. 1.5
  4. 2
(정답률: 61%)
  • 열량 보존의 법칙에 따라, 열평형에 도달하기 위해 물이 잃는 열량과 금속이 얻는 열량은 같다. 따라서,

    물의 잃는 열량 = 금속이 얻는 열량

    m물 x c물 x (T평형 - T초기) = m금속 x c금속 x (T평형 - T초기)

    여기서,

    m물 = 150g
    c물 = 4Jg-1℃-1
    T초기 = 25℃
    m금속 = 100g
    T평형 = 30℃

    위 식을 대입하면,

    150 x 4 x (30 - 25) = 100 x c금속 x (30 - T초기)

    1200 = 500 x c금속

    c금속 = 2.4Jg-1℃-1

    따라서, 정답은 "2"이다.
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8. 주기율표에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. O2-, F-, Na+ 중에서 이온반지름이 가장 큰 것은 O2-이다.
  2. F, O, N, S 중에서 전기음성도는 F가 가장 크다.
  3. Li과 Ne 중에서 1차 이온화 에너지는 Li이 더 크다.
  4. Na, Mg, Al 중에서 원자반지름이 가장 작은 것은 Al이다.
(정답률: 66%)
  • "Li과 Ne 중에서 1차 이온화 에너지는 Li이 더 크다."는 옳은 설명이다. 이는 전자 구성과 전자 껍질의 크기와 관련이 있다. Li는 전자 껍질에 3개의 전자를 가지고 있으며, 이 중 하나를 잃어버리면 전자 껍질이 더 작아지므로 이온화 에너지가 높아진다. 반면 Ne는 전자 껍질이 완전히 차 있어서 전자를 잃어버리기가 어렵기 때문에 이온화 에너지가 낮다.
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9. 화합물 A2B의 질량 조성이 원소 A 60%와 원소 B 40%로 구성 될 때, AB3를 구성하는 A와 B의 질량비는?

  1. 10%의 A, 90%의 B
  2. 20%의 A, 80%의 B
  3. 30%의 A, 70%의 B
  4. 40%의 A, 60%의 B
(정답률: 68%)
  • 화합물 A2B에서 A와 B의 질량 비는 60:40 또는 3:2이다. 이 비율을 이용하여 AB3을 구성하는 경우, AB3은 A와 B의 비율이 1:3이므로, A와 B의 질량 비는 1:3 또는 20%의 A, 80%의 B이다. 따라서 정답은 "20%의 A, 80%의 B"이다.
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10. 25℃ 표준상태에서 다음의 두 반쪽 반응으로 구성된 갈바니 전지의 표준 전위[V]는? (단, E°는 표준 환원 전위 값이다)

  1. -0.76
  2. 0.34
  3. 0.42
  4. 1.1
(정답률: 69%)
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11. 반응식 P4(s)＋10Cl2(g)→4PCl5(s)에서 환원제와 이를 구성하는 원자의 산화수 변화를 옳게 짝 지은 것은? (순서대로 환원제, 반응 전 산화수, 반응 후 산화수)

  1. P4(s), 0, ＋5
  2. P4(s), 0, ＋4
  3. Cl2(g), 0, ＋5
  4. Cl2(g), 0, -1
(정답률: 70%)
  • 정답: "P4(s), 0, ＋5"

    이 반응에서 P4는 0 산화수에서 ＋5 산화수로 산화되고, Cl2는 0 산화수에서 －1 산화수로 환원된다. 따라서 환원제는 Cl2이며, 이를 구성하는 원자의 산화수는 반응 전 0에서 반응 후 －1로 감소한다. P4는 산화되므로 환원제가 아니다. 또한, P4의 산화수는 반응 전 0에서 반응 후 ＋4로 감소하므로 "P4(s), 0, ＋4"는 옳지 않다. Cl2의 산화수는 반응 전 0에서 반응 후 －1로 감소하지만, 환원제이므로 "Cl2(g), 0, ＋5"는 옳지 않다.
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12. 프로페인(C3H8)이 완전연소할 때, 균형 화학 반응식으로 옳은 것은?

