9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 필기 기출문제복원 (2015-06-13)

9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 2015-06-13 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 공업화학
(2015-06-13 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 다음과 같은 전자배치를 가지는 원소들 중에서 제1이온화에너지가 가장 높은 것은?

  1. 1s22s1
  2. 1s22s22p4
  3. 1s22s22p6
  4. 1s22s22p63s1
(정답률: 알수없음)
  • 제1이온화에너지는 원자핵과 전자 사이의 인력이 강할수록, 즉 원자 반지름이 작고 전자 배치가 안정적일수록 높아집니다. $1s^{2}2s^{2}2p^{6}$ 배치를 가진 네온(Ne)은 비활성 기체로 전자 껍질이 가득 찬 매우 안정적인 구조이며, 원자 반지름이 작아 전자를 떼어내는 데 가장 많은 에너지가 필요합니다.
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2. 대기 중에 존재하는 기체상의 질소산화물 중 대류권에서 온실가스로 알려져 있고 일명 웃음기체라고 하는 것의 분자식은?

  1. NO
  2. NO2
  3. NO3
  4. N2O
(정답률: 알수없음)
  • 아산화질소($N_2O$)는 대류권에서 강력한 온실가스로 작용하며, 흡입 시 쾌감을 주어 웃음기체(Laughing gas)라고 불립니다.
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3. 다음 중 아세톤에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?

  1. ㉠, ㉡
  2. ㉢, ㉣
  3. ㉠, ㉡, ㉢
  4. ㉡, ㉢, ㉣
(정답률: 알수없음)
  • 아세톤은 2차 알코올인 이소프로판올을 산화시켜 제조하며, 특유의 향기가 있는 무색 휘발성 액체로 물, 알코올, 에테르 등과 잘 혼합되는 성질을 가집니다.

    오답 노트
    프로필렌과 벤젠으로부터 페놀을 합성하는 공정의 부산물로 얻어지는 것은 큐멘 공정이며, 아세톤이 함께 생성되지만 설명의 주안점은 페놀 합성에 있습니다.
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4. 다음 중 방사성 원소들의 단위와 양을 나타내는 단위가 아닌 것은?

  1. 그레이(Gy)
  2. 칸델라(cd)
  3. 시버트(Sv)
  4. 큐리(Ci)
(정답률: 알수없음)
  • 칸델라(cd)는 광도(빛의 세기)를 측정하는 SI 기본 단위이며, 방사성 원소의 양이나 방사선량과는 무관합니다.

    오답 노트
    그레이(Gy): 흡수선량 단위
    시버트(Sv): 유효선량 단위
    큐리(Ci): 방사능 강도 단위
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5. 에틸렌(ethylene)을 원료로 하여 만들어지는 석유 화학 제품이 아닌 것은?

  1. 스티렌(styrene)
  2. 비닐클로라이드(vinyl chloride)
  3. 아세트알데히드(acetaldehyde)
  4. 아크릴로니트릴(acrylonitrile)
(정답률: 알수없음)
  • 아크릴로니트릴(acrylonitrile)은 에틸렌이 아니라 프로필렌(propylene)을 원료로 하여 암모니아, 산소와 반응시켜 제조합니다.
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6. 새집 증후군의 원인 물질 중 하나이며, 아토피성 피부염의 원인 물질 중 하나이기도 한 포름알데히드는 다음 중 어떤 화합물을 Ag, CuO와 함께 산화시키면 제조할 수 있는가?

  1. 아세트산
  2. 포름산
  3. 메탄올
  4. 아세톤
(정답률: 알수없음)
  • 메탄올은 $Ag$ 또는 $CuO$ 촉매 하에서 산화 반응을 일으켜 알데히드기($-CHO$)를 가진 포름알데히드로 전환됩니다.

    오답 노트
    아세트산, 포름산: 이미 산화된 상태인 카복실산입니다.
    아세톤: 케톤 화합물로 포름알데히드로 산화되지 않습니다.
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7. 에서 2개의 α 입자와 2개의 β 입자가 방출되었다면 결과물은 무엇인가?

(정답률: 알수없음)
  • 방사성 붕괴 시 $\alpha$ 입자 방출은 질량수를 $4$ 감소시키고 원자번호를 $2$ 감소시키며, $\beta$ 입자 방출은 질량수는 유지하고 원자번호를 $1$ 증가시킵니다.
    ① $\alpha$ 입자 2개 방출: 질량수 $240 \rightarrow 232$, 원자번호 $92 \rightarrow 88$
    ② $\beta$ 입자 2개 방출: 질량수 $232$ 유지, 원자번호 $88 \rightarrow 90$
    따라서 최종 결과물은 가 됩니다.
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8. 고분자의 반복단위에 다음의 관능기를 갖는 고분자는?

