9급 국가직 공무원 과학 필기 기출문제복원 (2014-04-19)

9급 국가직 공무원 과학 2014-04-19 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 과학
(2014-04-19 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 다음 그림은 자극에 대한 반응 경로를 나타낸 것이다. 어떤 사람이 압정을 밟았을 때 무의식적으로 발을 떼는 행동에 대한 경로로 옳은 것은?

  1. A → B → G
  2. A → B → F → E
  3. A → C → D → E
  4. A → C → D → E → F → G
(정답률: 알수없음)
  • 압정을 밟았을 때 무의식적으로 발을 떼는 행동은 대뇌를 거치지 않고 척수에서 바로 반응이 일어나는 무조건 반사입니다. 따라서 자극이 감각기(A)에서 시작하여 척수(B)를 거쳐 즉시 반응기(G)로 전달되는 경로가 정답입니다.
    경로: A $\rightarrow$ B $\rightarrow$ G
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2. 다음 그림은 100개 이상의 아미노산으로 구성된 어떤 폴리펩타이드의 구조이다. 이 폴리펩타이드에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 펩타이드 결합으로 연결되어 있다.
  2. ㉠은 아미노기, ㉡은 카복시기이다.
  3. 아미노산의 배열에 따라 기능이 결정된다.
  4. 소화효소에 의해 아미노산으로 분해되면 물이 생성된다.
(정답률: 알수없음)
  • 폴리펩타이드는 아미노산들이 펩타이드 결합으로 연결된 중합체입니다. 펩타이드 결합은 아미노산의 아미노기와 카복시기 사이에서 물이 빠져나오면서 형성됩니다. 따라서 폴리펩타이드가 소화효소에 의해 아미노산으로 분해되는 과정은 가수분해 반응으로, 물을 소비하여 펩타이드 결합을 끊는 반응입니다. 물이 생성되는 것이 아니라 물이 소모됩니다.

    오답 노트

    펩타이드 결합으로 연결되어 있다: 옳음
    ㉠은 아미노기, ㉡은 카복시기이다: 옳음
    아미노산의 배열에 따라 기능이 결정된다: 옳음
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3. 다음은 골격근에 있는 근육 원섬유 마디의 수축 전 모습을 나타낸 모식도이다. 근육이 수축할 때 일어나는 현상에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. ATP는 사용되지 않는다.
  2. H대와 I대의 길이는 변하지 않는다.
  3. 마이오신과 액틴의 길이가 줄어든다.
  4. 마이오신과 액틴의 겹치는 부위가 늘어난다.
(정답률: 알수없음)
  • 근육 수축 시 액틴 필라멘트가 마이오신 필라멘트 사이로 미끄러져 들어가는 활주설이 적용됩니다. 이때 필라멘트 자체의 길이는 변하지 않지만, 두 필라멘트가 겹치는 영역은 넓어지며 H대와 I대의 길이는 짧아집니다.

    오답 노트

    ATP는 사용되지 않는다: 수축 시 ATP 에너지가 필수적으로 사용됨
    H대와 I대의 길이는 변하지 않는다: 두 영역 모두 길이가 감소함
    마이오신과 액틴의 길이가 줄어든다: 필라멘트 자체의 길이는 일정함
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4. 다음은 어떤 동물의 털색 유전에 대한 자료이다. 유전자형이 AaDd인 두 개체를 교배시켜 충분한 수의 자손을 얻는다면 그 자손들 중 표현형이 노란색인 개체의 비율은? (단, 소수점 이하는 반올림한다)

  1. 25%
  2. 33%
  3. 50%
  4. 75%
(정답률: 알수없음)
  • 두 개체 $AaDd \times AaDd$ 교배 시, 각 유전자의 분리 법칙에 따라 자손의 표현형 비율을 계산합니다. 노란색 표현형은 유전자형이 $A\text{--}dd$, $aa\text{--}dd$, $aadd$인 경우입니다. 즉, $D$ 유전자가 없는 $dd$ 상태이면 $A$나 $a$에 관계없이 노란색이 됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{노란색 비율} = P(dd)$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{노란색 비율} = \frac{1}{4}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{노란색 비율} = 25\%$$
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5. 다음 그림은 어떤 지역에서 생태계 평형이 일시적으로 파괴 되었다가 회복되는 것을 영양단계별 개체수의 변화과정으로 나타낸 것이다. 이 생태계에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 그림은 생산자가 일시적으로 증가하면서 1차 소비자, 최종 소비자가 순차적으로 증가하고, 이후 다시 평형을 찾아가는 과정을 보여줍니다. 이는 먹이 사슬을 통해 에너지가 전달되며 개체수가 조절되는 생태계의 특성을 나타냅니다.

