9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 필기 기출문제복원 (2016-06-25)

9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 2016-06-25 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 공업화학
(2016-06-25 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 중 원자의 바닥 상태에서 전자배치가 옳은 것은?

  1. B 1S22S22P1
  2. C 1S22S22P3
  3. N 1S22S22P5
  4. O 1S22S22P6
(정답률: 100%)
  • 원자의 전자배치는 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 차례대로 채워집니다. 붕소(B)는 원자번호 5번으로, 전자가 $1s^{2} 2s^{2} 2p^{1}$ 순으로 배치되는 것이 바닥 상태의 올바른 구성입니다.

    오답 노트
    C: 원자번호 6번이므로 $1s^{2} 2s^{2} 2p^{2}$가 맞습니다.
    N: 원자번호 7번이므로 $1s^{2} 2s^{2} 2p^{3}$가 맞습니다.
    O: 원자번호 8번이므로 $1s^{2} 2s^{2} 2p^{4}$가 맞습니다.
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2. 다음 ＜보기＞에서 지구환경과 관련된 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?

  1. 나
  2. 나, 다
  3. 가, 다
  4. 가, 나, 다
(정답률: 62%)
  • 지구환경 및 온실가스에 관한 설명입니다.
    나. 성층권에 전체 오존량의 약 $90\%$가 집중되어 있으며 이를 오존층이라 합니다.
    다. HCFC는 CFC의 대체제로 개발되었으나, 여전히 염소를 포함하고 있어 장기적으로는 오존층을 파괴할 수 있습니다.

    오답 노트
    가. 지구온난화 기여도는 일반적으로 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, CFCs 순으로 영향력이 큽니다.
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3. 다음 중 Diels-Alder 반응의 주생성물은?

(정답률: 70%)
  • Diels-Alder 반응은 다이엔(diene)과 친다이엔체(dienophile)가 반응하여 6원환 고리를 형성하는 [4+2] 고리첨가 반응입니다. 제시된 반응에서 부타다이엔과 메틸 말레에이트가 반응하며, 입체 화학적으로 시스(cis) 관계의 치환기가 유지된 가 주생성물이 됩니다.
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4. 다음 중 고분자전해질 연료전지의 양극과 음극에서 일어나는 반응식으로 가장 옳은 것을 고르면?

  1. 양극반응 : H2 → 2H+ + 2e-
    음극반응 : (1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O
  2. 양극반응 : H2 + O2- → H2O + 2e-
    음극반응 : (1/2)O2 + 2e- → O2-
  3. 양극반응 : H2 + 2OH- → 2H2O + 2e-
    음극반응 : (1/2)O2 + H2O + 2e- → 2OH-
  4. 양극반응 : H2 + CO32- → CO2 + H2O + 2e-
    음극반응 : CO2 + (1/2)O2 + 2e- → CO32-
(정답률: 75%)
  • 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 수소 이온($H^+$)이 전해질을 통해 이동하는 특성을 가집니다.
    양극(Anode)에서는 수소가 산화되어 수소 이온과 전자로 분리되며, 음극(Cathode)에서는 산소가 수소 이온 및 전자와 반응하여 물이 생성됩니다.
    $$\text{양극반응: } H_{2} \rightarrow 2H^{+} + 2e^{-}$$
    $$\text{음극반응: } (1/2)O_{2} + 2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_{2}O$$
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5. 다음 ＜보기＞에서 프로필렌으로부터 제조할 수 있는 화학 제품에 관한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?

  1. 가, 다
  2. 가, 나, 라
  3. 나, 다, 라
  4. 가, 나, 다, 라
(정답률: 50%)
  • 프로필렌을 이용한 화학 제품 제조 공정에 대한 설명입니다.
    가. 프로필렌의 산화 반응을 통해 아크롤레인이 생성되고, 이것이 추가 산화되어 아크릴산이 됩니다.
    나. 아크릴산 중합체는 초흡수성 수지의 핵심 원료로 사용됩니다.
    다. 비스무스 촉매를 이용한 암목시데이션(ammoxidation) 공정으로 아크릴로니트릴을 제조할 수 있습니다.
    라. 아크릴로니트릴은 고기능성 플라스틱인 ABS 수지의 주요 원료입니다.
    따라서 제시된 모든 설명이 옳습니다.
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6. 다음 석유 제품 중 비점이 가장 높은 것은?