  1. 폴리카보네이트(polycarbonate)
  2. 폴리아미드(polyamide)
  3. 폴리우레아(polyurea)
  4. 폴리우레탄(polyurethane)
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 이미지 의 구조는 $-\text{NH}-\text{C}(=\text{O})-\text{O}-$ 형태의 우레탄 결합(urethane linkage)입니다. 이러한 반복단위를 갖는 고분자는 폴리우레탄(polyurethane)입니다.
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9. 분자량 '20,000', '30,000', '50,000'을 같은 mol씩 함유하고 있는 가상 고분자 시료의 중량평균 분자량은?

  1. 35,000
  2. 36,000
  3. 37,000
  4. 38,000
(정답률: 알수없음)
  • 중량평균 분자량은 각 성분의 분자량과 그 분자량이 차지하는 질량 분율을 곱하여 합산한 값입니다. 모든 성분이 같은 mol수를 가지므로, 각 분자량의 제곱의 합을 분자량의 합으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_w = \frac{\sum N_i M_i^2}{\sum N_i M_i}$
    ② [숫자 대입] $M_w = \frac{20000^2 + 30000^2 + 50000^2}{20000 + 30000 + 50000}$
    ③ [최종 결과] $M_w = 38000$
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10. 반도체 박막제조에 이용되는 스퍼터링(sputtering)법의 장점이 아닌 것은?

  1. 웨이퍼 전 면적에 걸친 고른 박막의 증착이 가능하다.
  2. 다른 불순물에 의한 오염가능성이 적다.
  3. 박막의 두께 조절이 용이하다.
  4. 합금물질을 증착하기 위한 많은 표적물질(target)들이 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 스퍼터링법은 타겟 물질을 이온으로 충격시켜 박막을 형성하는 방식으로, 진공 상태에서 진행되지만 타겟 물질 자체의 순도나 공정 중 가스 유입 등으로 인해 다른 불순물에 의한 오염 가능성이 완전히 배제되지 않으며, 특히 고순도 증착을 위해서는 매우 정밀한 제어가 필요합니다.
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11. 수중에서 펄프의 섬유성분을 절단, 해리, 팽윤, 콜로이드화 시켜서 용도에 알맞은 종이의 성질을 발현시키는 공정은?

  1. 초지
  2. 고해(beating)
  3. 충진
  4. 캘린더링(calendering)
(정답률: 알수없음)
  • 펄프의 섬유를 물리적, 화학적으로 처리하여 절단, 해리, 팽윤, 콜로이드화 시킴으로써 종이의 강도와 성질을 조절하는 공정은 고해(beating)입니다.
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12. 아래 반응의 주생성물로 예상되는 화합물은?

(정답률: 알수없음)
  • 이 반응은 $\text{FeCl}_3$ 촉매 하에서 일어나는 방향족 친전자성 치환 반응(염소화 반응)입니다. 메톡시기($\text{H}_3\text{CO-}$)는 강한 오르토-파라 지향성 활성기이며, 에스테르기($-\text{COOCH}_3$)는 메타 지향성 비활성기입니다. 두 작용기의 지향성이 일치하는 위치인 메톡시기의 오르토 위치에 염소가 치환된 가 주생성물이 됩니다.
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13. 인광석에 소다염을 혼합하고, 인산액을 뿌려 입자로 만들어 열처리하여 제조한 것으로 전인산의 96% 이상이 구용성인 인산비료는 무엇인가?

  1. 토마스인비
  2. Rhenania인비
  3. 소성인비
  4. 용성인산3칼슘
(정답률: 알수없음)
  • 소성인비는 인광석에 소다염을 혼합하고 인산액을 가해 입자화한 후 열처리하여 제조하며, 전인산의 $96\%$이상이 구용성인 특징을 가진 인산비료입니다.
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14. 석탄의 성분을 분석하니 회분이 7%, 휘발분이 24%, 수분이 18%, 광물질이 9%였다. 고정탄소 함량은 얼마인가?

  1. 47
  2. 49
  3. 51
  4. 53
(정답률: 알수없음)
  • 석탄의 전체 성분 합은 $100\%$이며, 고정탄소는 전체에서 회분, 휘발분, 수분, 광물질을 제외한 나머지 함량으로 계산합니다.
    $$\text{고정탄소} = 100 - (\text{회분} + \text{휘발분} + \text{수분} + \text{광물질})$$
    $$= 100 - (7 + 24 + 18 + 9)$$
    $$= 51$$
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15. 옥탄가가 낮은 분해가솔린이나 직류가솔린의 일부를 분해하여 옥탄가가 높은 가솔린으로 변화시키거나 나프텐계 탄화수소, 파라핀을 방향족 탄화수소로 변화시키는 석유전환 공정은 무엇인가?

