9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 필기 기출문제복원 (2018-06-23)

9급 지방직 공무원 서울시 공업화학
(2018-06-23 기출문제)

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1. VSEPR 모형을 바탕으로 예측된 ClF3의 구조는?

  1. 삼각뿔
  2. 삼각 쌍뿔
  3. T-형
  4. 사면체
(정답률: 46%)
  • ClF3 분자는 중심 원자인 Cl 주위에 3개의 F 원자가 배치되어 있습니다. 이때, Cl 주위에 있는 전자 쌍들은 분자 구조에 영향을 미치게 됩니다. VSEPR 모형에 따르면, Cl 주위에 있는 전자 쌍들은 가능한 한 멀리 떨어져 있으려고 하며, 이를 위해 Cl 주위에 있는 F 원자들은 가능한 한 멀리 떨어져 배치됩니다. 이러한 배치는 T-형 분자 구조를 만들어냅니다. 따라서 ClF3 분자의 구조는 T-형입니다.
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2. 세제 화합물의 하나인 알킬 폴리글루코사이드(APG)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 양쪽성 계면활성제이다.
  2. 아세탈그룹을 함유하고 있다.
  3. 당이 포함되어 있다.
  4. 생분해성이다.
(정답률: 55%)
  • APG는 양쪽성 계면활성제이다는 설명이 옳지 않다. APG는 당을 포함하고 있으며, 생분해성이며, 아세탈그룹을 함유하고 있다는 특징을 가지고 있다. 하지만 양쪽성 계면활성제는 아니기 때문에 이 설명은 옳지 않다.
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3. 포름알데히드(HCHO)의 공업적 형태에 해당하지 않는 것은?

  1. 메타크릴산메틸
  2. 옥시메틸렌글리콜의 올리고머 혼합물
  3. 트리옥산(환상 3량체)
  4. 파라포름알데히드
(정답률: 42%)
  • 메타크릴산메틸은 포름알데히드와 직접적인 관련이 없는 화합물이기 때문입니다. 포름알데히드는 메탄과 산소가 반응하여 생기는 알데히드로, 주로 접착제, 수처리제, 방부제 등의 산업에서 사용됩니다. 하지만 메타크릴산메틸은 아크릴 수지, 플라스틱, 코팅제 등의 제조에 사용되는 화합물입니다.
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4. 복합비료 중 화성비료를 제조하고자 할 때, 적합하지 않은 비료성분의 혼합은?

  1. Ca(H2PO4)2⋅H2O+(NH4)2SO4
  2. (NH4)2SO4+Ca(OH)2
  3. (NH4)2SO4+2KCl
  4. CaSO4+K2SO4+H2O
(정답률: 64%)
  • 화성비료를 제조하기 위해서는 질소, 인, 칼륨 등의 영양소가 균형적으로 혼합되어야 합니다. 그러나 "(NH4)2SO4+Ca(OH)2"는 질소와 인은 포함하지만 칼륨이 전혀 포함되어 있지 않기 때문에 화성비료를 제조하는 데 적합하지 않은 비료성분의 혼합입니다.
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5. 비고유 반도체로 가장 옳지 않은 것은?

  1. Ge에 As를 혼입
  2. Si에 Ge를 혼입
  3. Ge에 In를 혼입
  4. InSb에 B를 혼입
(정답률: 60%)
  • Si와 Ge는 모두 반도체 소재이지만, Si와 Ge의 원자 구조와 물리적 특성이 다르기 때문에 혼합이 어렵습니다. 따라서 Si에 Ge를 혼합하는 것은 기술적으로 어렵고, 안정성이 떨어지기 때문에 비고유 반도체로 가장 옳지 않은 것입니다.
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6. 폴리염화비닐(PVC)의 중합도가 100일 때, PVC의 개수-평균 분자량()은? (단, C, H, Cl의 원자량은 각각 12, 1, 35.5이다.)

  1. 5,050g/mol
  2. 6,250g/mol
  3. 8,050g/mol
  4. 9,070g/mol
(정답률: 84%)
  • PVC는 vinyl chloride (C2H3Cl)의 중합체이다. 따라서 PVC의 분자량은 vinyl chloride의 분자량에 PVC의 개수를 곱한 값이다.

    vinyl chloride의 분자량 = 2 x 12 (C) + 3 x 1 (H) + 1 x 35.5 (Cl) = 62.5 g/mol

    PVC의 분자량 = 100 x 62.5 g/mol = 6,250 g/mol

    따라서 정답은 "6,250g/mol"이다.
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7. 면심입방구조(FCC)와 체심입방구조(BCC)의 단위 격자 내 원자의 개수(N)는?

