9급 국가직 공무원 과학 필기 기출문제복원 (2020-07-11)

9급 국가직 공무원 과학
(2020-07-11 기출문제)

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1. 그림은 생태계 (가)와 (나)에서 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자의 에너지양을 상댓값으로 나타낸 생태 피라미드이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A는 생산자이다.
  2. (가)의 1차 소비자의 에너지 효율은 10%이다.
  3. (나)는 상위 영양 단계로 갈수록 에너지 효율이 증가한다.
  4. (가)의 1차 소비자와 (나)의 2차 소비자는 에너지 효율이 같다.
(정답률: 50%)
  • "(가)의 1차 소비자와 (나)의 2차 소비자는 에너지 효율이 같다."는 옳지 않은 설명입니다. 실제로는 (나)는 상위 영양 단계로 갈수록 에너지 효율이 감소합니다. 이는 생산자에서 1차 소비자로, 1차 소비자에서 2차 소비자로 영양 전달이 일어날 때마다 일부 에너지가 손실되기 때문입니다. 따라서 (나)의 상위 영양 단계로 갈수록 에너지 효율이 증가하는 것이 아니라 감소하는 것입니다.

    "(나)는 상위 영양 단계로 갈수록 에너지 효율이 증가한다."의 이유는 다음과 같습니다. 생산자에서 1차 소비자로, 1차 소비자에서 2차 소비자로 영양 전달이 일어날 때마다 일부 에너지가 손실되기 때문에, 상위 영양 단계로 갈수록 전체 에너지양은 감소하지만, 각 단계에서 소비자가 흡수하는 영양의 양은 감소하지 않습니다. 따라서 상위 영양 단계로 갈수록 각 소비자가 흡수하는 영양의 양 대비 전체 에너지양이 적어지므로, 상대적으로 에너지 효율이 증가하는 것입니다.
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2. 그림은 체액의 삼투압 조절 과정의 일부를 나타낸 것이며, A와 B는 각각 호르몬과 기관이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 호르몬 A는 티록신이다.
  2. 호르몬 A가 작용하는 기관 B는 방광이다.
  3. 호르몬 A의 분비가 증가하면 오줌량이 감소한다.
  4. 땀을 많이 흘려 체액의 삼투압이 올라가면 호르몬 A의 분비가 억제된다.
(정답률: 33%)
  • 호르몬 A는 신장에서 분비되는 알도스테론이다. 알도스테론은 신장에서 나오는 오줌의 양을 감소시키고, 방광에서의 소변의 분비를 억제하여 체액의 삼투압을 유지하는 역할을 한다. 따라서 호르몬 A의 분비가 증가하면 오줌량이 감소한다.
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3. 그림 (가)는 물질대사를, (나)는 물질의 전환을 나타낸 것이다. A와 B는 각각 세포 호흡과 광합성 중 하나이고, ㉠과 ㉡은 ATP와 ADP 사이의 전환을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. A는 세포 호흡이다.
  2. Na+－K+펌프의 작동에는 ㉠이 필요하다.
  3. B의 결과로 방출된 에너지는 전부 ㉡에 사용된다.
  4. ㉡이 일어날 때 에너지가 방출된다.
(정답률: 45%)
  • (가)는 세포 내에서 일어나는 물질대사 과정을 나타내고, (나)는 물질의 전환 과정을 나타낸다. A와 B는 각각 세포 호흡과 광합성 중 하나이다. ㉠과 ㉡은 ATP와 ADP 사이의 전환을 나타낸다.

    Na+－K+펌프는 세포막 내부의 Na+와 외부의 K+ 농도를 유지하기 위해 작동하는데, 이 작동에는 ATP가 필요하다. ATP는 ㉠과 ㉡의 전환 과정에서 생성되는데, ㉠에서 ADP와 인산이 결합하여 ATP가 생성되기 때문에 Na+－K+펌프의 작동에는 ㉠이 필요하다.

    따라서, 정답은 "Na+－K+펌프의 작동에는 ㉠이 필요하다." 이다.
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4. 그림은 근육 원섬유의 일부를 나타낸 것이다. ㉠은 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트 중 하나이고, (가)~(다)는 각각 A대, H대, I대 중 하나이다. 이에 대한 설명으로 ＜보기＞에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 37%)
  • - (가)는 A대이다. A대는 마이오신 필라멘트만 존재하는 영역이다. 따라서 (가)는 마이오신 필라멘트를 나타낸다.
    - (다)는 I대이다. I대는 액틴 필라멘트만 존재하는 영역이다. 따라서 (다)는 액틴 필라멘트를 나타낸다.
    - (ㄱ)은 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트가 모두 존재하는 영역인 A대이다.
    - (ㄴ)은 액틴 필라멘트와 마이오신 필라멘트가 모두 존재하는 영역이지만, A대와 H대 사이에 위치하는 I대가 포함되어 있지 않은 영역이다. 따라서 (ㄴ)은 A대와 H대 사이의 영역을 나타낸다.
    따라서 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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5. 그림은 핵형이 정상인 어떤 남자의 생식 세포 형성 과정을, 표는 세포 ㉠~㉢의 총 염색체 수와 Y 염색체 수를 나타낸 것이다. 이 과정에서 염색체 비분리는 1회 일어났으며, ㉠∼㉢은 Ⅰ∼Ⅲ을 순서 없이 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 제시된 염색체 비분리 이외의 돌연변이는 고려하지 않으며, Ⅰ은 중기의 세포이다)