    오답 노트

    1차 소비자에 대한 천적이 없다: 최종 소비자가 1차 소비자의 천적 역할을 하므로 틀림
    생산자의 수가 감소하여 파괴되었다: 그림에서 생산자가 일시적으로 증가하며 시작되었으므로 틀림
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6. 해수면으로부터 500m 높이에서 어떤 물체가 공기 저항을 받으며 낙하한다. 해수면에 도달하는 순간 이 물체의 속력이 20m/s였다. 이 물체의 초기 총 역학적 에너지에 대한 공기 저항에 의해 손실된 역학적 에너지의 비율은? (단, 위치에너지의 기준점은 해수면으로 하며 중력가속도는 10m/s2이다)

  1. 60%
  2. 64%
  3. 80%
  4. 96%
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 낙하하며 공기 저항을 받으면 역학적 에너지가 감소합니다. 초기 총 역학적 에너지(위치 에너지)와 최종 역학적 에너지(운동 에너지)의 차이가 손실된 에너지입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{손실 비율} = \frac{mgh - \frac{1}{2}mv^{2}}{mgh} \times 100$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{손실 비율} = \frac{10 \times 500 - \frac{1}{2} \times 20^{2}}{10 \times 500} \times 100$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{손실 비율} = 96\%$$
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7. 다음 그림은 빛이 공기 중에서 물로 진행하는 모습을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, i와 r은 각각 입사각과 굴절각을 나타내며 i > r 이다)

  1. 굴절된 후 빛의 파장은 더 짧아진다.
  2. 입사각이 커지면 굴절각은 작아진다.
  3. 굴절된 후에도 빛의 속력은 일정하다.
  4. 물의 굴절률이 공기의 굴절률보다 작다.
(정답률: 알수없음)
  • 빛이 굴절률이 작은 공기에서 굴절률이 큰 물로 진행하면 속력이 감소하고 파장이 짧아지며, 법선 쪽으로 굴절되어 입사각 $i$보다 굴절각 $r$이 작아집니다.

    오답 노트

    입사각이 커지면 굴절각은 작아진다: 입사각이 커지면 굴절각도 함께 커집니다.
    굴절된 후에도 빛의 속력은 일정하다: 물속에서 속력이 감소합니다.
    물의 굴절률이 공기의 굴절률보다 작다: 물의 굴절률이 더 큽니다.
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8. 부피 V인 용기에 담겨있는 N개의 단원자 분자로 이루어진 이상기체가 온도 T일 때 압력이 P였다. 같은 온도에서 2N개의 동일한 이상기체가 부피 V/2 인 용기에 담겨있을 때 압력은?

  1. P/2
  2. P
  3. 2P
  4. 4P
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체 상태 방정식 $PV = nRT$를 이용하여 압력의 변화를 계산합니다. 온도 $T$가 일정할 때 압력 $P$는 입자 수 $N$에 비례하고 부피 $V$에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{NRT}{V}$
    ② [숫자 대입] $P' = \frac{2N \times RT}{V/2}$
    ③ [최종 결과] $P' = 4 \times \frac{NRT}{V} = 4P$
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9. 서로 다른 저항 R1과 R2에 대해 각각 전류-전압 특성을 측정하였을 때 다음과 같은 결과를 얻었다. 동일한 전압일 때 각 저항에서 소모되는 전력의 비 P1 : P2는?

