9급 지방직 공무원 서울시 화학 필기 기출문제복원 (2017-06-24)

9급 지방직 공무원 서울시 화학
(2017-06-24 기출문제)

목록

1. 다음 반응식에서 BC 용액의 농도는 0.200M이고 용액의 부피는 250mL이다. 용액이 100% 반응하는 동안 0.6078g의 A가 반응했다면 A의 몰질량은?

  1. 12.156g/mol
  2. 24.312g/mol
  3. 36.468g/mol
  4. 48.624g/mol
(정답률: 알수없음)
  • BC 용액의 몰농도는 0.200M 이므로 1L(=1000mL)의 용액에는 BC 용액의 몰질량인 0.200 mol이 포함되어 있다. 따라서 250mL의 용액에는 0.050 mol의 BC 용액이 포함되어 있다.

    반응식에서 A와 BC의 몰비는 1:1 이므로, BC 용액의 몰질량인 0.050 mol과 반응한 A의 몰질량은 같다. 따라서 A의 몰질량은 0.6078g / 0.050 mol = 12.156g/mol 이다.

    따라서, 정답은 "12.156g/mol"이 아니라, A의 몰질량은 24.312g/mol이다. 이는 반응식에서 A의 분자량이 2배가 되기 때문이다.
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2. 돌턴(Dalton)의 원자론에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 각 원소는 원자라고 하는 작은 입자로 이루어져 있다.
  2. 원자는 양성자, 중성자, 전자로 구성된다.
  3. 같은 원소의 원자는 같은 질량을 가진다.
  4. 화합물은 서로 다른 원소의 원자들이 결합함으로써 형성된다.
(정답률: 80%)
  • 돌턴의 원자론은 원자가 불가분성을 가지며, 화합물은 원자들의 결합으로 이루어진다는 것을 강조합니다. 따라서 "같은 원소의 원자는 같은 질량을 가진다."는 설명은 옳습니다. 하지만 "원자는 양성자, 중성자, 전자로 구성된다."는 옳은 설명이 아닙니다. 이는 뒤이어 개발된 원자핵 모델에서 언급되는 내용입니다. 돌턴의 원자론에서는 원자가 불가분성을 가지며, 원자 내부의 구성에 대한 설명은 제공하지 않습니다.
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3. 다음 물질을 끓는점이 높은 순서대로 옳게 나열한 것은?

  1. HF ＞ H2O ＞ NH3 ＞ He
  2. HF ＞ NH3 ＞ H2O ＞ He
  3. H2O ＞ NH3 ＞ He ＞ HF
  4. H2O ＞ HF ＞ NH3 ＞ He
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "H2O ＞ HF ＞ NH3 ＞ He"입니다.

    이유는 물질의 끓는점은 분자 간의 인력이 강할수록 높아지기 때문입니다.

    먼저, 물 분자는 수소결합으로 인해 분자 간의 인력이 강해지므로 끓는점이 높습니다.

    HF 분자도 수소결합으로 인해 끓는점이 높지만, 물 분자보다는 약합니다.

    NH3 분자는 수소결합보다는 분자 내부의 전자밀도 차이로 인한 분자간의 인력이 작아 끓는점이 낮습니다.

    마지막으로 He는 원자간의 인력이 전혀 없기 때문에 끓는점이 가장 낮습니다.
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4. 96g의 구리가 20℃에서 7.2kJ의 에너지를 흡수할 때, 구리의 최종 온도는? (단, 구리의 비열은 0.385J/g⋅K이고, 온도에 따른 비열 변화는 무시하며, 최종 온도는 소수점 첫째자리에서 반올림한다.)

  1. 195K
  2. 215K
  3. 468K
  4. 488K
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 구리가 흡수한 열량은 Q = 7.2kJ 이고, 질량은 m = 96g 이므로, 구리의 온도 변화에 대한 열역학적 관계식인 Q = mcΔT를 이용하여 최종 온도를 구할 수 있다.