  1. C3H8(g)＋3O2(g)→4CO2(g)＋2H2O(g)
  2. C3H8(g)＋5O2(g)→4CO2(g)＋3H2O(g)
  3. C3H8(g)＋5O2(g)→3CO2(g)＋4H2O(g)
  4. C3H8(g)＋4O2(g)→2CO2(g)＋H2O(g)
(정답률: 88%)
  • 프로페인(C3H8)은 탄화수소(Hydrocarbon)이므로 연소 반응식에서 산소(O2)과 반응하여 이산화탄소(CO2)와 수소산(H2O)를 생성합니다. 이때, 탄소(C)와 수소(H)의 원자 수가 균형을 이루어야 하므로, 반응식에서 탄소와 수소의 원자 수를 계산해보면, C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O가 됩니다. 따라서, 정답은 "C3H8(g)＋5O2(g)→3CO2(g)＋4H2O(g)"입니다.
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13. 중성원자를 고려할 때, 원자가전자 수가 같은 원자들의 원자번호끼리 옳게 짝 지은 것은?

  1. 1, 2, 9
  2. 5, 6, 9
  3. 4, 12, 17
  4. 9, 17, 35
(정답률: 76%)
  • 중성원자는 전하를 가지지 않으므로 전자 수와 원자핵의 양성자 수가 같습니다. 따라서, 원자번호가 같은 원소들은 전자 수와 양성자 수가 같은 것입니다. 보기에서 9번, 17번, 35번은 각각 플루오린, 염소, 브로민으로 전자 수와 양성자 수가 같은 중성원자입니다. 따라서, 이들의 원자번호끼리 옳게 짝 지어진 것입니다.
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14. 물 분자의 결합 모형을 그림처럼 나타낼 때, 결합 A와 결합 B에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 결합 A는 결합 B보다 강하다.
  2. 액체에서 기체로 상태변화를 할 때 결합 A가 끊어진다.
  3. 결합 B로 인하여 산소 원자는 팔전자 규칙(octet rule)을 만족한다.
  4. 결합 B는 공유결합으로 이루어진 모든 분자에서 관찰된다.
(정답률: 74%)
  • 정답은 "결합 B로 인하여 산소 원자는 팔전자 규칙(octet rule)을 만족한다."입니다.

    결합 A와 결합 B 모두 산소 원자와 수소 원자 간의 공유결합으로 이루어져 있습니다. 하지만 결합 A는 물 분자 내부에서 존재하는 수소와 산소 원자 간의 결합이며, 결합 B는 물 분자 간에 존재하는 수소와 산소 원자 간의 결합입니다.

    따라서 결합 A와 결합 B의 결합 강도는 서로 다를 수 있습니다.

    액체에서 기체로 상태변화를 할 때는 결합 A가 끊어지게 되며, 이는 물 분자 내부에서 존재하는 결합이기 때문입니다.

    결합 B로 인하여 산소 원자는 팔전자 규칙을 만족하게 되며, 이는 결합 B가 물 분자에서 관찰되는 공유결합의 형태이기 때문입니다.
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15. 다음 중 산화-환원 반응은?

  1. HCl(g)＋NH3(aq)→NH4Cl(s)
  2. HCl(aq)＋NaOH(aq)→H2O(l)＋NaCl(aq)
  3. Pb(NO3)2(aq)＋2KI(aq)→PbI2(s)＋2KNO3(aq)
  4. Cu(s)＋2Ag+(aq)→2Ag(s)＋Cu2+(aq)
(정답률: 73%)
  • Cu(s)＋2Ag+(aq)→2Ag(s)＋Cu2+(aq)는 산화-환원 반응입니다. Cu(s)는 0 산화 상태이고 Ag+(aq)는 +1 산화 상태입니다. 반면에 Cu2+(aq)는 +2 산화 상태이고 Ag(s)는 0 산화 상태입니다. 따라서 Cu(s)가 Ag+(aq)에 전자를 잃어버리면서 산화되고, Ag+(aq)가 전자를 받으면서 환원됩니다.
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16. 아세트알데하이드(acetaldehyde)에 있는 두 탄소(ⓐ와 ⓑ)의 혼성 오비탈을 옳게 짝 지은 것은? (순서대로 ⓐ, ⓑ)

  1. sp3, sp2
  2. sp2, sp2
  3. sp3, sp
  4. sp3, sp3
(정답률: 69%)
  • 정답은 "sp3, sp2"이다.

