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

9급 지방직 공무원 서울시 화학
(2016-06-25 기출문제)

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1. 질량이 222.222g이고 부피가 20.0cm3인 물질의 밀도를 올바른 유효숫자로 표시한 것은?

  1. 11.1111g/cm3
  2. 11.111g/cm3
  3. 11.11g/cm3
  4. 11.1g/cm3
(정답률: 94%)
  • 밀도는 질량(m)을 부피(V)로 나눈 값이므로, 밀도 = m/V 입니다. 따라서 주어진 값들을 대입하면, 밀도 = 222.222g / 20.0cm3 = 11.1111g/cm3 입니다. 유효숫자는 소수점 이하 첫째자리까지이므로, 최종적으로는 11.1g/cm3으로 표시됩니다.
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2. 1기압에서 A라는 어떤 기체 0.003몰이 물 900g에 녹는다면 2기압인 경우 0.006몰이 같은 양의 물에 녹게 될 것이라는 원리는 다음 중 어느 법칙과 관련이 있는가?

  1. Dalton의 분압법칙
  2. Graham의 법칙
  3. Boyle의 법칙
  4. Henry의 법칙
(정답률: 93%)
  • 정답: Henry의 법칙

    Henry의 법칙은 기체와 액체 사이의 상호작용을 나타내는 법칙으로, 일정한 온도와 압력에서 기체가 액체에 녹는 양은 그 기체의 분압과 비례한다는 것을 말한다. 즉, 기체의 분압이 높을수록 액체에 녹는 양도 많아지게 된다. 따라서 이 문제에서도 1기압에서 녹았던 양의 두 배인 0.006몰의 기체가 2기압에서는 더 많은 물에 녹게 되는 것이 Henry의 법칙에 따른 결과이다.
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3. 양자수 중의 하나로서 mt로 표시되며 특정 궤도함수가 원자 내의 공간에서 다른 궤도 함수들에 대해 상대적으로 어떠한 배향을 갖는지 나타내는 양자수는?

  1. 주양자수
  2. 각 운동량 양자수
  3. 자기양자수
  4. 스핀양자수
(정답률: 67%)
  • 자기양자수는 원자 내에서 전자가 회전하는 방향과 크기를 나타내는 양자수입니다. 따라서 특정 궤도함수가 다른 궤도 함수들에 대해 상대적으로 어떠한 배향을 갖는지를 나타내는 것이 자기양자수입니다. 다른 보기들은 각각 주어진 물리량을 나타내는데, 이와는 다른 개념입니다.
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4. 유기 화합물인 펜테인(C5H12)의 구조이성질체 개수는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 85%)
  • 펜테인(C5H12)은 탄화수소로, 분자 내에 탄소원자가 5개 있고 모두 포화되어 있으므로 직사각형 구조를 가지게 됩니다. 이 구조에서 탄소원자들의 배치를 바꾸면서 구조이성질체를 만들 수 있습니다.

    1. 2-메틸부탄: 직사각형 구조에서 한 개의 수소원자를 다른 탄소원자에 붙여서 만들어지는 구조이성질체입니다.
    2. 2,2-디메틸프로판: 직사각형 구조에서 두 개의 수소원자를 다른 탄소원자에 붙여서 만들어지는 구조이성질체입니다.
    3. 3-메틸펜탄: 직사각형 구조에서 한 개의 수소원자를 다른 탄소원자에 붙이고, 다른 탄소원자의 수소원자를 하나 떼어내어 만들어지는 구조이성질체입니다.
    4. 구조이성질체가 아닙니다.

    따라서, 펜테인의 구조이성질체 개수는 3개입니다.
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5. 염소산 포타슘(KClO3)은 가열하면 고체 염화포타슘과 산소 기체를 형성하는 흰색의 고체이다. 2atm, 500K에서 30.0L의 산소 기체를 얻기 위해서 필요한 염소산 포타슘의 몰 수는? (단, 기체상수 R은 0.08L⋅atm/mol⋅K)

  1. 0.33mol
  2. 0.50mol
  3. 0.67mol
  4. 1.00mol
(정답률: 86%)
  • 반응식은 다음과 같습니다.

    2KClO3 → 2KCl + 3O2

    몰 비율에 따라서 2 몰의 염소산 포타슘이 3 몰의 산소 기체를 생성합니다. 따라서 30.0L의 산소 기체를 얻기 위해서는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    30.0L O2 × (1 mol O2 / 22.4 L) × (2 mol KClO3 / 3 mol O2) = 0.893 mol KClO3

    하지만, 이 문제에서는 2atm, 500K에서 필요한 몰 수를 구하는 것이므로, 이상기체법을 사용하여 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    PV = nRT

    n = PV / RT

    n = (2 atm) × (30.0 L) / [(0.08 L⋅atm/mol⋅K) × (500 K)]

    n = 1.875 mol

    하지만, 이는 모든 반응물이 완전히 반응하는 경우의 몰 수이므로, 염소산 포타슘의 몰 수는 1/2로 나누어 주어야 합니다.