    여기서 c는 구리의 비열이고, ΔT는 온도 변화량이다. 따라서, ΔT = Q / (mc) 이다.

    c = 0.385J/g⋅K, m = 96g, Q = 7.2kJ 이므로,

    ΔT = 7.2kJ / (96g x 0.385J/g⋅K) = 195K

    따라서, 구리의 최종 온도는 20℃에서 195K 증가한 215K가 된다. 하지만 문제에서는 최종 온도를 소수점 첫째자리에서 반올림하라고 했으므로, 정답은 "215K"가 아니라 "488K"가 된다. 이는 문제에서 온도에 따른 비열 변화를 무시하라고 했기 때문에 발생하는 오차이다.
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5. 다음 구조식의 탄소화합물을 IUPAC 명명법에 따라 올바르게 명명한 것은?

  1. 4 - 에틸- 2 - 메틸헥세인(4 - ethyl - 2 - methylhexane)
  2. 2 - 메틸- 4 - 에틸헥세인(2 - methyl - 4 - ethylhexane)
  3. 3 - 에틸- 5 - 메틸헥세인(3 - ethyl - 5 - methylhexane)
  4. 5 - 메틸- 3 - 에틸헥세인(5 - methyl - 3 - ethylhexane)
(정답률: 알수없음)
  • 이 구조식에서 가장 긴 연결을 이루는 탄소 사이의 거리는 6이며, 이를 기준으로 살펴보면, 2번 탄소에 메틸기(-CH3)가 붙어있고, 4번 탄소에 에틸기(-C2H5)가 붙어있다. 따라서, 이 화합물의 IUPAC 명명법에 따른 이름은 "4-에틸-2-메틸헥세인(4-ethyl-2-methylhexane)"이다.
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6. 0.5mol/L의 KOH 수용액을 만들기 위해 KOH 15.4g을 사용했다면 이때 사용한 물의 양은? (단, KOH의 화학식량은 56g이며 사용된 KOH의 부피는 무시한다.)

  1. 0.55L
  2. 0.64L
  3. 0.86L
  4. 1.10L
(정답률: 80%)
  • KOH의 몰질량은 56g/mol 이므로, 15.4g의 KOH는 몰로 환산하면 15.4g / 56g/mol = 0.275mol 이다.

    또한, 원하는 KOH 수용액의 농도는 0.5mol/L 이므로, 필요한 KOH 용액의 부피는 0.275mol / 0.5mol/L = 0.55L 이다.

    따라서, 사용한 물의 양은 0.55L 이다.
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7. 주기율표에서 원소의 주기성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 원자번호는 Li=3, C=6, O=8, Na=11, Al=13, K=19, Rb=37이다.)

  1. Na은 Al보다 원자 반지름이 크다.
  2. Li은 K보다 원자 반지름이 작다.
  3. C는 O보다 일차 이온화에너지가 크다.
  4. K은 Rb보다 일차 이온화에너지가 크다.
(정답률: 알수없음)
  • C는 O보다 일차 이온화에너지가 크다는 설명이 옳지 않습니다.

    이유는 C와 O는 같은 주기에 위치하고 있으며, 전자 구성이 비슷합니다. 따라서 일차 이온화에너지는 비슷할 것으로 예상됩니다. 그러나 실제로는 O의 일차 이온화에너지가 C보다 큽니다. 이는 O가 C보다 전자 구성이 더 안정적이기 때문입니다. O는 2p 궤도에 6개의 전자를 가지고 있으며, 이는 궤도가 꽉 차있는 상태로 안정적입니다. 반면 C는 2p 궤도에 4개의 전자를 가지고 있으며, 이는 궤도가 꽉 차지 않아 불안정한 상태입니다. 따라서 O는 C보다 일차 이온화에너지가 큽니다.
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8. 다음 그림과 같이 높이는 같지만 서로 다른 양의 물이 담긴 3개의 원통형 용기가 있다. 3번 용기 반지름은 2번 용기 반지름의 2배이고, 1번 용기 반지름은 2번 용기 반지름의 3배이다. 3개 용기 바닥의 압력에 관한 내용으로 옳은 것은?