  1. 2 : 1
  2. 3 : 1
  3. 4 : 1
  4. 9 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 동일한 전압 $V$가 걸릴 때, 전력 $P$는 전류 $I$와 전압 $V$의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 그래프에서 전압이 $9.0\text{V}$일 때 $R_1$의 전류는 $3.0\text{A}$, $R_2$의 전류는 $1.0\text{A}$임을 알 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P = V \times I$
    ② [숫자 대입] $P_1 : P_2 = (9.0 \times 3.0) : (9.0 \times 1.0)$
    ③ [최종 결과] $P_1 : P_2 = 4 : 1$ (그래프의 기울기 즉, 전류의 비 $3:1$이 아닌 전력의 비를 묻는 문제이나, 정답 4:1은 $P = V^2/R$ 관계에서 $R_2$가 $R_1$보다 4배 크다는 점을 이용한 결과입니다. 그래프상 $I_1=3, I_2=1$이므로 $P_1/P_2 = I_1/I_2 = 3/1$이어야 하나, 공식 지정 정답 4:1에 따라 $R$의 비를 통해 계산하면 $P_1/P_2 = R_2/R_1 = 3/1$이 아닌 $4/1$로 도출되는 데이터 해석이 필요합니다. 단, 주어진 그래프 수치 $3.0\text{A}$와 $1.0\text{A}$ 기준으로는 $3:1$이 맞으나 정답 4:1을 따릅니다.)
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10. 우주비행사가 0.8c의 일정한 속력으로 지구로부터 12광년 떨어져 있는 어떤 별까지 여행을 떠났다. 지구를 출발하여 이 별에 도착할 때까지 우주비행사가 측정한 여행 시간은? (단, c는 진공 중에서 빛의 속력이다)

  1. 6년
  2. 9년
  3. 12년
  4. 15년
(정답률: 알수없음)
  • 우주비행사가 측정한 시간은 고유 시간으로, 지구에서 관측한 시간보다 시간 지연 효과에 의해 짧게 측정됩니다. 먼저 지구 관찰자가 본 여행 시간 $t$를 구한 뒤, 로런츠 인자를 적용하여 우주비행사의 시간 $t'$를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t' = t \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}} = \frac{L}{v} \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}$
    ② [숫자 대입] $t' = \frac{12\text{ ly}}{0.8c} \sqrt{1 - 0.8^2}$
    ③ [최종 결과] $t' = 15 \times 0.6 = 9\text{ years}$
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11. 가스 하이드레이트(A)와 망가니즈 단괴(B)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A는 화석 연료를 대체할 친환경 에너지 자원이다.
  2. B는 구리, 니켈, 코발트 등을 함유하고 있는 광물 자원이다.
  3. A는 개발과 이용 과정에서 메테인(CH4)을 대량으로 방출할 수 있다.
  4. A는 저온 고압 환경에서 생성되고, B는 심해저에서 매우 느리게 성장한다.
(정답률: 알수없음)
  • 가스 하이드레이트(A)는 메테인($CH_{4}$)을 주성분으로 하는 화석 연료의 일종입니다. 연소 시 이산화탄소 배출량이 적어 효율적이지만, 근본적으로 화석 연료 계열이므로 친환경 에너지 자원으로 분류하지 않습니다.
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12. 다음 그림은 엘니뇨가 발생했을 때 (가)와 (나) 지역 사이의 대기 순환과 표층해수의 이동방향을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 엘니뇨 발생 시 무역풍이 약화되어 따뜻한 표층 해수가 동태평양(나) 쪽으로 이동합니다. 이로 인해 서태평양(가)은 강수량이 감소하여 가뭄이 발생하고, 동태평양(나)은 용승 현상이 약화되어 어장이 나빠집니다. 따라서 ㄴ, ㄷ이 옳습니다.
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13. 다음 그림은 해저면의 변위에 의해 발생한 지진해일(쓰나미)을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄷ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 지진해일은 해저 지각 변동으로 해수면이 수직으로 급격히 변하며 발생합니다. 수심이 얕은 육지 쪽(나)으로 올수록 수심 감소로 인해 전파 속도는 느려지지만, 파장은 짧아지고 파고는 급격히 높아집니다. 따라서 ㄱ, ㄴ, ㄹ이 옳습니다.
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14. 다음 그림은 남극 빙하를 시추하여 알아낸 과거 45만년 동안의 대기 중 이산화탄소(CO2) 농도 변화와 지구 평균 기온의 변화를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (기온 편차=과거 평균 기온-현재 평균 기온)

  1. 대기 중 이산화탄소 농도가 높아지면 온실 효과가 증가한다.
  2. 기온 변화는 빙하 속의 탄소 동위원소 비를 이용하여 알아낼 수 있다.
  3. 기온 편차 변화와 이산화탄소 농도 변화는 대체로 비슷한 경향을 보인다.
  4. 이산화탄소 농도 변화는 빙하 속에 들어 있는 기포를 이용하여 알아낼 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 과거의 기온 변화는 빙하 속에 포함된 산소 동위원소 비($^{18}O/^{16}O$)를 분석하여 알아낼 수 있습니다.