  1. ㉠은 Ⅲ이다.
  2. ㉡의 Y 염색체 수는 1이다.
  3. ㉢의 총 염색체 수는 24이다.
  4. 염색체 비분리는 감수 2분열에서 일어났다.
(정답률: 25%)
  • 이 그림은 핵형이 정상인 어떤 남자의 생식 세포 형성 과정을 보여주고 있습니다. 이 과정에서 염색체 비분리는 1회 일어났으며, ㉠∼㉢은 Ⅰ∼Ⅲ을 순서 없이 나타낸 것입니다.

    보기 중 "염색체 비분리는 감수 2분열에서 일어났다."가 옳은 이유는 다음과 같습니다.

    감수 2분열은 세포 분열 과정 중 하나로, 염색체가 분리되어 각각의 딸세포로 전달되는 단계입니다. 이 과정에서 염색체 비분리가 일어나면, 분열된 딸세포들이 동일한 염색체 수를 가지게 됩니다.

    그림에서는 ㉠~㉢까지의 과정에서 염색체 비분리가 일어났으므로, 이는 감수 2분열에서 일어난 것으로 추정할 수 있습니다. 따라서 "염색체 비분리는 감수 2분열에서 일어났다."가 정답입니다.
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6. 일정한 세기의 전류가 흐르는, 무한히 가늘고 긴 직선 도선으로부터 수직 거리 2r만큼 떨어진 지점에서 전류에 의한 자기장의 크기가 B일 때, 이 도선으로부터 수직 거리 3r만큼 떨어진 곳에서 전류에 의한 자기장의 크기는?

(정답률: 49%)
  • 자기장의 크기는 전류와 거리에 반비례하므로, 거리가 3r일 때의 자기장은 거리가 2r일 때의 자기장보다 작을 것이다. 따라서 보기 중에서 자기장 크기가 작은 ""이 정답이다.
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7. 그림은 불순물을 첨가한 반도체 X, Y를 접합하여 만든 p-n 접합 다이오드를 전지에 연결하였을 때 전구에 불이 계속 켜져 있는 것을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 반도체 X는 p형 반도체이다.
  2. 반도체 Y에 있는 전자는 반도체 X와의 접합면으로부터 멀어지는 방향으로 이동한다.
  3. 전지의 방향을 반대로 연결하여도 전구에 불이 계속 켜진다.
  4. 반도체 Y에서는 주로 양공들이 전하를 운반하는 역할을 한다.
(정답률: 32%)
  • 반도체 X와 Y를 접합하여 만든 p-n 접합 다이오드는 p형 반도체와 n형 반도체를 접합시켜 만든 것이다. p형 반도체는 전자가 부족하고 양공이 많은 반도체이다. 따라서 반도체 X는 p형 반도체이다.
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8. 그림은 어느 금속 표면에 세 종류의 빛을 쪼여 줄 때, 쪼여 주는 광자 한 개의 에너지와 방출되는 광전자의 최대 운동에너지를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 빛의 입자성을 확인할 수 있는 실험이다.
  2. 금속의 일함수는 2eV이다.
  3. 1.53eV인 빛의 세기를 더 크게 해서 쪼여 주어도 광전자가 방출되지 않는다.
  4. 4.5eV의 광자 1개가 금속 표면에 부딪치면 광전자 2개가 방출된다.
(정답률: 38%)
  • 3번이 옳지 않은 설명이다. 그림에서는 1.53eV의 빛의 세기에서는 광전자가 방출되지 않는 것으로 나타나지만, 더 큰 세기의 빛을 쪼여 주면 광전자가 방출될 수 있다. 이를 광전자의 발생 임계값이라고 한다. 따라서 4.5eV의 광자 1개가 금속 표면에 부딪치면 광전자 2개가 방출되는 것은 광자의 에너지가 발생 임계값을 초과하기 때문이다.
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9. 그림은 일정량의 이상 기체의 상태가 A→B→C→A를 따라 변할 때 압력과 부피를 나타낸 것이다. A→B는 등압과정, B→C는 단열과정, C→A는 등온과정이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 그림에서 A, B의 온도는 각각 T1, T2이며, 점선은 각각 T1, T2의 등온 곡선이고 T1＜T2 이다)