  1. 중유
  2. 등유
  3. 경유
  4. 나프타
(정답률: 82%)
  • 석유 제품은 탄소 수와 분자량이 커질수록 분자 간 인력이 증가하여 비점이 상승합니다. 제시된 제품 중 중유가 가장 무거운 분획으로 구성되어 있어 비점이 가장 높습니다.
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7. 다음 중 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 인장강도가 크지 않다.
  2. 구조는 선형이고, 결정화도는 약 90%정도이다.
  3. 반응온도는 200~300℃이고, 고압반응을 한다.
  4. 연신율은 500%정도이고, 밀도는 0.915~0.925g/cm3 이다.
(정답률: 86%)
  • 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 가지가 거의 없는 선형 구조를 가지고 있어 분자 간 패킹이 효율적이며, 이에 따라 결정화도가 약 90% 정도로 매우 높습니다.

    오답 노트
    인장강도: 결정화도가 높아 인장강도가 큼
    반응조건: 저압 공정으로 제조함
    연신율: LDPE에 비해 연신율이 낮음
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8. 다음 중 고분자의 수평균분자량(Mn)과 중량평균분자량(Mw)에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. Mn은 광산란법이나 원심분리법으로 측정할 수 있다.
  2. 일반적으로 Mn값이 Mw값보다 크다.
  3. Mw/Mn값이 2 이상인 고분자는 1에 가까운 고분자에 비해 결정화되기 어려우며 고체화되는 온도가 낮다.
  4. van't Hoff 식을 이용하면 Mw를 얻을 수 있다.
(정답률: 73%)
  • 분자량 분포 지수인 $M_w/M_n$ 값이 클수록 분자량의 불균일성이 커져 결정화가 어려워지며, 이는 고체화 온도의 저하로 이어집니다.

    오답 노트
    광산란법/원심분리법: $M_w$ 측정법임
    분자량 크기: 일반적으로 $M_w$가 $M_n$보다 큼
    van't Hoff 식: $M_n$을 얻는 삼투압 측정법임
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9. 다음 중 유지에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 라우르산(lauric acid)은 불포화지방산이다.
  2. 올레산(oleic acid)은 Ni 촉매하에서 수소화 반응을 통해 포화지방산인 스테아르산(stearic acid)으로 전환할 수 있다.
  3. 실온에서 유지 100g 속에 들어있는 유지산을 중화하는 데 필요한 KOH의 mg수를 산가라 한다.
  4. 포화지방산은 탄소 수가 홀수로 되어 있으며, 천연 유지 중에는 C17-C19의 성분이 가장 많이 존재한다.
(정답률: 65%)
  • 불포화지방산인 올레산은 $\text{Ni}$ 촉매 존재 하에 수소화 반응을 거치면 이중 결합이 단일 결합으로 바뀌어 포화지방산인 스테아르산으로 전환됩니다.

    오답 노트
    라우르산: 포화지방산임
    산가: $\text{KOH}$의 $\text{mg}$수가 아니라 $\text{mg}$수/$\text{g}$유지로 정의함
    포화지방산: 일반적으로 탄소 수가 짝수임
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10. 다음의 화학식을 가지는 합성고무에 해당하는 것은?

  1. 스티렌 - 부타디엔 고무
  2. 부타디엔 고무
  3. 니트릴 고무
  4. 클로로프렌 고무
(정답률: 70%)
  • 제시된 화학식 $( \text{CH}_{2} \text{CH} = \text{CH} \text{CH}_{2} )_{n} ( \text{CH}_{2} \text{CH} \text{C} \equiv \text{N} )_{m}$은 부타디엔과 아크릴로니트릴의 공중합체인 니트릴 고무(NBR)의 구조식입니다. 특히 $\text{C} \equiv \text{N}$ (시아노기) 작용기가 포함된 것이 특징입니다.
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11. CnH2n의 일반식을 갖는 불포화탄화수소로, 석유 속에는 거의 포함되어 있지 않으나 석유의 크래킹(cracking) 과정에서 다량 생성되어 석유화학공업의 중요한 원료로 사용되는 탄화수소는?