  1. NFCC: 2, NBCC: 2
  2. NFCC: 2, NBCC: 4
  3. NFCC: 4, NBCC: 2
  4. NFCC: 4, NBCC: 4
(정답률: 37%)
  • 면심입방구조(FCC)는 각 면의 중심에 원자가 위치하며, 각 꼭짓점을 공유하는 4개의 격자점이 있습니다. 따라서 단위 격자 내 원자의 개수는 4개입니다.

    체심입방구조(BCC)는 각 면의 중심과 체심에 원자가 위치하며, 각 꼭짓점을 공유하는 8개의 격자점이 있습니다. 하지만 체심에 위치한 원자는 격자점을 차지하지 않으므로, 단위 격자 내 원자의 개수는 2개입니다. 따라서 정답은 "NFCC: 4, NBCC: 2" 입니다.
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8. 비가역 2차반응, 에 대하여 kCA0=10-2/s이다. 변환율이 90%에 도달하는 데 걸리는 시간(min)은? (단, CA0는 A의 초기농도이고, k는 반응속도상수이다.)

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 알수없음)
  • 비가역 2차반응의 반응속도식은 다음과 같습니다.

    r = kCA2

    여기서 CA는 A의 농도입니다. 반응속도상수 k는 kCA0=10-2/s로 주어졌으므로, k와 CA0를 이용하여 CA의 시간에 따른 변화를 구할 수 있습니다.

    dCA/dt = -r = -kCA2

    위 식을 적분하면,

    ∫dCA/CA2 = -∫kdt

    -CA-1 = -kt + C

    여기서 C는 적분상수입니다. 초기농도가 CA0이므로, t=0일 때 CA=CA0입니다. 따라서 C=CA0로 놓고, 위 식을 정리하면,

    CA = CA0/(1+kCA0t)

    변환율은 (CA0-CA)/CA0입니다. 이 값이 90%가 되는 시간을 구하면 됩니다.

    0.9 = (CA0-CA)/CA0 = 1-1/(1+kCA0t)

    t = 1/(kCA0)(1-0.9) = 10/CA0k

    따라서 t = 10/(10-2) = 1000초 = 16.7분입니다. 따라서 정답은 "15"가 아니라 "20"입니다.
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9. 화학제품 중 정밀화학 제품에 해당하는 것은?

  1. 석유 화학 제품
  2. 석탄 화학 제품
  3. 산 알칼리 공업 제품
  4. 화장품
(정답률: 84%)
  • 화장품은 정밀화학 제품에 해당합니다. 이는 화장품 제조 과정에서 매우 정밀한 측정과 조합이 필요하기 때문입니다. 또한, 화장품은 인체에 직접 사용되는 제품으로 안전성과 효능이 매우 중요하므로 정밀한 제조 과정과 원료 선정이 필요합니다.
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10. 브뢴스테드-로우리(Bronsted-Lowry) 산⋅염기에서 양성자(H+)를 제공하면 ( ㄱ ), 제공 받으면 ( ㄴ )(으)로, 한편 루이스(Lewis) 산⋅염기에서는 비공유 전자쌍을 주면 ( ㄷ ), 비공유 전자쌍을 받으면 ( ㄹ )(으)로 정의한다. ㄱ~ㄹ이 옳게 표시된 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 91%)
  • 브뢴스테드-로우리 산-염기 이론에서 양성자를 제공하는 것이 산이고, 제공 받는 것이 염기이다. 따라서 (ㄱ)은 산, (ㄴ)은 염기이다. 루이스 산-염기 이론에서는 비공유 전자쌍을 주는 것이 산이고, 받는 것이 염기이다. 따라서 (ㄷ)는 산, (ㄹ)은 염기이다. 그림에서 H+ 이온은 양성자를 제공하므로 (ㄱ)에 해당하고, NH3 분자는 비공유 전자쌍을 제공하므로 (ㄷ)에 해당한다. 따라서 정답은 ③이다.
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11. 대표적인 반도체 집적 회로 제품에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 디램 - 정보를 읽고 쓰는 것이 가능하고 전원이 공급되어 있는 동안에는 기억된 내용이 없어지지 않고 저장됨
  2. 플래시 메모리 - 전원이 꺼져도 정보가 보존되며, 전기적인 방법으로 정보를 자유롭게 입출력할 수 있음
  3. 에스램 - 전원이 공급되는 동안에도 일정 기간 내에 주기적으로 정보를 다시 써 넣지 않으면 기억된 내용이 없어짐
  4. 주문형 IC - 고객의 주문에 상관없이 범용 회로를 반도체 IC로 응용 설계하여 주문자에게 독점 공급
(정답률: 64%)
  • 플래시 메모리는 전원이 꺼져도 정보가 보존되며, 전기적인 방법으로 정보를 자유롭게 입출력할 수 있기 때문에 대표적인 반도체 집적 회로 제품으로 손쉽게 사용할 수 있습니다.
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12. 전기분해에 의해 유기 화합물을 대량 합성하는 공정은 화학공업의 중요한 분야이다. 전기 화학적 유기 합성에 의한 반응물과 생성물을 옳게 짝지은 것은?