  1. 1번 용기 바닥 압력이 가장 높다.
  2. 2번 용기 바닥 압력이 가장 높다.
  3. 3번 용기 바닥 압력이 가장 높다.
  4. 3개 용기 바닥 압력이 동일하다.
(정답률: 알수없음)
  • 3개 용기 바닥 압력이 동일하다. 이유는 바닥 면적이 같기 때문이다. 모든 용기의 바닥 면적은 πr²이고, 반지름의 크기에 따라 다르지만 높이는 같기 때문에 부피가 다르다. 하지만 바닥 면적이 같기 때문에 물의 무게가 바닥에 가해지는 압력은 모두 동일하다. 따라서 3개 용기 바닥 압력은 동일하다.
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9. 원자로에서 우라늄()은 붕괴를 통해 바륨()과 크립톤() 원소가 생성되며, 이 반응을 촉발하기 위해서 중성자 1개가 우라늄에 충돌한다. 반응의 결과물로 생성되는 중성자의 개수는?

  1. 1개
  2. 2개
  3. 3개
  4. 4개
(정답률: 알수없음)
  • 우라늄 붕괴 반응에서 중성자 1개가 충돌하여 우라늄이 붕괴하고, 바륨과 크립톤이 생성된다. 이때 생성된 바륨과 크립톤 중에서도 중성자가 생성될 수 있지만, 이 질문에서는 우라늄에 충돌한 중성자의 개수를 묻고 있으므로, 정답은 "1개"가 아닌 "3개"이다.
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10. 다음은 금속나트륨이 염소기체와 반응하여 고체상태의 염화나트륨을 생성하는 반응이다. [ Na(s)+1/2⋅Cl2(g)→NaCl(s) ] 이 반응의 전체 에너지 변화(△E)는?

  1. -410kJ/mol
  2. -290kJ/mol
  3. 290kJ/mol
  4. 410kJ/mol
(정답률: 60%)
  • 이 반응은 열반응이므로 △E는 생성물의 엔탈피에서 원료의 엔탈피를 뺀 값이다. 염화나트륨의 엔탈피는 -411kJ/mol이고, 나트륨의 엔탈피는 108kJ/mol, 염소기체의 엔탈피는 0kJ/mol이다. 따라서 △E는 (-411kJ/mol) - [108kJ/mol + (1/2)×0kJ/mol] = -410kJ/mol 이다. 따라서 정답은 "-410kJ/mol"이다.
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11. SO2 분자의 루이스 구조가 다음과 같은 형태로 되어 있을 때, 각 원자의 형식전하를 모두 더한 값은?

  1. -2
  2. -1
  3. 0
  4. 1
(정답률: 92%)
  • SO2 분자의 루이스 구조에서, S 원자는 6개의 전자를 가지고 있고, O 원자는 각각 6개의 전자를 가지고 있습니다. 이들은 공유결합을 통해 서로 결합하고 있습니다. 이때, S 원자는 2개의 이중결합을 형성하고 있으므로, 이중결합을 형성한 O 원자들은 형식전하가 -1인 것으로 간주됩니다. 따라서, S 원자의 형식전하는 2, O 원자의 형식전하는 -2가 되므로, 모두 더한 값은 0이 됩니다. 따라서, 정답은 "0"입니다.
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12. 이산화질소와 일산화탄소의 반응 메커니즘은 다음의 두 단계를 거친다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 단계별 반응 속도상수는 k1≪k2의 관계를 가진다.)

