9급 지방직 공무원 화학 필기 기출문제복원 (2021-06-05)

9급 지방직 공무원 화학 2021-06-05 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학
(2021-06-05 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 물질 변화의 종류가 다른 것은?

  1. 물이 끓는다.
  2. 설탕이 물에 녹는다.
  3. 드라이아이스가 승화한다.
  4. 머리카락이 과산화 수소에 의해 탈색된다.
(정답률: 86%)
  • 물질의 성질이 변하지 않는 물리 변화와 성질이 변하는 화학 변화를 구분하는 문제입니다.
    물이 끓는다, 설탕이 물에 녹는다, 드라이아이스가 승화한다 과정은 모두 상태 변화나 용해에 해당하므로 물리 변화입니다.
    반면 머리카락이 과산화 수소에 의해 탈색된다 과정은 산화-환원 반응이 일어나는 화학 변화이므로 정답입니다.
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2. 용액의 총괄성에 해당하지 않는 현상은?

  1. 산 위에 올라가서 끓인 라면은 설익는다.
  2. 겨울철 도로 위에 소금을 뿌려 얼음을 녹인다.
  3. 라면을 끓일 때 스프부터 넣으면 면이 빨리 익는다.
  4. 서로 다른 농도의 두 용액을 반투막을 사용해 분리해 놓으면 점차 그 농도가 같아진다.
(정답률: 63%)
  • 용액의 총괄성이란 용질의 종류와 관계없이 용질 입자의 수에 의해서만 결정되는 성질(증기압 내림, 끓는점 오름, 어는점 내림, 삼투압)을 말합니다.
    산 위에서 라면이 설익는 현상은 용액의 성질이 아니라, 고도가 높아짐에 따라 외부 압력이 낮아져 물의 끓는점이 내려가기 때문에 발생하는 현상입니다.

    오답 노트
    겨울철 제설제: 어는점 내림
    스프 먼저 넣기: 끓는점 오름
    반투막 농도 균일화: 삼투압
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3. 강철 용기에서 암모니아(NH3) 기체가 질소(N2) 기체와 수소 기체(H2)로 완전히 분해된 후의 전체 압력이 900 mmHg이었다. 생성된 질소와 수소 기체의 부분 압력[mmHg]을 바르게 연결한 것은? (단, 모든 기체는 이상 기체의 거동을 한다)

  1. 질소 기체: 200, 수소 기체: 700
  2. 질소 기체: 225, 수소 기체: 675
  3. 질소 기체: 250, 수소 기체: 650
  4. 질소 기체: 275, 수소 기체: 625
(정답률: 83%)
  • 암모니아 분해 반응식 $2\text{NH}_3 \rightarrow \text{N}_2 + 3\text{H}_2$에 따라 생성되는 기체의 몰수비는 $\text{N}_2 : \text{H}_2 = 1 : 3$입니다. 전체 압력은 각 부분 압력의 합과 같으므로, 전체 압력을 몰수비의 합인 $4$로 나누어 각 성분의 압력을 구합니다.
    ① [기본 공식] $P_{\text{N}_2} = P_{\text{total}} \times \frac{1}{1+3}$
    ② [숫자 대입] $P_{\text{N}_2} = 900 \times \frac{1}{4}$
    ③ [최종 결과] $P_{\text{N}_2} = 225\text{mmHg}, P_{\text{H}_2} = 675\text{mmHg}$
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4. 다음은 일산화 탄소(CO)와 수소(H2)로부터 메탄올(CH3OH)을 제조하는 반응식이다. [ CO(g)＋2H2(g) → CH3OH(l) ] 일산화 탄소 280 g과 수소 50 g을 반응시켜 완결하였을 때, 생성된 메탄올의 질량[g]은? (단, C, H, O의 원자량은 각각 12, 1, 16이다)

