9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 필기 기출문제복원 (2019-06-15)

9급 지방직 공무원 서울시 공업화학 2019-06-15 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 공업화학
(2019-06-15 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 전이금속 촉매를 이용한 상업화 공정 중 ＜보기＞가 설명 하는 것은?

  1. 메탄올의 카보닐화 반응공정
  2. 비닐 아세테이트 합성공정
  3. Wacker 공정
  4. 옥소공정
(정답률: 82%)
  • 에틸렌을 산화시켜 아세트알데히드를 합성하며, 촉매로 $\text{PdCl}_2$와 $\text{CuCl}_2$를 사용하는 공정은 Wacker 공정의 핵심 특징입니다.
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2. 정팔면체 착물(MA3B3)의 기하이성질체와 광학이성질체 총 수는?

  1. 2
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 52%)
  • 정팔면체 착물 $MA_3B_3$의 기하이성질체는 facial(fac) 형태와 meridional(mer) 형태의 2가지가 존재하며, 두 형태 모두 대칭면을 가지고 있어 광학이성질체는 나타나지 않습니다. 따라서 총 이성질체 수는 2가지입니다.
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3. sp와 sp2 혼성궤도함수를 모두 가지고 있는 탄소화합물에 해당하는 것은?

  1. H3C-CH2-CH3
  2. H2C=CH-CH3
  3. H2C=C=CH2
  4. H3C-C≡C-CH3
(정답률: 67%)
  • 탄소의 혼성궤도함수는 결합 형태에 따라 결정됩니다. 단일결합은 $sp^{3}$, 이중결합은 $sp^{2}$, 삼중결합은 $sp$ 혼성을 가집니다.
    H$_{2}$C=C=CH$_{2}$의 경우, 양 끝의 탄소는 이중결합 하나를 가져 $sp^{2}$ 혼성이고, 중앙의 탄소는 이중결합 두 개를 가져 $sp$ 혼성입니다.
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4. SN2 친핵성 치환 반응에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. Br-가 I-보다 좋은 이탈기이다.
  2. 활성화 에너지가 증가하면 반응속도가 빨라진다.
  3. 극성 양성자성 용매에서는 친핵체 음이온의 주기가 커질수록 친핵성이 감소한다.
  4. 극성 비양성자성 용매는 가장 좋은 용매이다.
(정답률: 61%)
  • S$_{N}2$ 반응은 친핵체가 기질을 공격함과 동시에 이탈기가 떨어져 나가는 단일 단계 반응입니다. 극성 비양성자성 용매는 친핵체를 용매화시키지 않아 친핵체의 반응성을 극대화하므로 가장 적합한 용매입니다.

    오답 노트
    Br$^{-}$가 I$^{-}$보다 좋은 이탈기이다: I$^{-}$가 더 크고 안정하여 더 좋은 이탈기입니다.
    활성화 에너지가 증가하면 반응속도가 빨라진다: 활성화 에너지가 낮아져야 반응속도가 빨라집니다.
    극성 양성자성 용매에서는 친핵체 음이온의 주기가 커질수록 친핵성이 감소한다: 주기가 커질수록(크기가 커질수록) 용매화가 약해져 친핵성이 증가합니다.
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5. 열분해(thermal cracking)에 대한 설명으로 ＜보기＞에서 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 75%)
  • 열분해는 고온에서 탄화수소의 결합을 끊어 작은 분자로 만드는 공정입니다.
    ㄱ. 석유 탄화수소를 열적으로 분해하여 작은 분자로 전환하는 공정이 맞습니다.
    ㄴ. 반응은 라디칼(radical)의 생성과 반응을 통해 진행됩니다.
    ㄹ. 주된 생성물은 이중결합을 가진 올레핀(olefin)입니다.

    오답 노트
    ㄷ. 라디칼의 안정성은 3차 > 2차 > 1차 순이므로, 3차 탄소 라디칼이 생성되는 절단이 가장 일어나기 쉽고 1차 탄소 라디칼 생성이 가장 어렵습니다.
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6. p형 반도체를 구성하는 조성으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. Si에 Al을 혼입
  2. Si에 P을 혼입
  3. Si에 Ga을 혼입
  4. Si에 In을 혼입
(정답률: 70%)
  • p형 반도체는 14족 원소인 Si에 13족 원소(Al, Ga, In 등)를 도핑하여 정공을 생성하는 반도체입니다.
    Si에 P을 혼입하는 경우, P은 15족 원소이므로 전자가 남게 되어 n형 반도체가 됩니다.
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7. 무전해 도금(electroless plating)에 대한 설명으로 ＜보기＞에서 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄹ
  2. ㄴ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 67%)
  • 무전해 도금은 외부 전원 없이 화학적 환원 반응을 이용하는 도금 방식입니다.
    ㄱ. 기판 표면에서 환원제의 산화와 금속의 환원 석출이 동시에 일어나 미립자가 석출됩니다.
    ㄷ. 전기가 통하지 않는 절연체나 복잡한 형상, 분말상 재료 표면에도 균일한 도금이 가능합니다.
    ㄹ. 도금층이 치밀하게 형성되는 특징이 있습니다.