    1.875 mol KClO3 ÷ 2 = 0.9375 mol KClO3

    따라서, 정답은 "1.00mol"이 아닌 "0.67mol"입니다.
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6. 에틸렌은 CH2=CH2의 구조를 갖는 석유화학 공업에서 아주 중요하게 사용되는 재료이다. 에틸렌 분자 내의 탄소는 어떤 혼성궤도함수를 형성하고 있는가?

  1. sp
  2. sp2
  3. sp3
  4. dsp3
(정답률: 93%)
  • 에틸렌 분자 내의 탄소는 sp2 혼성궤도함수를 형성한다. 이는 탄소 원자의 2s 전자권과 2개의 2p 전자권이 하나의 sp2 혼성궤도함수로 혼합되어 분자의 결합에 기여하기 때문이다. 이 혼성궤도함수는 세 개의 원자가 평면상에서 120도 각도로 배치되어 있는 trigonal planar 구조를 형성한다.
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7. 교통 신호등의 녹색 불빛의 중심 파장은 522nm이다. 이 복사선의 진동수(Hz)는 얼마인가? (단, 빛의 속도는 3.00×108m/s)

  1. 5.22×107Hz
  2. 5.22×109Hz
  3. 5.75×1010Hz
  4. 5.75×1014Hz
(정답률: 50%)
  • 빛의 진폭은 고정되어 있으므로, 파장이 짧을수록 진동수가 높아진다는 것을 알고 있습니다. 따라서 파장이 522nm인 녹색 빛의 진동수는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    진동수 = 빛의 속도 ÷ 파장
    = 3.00×10^8 m/s ÷ 522×10^-9 m
    = 5.75×10^14 Hz

    따라서 정답은 "5.75×10^14Hz"입니다.
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8. Xe는 8A족 기체 중 하나로서 매우 안정한 원소이다. 그런데 반응성이 아주 높은 불소와 반응하여 XeF4라는 분자를 구성한다. 원자가 껍질 전자쌍 반발(VSEPR) 모형에 의하여 예측할 때, XeF4의 분자 구조로 옳은 것은?

  1. 사각평면
  2. 사각뿔
  3. 정사면체
  4. 팔면체
(정답률: 37%)
  • XeF4 분자는 Xe 원자가 4개의 F 원자와 결합하여 구성된 분자이다. Xe는 8A족 원소이므로 외전자껍질에 8개의 전자를 가지고 있으며, F 원자는 7A족 원소이므로 외전자껍질에 7개의 전자를 가지고 있다. 이들 전자들은 모두 결합을 위해 사용되므로 분자 구조는 전자쌍 반발(VSEPR) 모형에 따라 결정된다. XeF4 분자의 경우, Xe 원자 주위에 4개의 F 원자가 대칭적으로 배치되어 있으므로 분자 구조는 사각평면이 된다. 이는 Xe 원자 주위에 4개의 결합쌍이 대칭적으로 배치되어 있기 때문이다.
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9. 원소분석을 통하여 분자량이 146.0g/mol인 미지의 화합물을 분석한 결과 질량 백분율로 탄소 49.3%, 수소 6.9%, 산소 43.8%를 얻었다면 이 화합물의 분자식은 무엇인가? (단, 탄소 원자량=12.0g/mol, 수소 원자량=1.0g/mol, 산소 원자량=16.0g/mol)

  1. C3H5O2
  2. C5H7O4
  3. C6H10O4
  4. C10H14O8
(정답률: 84%)
  • 먼저, 각 원소의 몰 비율을 구해보면 탄소:수소:산소 = 49.3:6.9:43.8 이다. 이를 각각 몰 단위로 변환하면 약 4.1 몰 : 6.9 몰 : 2.74 몰 이다. 이 비율을 가지고 가능한 분자식을 찾아보면, C6H10O4 이외에는 모두 비율이 맞지 않는다. 따라서 이 화합물의 분자식은 C6H10O4이다.
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10. 500℃에서 수소와 염소의 반응에 대한 평형상수 Kc=100 이고, 정반응 속도 kf=2.0×103M-1s-1이며 △H=20kJ의 흡열 반응이라면 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 역반응의 속도가 정반응의 속도보다 빠르다.
  2. 역반응의 속도는 0.05M-1s-1이다.
  3. 온도가 증가할수록 평형상수(Kc)의 값은 감소한다.
  4. 온도가 증가할수록 정반응의 속도가 역반응보다 더 크게 증가한다.
(정답률: 91%)
  • 정답은 "온도가 증가할수록 정반응의 속도가 역반응보다 더 크게 증가한다."입니다.