  1. 330
  2. 320
  3. 290
  4. 160
(정답률: 82%)
  • 화학 반응식의 계수비는 곧 몰수비이며, 질량비는 (몰수 $\times$ 분자량)으로 계산합니다.
    반응식 $\text{CO(g)} + 2\text{H}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{OH(l)}$에서 각 물질의 분자량은 $\text{CO}=28$, $\text{H}_2=2$, $\text{CH}_3\text{OH}=32$입니다.
    반응물 $\text{CO}$ $280\text{g}$은 $10\text{mol}$이고, $\text{H}_2$ $50\text{g}$은 $25\text{mol}$입니다. 계수비 $1:2$에 따라 $\text{CO}$ $10\text{mol}$이 모두 반응하려면 $\text{H}_2$는 $20\text{mol}$만 필요하므로 $\text{CO}$가 한계 반응물입니다.
    ① [기본 공식] $\text{Mass} = \text{mol} \times \text{Molar Mass}$
    ② [숫자 대입] $\text{Mass} = 10 \times 32$
    ③ [최종 결과] $\text{Mass} = 320\text{g}$
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5. 주족 원소의 주기적 성질에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 50%)
  • 주족 원소의 주기적 성질을 분석하면 다음과 같습니다.
    ㄱ. 같은 족에서는 원자 번호가 커질수록 전자 껍질 수가 증가하여 원자 반지름이 증가합니다. (옳음)
    ㄴ. 같은 주기에서는 원자 번호가 커질수록 유효 핵전하가 증가하여 전자를 더 강하게 끌어당기므로 원자 반지름이 감소합니다. (틀림)
    ㄷ. 전자친화도는 일반적으로 주기율표의 오른쪽 위로 갈수록 큰 양의 값을 갖는 것이 아니라, 비활성 기체를 제외하고 오른쪽으로 갈수록 더 큰 음의 값(에너지 방출량 증가)을 갖는 경향이 있습니다. (틀림)
    ㄹ. $\text{He}$은 $\text{Li}$보다 원자 반지름이 훨씬 작고 유효 핵전하가 커서 전자를 떼어내는 데 필요한 1차 이온화 에너지가 훨씬 큽니다. (옳음)
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6. 다음 화합물 중 무극성 분자를 모두 고른 것은?

  1. SO2, CCl4
  2. SO2, HCl
  3. HCl, SF6
  4. CCl4, SF6
(정답률: 73%)
  • 분자의 구조가 대칭적이어서 쌍극자 모멘트의 합이 0이 되는 분자가 무극성 분자입니다.
    $\text{CCl}_4$는 정사면체 구조, $\text{SF}_6$는 정팔면체 구조로 매우 대칭적인 구조를 가지므로 무극성 분자입니다.

    오답 노트
    $\text{SO}_2$: 굽은형 구조로 극성 분자
    $\text{HCl}$: 서로 다른 두 원자의 결합으로 극성 분자
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7. 탄소(C), 수소(H), 산소(O)로 이루어진 화합물 X 23 g을 완전 연소시켰더니 CO2 44 g과 H2O 27 g이 생성되었다. 화합물 X의 화학식은? (단, C, H, O의 원자량은 각각 12, 1, 16이다)

  1. HCHO
  2. C2H5CHO
  3. C2H6O
  4. CH3COOH
(정답률: 69%)
  • 각 성분 원소의 질량을 구해 실험식을 찾고, 화합물 X의 전체 질량과 비교하여 분자식을 결정합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{C 질량} = \text{CO}_2 \text{ 질량} \times \frac{12}{44}, \text{ H 질량} = \text{H}_2\text{O} \text{ 질량} \times \frac{2}{18}, \text{ O 질량} = \text{X 질량} - (\text{C} + \text{H})$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{C} = 44 \times \frac{12}{44} = 12\text{g}, \text{ H} = 27 \times \frac{2}{18} = 3\text{g}, \text{ O} = 23 - (12 + 3) = 8\text{g}$$
    $$\text{몰수비 C:H:O} = \frac{12}{12} : \frac{3}{1} : \frac{8}{16} = 1 : 3 : 0.5 = 2 : 6 : 1$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$$
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8. 1기압에서 녹는점이 가장 높은 이온 결합 화합물은?