  1. 스트리핑(stripping)
  2. 크랙킹(cracking)
  3. 토핑(topping)
  4. 리포밍(reforming)
(정답률: 알수없음)
  • 리포밍(reforming)은 촉매를 사용하여 저옥탄가 탄화수소를 고옥탄가의 방향족 탄화수소 등으로 구조를 변화시켜 가솔린의 품질을 높이는 공정입니다.

    오답 노트
    스트리핑: 가벼운 성분을 분리하는 공정
    크랙킹: 큰 분자를 작은 분자로 쪼개는 공정
    토핑: 원유를 끓는점 차이로 분리하는 증류 공정
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16. 화학 비료는 비료가 수용액 중에서 나타내는 산도에 따라 산성, 염기성, 중성으로 분류된다. 다음에서 염기성 비료가 아닌 것은?

  1. 요소
  2. 석회질소
  3. 용성인비
  4. 석회
(정답률: 알수없음)
  • 요소는 수용액 상태에서 중성 또는 약산성을 띠는 비료이므로 염기성 비료가 아닙니다.

    오답 노트
    석회질소, 용성인비, 석회: 모두 염기성 성질을 가짐
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17. 고분자에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 용융 전이 온도(Tm, melt transition temperature)는 단단한 비결정성 고분자가 부드러워지기 시작하는 온도를 말한다.
  2. 열경화성 고분자는 가교된 복잡한 네트워크 구조를 가진다.
  3. 폴리스티렌은 열가소성 플라스틱이다.
  4. 곁가지를 많이 가진 고분자는 일반적으로 비결정성이며 유연하다.
(정답률: 알수없음)
  • 단단한 비결정성 고분자가 부드러워지기 시작하는 온도는 용융 전이 온도가 아니라 유리 전이 온도($T_g$)입니다. 용융 전이 온도($T_m$)는 결정성 고분자에서 결정 구조가 무너지며 액체로 변하는 온도를 의미합니다.

    오답 노트
    열경화성 고분자: 가교 구조로 인해 재가열해도 녹지 않음
    폴리스티렌: 가열 시 녹는 열가소성 플라스틱
    곁가지 구조: 분자 간 패킹을 방해하여 비결정성과 유연성 증가
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18. 다음에서 촉매에 대한 설명 중 옳은 것을 모두 고르면?

  1. ㉠, ㉡
  2. ㉢, ㉣
  3. ㉠, ㉡, ㉣
  4. ㉡, ㉢, ㉣
(정답률: 알수없음)
  • 촉매는 화학 반응에 참여하지만 스스로 소모되지 않으며, 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 합니다. 또한 다공성 지지체에 지지시켜 표면적을 최대화함으로써 효율을 높일 수 있습니다.

    오답 노트
    평형상수를 변화시켜: 촉매는 반응 속도만 변화시킬 뿐, 화학 평형 상태나 평형 상수($K$) 자체를 변화시키지는 못합니다.
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19. 할로겐화 화합물(PX3, X=F, Cl, Br)의 결합각(X-P-X)을 크기 순서대로 올바르게 나열한 것은?

  1. PBr3 ＞ PCl3 ＞ PF3
  2. PBr3 ＞ PF3 ＞ PCl3
  3. PCl3 ＞ PF3 ＞ PBr3
  4. PF3 ＞ PCl3 ＞ PBr3
(정답률: 알수없음)
  • 할로겐 원소의 크기가 커질수록 중심 원자인 인($P$)에 가해지는 입체 장애(Steric hindrance)가 증가하여 결합각이 커집니다. 할로겐 원자 크기는 $Br > Cl > F$ 순이므로 결합각 역시 $PBr_3 > PCl_3 > PF_3$ 순으로 나타납니다.
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20. 황산나트륨을 중간 생성물로 하여 소금을 소다회로 전환시키는 방법은?

  1. Leblanc법
  2. Solvay법
  3. 황안소다법
  4. 암모니아산화법
(정답률: 알수없음)
  • Leblanc법은 소금($NaCl$)을 황산나트륨($Na_2SO_4$)으로 만든 후, 이를 탄산나트륨(소다회, $Na_2CO_3$)으로 전환시키는 고전적인 제조 방법입니다.
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