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

9급 지방직 공무원 서울시 화학 2017-06-24 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 화학
(2017-06-24 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

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: 75%)
  • 반응식에서 $A$와 $BC$의 계수비는 $1:2$입니다. $BC$의 몰수를 먼저 구한 뒤, $A$의 몰수를 통해 몰질량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M = \frac{mass}{n_{A}} = \frac{mass}{\frac{1}{2} \times (Molarity \times Volume)}$
    ② [숫자 대입] $M = \frac{0.6078}{\frac{1}{2} \times (0.200 \times 0.250)}$
    ③ [최종 결과] $M = 24.312$
    단위는 g/mol 입니다.
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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: 74%)
  • 돌턴의 원자론은 원자를 더 이상 쪼갤 수 없는 단단한 공 모양의 입자로 정의했습니다. 원자가 양성자, 중성자, 전자로 구성된다는 사실은 이후 톰슨과 러더퍼드 등의 실험을 통해 밝혀진 현대 원자 모델의 내용입니다.

    오답 노트
    각 원소는 원자라고 하는 작은 입자로 이루어져 있다: 돌턴의 기본 전제
    같은 원소의 원자는 같은 질량을 가진다: 돌턴의 기본 전제
    화합물은 서로 다른 원소의 원자들이 결합함으로써 형성된다: 돌턴의 기본 전제
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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: 90%)
  • 분자 간 인력이 강할수록 끓는점이 높습니다. $\text{H}_2\text{O}$, $\text{HF}$, $\text{NH}_3$는 모두 수소 결합을 하지만, 전기음성도와 수소 결합 수의 차이로 인해 $\text{H}_2\text{O} > \text{HF} > \text{NH}_3$ 순으로 끓는점이 높으며, 분산력만 가지는 $\text{He}$가 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: 60%)
  • 물질이 흡수한 열량은 질량, 비열, 온도 변화의 곱으로 계산합니다. 먼저 섭씨온도를 절대온도로 변환하면 $20^{\circ}C = 293.15K$이며, 흡수한 열량 $7.2kJ$를 $7200J$로 환산하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \times c \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $7200 = 96 \times 0.385 \times (T_{final} - 293.15)$
    ③ [최종 결과] $T_{final} = 488K$
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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: 73%)
  • IUPAC 명명법에 따라 가장 긴 탄소 사슬(헥세인, 6개)을 주사슬로 잡고, 치환기의 번호 합이 최소가 되도록 왼쪽에서부터 번호를 매깁니다. 2번 탄소에 메틸기($$\text{CH}_3$$), 4번 탄소에 에틸기($$\text{CH}_2\text{CH}_3$$)가 결합되어 있으며, 알파벳 순서에 따라 에틸기를 먼저 적어 4-에틸-2-메틸헥세인으로 명명합니다.
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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: 84%)
  • 몰 농도 공식( $M = \frac{n}{V}$)을 이용하여 용액의 부피를 구합니다. 먼저 KOH의 질량을 화학식량으로 나누어 몰수를 구한 뒤, 이를 농도로 나누어 부피를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{\frac{m}{Mw}}{M}$
    ② [숫자 대입] $V = \frac{\frac{15.4}{56}}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $V = 0.55$
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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: 90%)
  • 주기율표의 주기성에서 같은 주기일 때 원자 번호가 커질수록(오른쪽으로 갈수록) 원자 반지름은 감소하고, 일차 이온화 에너지는 대체로 증가합니다. 탄소($\text{C}$)보다 원자 번호가 큰 산소($\text{O}$)가 더 큰 일차 이온화 에너지를 가지므로, 탄소가 산소보다 크다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    Na은 Al보다 원자 반지름이 크다: 같은 주기에서 원자 번호가 작으므로 맞음
    Li은 K보다 원자 반지름이 작다: 같은 족에서 주기가 작으므로 맞음
    K은 Rb보다 일차 이온화에너지가 크다: 같은 족에서 주기가 작으므로 맞음
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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: 87%)
  • 액체의 바닥 압력은 용기의 모양이나 반지름, 액체의 양과 관계없이 오직 액체의 밀도와 높이에 의해서만 결정됩니다. 세 용기 모두 동일한 액체($\text{H}_2\text{O}$)가 담겨 있고 높이 $h$가 동일하므로 바닥 압력은 모두 동일합니다.
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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: 64%)
  • 핵반응 전후의 질량수(위첨자) 합은 항상 일정해야 합니다. 반응 전 중성자 1개와 우라늄의 질량수 합에서 생성물인 바륨과 크립톤의 질량수 합을 뺀 나머지가 생성된 중성자의 개수가 됩니다.
    ① [기본 공식] $\text{중성자 수} = (1 + 235) - (141 + 92)$
    ② [숫자 대입] $\text{중성자 수} = 236 - 233$
    ③ [최종 결과] $\text{중성자 수} = 3$
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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: 75%)
  • 본 반응의 전체 에너지 변화는 헤스 법칙에 따라 각 단계 에너지의 합으로 구할 수 있습니다. 단, $Cl_{2}$의 결합 해리 에너지는 $2Cl$ 기준이므로 $1/2$만 반영합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta E = \Delta H_{sub} + \frac{1}{2}\Delta H_{bond} + IE + EA + U_{lattice}$
    ② [숫자 대입] $\Delta E = 110 + \frac{1}{2}(240) + 500 + (-350) + (-790)$
    ③ [최종 결과] $\Delta E = -410$
    단위는 kJ/mol 입니다.
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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: 79%)
  • 중성 분자의 경우 각 원자의 형식전하의 총합은 항상 0이 되어야 합니다.
    각 원자의 형식전하를 계산하면 다음과 같습니다.
    S: $6 - 2 - \frac{1}{2}(4) = 2$
    왼쪽 O: $6 - 6 - \frac{1}{2}(2) = -1$
    오른쪽 O: $6 - 4 - \frac{1}{2}(4) = -1$
    총합: $2 + (-1) + (-1) = 0$
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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: 78%)
  • 반응 메커니즘에서 각 단계의 반응물 수를 확인하면 분자도를 알 수 있습니다.
    1단계 반응은 $NO_{2}(g) + NO_{2}(g)$ 두 분자가 충돌하여 반응하므로 이분자 반응이며, 2단계 반응은 $NO_{3}(g) + CO(g)$ 두 분자가 충돌하여 반응하므로 이분자 반응입니다.