  1. NaF
  2. KCl
  3. NaCl
  4. MgO
(정답률: 66%)
  • 이온 결합 화합물의 녹는점은 이온 전하량의 곱이 클수록, 이온 반지름이 작을수록 정전기적 인력이 강해져 높아집니다.
    $\text{MgO}$는 $\text{Mg}^{2+}$와 $\text{O}^{2-}$의 결합으로, $+1/-1$ 전하를 갖는 $\text{NaF}$, $\text{KCl}$, $\text{NaCl}$보다 훨씬 강한 정전기적 인력을 가지므로 녹는점이 가장 높습니다.
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9. 다음 화학 반응식의 균형을 맞추었을 때, 얻어진 계수 a, b, c의 합은? (단, a, b, c는 정수이다)

  1. 9
  2. 10
  3. 11
  4. 12
(정답률: 73%)
  • 화학 반응식의 양변에서 각 원소의 원자 수가 동일하도록 계수를 맞추는 미정계수법을 사용합니다.
    $$a\text{NO}_2(g) + b\text{H}_2\text{O}(l) + \text{O}_2(g) \rightarrow c\text{HNO}_3(aq)$$
    ① [기본 공식]
    $$\text{N: } a = c, \text{ H: } 2b = c, \text{ O: } 2a + b + 2 = 3c$$
    ② [숫자 대입]
    $$a=4, b=2, c=4$$
    ③ [최종 결과]
    $$a + b + c = 4 + 2 + 4 = 10$$
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10. 다음 양자수 조합 중 가능하지 않은 조합은? (단, n은 주양자수, l은 각 운동량 양자수, ml은 자기 양자수, ms는 스핀 양자수이다)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 73%)
  • 양자수 조건에 따르면 자기 양자수 $m_{l}$은 각 운동량 양자수 $l$에 대해 $-l$부터 $+l$까지의 정수 값만 가질 수 있습니다. 에서 두 번째 조합의 경우 $l=0$인데 $m_{l}=-1$이므로 이는 불가능한 조합입니다.

    오답 노트
    첫 번째: $n=2, l=1, m_{l}=0$ (가능: $l < n$이고 $|m_{l}| \le l$)
    세 번째: $n=3, l=2, m_{l}=0$ (가능: $l < n$이고 $|m_{l}| \le l$)
    네 번째: $n=4, l=3, m_{l}=-2$ (가능: $l < n$이고 $|m_{l}| \le l$)
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11. 29Cu에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 상자성을 띤다.
  2. 산소와 반응하여 산화물을 형성한다.
  3. Zn보다 산화력이 약하다.
  4. 바닥 상태의 전자 배치는 [Ar]4s13d10이다.
(정답률: 56%)
  • 금속의 반응성 순서에 따라 $\text{Zn}$보다 $\text{Cu}$가 환원되려는 경향이 강하므로, 반대로 $\text{Cu}$는 $\text{Zn}$보다 전자를 뺏어오는 능력인 산화력이 더 강합니다.

    오답 노트
    상자성을 띤다: 바닥 상태의 $\text{Cu}$는 $4\text{s}^{1}3\text{d}^{10}$ 배치를 가져 홀전자가 존재하므로 상자성임
    산소와 반응하여 산화물을 형성한다: 구리는 산소와 반응하여 $\text{CuO}$ 또는 $\text{Cu}_{2}\text{O}$를 형성함
    바닥 상태의 전자 배치는 $[\text{Ar}]4\text{s}^{1}3\text{d}^{10}$이다: $\text{d}$ 오비탈의 완전 채우기 안정성 때문에 예외적인 배치를 가짐
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12. 광화학 스모그 발생과정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. NO는 주요 원인 물질 중 하나이다.
  2. NO2는 빛 에너지를 흡수하여 산소 원자를 형성한다.
  3. 중간체로 생성된 하이드록시라디칼은 반응성이 약하다.
  4. O3는 최종 생성물 중 하나이다.
(정답률: 72%)
  • 광화학 스모그 반응의 중간체로 생성되는 하이드록시 라디칼($\text{OH}\cdot$)은 반응성이 매우 강하여 매우 빠르게 다른 물질과 반응하여 소모되는 특성을 가집니다.

    오답 노트
    $\text{NO}$는 주요 원인 물질 중 하나이다: 자동차 배기가스 등에서 배출되는 주요 전구체임
    $\text{NO}_{2}$는 빛 에너지를 흡수하여 산소 원자를 형성한다: $\text{NO}_{2} + h\nu \rightarrow \text{NO} + \text{O}$ 반응이 일어남
    $\text{O}_{3}$는 최종 생성물 중 하나이다: 생성된 산소 원자가 $\text{O}_{2}$와 반응하여 오존을 형성함
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13. 철(Fe) 결정의 단위 세포는 체심 입방 구조이다. 철의 단위 세포 내의 입자수는?