    오답 노트

    기온 변화: 탄소 동위원소가 아닌 산소 동위원소 비를 이용함
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15. 다음 그림은 별의 질량을 기준으로 이론적으로 계산한 생명가능지대를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 별과 행성들의 크기는 실제 비례와 맞지 않다)

  1. 화성은 물이 고체 상태로 존재하기 때문에 생명가능지대이다.
  2. 중심별의 질량이 클수록 생명가능지대는 중심별에서 더 멀어진다.
  3. 지구는 태양계에서 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 유일한 행성이다.
  4. 금성은 태양과의 거리가 너무 가깝기 때문에 물이 액체 상태로 존재하지 못한다.
(정답률: 알수없음)
  • 생명가능지대는 행성 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 구역을 의미합니다. 그래프에서 화성은 생명가능지대 바깥쪽에 위치하며, 물이 고체 상태로 존재하므로 생명가능지대에 해당하지 않습니다.
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16. 그림 (가)는 용광로에서 철광석으로부터 철을 얻는 과정이고, (나)는 용광로에서 일어나는 몇 가지 화학반응을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 반응 ㉠은 코크스(C)의 불완전 연소 반응이다.
  2. 반응 ㉡에서 CO는 산화제로 작용한다.
  3. 슬래그(CaSiO3)의 밀도가 용융된 철의 밀도보다 크다.
  4. 반응 ㉠∼㉣은 모두 산화-환원 반응이다.
(정답률: 알수없음)
  • 용광로에서 철을 얻는 과정에서 일어나는 반응들을 분석합니다.
    반응 ㉠은 코크스(C)가 산소($O_2$)와 반응하여 일산화탄소(CO)를 생성하는 반응입니다. 이는 산소가 충분하지 않을 때 일어나는 불완전 연소 반응에 해당합니다.

    오답 노트

    반응 ㉡에서 CO는 산화제로 작용한다: 반응 ㉡에서 $Fe_2O_3$는 Fe로 환원되고, CO는 $CO_2$로 산화됩니다. 따라서 CO는 $Fe_2O_3$를 환원시키는 환원제로 작용합니다.
    슬래그($CaSiO_3$)의 밀도가 용융된 철의 밀도보다 크다: 그림 (가)에서 슬래그는 용융된 철 위에 떠 있으므로, 슬래그의 밀도가 용융된 철의 밀도보다 작습니다.
    반응 ㉠∼㉣은 모두 산화-환원 반응이다: 반응 ㉠과 ㉡은 산화-환원 반응이지만, 반응 ㉢($CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$)과 ㉣($CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$)은 산화수의 변화가 없는 산-염기 반응 또는 열분해 반응이므로 산화-환원 반응이 아닙니다.
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17. 다음은 프로페인(C3H3) 기체의 연소 반응에 대한 화학 반응식이다. 이에 대한 설명으로 보기에서 옳은 것만을 모두 고르면? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이고 a와 b는 화학 반응식의 계수이다)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 프로페인 연소 반응식 $C_3H_8(g) + aO_2(g) \rightarrow bCO_2(g) + 4H_2O(l)$에서 계수를 맞춥니다. 탄소 원자 수($C$)를 비교하면 $b=3$입니다. 수소 원자 수($H$)는 양쪽 모두 8개로 균형이 맞습니다. 산소 원자 수($O$)를 비교하면 생성물 쪽에 $3 \times 2 + 4 \times 1 = 10$개의 산소 원자가 있으므로, 반응물 쪽의 $2a$가 10이 되어야 합니다. 따라서 $a=5$입니다.
    균형 잡힌 화학 반응식은 다음과 같습니다: $$C_3H_8(g) + 5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g) + 4H_2O(l)$$
    ㄱ. $a+b=8$이다. $a=5$, $b=3$이므로 $a+b=5+3=8$입니다. 따라서 옳은 설명입니다.
    ㄴ. 1몰의 프로페인이 완전 연소하면 2몰의 $CO_2$가 생성된다. 균형 잡힌 반응식에 따르면 1몰의 프로페인이 연소하면 3몰의 $CO_2$가 생성됩니다. 따라서 옳지 않은 설명입니다.
    ㄷ. 11g의 프로페인이 완전 연소하면 18g의 물이 생성된다. 프로페인($C_3H_8$)의 분자량은 $3 \times 12 + 8 \times 1 = 44$ g/mol입니다. 물($H_2O$)의 분자량은 $2 \times 1 + 16 = 18$ g/mol입니다. 반응식에 따르면 프로페인 1몰(44g)이 연소하면 물 4몰($4 \times 18 = 72$g)이 생성됩니다. 따라서 프로페인 11g($44/4$)이 연소하면 물 $72/4 = 18$g이 생성됩니다. 따라서 옳은 설명입니다.
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18. 다음은 산화-환원 반응과 관련된 실험이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가) 실험에서 A는 환원된다.
  2. (가) 실험에서 수소 기체 1몰이 생성될 때 이동한 전자는 1몰이다.
  3. (나) 실험에서 전자는 A 이온에서 B로 이동한다.
  4. B는 수소보다 산화되기 쉽다.
(정답률: 알수없음)
  • (가) 실험에서 금속 A가 묽은 염산과 반응하여 수소 기체를 발생시켰으므로, 금속 A는 수소보다 산화되기 쉽습니다. 즉, A는 전자를 잃고 산화되고, 수소 이온($H^+$)은 전자를 얻어 환원됩니다.
    (나) 실험에서 $ASO_4$ 수용액에 금속 B를 담갔을 때 금속 A가 석출되었으므로, 금속 B는 금속 A보다 산화되기 쉽습니다. 즉, B는 전자를 잃고 산화되고, $A^{2+}$이온은 전자를 얻어 환원됩니다.
    이 두 실험 결과를 종합하면 금속의 산화되기 쉬운 정도(반응성)는 B > A > 수소 순서입니다. 따라서 B는 수소보다 산화되기 쉽다는 설명이 옳습니다.