    오답 노트
    반응 중간체는 NO3(g)이다: 1단계에서 생성되고 2단계에서 소모되므로 맞음
    반응속도 결정단계는 1단계 반응이다: $k_{1} \ll k_{2}$이므로 속도가 느린 1단계가 결정단계가 맞음
    전체반응의 속도식은 k1[NO2]2이다: 결정단계인 1단계의 반응물 농도에 비례하므로 맞음
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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: 74%)
  • 브뢴스테드-로리 이론에 따르면 양성자($H^+$)를 내놓는 물질이 산, 양성자를 받는 물질이 염기입니다.
    반응식 $O^{2-} + CH_{3}OH \rightleftharpoons CH_{3}O^{-} + OH^{-}$에서 $CH_{3}OH$는 $O^{2-}$에게 $H^{+}$를 주어 $OH^{-}$가 되므로 산이며, $O^{2-}$는 $H^{+}$를 받아 $OH^{-}$가 되므로 염기입니다.
    역반응에서는 $OH^{-}$가 $CH_{3}O^{-}$에게 $H^{+}$를 주어 $CH_{3}OH$가 되므로 산이고, $CH_{3}O^{-}$는 $H^{+}$를 받아 $OH^{-}$가 되므로 염기입니다.
    따라서 산은 $CH_{3}OH, OH^{-}$이며, 염기는 $O^{2-}, CH_{3}O^{-}$입니다.
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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: 68%)
  • 정사면체 착화합물에서는 리간드가 $d$ 궤도함수의 축 사이로 접근하기 때문에, 팔면체 착화합물과 반대로 $e$ 궤도함수($d_{z^{2}}, d_{x^{2}-y^{2}}$)의 에너지가 낮아지고 $t_{2}$ 궤도함수($d_{xy}, d_{yz}, d_{zx}$)의 에너지가 높아지는 결정장 갈라짐이 나타납니다. 따라서 가 옳은 도표입니다.
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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: 65%)
  • n-형 반도체는 14족인 실리콘(Si)보다 원자가 전자가 하나 더 많은 15족 원소를 도핑하여 자유 전자를 생성하는 방식입니다.
    $_ {15}P$, $_ {33}As$, $_ {51}Sb$는 모두 15족 원소이지만, $_ {49}In$은 13족 원소이므로 p-형 반도체 제조에 사용됩니다.
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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: 77%)
  • 깁스 자유에너지 식 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$에서 $\Delta G$와 $T$의 관계를 분석합니다.
    그래프의 기울기가 $\Delta G / \Delta T = -\Delta S$인데, 기울기가 음수이므로 $\Delta S$는 양수입니다. 또한 $T = 300K$일 때 $\Delta G = 0$이므로 평형 상태이며, $T > 300K$일 때 $\Delta G < 0$이 되어 자발적 반응이 됩니다. $\Delta G = 0$인 지점에서 $\Delta H = T\Delta S$가 성립하는데, $T$와 $\Delta S$가 모두 양수이므로 $\Delta H$ 역시 양수여야 합니다.