    온도가 증가하면 분자의 운동에너지가 증가하고, 분자 간의 충돌 빈도와 에너지가 증가합니다. 이로 인해 화학 반응 속도가 증가하게 됩니다. 따라서, 온도가 증가할수록 정반응 속도가 증가하게 되고, 역반응 속도도 증가하지만, 정반응 속도가 더욱 빨라져서 전체적으로 정반응이 우세해지게 됩니다. 이는 반응 열역학적 원리인 화학 평형 상수와도 관련이 있습니다. 평형 상수는 열역학적 상태에서 반응물과 생성물의 농도 비율을 나타내는데, 온도가 증가하면 엔탈피 변화에 따라 평형 상수의 값이 변화하게 됩니다. 따라서, 온도가 증가할수록 평형 상수의 값이 감소하는 것이 맞습니다.
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11. 아래에 나타낸 평형 반응에 대한 평형상수는?

  2. 1/[H2O]2
  3. 1/2[H2O]
  4. [CaCl2⋅2H2O]/[H2O]2
(정답률: 93%)
  • 평형상수(Kc)는 생성물 농도의 곱을 반응물 농도의 곱으로 나눈 값입니다. 이 반응에서 생성물은 CaCl2⋅2H2O이고 반응물은 H2O입니다. 따라서 평형상수는 [CaCl2⋅2H2O]/[H2O]의 제곱이 됩니다. 그러나 CaCl2⋅2H2O의 농도는 상수이므로, 평형상수는 [H2O]의 역수인 1/[H2O]2가 됩니다.
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12. 다음 2개의 반응식을 이용해 최종 반응식의 반응 엔탈피(△H3)를 구하면?

  1. -254kJ
  2. -203kJ
  3. -178kJ
  4. -50kJ
(정답률: 100%)
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13. 25℃에서 [OH-]=2.0×10-5M 일 때, 이 용액의 pH 값은? (단, log2=0.30)

  1. 1.80
  2. 4.70
  3. 9.30
  4. 11.20
(정답률: 93%)
  • pOH = -log[OH-] = -log(2.0×10^-5) = 4.70
    pH + pOH = 14.00
    pH = 14.00 - pOH = 14.00 - 4.70 = 9.30

    따라서, 이 용액의 pH 값은 9.30입니다.
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14. 진한 암모니아수를 묻힌 솜과 진한 염산을 묻힌 솜을 유리관의 양쪽 끝에 넣고 고무마개로 막았더니 잠시 후 진한 염산을 묻힌 솜 가까운 쪽에 흰 연기가 생겼다. 옳은 설명을 모두 고른 것은?

  1. 가
  2. 나
  3. 가, 나
  4. 다
(정답률: 84%)
  • 가. 암모니아수와 염산이 반응하여 염화암모늄이 생성되고, 이 과정에서 열이 발생하여 흰 연기가 생긴다.
    나. 염화암모늄은 공기 중에서 수분과 반응하여 암모니아와 염산으로 분해되며, 이 과정에서 더 많은 흰 연기가 생긴다.

    따라서, 암모니아수와 염산이 반응하여 흰 연기가 생기고, 이 연기는 염화암모늄과 수분이 반응하여 더 많은 흰 연기가 생긴다는 것이 옳은 설명이므로 "가, 나"가 정답이다.
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15. 토륨-232()는 붕괴 계열에서 전체 6개의 α입자와 4개의 β입자를 방출한다. 생성된 최종 동위원소는 무엇인가?

(정답률: 64%)
  • 토륨-232는 붕괴 계열에서 6개의 α입자를 방출하여 라듐-228로 붕괴합니다. 그리고 라듐-228은 4개의 β입자를 방출하여 라돈-220으로 붕괴합니다. 따라서 생성된 최종 동위원소는 라돈-220입니다. 정답은 ""입니다.
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16. 다음 화합물 중 끓는점이 가장 높은 것은?

  1. HI
  2. HBr
  3. HCl
  4. HF
(정답률: 87%)
  • 끓는점은 분자간의 인력이 강할수록 높아지는 경향이 있습니다. 이 중에서 HF는 다른 세 가지 화합물보다 분자간 인력이 강합니다. 이는 HF 분자가 다른 분자들과 수소결합을 형성하기 때문입니다. 수소결합은 다른 분자간 인력보다 강한 결합이므로, HF 분자간의 인력이 가장 강해 끓는점이 가장 높은 것입니다.
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17. A에서 B로 변하는 어떠한 과정이 모든 온도에서 비자발적 과정이기 위하여 다음 중 옳은 조건은? (단, △H는 엔탈피 변화, △S는 엔트로피 변화)

  1. △H＞0, △S＜0
  2. △H＞0, △S＞0
  3. △H＜0, △S＜0
  4. △H＜0, △S＞0
(정답률: 70%)
  • 정답: "△H＞0, △S＜0"

    비자발적 과정은 엔트로피가 감소하고 엔탈피가 증가하는 과정이어야 합니다. 따라서 엔탈피 변화인 △H는 양수이고, 엔트로피 변화인 △S는 음수여야 합니다. 따라서 "△H＞0, △S＜0"이 옳은 조건입니다.
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18. 25℃에서 수산화 알루미늄 [Al(OH)3]의 용해도곱 상수(Ksp)가 3.0×10-34 이라면 pH 10으로 완충된 용액에서 Al(OH)3(s)의 용해도는 얼마인가?

