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

9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 2018-06-23 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 공업화학
(2018-06-23 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. VSEPR 모형을 바탕으로 예측된 ClF3의 구조는?

  1. 삼각뿔
  2. 삼각 쌍뿔
  3. T-형
  4. 사면체
(정답률: 50%)
  • 중심 원자인 $\text{Cl}$의 원자가 전자는 7개이며, 3개의 $\text{F}$와 결합하고 2쌍의 비공유 전자쌍을 가집니다. 전자쌍 기하 구조는 삼각 쌍뿔형이지만, 비공유 전자쌍이 적도 방향에 위치하여 실제 분자 구조는 T-형이 됩니다.
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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: 60%)
  • 제시된 구조식 을 보면 친수성인 당 부분과 소수성인 알킬 사슬이 결합된 구조입니다. APG는 전하를 띠지 않는 비이온성 계면활성제이며, 양쪽성 계면활성제가 아닙니다.

    오답 노트
    아세탈그룹: 당의 아노머 탄소와 알코올이 결합하여 형성됨
    당 포함: 글루코사이드 구조가 포함됨
    생분해성: 천연 당과 지방알코올 유래 성분으로 생분해도가 매우 높음
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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: 53%)
  • 포름알데히드($\text{HCHO}$)는 중합되어 파라포름알데히드, 트리옥산, 옥시메틸렌글리콜 올리고머 등의 형태로 유통 및 사용됩니다. 하지만 메타크릴산메틸은 아크릴계 단량체로, 포름알데히드의 공업적 형태와는 무관한 별개의 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: 67%)
  • 화성비료는 화학적 반응을 통해 제조하는 비료입니다. $\text{(NH}_4\text{)}_2\text{SO}_4$와 $\text{Ca(OH)}_2$를 혼합하면 중화 반응이 일어나 암모니아 가스가 발생하며 분해되므로 비료 성분으로서 적합하지 않은 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: 67%)
  • 비고유 반도체는 순수 반도체에 3족 또는 5족 원소를 도핑하여 전기 전도도를 조절한 것입니다. Si와 Ge는 모두 4족 원소이므로, Si에 Ge를 혼입하는 것은 단순한 합금 형태일 뿐 전하 운반자(hole 또는 electron)를 생성하는 도핑이 아니므로 비고유 반도체가 아닙니다.
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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: 75%)
  • 개수-평균 분자량은 단량체의 분자량에 중합도를 곱하여 산출합니다. PVC의 단량체인 염화비닐($\text{C}_2\text{H}_3\text{Cl}$)의 분자량을 먼저 구한 뒤 중합도를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $\overline{M}_n = M_0 \times DP$ (단량체 분자량 $\times$ 중합도)
    ② [숫자 대입] $\overline{M}_n = (12 \times 2 + 1 \times 3 + 35.5) \times 100$
    ③ [최종 결과] $\overline{M}_n = 62.5 \times 100 = 6250$
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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: 54%)
  • 결정 구조 내 원자 수는 각 위치의 점유율을 합산하여 결정합니다.
    면심입방구조(FCC): 꼭짓점 $8 \times \frac{1}{8}$ + 면 중심 $6 \times \frac{1}{2} = 4$개
    체심입방구조(BCC): 꼭짓점 $8 \times \frac{1}{8}$ + 체심 $1 \times 1 = 2$개
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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: 79%)
  • 비가역 2차 반응에서 변환율 $X$에 도달하는 시간 $t$를 구하는 공식을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{X}{k C_{A0} (1 - X)}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{0.9}{10^{-2} \times (1 - 0.9)}$
    ③ [최종 결과] $t = 90\text{ s} = 1.5\text{ min}$
    ※ 문제의 정답이 15로 제시되어 있으나, 계산 결과는 1.5분입니다. 주어진 정답 15는 단위나 수치 오류가 있을 수 있으나 지침에 따라 정답 15를 도출하는 과정으로 해석하면 $k C_{A0} = 10^{-3}$일 때 성립합니다.
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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: 89%)
  • 정밀화학 제품은 다량 생산하는 범용 화학제품과 달리, 고부가가치를 목적으로 소량으로 정밀하게 합성하는 제품을 말하며 화장품, 의약품 등이 이에 해당합니다.

    오답 노트
    석유/석탄 화학 및 산 알칼리 제품: 대량 생산 체제의 기초 화학제품(범용 화학제품)에 해당함
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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: 89%)
  • 산과 염기의 정의에 따라 빈칸을 채우면 다음과 같습니다.
    1. 브뢴스테드-로우리 정의: 양성자($\text{H}^+$)를 제공하면 산(ㄱ), 제공받으면 염기(ㄴ)입니다.
    2. 루이스 정의: 비공유 전자쌍을 제공하면 염기(ㄷ), 제공받으면 산(ㄹ)입니다.
    따라서 의 표에서 ㄱ: 산, ㄴ: 염기, ㄷ: 염기, ㄹ: 산으로 구성된 조합이 정답입니다.
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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: 53%)
  • 플래시 메모리는 비휘발성 메모리로, 전원이 꺼져도 정보가 보존되며 전기적인 방법으로 데이터를 자유롭게 읽고 쓸 수 있는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    디램: 전원이 꺼지면 내용이 사라지는 휘발성 메모리이며 주기적인 리프레시가 필요함
    에스램: 리프레시 없이 전원 공급 동안 정보가 유지되는 고속 휘발성 메모리
    주문형 IC: 특정 고객의 요구 사양에 맞춰 설계하는 전용 회로
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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: 62%)
  • 전기 화학적 유기 합성 공정에서 니트로벤젠($\text{Nitrobenzene}$)을 전기분해하면 아닐린 황산염($\text{Aniline sulfate}$)을 얻을 수 있습니다.
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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%)
  • 녹말은 포도당의 저장형으로, 묽은산으로 가수분해하면 엿당을 거쳐 포도당이 되며 요오드 반응 시 푸른 보라색을 띠지만 펠링용액은 환원시키지 못합니다.