  1. 올레핀계 탄화수소
  2. 나프텐계 탄화수소
  3. 방향족 탄화수소
  4. 파라핀계 탄화수소
(정답률: 91%)
  • 일반식 $C_{n}H_{2n}$을 가지며 탄소 간 이중 결합을 포함하는 불포화 탄화수소를 올레핀계 탄화수소라고 합니다. 이는 원유 자체에는 적으나 고온의 크래킹 공정을 통해 다량 생성되어 에틸렌, 프로필렌 등 석유화학 공업의 기초 원료가 됩니다.
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12. 콜타르(coal tar)를 분별 증류할 때 중간유(middle oil)에서 나오는 원료로 무수프탈산의 제조에 사용되는 것은?

  1. 톨루엔
  2. 카바졸
  3. 안트라센
  4. 나프탈렌
(정답률: 50%)
  • 콜타르의 분별 증류 과정 중 중간유(middle oil) 분획에서 얻어지는 나프탈렌은 산화 공정을 통해 무수프탈산(phthalic anhydride)을 제조하는 핵심 원료로 사용됩니다.
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13. 다음 중 계면활성제에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 임계미셀농도(CMC)가 작은 것이 미셀이 크다.
  2. 소수기가 작을수록 미셀이 커지는 경향이 있다.
  3. 이온성 계면활성제가 비이온성 계면활성제보다 회합수가 많다.
  4. 계면활성제 수용액의 농도가 CMC보다 커지면 표면장력은 급격히 증가한다.
(정답률: 60%)
  • 임계미셀농도(CMC)는 계면활성제 분자들이 미셀을 형성하기 시작하는 최소 농도를 의미하며, 일반적으로 CMC 값이 작을수록 소수성 상호작용이 강해 더 큰 미셀을 형성하는 경향이 있습니다.

    오답 노트
    소수기가 작을수록: 소수기가 클수록 미셀이 커집니다.
    이온성 계면활성제: 정전기적 반발력 때문에 비이온성보다 회합수가 적습니다.
    표면장력 증가: CMC 이상에서는 표면장력이 거의 일정하게 유지됩니다.
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14. 다음 중 감광제에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 양성 감광제의 노출속도는 음성 감광제보다 빠르다.
  2. 양성 감광제의 접착성은 음성 감광제보다 좋다.
  3. 양성 감광제의 종횡비(분해능)는 음성 감광제보다 높다.
  4. 양성 감광제의 현상액은 용제를 사용한다.
(정답률: 90%)
  • 양성 감광제는 빛을 받은 부분이 제거되는 특성을 가지며, 음성 감광제에 비해 패턴의 정밀도가 높고 종횡비(분해능)가 우수하여 미세 공정에 유리합니다.

    오답 노트
    노출속도: 일반적으로 음성 감광제가 더 빠름
    접착성: 음성 감광제가 더 우수함
    현상액: 양성 감광제는 주로 알칼리 수용액을 사용함
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15. 다음 중 공업용수의 거품과 부식의 원인이 되는 불순물인 HCO3- 이온을 처리하는 방법으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 석회 소다법
  2. 증류
  3. 아황산나트륨 첨가
  4. 이온교환
(정답률: 알수없음)
  • $\text{HCO}_3^-$이온(중탄산 이온)은 스케일과 부식을 유발하는 성분으로, 석회 소다법, 증류, 이온교환법 등으로 제거할 수 있습니다. 반면, 아황산나트륨 첨가는 용존 산소를 제거하여 부식을 방지하는 탈산소제로 사용되는 방법이지 $\text{HCO}_3^-$이온 자체를 처리하는 방법은 아닙니다.
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16. 다음 중 황산에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 황산은 부피로 농도를 표시하며, 공업적으로는 보메도(oBe')를 사용한다.
  2. 93% 이상의 황산은 농도에 따른 비중의 변화가 적어 이 범위 이상의 농도는 백분율로 표시한다.
  3. 진비중(d)과 보메도(oBe')의 상호 관계는 oBe'=144.3(d-1/d)이다.
  4. 이온화경향이 수소보다 작은 금속은 묽은 황산과 반응하여 금속 황산염을 생성시키고, 수소를 발생한다.
(정답률: 70%)
  • 황산은 농도가 $93\%$이상이 되면 비중 변화가 매우 적어지기 때문에, 이 범위에서는 보메도 대신 백분율($\%$)로 농도를 표시하는 것이 일반적입니다.