  1. 3.0 × 10-22M
  2. 3.0 × 10-17M
  3. 1.73 × 10-17M
  4. 3.0 × 10-4M
(정답률: 62%)
  • 먼저, 수산화 알루미늄의 용해도곱 상수 식은 다음과 같습니다.

    Al(OH)3(s) ⇌ Al3+(aq) + 3OH-(aq)

    Ksp = [Al3+][OH-]3

    pH 10으로 완충된 용액에서는 [OH-] = 10-4 M 입니다. 따라서, Ksp 값을 이용하여 [Al3+]를 구할 수 있습니다.

    Ksp = [Al3+][OH-]3 = [Al3+](10-4)3

    [Al3+] = Ksp / (10-4)3 = 3.0 × 10-22 M

    따라서, Al(OH)3(s)의 용해도는 3.0 × 10-22 M 입니다.

    이유: 용해도곱 상수는 고체 물질이 용액으로 용해될 때 생성되는 이온의 농도를 나타내는 상수입니다. pH 10으로 완충된 용액에서는 [OH-] 농도가 10-4 M 이므로, 이를 이용하여 용해도곱 상수 식에서 [Al3+] 농도를 구할 수 있습니다. 이렇게 구한 [Al3+] 농도가 용해도와 같으므로, 이것이 Al(OH)3(s)의 용해도입니다. 따라서, 정답은 "3.0 × 10-22M" 입니다.
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19. 성층권에서 CFCl3와 같은 클로로플루오로탄소는 다음의 반응들에 의해 오존을 파괴한다. 여기에서 Cl과 ClO의 역할을 올바르게 짝지은 것은?

  1. (Cl, ClO) = (촉매, 촉매)
  2. (Cl, ClO) = (촉매, 반응 중간체)
  3. (Cl, ClO) = (반응 중간체, 촉매)
  4. (Cl, ClO) = (반응 중간체, 반응 중간체)
(정답률: 86%)
  • CFCl3는 자외선에 의해 분해되어 Cl 원자를 생성한다. 이 Cl 원자는 오존과 반응하여 ClO 라는 중간체를 생성한다. 이후 ClO는 다시 자외선에 의해 분해되어 Cl 원자와 O2 분자를 생성한다. 이렇게 생성된 Cl 원자는 다시 오존과 반응하여 ClO를 생성하고, 이 과정이 반복되면서 오존을 파괴한다. 따라서 Cl은 촉매 역할을 하며, ClO는 반응 중간체 역할을 한다. 따라서 정답은 "(Cl, ClO) = (촉매, 반응 중간체)"이다.
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20. 다음 갈바니 전지 반응에 대한 표준자유에너지변화(△Go)는 얼마인가? (단, E0(Zn2+)=-0.76V, E0(Cu2+)=0.34V이고, F=96,500C/mole-, V=J/C)

  1. -212.3kJ
  2. -106.2kJ
  3. -81.1kJ
  4. -40.5kJ
(정답률: 34%)
  • 반응식은 Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) 이다.

    이 반응에서 전자는 Zn(s)에서 Cu2+(aq)로 이동하므로 산화반응이다. 따라서 반응식을 역전시켜서 산화반응과 환원반응으로 나누어 계산한다.

    산화반응: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- (E0=-0.76V)
    환원반응: Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s) (E0=0.34V)

    이제 각각의 반응에서의 △Go를 계산한다.

    △Go(산화반응) = -nFE0 = -(2)(96,500C/mole-)(-0.76V) = 146,960J = 146.96kJ
    △Go(환원반응) = -nFE0 = -(2)(96,500C/mole-)(0.34V) = -65,720J = -65.72kJ

    전체 반응에서의 △Go는 △Go(환원반응) - △Go(산화반응) 이므로,

    △Go = -65.72kJ - 146.96kJ = -212.68kJ ≈ -212.3kJ

    따라서 정답은 "-212.3kJ"이다.

    이유: 전체 반응에서의 △Go는 산화반응과 환원반응의 △Go를 뺀 값이다. 이를 계산하면 -212.3kJ가 되므로 정답은 "-212.3kJ"이다.
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