    오답 노트
    전기 전도체의 표면에만 도금이 가능하다는 설명은 전해 도금에 해당하며, 무전해 도금은 비전도체에도 가능합니다.
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8. ＜보기＞의 설명에 해당하는 고분자의 라디칼 중합 공정으로 옳은 것은?

  1. 유화 중합(emulsion polymerization)
  2. 용액 중합(solution polymerization)
  3. 현탁 중합(suspension polymerization)
  4. 괴상 중합(bulk polymerization)
(정답률: 75%)
  • 용매나 분산매 없이 단량체와 개시제만을 혼합하여 중합시키는 방법은 괴상 중합(bulk polymerization)입니다.
    이 공정은 장치가 간단하고 불순물이 적으나, 중합열 제거가 어려워 국부적 과열이나 자동촉진 효과(autoacceleration)로 인해 반응 제어가 어렵고 선택성이 떨어지는 특징이 있습니다.
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9. ＜보기＞에 나타난 표준 환원 전위에 따라 산화력이 큰 순서대로 나열된 것은?

  1. ㄱ> ㄹ>ㄴ>ㄷ
  2. ㄷ>ㄴ>ㄹ>ㄱ
  3. ㄹ>ㄱ>ㄷ>ㄴ
  4. ㄴ>ㄷ>ㄱ>ㄹ
(정답률: 60%)
  • 표준 환원 전위( $E^{\circ}$) 값이 클수록 환원되려는 경향이 강하며, 이는 곧 다른 물질을 환원시키는 능력인 산화력이 크다는 것을 의미합니다.
    제시된 전위를 비교하면 다음과 같습니다.
    $F_{2} + 2e^{-} \rightarrow 2F^{-} \quad E^{\circ} = +2.87\text{V}$ (ㄱ)
    $Au^{3+} + 3e^{-} \rightarrow Au \quad E^{\circ} = +1.50\text{V}$ (ㄹ)
    $MnO_{4}^{-} + e^{-} \rightarrow MnO_{4}^{2-} \quad E^{\circ} = +0.56\text{V}$ (ㄴ)
    $Cr^{3+} + 3e^{-} \rightarrow Cr \quad E^{\circ} = -0.73\text{V}$ (ㄷ)
    따라서 산화력이 큰 순서는 ㄱ > ㄹ > ㄴ > ㄷ 입니다.
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10. 유화(emulsification)에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 미세 유화된 액체는 원래의 상태와 동일한 특성을 갖는다.
  2. 유화된 혼합물인 에멀전(emulsion)은 열역학적으로 안정하며 대표적인 예로 우유와 버터가 있다.
  3. 에멀전을 용액으로 만들기 위해 계면활성제를 유화제로 사용한다.
  4. 유화란 한 액체가 미세한 입자형태로 다른 액체에 분산된 상태를 말한다.
(정답률: 53%)
  • 유화란 서로 섞이지 않는 두 액체 중 한 액체가 미세한 입자 형태로 다른 액체 속에 분산되어 있는 상태를 의미합니다.

    오답 노트
    미세 유화된 액체: 분산 상태가 되어 원래의 순수 상태와는 다른 물리적 특성을 가짐
    에멀전: 열역학적으로 불안정하여 시간이 지나면 층 분리가 일어남
    계면활성제: 에멀전을 안정화시키는 유화제로 사용되며, 용액(Solution)으로 만드는 것이 아님
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11. ＜보기＞의 반응식을 통해 생성되는 물질의 특징이 아닌 것은?

  1. 요오드포름 반응을 한다.
  2. 무색이고, 악취가 나는 액체이다.
  3. 산의 촉매하에서 알코올과 축합 반응을 하여 에스테르를 생성한다.
  4. 산화되면 아세트산이 되고, 환원되면 에탄올이 된다.
(정답률: 49%)
  • 제시된 반응식 $\text{H-C} \equiv \text{C-H} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{HgSO}_4} \text{CH}_3\text{CHO}$을 통해 생성되는 물질은 아세트알데하이드입니다. 아세트알데하이드는 알데하이드기로 인해 요오드포름 반응을 하며, 산화 시 아세트산, 환원 시 에탄올이 됩니다.

    오답 노트
    산의 촉매하에서 알코올과 축합 반응하여 에스테르를 생성하는 것은 카복실산의 특징입니다.
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12. 불균일계 촉매 반응의 예에 해당하는 것은?

  1. 산화질소 촉매에 의한 이산화황의 산화
  2. 이산화망간 촉매에 의한 칼륨클로레이트의 분해
  3. 금 촉매에 의한 과산화수소의 분해
  4. 산 촉매에 의한 에스터의 가수분해
(정답률: 58%)
  • 불균일계 촉매는 반응물과 촉매의 상(Phase)이 다른 경우를 말합니다. 금 촉매(고체)와 과산화수소(액체)의 반응은 서로 다른 상에서 일어나므로 불균일계 촉매 반응에 해당합니다.
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13. 폐수처리공정 중 화학적 산화에 쓰이는 산화제로 옳지 않은 것은?