    오답 노트
    보메도: 주로 $60 \sim 90\%$ 농도 범위에서 사용함
    진비중 관계식: $^\circ\text{Be} = 144.3(d - 1/d)$가 아님
    이온화경향: 수소보다 큰 금속이 반응하여 수소를 발생시킴
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17. 다음 중 중성 비료들로만 나열된 것은?

  1. 황안, 요소, 석회
  2. 염안, 석회, 중과린산석회
  3. 용성인비, 석회, 요소
  4. 염안, 염화칼륨, 요소
(정답률: 80%)
  • 중성 비료는 토양의 산도에 영향을 주지 않는 비료를 말하며, 염안, 염화칼륨, 요소가 이에 해당합니다.
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18. 다음 중 주로 2차 파쇄기로 사용되는 것은?

  1. 죠 크러셔
  2. 콘 크러셔
  3. 롤 크러셔
  4. 햄머밀
(정답률: 50%)
  • 파쇄 공정은 보통 1차, 2차, 3차로 나뉘며, 콘 크러셔는 1차 파쇄된 재료를 더 작게 부수는 2차 파쇄기로 주로 사용됩니다.
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19. 다음 중 질소산화물 제거공정에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 선택적 비촉매 환원법(SNCR)은 암모니아나 요소를 고온에서 NOx와 직접 반응시키는 방법이다.
  2. 선택적 촉매 환원법(SCR)은 암모니아를 환원제로 사용한다.
  3. 선택적 촉매 환원법(SCR)은 V2O5/TiO2를 촉매로 사용한다.
  4. 중유나 석탄 등의 연료를 연소시킬 때 발생하는 질소산화물을 thermal NOx라 하고, 고온에서 공기산화에 의해 발생되는 NOx를 fuel NOx라 부른다.
(정답률: 75%)
  • 질소산화물($NO_{x}$)의 발생 원인에 대한 구분 문제입니다.
    고온의 연소 공기 중 질소가 산화되어 발생하는 것을 Thermal $NO_{x}$라 하며, 연료 자체에 포함된 질소 성분이 산화되어 발생하는 것을 Fuel $NO_{x}$라고 합니다. 제시된 설명은 두 개념의 정의가 서로 바뀌어 있습니다.

    오답 노트
    SNCR: 촉매 없이 고온에서 암모니아/요소를 반응시키는 방법
    SCR: $V_{2}O_{5}/TiO_{2}$ 촉매와 암모니아를 사용하여 $NO_{x}$를 환원시키는 방법
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20. 다음 중 반도체 공정에 주로 이용되는 화학기상증착법(CVD)에 관한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 원료화합물을 기체 상태로 반응기 내에 공급하여 기판표면에서 화학반응에 의해 박막이 형성된다.
  2. PECVD는 플라즈마를 CVD공정에 필요한 에너지로 사용하는 방법이다.
  3. 유기금속화합물을 원료로 사용하는 방법을 MOCVD라 부른다.
  4. CVD는 일반적으로 물리적 증착공정에 비해 단차피복성(step coverage)이 뒤떨어지는 단점이 있다.
(정답률: 82%)
  • 화학기상증착법(CVD)은 기체 상태의 원료가 기판 표면에서 화학 반응을 일으켜 박막을 형성하는 공정입니다.
    CVD는 물리적 증착법(PVD)에 비해 기판의 굴곡진 부분까지 균일하게 덮어주는 단차피복성(step coverage)이 훨씬 우수한 것이 특징입니다.

    오답 노트
    PECVD: 플라즈마를 에너지원으로 사용하여 저온 공정이 가능함
    MOCVD: 유기금속화합물을 원료로 사용하는 CVD의 일종임
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