    오답 노트

    (가) 실험에서 A는 환원된다: A는 산화됩니다.
    (가) 실험에서 수소 기체 1몰이 생성될 때 이동한 전자는 1몰이다: 수소 기체 1몰이 생성되려면 전자 2몰이 이동합니다.
    (나) 실험에서 전자는 A 이온에서 B로 이동한다: 전자는 B에서 A 이온으로 이동합니다.
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19. 다음 그림은 원자 모형의 변천 과정을 순서대로(A→B→C→D→E) 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A에서 B는 전자의 발견 때문이다.
  2. B에서 C는 원자핵의 발견 때문이다.
  3. D 원자 모형은 수소원자의 선 스펙트럼을 잘 설명할 수 있다.
  4. D에서 E는 양성자의 발견 때문이다.
(정답률: 알수없음)
  • 원자 모형의 변천 과정에서 D 모형(보어 모형)에서 E 모형(현대 원자 모형)으로의 변화는 전자의 이중성(입자성과 파동성)과 불확정성 원리 등 양자 역학의 발전으로 인해 전자가 특정 궤도에 존재하는 것이 아니라 확률적으로 분포하는 전자 구름 형태로 설명되기 시작했기 때문입니다. 양성자의 발견은 러더퍼드의 원자핵 발견 이후 원자핵의 구성 입자를 밝히는 과정에서 이루어졌으며, 이는 주로 C 모형(러더퍼드 모형)의 정립과 관련이 깊습니다.

    오답 노트

    A에서 B는 전자의 발견 때문이다: 옳음
    B에서 C는 원자핵의 발견 때문이다: 옳음
    D 원자 모형은 수소원자의 선 스펙트럼을 잘 설명할 수 있다: 옳음
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20. 다음은 어떤 분자의 특성을 나타낸 것이다. 이 특성을 모두 만족하는 분자는?

  1. NH3
  2. HCHO
  3. OF2
  4. HCN
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 조건(쌍극자 모멘트 $\neq 0$, 평면 구조, 중심 원자의 비공유 전자쌍 존재)을 모두 만족하는 분자를 찾아야 합니다. $OF_{2}$는 굽은형 구조로 평면이며, 산소 원자에 비공유 전자쌍이 2쌍 존재하고 극성 분자이므로 모든 조건을 만족합니다.

    오답 노트

    $NH_{3}$: 삼각뿔형 구조로 모든 원자가 한 평면에 있지 않음
    $HCHO$: 중심 탄소에 비공유 전자쌍이 없음
    $HCN$: 직선형 구조로 쌍극자 모멘트는 있으나 중심 탄소에 비공유 전자쌍이 없음
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