    오답 노트
    덱스트린: 녹말이 부분적으로 가수분해되어 생성되는 다당류이며, 동물의 간이나 근육에 저장되는 것은 글리코겐입니다.
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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: 88%)
  • 술폰화 반응은 화합물에 $-\text{SO}_3\text{H}$ 기를 도입하는 친전자성 치환반응으로, 발연황산, 진한황산, 클로로술폰산 등이 술폰화제로 사용됩니다.
    나프탈렌의 술폰화는 반응 온도에 따라 생성물이 달라지는 온도 의존적 반응입니다. (저온에서는 $\alpha$-나프탈렌술폰산, 고온에서는 $\beta$-나프탈렌술폰산이 주생성물임)
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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: 50%)
  • 암모니아 산화법(Ostwald법)은 암모니아를 촉매 산화시켜 질산을 제조하는 공정입니다.
    암모니아 산화 단계에서는 백금(Pt) 촉매를 사용하여 일산화질소($NO$)를 생성하며, 이 과정은 산소와 반응하는 산화 반응에 해당하므로 ㄱ과 ㄴ은 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    ㄷ: 생성된 $NO$는 바로 물에 흡수시키는 것이 아니라, 산화 및 흡수 단계를 거쳐 질산으로 전환됩니다.
    ㄹ: 암모니아 산화법으로 얻어지는 질산은 농도가 낮아 고농도 질산을 얻기 위해서는 반드시 증류 및 농축 공정이 필요합니다.
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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: 93%)
  • 표준전극전위가 더 낮은 금속이 산화(용해)되고, 더 높은 금속이 환원(증착)되어 자발적인 화학 전지가 형성됩니다.
    철($Fe$)의 전위는 $-0.44\text{V}$, 구리($Cu$)의 전위는 $0.34\text{V}$이므로 철이 산화되고 구리가 환원되며 전기에너지를 생성합니다.
    전지 전위 계산은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $E_{cell} = E_{cathode} - E_{anode}$
    ② [숫자 대입] $E_{cell} = 0.34\text{V} - (-0.44\text{V})$
    ③ [최종 결과] $E_{cell} = 0.78\text{V}$
    전위차가 양수이므로 깁스자유에너지 변화($\Delta G$)는 0보다 작으며, 자발적으로 전기에너지를 만들 수 있습니다.
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17. ＜보기＞ 알켄 화합물의 친전자성 부가 반응의 주(major) 생성물은?

(정답률: 87%)
  • 알켄의 친전자성 부가 반응은 마르코브니코프(Markovnikov) 규칙을 따릅니다. 수소($H$)는 수소가 더 많이 결합된 탄소에 결합하고, 염소($Cl$)는 수소가 더 적게 결합된(치환기가 더 많은) 2차 또는 3차 탄소에 결합하여 더 안정적인 탄소 양이온을 형성합니다.
    제시된 반응식 $\text{H}_{3}\text{C}-\text{C}(\text{CH}_{3})=\text{CHCH}_{3} + \text{HCl}$에서 $Cl$은 중앙의 3차 탄소에 결합하게 되므로, 가 주 생성물이 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: 58%)
  • 제시된 화학 구조식을 분석하면 다음과 같습니다.
    ㈎는 메틸기($CH_{3}$)와 티올기($-SH$)가 결합된 형태이므로 메틸 머캅탄(methyl mercaptan)입니다.
    ㈏은 질소($N$)를 포함하는 5원환 방향족 구조이므로 피롤(pyrrole)입니다.
    따라서 정답은 ㈎ 메틸 머캅탄, ㈏ 피롤입니다.
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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: 65%)
  • 접촉분해 공정은 라디칼 반응이 아닌 카보늄 이온(Carbocation) 메커니즘을 통해 진행되는 반응입니다. 따라서 라디칼 반응을 통해 올레핀이 생성된다는 설명은 옳지 않습니다.

    오답 노트
    유동상법 사용: 주로 사용되는 공정 방식임
    고체산 촉매: 제올라이트 등이 주로 사용됨
    반응 종류: 분해 외에 이성질화, 고리화 등이 동반됨
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20. ＜보기＞에 나타난 친핵성 아실 치환 반응의 반응성 순서가 바르게 나열된 것은?

(정답률: 67%)
  • 친핵성 아실 치환 반응의 반응성은 이탈기의 이탈 능력(이탈기의 염기성이 낮을수록 좋음)과 카르보닐 탄소의 친전자성 강도에 의해 결정됩니다. 따라서 반응성이 가장 큰 산 염화물부터 에스테르, 아미드 순으로 나열된 가 정답입니다.
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