  1. 1개
  2. 2개
  3. 3개
  4. 4개
(정답률: 67%)
  • 체심 입방 구조(BCC)의 단위 세포 내 입자 수는 각 꼭짓점에 위치한 입자의 합과 중심에 위치한 입자 1개를 더해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{입자 수} = (8 \times \frac{1}{8}) + 1$
    ② [숫자 대입] $\text{입자 수} = 1 + 1$
    ③ [최종 결과] $\text{입자 수} = 2$
  • 각 모서리당 1/8개씩 + 중심에 1개 해서 2개입니다.
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14. 루이스 구조와 원자가 껍질 전자쌍 반발 모형에 근거한 ICl4- 이온에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 무극성 화합물이다.
  2. 중심 원자의 형식 전하는 －1이다.
  3. 가장 안정한 기하 구조는 사각 평면형 구조이다.
  4. 모든 원자가 팔전자 규칙을 만족한다.
(정답률: 55%)
  • $\text{ICl}_{4}^{-}$이온은 중심 원자인 $\text{I}$가 4개의 $\text{Cl}$과 결합하고 2쌍의 비공유 전자쌍을 가지는 $\text{sp}^{3}\text{d}^{2}$ 혼성 오비탈의 사각 평면형 구조를 가집니다. 이때 중심 원자인 $\text{I}$ 주변의 전자 수는 총 12개로, 8개까지만 허용하는 팔전자 규칙을 만족하지 않는 확장된 옥텟 상태입니다.

    오답 노트
    무극성 화합물이다: 대칭적인 사각 평면 구조로 쌍극자 모멘트가 상쇄됨
    중심 원자의 형식 전하는 -1이다: $\text{I}$의 원자가 전자와 결합 수, 비공유 전자를 계산하면 -1이 됨
    가장 안정한 기하 구조는 사각 평면형 구조이다: $\text{AX}_{4}\text{E}_{2}$ 형태로 사각 평면 구조를 형성함
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15. 0.1M CH3COOH(aq) 50mL를 0.1M NaOH(aq) 25mL로 적정할 때, 알짜 이온 반응식으로 옳은 것은? (단, 온도는 일정하다)

  1. H3O+(aq)＋OH-(aq)→2H2O(l)
  2. CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)→CH3COONa(aq)＋H2O(l)
  3. CH3COOH(aq)＋OH-(aq)→CH3COO-(aq)＋H2O(l)
  4. CH3COO-(aq)＋Na+(aq)→CH3COONa(aq)
(정답률: 44%)
  • 알짜 이온 반응식은 반응에 직접 참여하는 이온들만 나타낸 식입니다. 약산인 $\text{CH}_{3}\text{COOH}$는 분자 상태로 존재하고, 강염기인 $\text{NaOH}$는 $\text{Na}^{+}$와 $\text{OH}^{-}$로 완전히 해리됩니다. 이때 구경꾼 이온인 $\text{Na}^{+}$를 제외하면 $\text{CH}_{3}\text{COOH}$와 $\text{OH}^{-}$가 반응하여 $\text{CH}_{3}\text{COO}^{-}$와 $\text{H}_{2}\text{O}$가 생성됩니다.
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16. 다음 분자쌍 중 성질이 다른 이성질체 관계에 있는 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 55%)
  • 이성질체는 구조 이성질체와 입체 이성질체로 나뉩니다.
    ㄱ은 분자식은 같으나 결합 순서가 다른 구조 이성질체 관계입니다.

    오답 노트
    ㄴ, ㄷ, ㄹ은 결합 순서는 같으나 공간적 배치가 다른 입체 이성질체 관계입니다.
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17. 다음은 밀폐된 용기에서 오존(O3)의 분해 반응이 평형 상태에 있을 때를 나타낸 것이다. 평형의 위치를 오른쪽으로 이동시킬 수 있는 방법으로 옳지 않은 것은? (단, 모든 기체는 이상 기체의 거동을 한다)

  1. 반응 용기 내의 O2를 제거한다.
  2. 반응 용기의 온도를 낮춘다.
  3. 온도를 일정하게 유지하면서 반응 용기의 부피를 두 배로 증가시킨다.
  4. 정촉매를 가한다.
(정답률: 51%)
  • 반응식 $2O_{3}(g) \rightleftharpoons 3O_{2}(g), \Delta H^{\circ} = -284.6\text{ kJ}$에서 촉매는 반응 속도만을 변화시킬 뿐, 화학 평형의 위치 자체를 이동시키지는 못합니다.