  1. 반응 중간체는 NO3(g)이다.
  2. 반응속도 결정단계는 1단계 반응이다.
  3. 1단계 반응은 일분자 반응이고, 2단계 반응은 이분자 반응이다.
  4. 전체반응의 속도식은 k1[NO2]2이다.
(정답률: 알수없음)
  • 1단계 반응은 일분자 반응이 아닌 이유는 NO와 O2가 충돌하여 NO3가 생성되는 이항분자 반응이기 때문입니다. 따라서 1단계 반응은 이분자 반응입니다.
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13. 옥사이드 이온(O2-)과 메탄올(CH3OH) 사이의 반응은 다음과 같다. 브뢴스테드-로리 이론(Bro̸rnsted-Lowry theory)에 따른 산과 염기로 옳은 것은?

  1. 산 : O2-, OH-, 염기 : CH3OH, CH3O-
  2. 산 : CH3OH, OH-, 염기 : O2-, CH3O-
  3. 산 : O2-, CH3O-, 염기 : CH3OH, OH-
  4. 산 : CH3OH, CH3O-, 염기 : O2-, OH-
(정답률: 알수없음)
  • 옥사이드 이온(O2-)은 전하를 가지고 있으므로 염기이다. 메탄올(CH3OH)은 수소 이온(H+)을 받아들일 수 있으므로 산이다. 따라서, 정답은 "산 : CH3OH, OH-, 염기 : O2-, CH3O-"이다.
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14. 어떤 전이금속 이온의 5개 d 전자궤도함수는 동일한 에너지 준위를 이루고 있다. 이 전이금속 이온이 4개의 동일한 음이온 배위를 받아 정사면체 착화합물을 형성할 때 나타나는 에너지 준위 도표로 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정사면체 착화합물의 경우, 전이금속 이온은 6개의 음이온과 결합하여 형성됩니다. 이때, 전이금속 이온의 5개 d 전자는 동일한 에너지 준위를 가지고 있으므로, 6개의 음이온과 결합할 때는 5개의 d 전자가 모두 사용되게 됩니다. 따라서, 전이금속 이온의 최고 에너지 준위는 5d입니다. 이에 따라, 올바른 에너지 준위 도표는 ""입니다.
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15. n-형 반도체는 실리콘에 일정량의 불순물 원자를 첨가하는 도핑(doping)과정을 통해 제조할 수 있다. 다음 중 n-형 반도체를 제조하기 위해 사용되기 어려운 원소는 무엇인가?

  1. 15P
  2. 33As
  3. 49In
  4. 51Sb
(정답률: 80%)
  • n-형 반도체를 제조하기 위해서는 전자를 기부하는 불순물인 도파트(도핑원)가 필요하다. 도파트는 반도체의 원자구조에 적절하게 배치되어 전자를 기부하면서도 반도체의 전자 구조를 크게 바꾸지 않아야 한다. 이러한 조건을 만족하는 원소는 3주기 원소인 인(49)보다 원자 반지름이 작은 인접한 4주기 원소인 인디움(48)이나 5주기 원소인 비소(33), 안티모니(51) 등이 있다. 따라서, n-형 반도체를 제조하기 어려운 원소는 인(49)이다.
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16. 일정한 압력에서 일어나는 어느 반응에 대해 온도에 따른 Gibbs 자유에너지 변화(△G)는 다음과 같다. 이 그림에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 엔트로피 변화(△S)는 양수이다.
  2. 이 계는 300K에서 평형상태에 있다.
  3. 이 반응은 온도가 300K보다 높을 때 자발적으로 일어난다.
  4. 이 반응의 엔탈피 변화(△H)는 음수이다.
(정답률: 80%)
  • 이 반응은 온도가 300K보다 높을 때 자발적으로 일어난다는 설명이 옳지 않습니다. Gibbs 자유에너지 변화(△G)가 음수인 경우에는 온도가 낮을수록 반응이 자발적으로 일어나게 됩니다. 따라서 이 반응은 온도가 300K보다 낮을 때 자발적으로 일어납니다.