    아세트알데하이드의 구조에서, 중앙에 있는 탄소(ⓐ)는 세 개의 수소와 결합하고 있으므로 sp3 혼성 오비탈을 가지게 된다. 반면, 산소가 있는 탄소(ⓑ)는 두 개의 수소와 산소와 결합하고 있으므로 sp2 혼성 오비탈을 가지게 된다.

    따라서, ⓐ와 ⓑ의 혼성 오비탈은 각각 sp3과 sp2이다.
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17. 용액에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 용액의 밀도는 용액의 질량을 용액의 부피로 나눈 값이다.
  2. 용질 A의 몰농도는 A의 몰수를 용매의 부피(L)로 나눈 값이다.
  3. 용질 A의 몰랄농도는 A의 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값이다.
  4. 1ppm은 용액 백만 g에 용질 1g이 포함되어 있는 값이다.
(정답률: 41%)
  • 옳지 않은 설명은 "용질 A의 몰랄농도는 A의 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값이다." 이다. 올바른 용액의 밀도, 몰농도, 몰랄농도의 정의는 각각 용액의 질량을 용액의 부피로 나눈 값, 용질 A의 몰수를 용액의 부피(L)로 나눈 값, 용질 A의 몰수를 용매의 질량(kg)으로 나눈 값이다. 1ppm은 용액 1백만 g에 용질 1g이 포함되어 있는 값이다.
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18. 바닷물의 염도를 1kg의 바닷물에 존재하는 건조 소금의 질량(g)으로 정의하자. 질량 백분율로 소금 3.5%가 용해된 바닷물의 염도[G/KG]는?

  1. 0.35
  2. 3.5
  3. 35
  4. 350
(정답률: 70%)
  • 소금 3.5%가 용해된 바닷물의 경우, 1kg의 바닷물에 3.5g의 소금이 존재한다. 이를 바닷물의 염도로 환산하면 3.5g/1000g = 0.0035G/KG 이다. 하지만 문제에서는 질량 백분율로 염도를 구하라고 했으므로, 0.0035G/KG을 100으로 곱해주면 된다. 따라서 정답은 35이다.
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19. 25℃ 표준상태에서 아세틸렌(C2H2(g))의 연소열이 －1,300kJmol-1 일 때, C2H2의 연소에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 생성물의 엔탈피 총합은 반응물의 엔탈피 총합보다 크다.
  2. C2H2 몰의 연소를 위해서는 1,300kJ이 필요하다.
  3. C2H2 몰의 연소를 위해서는 O2 5몰이 필요하다.
  4. 25℃의 일정 압력에서 C2H2이 연소될 때 기체의 전체 부피는 감소한다.
(정답률: 38%)
  • 정답은 "생성물의 엔탈피 총합은 반응물의 엔탈피 총합보다 크다."이다.

    C2H2의 연소 반응식은 다음과 같다.

    C2H2(g) + 2.5O2(g) → 2CO2(g) + H2O(l) + 1300kJ

    이 반응에서 생성물의 엔탈피 총합은 반응물의 엔탈피 총합보다 크므로, 반응은 발열반응이다. 따라서, 반응이 일어나면 열이 방출되고, 기체의 전체 부피는 감소한다. 이는 기체 분자들이 열에 의해 운동 에너지를 얻어 더욱 빠르게 움직이고, 분자 간 거리가 좁아지기 때문이다.
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20. 물질 A, B, C에 대한 다음 그래프의 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 77%)
  • - A: 고체 상태에서는 온도가 낮을수록 비례하여 부피가 작아진다. 액체 상태에서는 온도가 낮을수록 비례하여 밀도가 커진다.
    - B: 고체 상태에서는 온도가 낮을수록 비례하여 전기저항이 작아진다. 액체 상태에서는 온도가 낮을수록 비례하여 전기저항이 커진다.
    - C: 고체 상태에서는 온도가 낮을수록 비례하여 열팽창 계수가 작아진다. 액체 상태에서는 온도가 낮을수록 비례하여 열팽창 계수가 작아진다.

    따라서, 옳은 설명은 "ㄱ, ㄴ" 입니다. A는 고체와 액체의 부피와 밀도 변화, B는 고체와 액체의 전기저항 변화, C는 고체와 액체의 열팽창 계수 변화를 나타내는 그래프입니다.
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