    오답 노트
    O$_{2}$ 제거: 생성물 농도 감소로 오른쪽 이동
    온도 낮춤: 발열 반응이므로 오른쪽 이동
    부피 증가: 기체 분자 수가 증가하는 방향(오른쪽)으로 이동
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18. 약산 HA가 포함된 어떤 시료 0.5 g이 녹아 있는 수용액을 완전히 중화하는 데 0.15M의 NaOH(aq) 10mL가 소비되었다. 이 시료에 들어있는 HA의 질량 백분율[%]은? (단, HA의 분자량은 120이다)

  1. 72
  2. 36
  3. 18
  4. 15
(정답률: 53%)
  • 중화 반응에서 산의 몰수와 염기의 몰수가 동일하다는 원리를 이용하여 HA의 질량을 구한 뒤 시료의 질량 백분율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{질량 백분율} = \frac{\text{HA의 질량}}{\text{시료의 질량}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{질량 백분율} = \frac{0.15 \times 0.01 \times 120}{0.5} \times 100$
    ③ [최종 결과] $\text{질량 백분율} = 36$
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19. 다음은 원자 A～D에 대한 원자 번호와 1차 이온화 에너지(IE1)를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, A～D는 2, 3주기에 속하는 임의의 원소 기호이다)

  1. A2 분자는 반자기성이다.
  2. 원자 반지름은 B가 C보다 크다.
  3. A와 C로 이루어진 화합물은 공유 결합 화합물이다.
  4. 2차 이온화 에너지(IE2)는 C가 D보다 작다.
(정답률: 53%)
  • 제시된 표에서 원자 번호가 증가함에 따라 $IE_{1}$이 증가하다가 B에서 C로 갈 때 급격히 감소하므로, B는 2주기 비활성 기체, C는 3주기 알칼리 금속임을 알 수 있습니다. 따라서 A, B, C, D는 각각 F, Ne, Na, Mg입니다.
    A가 F이므로 $F_{2}$ 분자는 모든 전자가 쌍을 이루고 있어 반자기성입니다.

    오답 노트
    원자 반지름은 B(Ne)보다 C(Na)가 더 큽니다.
    A(F)와 C(Na)의 화합물은 이온 결합 화합물입니다.
    C(Na)의 $IE_{2}$는 2주기 원소인 B(Ne)의 $IE_{1}$과 유사한 수준으로 매우 크므로, D(Mg)보다 큽니다.
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20. 다음은 철의 제련 과정과 관련된 화학 반응식이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. (가)에서 C의 산화수는 증가한다.
  2. (가)～(라) 중 산화－환원 반응은 2가지이다.
  3. (나)에서 CO는 환원제이다.
  4. (다)에서 Ca의 산화수는 변한다.
(정답률: 63%)
  • 제시된 반응식의 산화수 변화를 분석합니다.
    $\text{(가)} 2\text{C(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{CO(g)}$에서 $\text{C}$의 산화수는 $0$에서 $+2$로 증가하여 산화되었습니다.
    $\text{(나)} \text{Fe}_2\text{O}_3\text{(s)} + 3\text{CO(g)} \rightarrow 2\text{Fe(s)} + 3\text{CO}_2\text{(g)}$에서 $\text{CO}$의 $\text{C}$ 산화수는 $+2$에서 $+4$로 증가하여 산화되었으므로 $\text{CO}$는 환원제 역할을 합니다.
    $\text{(다)} \text{CaCO}_3\text{(s)} \rightarrow \text{CaO(s)} + \text{CO}_2\text{(g)}$에서 $\text{Ca}$의 산화수는 반응 전후 모두 $+2$로 일정하여 변하지 않습니다.

    오답 노트
    $\text{(가)}$에서 $\text{C}$의 산화수 증가: $0 \rightarrow +2$로 산화됨
    $\text{(나)}$에서 $\text{CO}$는 환원제: $\text{C}$가 산화되어 상대 물질을 환원시킴
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