  1. Maleic acid - Glyoxalic acid
  2. Naphthalene - Adiponitrile
  3. Nitrobenzene - Aniline sulfate
  4. Acrylonitrile - Gluconic acid
(정답률: 알수없음)
  • 전기분해에 의해 Nitrobenzene은 Aniline sulfate로 대량 합성될 수 있다. Nitrobenzene은 전기분해에 의해 아닐린으로 환원될 수 있으며, 이 아닐린은 황산과 반응하여 아닐린 황산염인 Aniline sulfate로 합성될 수 있다. 따라서 Nitrobenzene과 Aniline sulfate는 전기 화학적 유기 합성에 의한 반응물과 생성물로 짝지어진다.
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13. 녹말에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 전분이라 하며, 곡물에 의해 사용되는 포도당의 저장형이다.
  2. 덱스트린(dextrine)은 동물의 간장이나 근육 등에 녹말이 흡수되어 바뀐 것이다.
  3. 녹말을 묽은산으로 가수분해하면 엿당을 거쳐 포도당이 된다.
  4. 녹말의 수용액은 요오드와 요오드-녹말 반응을 하여 푸른 보라색을 띠나, 펠링용액을 환원시키지 못한다.
(정답률: 42%)
  • 가장 옳지 않은 설명은 "덱스트린(dextrine)은 동물의 간장이나 근육 등에 녹말이 흡수되어 바뀐 것이다."입니다. 덱스트린은 녹말이 가열 또는 효소에 의해 일부 분해되어 생기는 중간체로, 동물의 간장이나 근육 등과는 관련이 없습니다.
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14. 술폰화(sulfonation)반응의 특징에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 술폰화는 화합물에 -SO3H를 도입시키는 공정이다.
  2. 술폰화반응은 친전자성 치환반응이다.
  3. 공업적으로 많이 쓰이는 술폰화제에는 발연황산, 진한황산, 클로로술폰산이 대표적이다.
  4. 나프탈렌의 술폰화는 반응온도에 영향을 받지 않는다.
(정답률: 80%)
  • 나프탈렌의 술폰화는 반응온도에 영향을 받지 않는다는 설명이 옳지 않습니다. 술폰화 반응은 일반적으로 반응온도가 높을수록 반응속도가 빨라지는 열역학적 반응입니다. 따라서 나프탈렌의 술폰화도 반응온도에 영향을 받습니다.
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15. 질산 제조에 사용되는 암모니아 산화법(Ostwald법)에 대한 설명으로 옳은 것을 ＜보기＞에서 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 46%)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄴ"이 옳은 이유는 다음과 같습니다.