  1. 탄산칼슘
  2. 염소
  3. 과망간산칼륨
  4. 오존
(정답률: 45%)
  • 탄산칼슘은 산화제가 아니라 주로 중화제나 침전제로 사용되는 물질입니다. 염소, 과망간산칼륨, 오존은 강력한 산화력을 가져 폐수 내 유기물을 분해하는 산화제로 사용됩니다.
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14. 감광성 고분자에 이용되는 화학 반응과 설명을 옳게 짝지은 것은?

  1. 가교 -분자량의 감소
  2. 응답-분자량의 증대 또는 가교
  3. 중합-이성질화 등의 가역적인 구조 변화
  4. 변성-분자 구조 일부의 비가역적 변화
(정답률: 62%)
  • 감광성 고분자의 변성은 빛에 의해 분자 구조의 일부가 비가역적으로 변화하여 물리적, 화학적 성질이 바뀌는 현상을 의미합니다.

    오답 노트
    가교: 분자량의 증대 및 망상 구조 형성
    응답: 외부 자극에 의한 가역적 변화
    중합: 단량체가 결합하여 고분자가 되는 과정
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15. ＜보기＞의 반응을 통해 합성되는 열가소성 수지는?

  1. 폴리에스테르( polyester)
  2. 폴리카보네이트(polycarbonate)
  3. 폴리아미드(polyamide)
  4. 폴리페닐렌옥시드(polyphenyleneoxide)
(정답률: 67%)
  • 비스페놀 A와 포스겐(또는 디페닐카보네이트)의 축합 반응을 통해 생성되는 고분자는 폴리카보네이트입니다.
    $$\text{HO-C}_6\text{H}_4\text{-C(CH}_3\text{)}_2\text{-C}_6\text{H}_4\text{-OH} + \text{C}_6\text{H}_5\text{-O-C(=O)-O-C}_6\text{H}_5 \rightarrow \text{Polycarbonate}$$
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16. 질산의 성질과 용도에 관한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 질산은 갈색의 액체로서 물과 임의의 비율로 혼합되고, 강산이면서 강력한 산화제이다.
  2. 산으로서 암모니아와 반응하여 질산암모늄을 생성하는데, 이것은 비료나 폭약의 원료가 된다.
  3. 묽은 질산은 50~90% 수용액을 말한다.
  4. 질산으로부터 만들어지는 질산나트륨은 염료나 로켓연료로 사용된다.
(정답률: 62%)
  • 질산은 강산으로서 암모니아와 반응하여 질산암모늄을 생성하며, 이는 비료나 폭약의 원료로 널리 사용됩니다.

    오답 노트
    갈색의 액체: 무색 또는 연노란색 액체임
    묽은 질산: 보통 $70\%$이하의 수용액을 의미함
    질산나트륨: 주로 보존료나 산화제로 사용됨
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17. ＜보기＞에서 설명하는 도료로 가장 옳은 것은?

  1. 분체도료
  2. 주정도료
  3. 유성도료
  4. 수성도료
(정답률: 62%)
  • 용제를 사용하지 않고 에폭시나 아크릴 등의 열경화성 수지를 $90\sim120^{\circ}C$에서 용융 혼련 후 분쇄하여 제조하며, 회수 및 재사용이 가능한 도료는 분체도료의 핵심 특징입니다.
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18. ＜보기＞의 반응에서 산화제로 작용하는 것은?

  1. Mg2+
  2. H+
  3. Cl-
  4. H2
(정답률: 49%)
  • 제시된 반응식 $\text{Mg(s)} + 2\text{HCl(aq)} \rightarrow \text{MgCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}$에서 $H^+$이온은 $H_2$로 환원되면서 상대 물질을 산화시키므로 산화제로 작용합니다.
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19. 고정발생원에서 배출하는 배연 NOX 제거기술 중 습식법에 해당하는 것은?

  1. 산화 흡수환원
  2. 전자선조사법
  3. 선택법
  4. 흡착법
(정답률: 58%)
  • 배연 $NO_x$ 제거 기술 중 습식법은 액체 흡수제를 사용하여 오염물질을 제거하는 방식으로, 산화 흡수환원법이 이에 해당합니다.
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20. 화학기상증착(CVD)의 장점 중 가장 옳지 않은 것은?

  1. 여러 가지의 화합물 박막의 조성조절이 용이하다.
  2. 증착된 물질이 매우 낮은 운동에너지를 가지는 저에너지 공정이다.
  3. 단차피복성이 매우 우수하다.
  4. 다양한 특성을 가지는 박막을 원하는 두께로 성장시킬 수 있다.
(정답률: 66%)
  • 화학기상증착(CVD)은 가스 상태의 전구체가 화학 반응을 일으켜 박막을 형성하는 공정입니다. 이 과정에서 열에너지나 플라즈마 에너지가 필요하며, 단순히 낮은 운동에너지를 가지는 저에너지 공정이라고 정의할 수 없습니다.
    나머지 보기인 조성 조절 용이성, 우수한 단차피복성(Step Coverage), 두께 조절 가능성은 CVD의 대표적인 장점입니다.
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