    오답 노트
    이 반응의 엔탈피 변화($\Delta H$)는 음수이다: $\Delta H$는 양수입니다.
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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: 67%)
  • 용해도 $S$를 이용하여 용해도곱 상수 $K_{sp}$를 구하는 문제입니다. $Cd(OH)_{2}$가 물에 녹아 평형을 이룰 때의 화학식과 이온 농도 관계를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $K_{sp} = [Cd^{2+}][OH^{-}]^{2}$
    ② [숫자 대입] $K_{sp} = (S)(2S)^{2}$
    ③ [최종 결과] $K_{sp} = 4S^{3}$
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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: 87%)
  • 양성자 교환막 연료 전지의 환원전극에서는 산소기체가 전자를 얻어 물이 되는 환원 반응이 일어납니다. 따라서 산소 분자가 수소 이온 및 전자와 결합하여 물을 생성하는 $O_{2}(g) + 4H^{+}(aq) + 4e^{-} \rightarrow 2H_{2}O(l)$가 정답입니다.
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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: 92%)
  • 평형상수 $K_c$는 생성물의 농도 곱을 반응물의 농도 곱으로 나눈 값입니다. 각 물질의 질량을 분자량으로 나누어 몰수를 구한 뒤, 부피 $V$를 상정하여 농도로 대입합니다. (부피 $V$는 약분되어 사라집니다.)
    몰수 계산: $\text{CO} = 56/28 = 2\text{mol}$, $\text{H}_2 = 5/2 = 2.5\text{mol}$, $\text{CH}_3\text{OH} = 64/32 = 2\text{mol}$
    ① [기본 공식] $K_c = \frac{[\text{CH}_3\text{OH}]}{[\text{CO}][\text{H}_2]^2}$
    ② [숫자 대입] $K_c = \frac{2/V}{(2/V)(2.5/V)^2} = \frac{2}{2 \times 6.25 \times (1/V^2)}$
    ※ 실제 문제 조건상 부피 $V$가 주어지지 않았으나, 일반적인 표준 상태나 특정 부피 $1\text{L}$가정 시 계산 결과는 다음과 같습니다.
    ③ [최종 결과] $K_c = 0.16$
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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: 84%)
  • 수소 이온 농도를 이용하여 $\text{pH}$를 구하는 공식은 $-\log[\text{H}_3\text{O}^+]$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+]$
    ② [숫자 대입] $\text{pH} = -\log(6 \times 10^{-3}) = 3 - \log 6 = 3 - (\log 2 + \log 3)$
    ③ [최종 결과] $\text{pH} = 3 - (0.301 + 0.477) = 2.22$
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