    - 암모니아와 산소가 반응하여 질산과 물을 생성하는 반응식은 다음과 같습니다.
    4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)
    - 이 반응은 고온하고 고압의 상태에서 일어나며, 반응열이 크기 때문에 열을 제어하는 것이 중요합니다.
    - Ostwald법에서는 먼저 암모니아와 공기를 산화시켜 질산산을 만들고, 이후에 질산산을 물로 희석하여 질산을 만듭니다.
    - 이 과정에서 중요한 역할을 하는 것이 촉매입니다. "ㄱ"은 촉매로 플래티넘을 사용하고, "ㄴ"은 촉매로 로듐을 사용합니다.
    - 플래티넘은 안정적이고 내구성이 높지만 비싸고 산화에 취약합니다. 반면 로듐은 비교적 저렴하고 산화에 강합니다. 따라서 경제적인 이유로 Ostwald법에서는 로듐을 촉매로 사용하는 경우가 많습니다.
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16. 금속 구리(Cu)와 철(Fe)이 수용액 내에서는 서로 분리되어 있으나 외부회로를 통하여 연결되어 있다. 이때 예측되는 거동에 대한 설명으로 가장 옳은 것은? (단, 수용액의 Cu+2, Fe+2의 농도는 1M이며, 표준전극전위는 ＜보기＞와 같다.)

  1. 철은 증착되고 구리는 용해된다.
  2. 두 전극을 이용하여 전기에너지를 만들 수 있다.
  3. 두 전극사이의 전압은 –0.78V이다.
  4. 깁스자유에너지 변화는 0보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 두 전극을 외부회로로 연결하면, 철은 산화되어 Fe+2 이온을 방출하고, 구리는 환원되어 Cu 금속이 생성된다. 이 과정에서 전자가 구리에서 철로 이동하면서 전기적인 에너지가 발생하게 되고, 이를 이용하여 전기에너지를 만들 수 있다. 따라서 "두 전극을 이용하여 전기에너지를 만들 수 있다."가 정답이 된다.
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17. ＜보기＞ 알켄 화합물의 친전자성 부가 반응의 주(major) 생성물은?

(정답률: 82%)
  • 알켄 화합물의 친전자성 부가 반응에서는 전자 수가 적은 탄소에 전하가 부여되어 생성물이 형성됩니다. 이때, 전하가 부여된 탄소와 인접한 수소는 떨어져 나가게 되고, 이로 인해 생성물은 ""가 됩니다.
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18. 석유에 포함된 황화합물과 질소화합물 중에서 ＜보기＞와 같은 화학식을 갖는 황화합물㈎과 질소화합물㈏의 이름은?

  1. ㈎ 메틸 머캅탄(methyl mercaptan), ㈏ 피리딘(pyridine)
  2. ㈎ 메틸 설파이드(methyl sulfide), ㈏ 피롤(pyrrole)
  3. ㈎ 메틸 설파이드(methyl sulfide), ㈏ 피리딘(pyridine)
  4. ㈎ 메틸 머캅탄(methyl mercaptan), ㈏ 피롤(pyrrole)
(정답률: 알수없음)
  • 화학식에서 황과 질소의 원자 수를 보면, 황화합물㈎은 황(S) 1개와 탄소(C) 2개, 수소(H) 4개로 구성되어 있으며, 이는 메틸 머캅탄(methyl mercaptan)의 화학식과 일치합니다. 메틸 머캅탄은 악취가 강한 화합물로, 석유나 천연가스 등에서 발견됩니다.

    반면 질소화합물㈏은 질소(N) 1개와 탄소(C) 4개, 수소(H) 5개로 구성되어 있으며, 이는 피롤(pyrrole)의 화학식과 일치합니다. 피롤은 산소와 질소가 함유된 환원성 화합물로, 산업적으로는 촉매 및 합성용 원료로 사용됩니다.
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19. 고옥탄가 가솔린 제조를 위한 중질유 접촉분해 공정에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 접촉분해 공정방식으로는 유동상법이 주로 사용된다.
  2. 접촉분해의 촉매로서 실리카-알루미나 또는 제올라이트와 같은 고체산 촉매가 주로 이용된다.
  3. 분해와 함께 이성질화, β-절단, 고리화 반응이 진행된다.
  4. 접촉분해 공정은 라디칼 반응을 통해 진행되므로 올레핀이 가장 많이 생성된다.
(정답률: 60%)
  • "접촉분해 공정은 라디칼 반응을 통해 진행되므로 올레핀이 가장 많이 생성된다."가 가장 옳지 않은 것입니다. 접촉분해 공정에서는 올레핀뿐만 아니라 다양한 화학물질이 생성될 수 있습니다. 따라서 이유를 설명하기 위해서는 라디칼 반응이 올레핀 생성에 어떤 역할을 하는지에 대해 더 자세히 설명해야 합니다.
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20. ＜보기＞에 나타난 친핵성 아실 치환 반응의 반응성 순서가 바르게 나열된 것은?

(정답률: 70%)
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