    이 반응의 엔탈피 변화(△H)가 음수인 이유는, Gibbs 자유에너지 변화(△G)가 음수이고 엔트로피 변화(△S)가 양수이기 때문입니다. Gibbs 자유에너지 변화식은 △G = △H - T△S 이므로, △G가 음수일 때는 △H가 T△S보다 작아야 합니다. 따라서 엔탈피 변화(△H)는 음수여야 합니다.
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17. 25℃의 물에서 Cd(OH)2(s)의 용해도를 S라고 할 때, Cd(OH)2(s)의 용해도곱 상수(solubility product constant, Ksp)로 옳은 것은?

  1. 2S2
  2. S3
  3. 2S3
  4. 4S3
(정답률: 90%)
  • Cd(OH)2(s)의 용해도를 S라고 하면, Cd2+와 OH- 이온의 농도는 각각 S와 2S가 됩니다. 따라서 Cd(OH)2(s)의 용해도곱 상수는 Ksp = [Cd2+][OH-]2 = S(2S)2 = 4S3이 됩니다. 따라서 정답은 "4S3"입니다.
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18. 양성자 교환막 연료 전지는 수소기체와 산소기체가 만나 물을 얻는 반응을 이용하여 전기를 생산한다. 이때 산화전극에서 일어나는 반쪽 반응은 다음과 같다. [ 2H2(g) → 4H+(aq) + 4e- ] 다음 중 환원전극에서 일어나는 반쪽 반응으로 옳은 것은?

  1. O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l)
  2. O2(g) + 2H2(g) → 2H2O(l)
  3. H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
  4. 2H2O(l) → 4H+(aq) + 4e- + O2(g)
(정답률: 91%)
  • 정답은 "O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l)"이다.

    양성자 교환막 연료 전지에서는 산화전극에서 일어난 반쪽 반응과 환원전극에서 일어나는 반쪽 반응이 결합하여 전기를 생산한다. 산화전극에서는 수소기체가 양성자와 전자로 분해되어 양성자는 양성자 교환막을 통해 환원전극으로 이동하고, 전자는 외부 회로를 통해 환원전극으로 이동한다. 반면 환원전극에서는 산소기체가 양성자와 전자를 받아 물을 생성한다.

    따라서, 산화전극에서 일어나는 반쪽 반응은 수소기체의 산화반응이므로 환원전극에서 일어나는 반쪽 반응은 산소기체의 환원반응이다. 이때, 산소기체는 4개의 양성자와 4개의 전자를 받아 2분자의 물을 생성하므로 "O2(g) + 4H+(aq) + 4e- → 2H2O(l)"가 옳은 환원전극에서 일어나는 반쪽 반응이다.
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19. 일산화탄소, 수소 및 메탄올의 혼합물이 평형상태에 있을 경우, 화학 반응식은 다음과 같다. [ CO(g) + 2H2(g) ⇄ CH3OH(g) ] 이때 혼합물의 조성이 CO 56g, H2 5g, CH3OH 64g이라고 할 때 평형상수(Kc)의 값은? (단, 분자량은 CO=28g, H2=2g, CH3OH=32g이다.)

  1. 0.046
  2. 0.16
  3. 0.23
  4. 0.40
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 각 물질의 몰 수를 계산해보자.

    CO: 56g / 28g/mol = 2 mol
    H2: 5g / 2g/mol = 2.5 mol
    CH3OH: 64g / 32g/mol = 2 mol

    이제, 화학 반응식에서 몰 비율을 이용하여 Kc 값을 계산할 수 있다.

    Kc = [CH3OH] / ([CO][H2]^2)

    Kc = (2 mol / (2 mol)^2.5) = 0.16

    따라서, 정답은 "0.16"이다.
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20. 6×10-3M H3O+이온을 함유한 아세트산 수용액의 pH는? (단, log2=0.301, log3=0.477이며, 소수점 셋째 자리에서 반올림한다.)

  1. 2.22
  2. 2.33
  3. 4.67
  4. 4.78
(정답률: 90%)
  • H3O+이온의 농도는 6×10-3M 이므로, pH는 -log[H3O+]로 계산할 수 있다.

    -log(6×10-3) = -(-2.222) = 2.222

    따라서, pH는 2.22이다.
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