  1. A→B 과정에서 기체의 내부에너지는 증가한다.
  2. A→B 과정에서 기체는 외부로부터 열을 흡수한다.
  3. B→C 과정에서 기체의 내부에너지가 증가한다.
  4. A→B→C 과정에서 기체가 외부에 한 일은 C→A 과정에서 기체가 외부에서 받는 일보다 크다.
(정답률: 33%)
  • B→C 과정은 단열과정으로, 기체가 외부와 열 교환이 없으므로 내부에너지는 일정하다고 볼 수 있다. 따라서 "B→C 과정에서 기체의 내부에너지가 증가한다."는 옳지 않은 설명이다.
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10. 그림과 같이 수평면으로부터 높이가 1.8m인 곳에서 질량이 4kg인 물체 A가 경사면을 따라 내려와 수평면에 정지해 있던 물체 B와 충돌하였다. 충돌 후 A와 B는 한 덩어리가 되어 반대쪽 경사면에서 수평면으로부터 높이가 0.8m인 곳까지 올라 순간적으로 멈췄다. B의 질량[kg]은? (단, 중력가속도는 10m/s2이고, 바닥과의 마찰 및 공기 저항과 물체 크기는 무시한다)

  1. 1.5
  2. 2
  3. 2.5
  4. 3
(정답률: 14%)
  • 운동량 보존 법칙에 따라 충돌 전과 후의 운동량은 일정합니다. 따라서, A와 B가 충돌 전의 운동량은 A의 운동량인 $4v$이며, 충돌 후의 운동량은 A와 B가 한 덩어리가 되어 이동하는 운동량인 $(4+M)v'$입니다. 여기서 $v$는 충돌 전 A의 속도, $v'$는 충돌 후 한 덩어리의 속도, $M$은 B의 질량입니다.

    또한, 에너지 보존 법칙에 따라 충돌 전과 후의 운동 에너지의 합은 일정합니다. 충돌 전의 운동 에너지는 $mgh$이며, 충돌 후의 운동 에너지는 $(4+M)v'^2/2$입니다. 여기서 $m$은 A의 질량, $g$는 중력 가속도, $h$는 A가 충돌 전에 위치한 높이 차이입니다.

    따라서, 운동량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙을 이용하여 다음과 같은 식을 세울 수 있습니다.

    $$4v = (4+M)v'$$

    $$mgh = (4+M)v'^2/2$$

    이를 풀면,

    $$v' = sqrt{frac{2mgh}{4+M}}$$

    $$4v = sqrt{frac{2mgh}{4+M}}(4+M)$$

    $$M = frac{16v^2-2mgh}{gh} - 4$$

    여기서 $v$는 $gh$를 이용하여 구할 수 있습니다. A가 충돌 전에 위치한 높이 차이는 $1.8-0.8=1$m이므로, $gh=10times1=10$입니다. 또한, A의 운동량 $4v$는 충돌 후 한 덩어리가 이동하는 운동량 $(4+M)v'$와 같으므로,

    $$4v = (4+M)v' = (4+M)sqrt{frac{2mgh}{4+M}}$$

    $$v = sqrt{frac{2mgh}{4+M}}$$

    이 됩니다. 이를 이용하여 $M$을 구하면,

    $$M = frac{16v^2-2mgh}{gh} - 4 = frac{16timesfrac{2mgh}{4+M}-2mgh}{gh} - 4$$

    $$M = frac{32m-2m(4+M)}{4+M} - 4$$

    $$M = frac{8m}{4+M} - 4$$

    여기서 $m=4$이므로,

    $$M = frac{32}{4+M} - 4$$

    $$M^2 - 4M - 8 = 0$$

    $$M = frac{4pmsqrt{16+32}}{2}$$

    $$M = 2, -6$$

    따라서, B의 질량은 2kg입니다.
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11. 그림은 선캄브리아 시대, 고생대, 중생대, 신생대를 지질 시대의 상대적인 길이에 따라 구분하여 A∼D로 순서 없이 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 최초의 육상 식물이 출현한 시대는 A이다.
  2. 오존층이 처음으로 형성된 시대는 B이다.
  3. 한반도에 공룡이 번성했던 시대는 C이다.
  4. 포유류가 번성한 시대는 D이다.
(정답률: 30%)
  • 최초의 육상 식물이 출현한 시기는 선캄브리아 시대이기 때문입니다. 이 시기에는 이전에는 바다에서만 살았던 생물들이 육지로 나와 다양한 생태계를 형성하게 되었습니다.
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12. 그림은 두 대륙 A와 B에서 측정한 과거 3억 년 전부터 현재까지 자북극의 겉보기 이동 경로를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 ＜보기＞에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 22%)
  • ① 자북극은 과거 3억 년 전부터 현재까지 계속해서 동일한 경로를 따라 이동하고 있다.
    ② 대륙 A와 B의 위치 변화로 인해 자북극의 이동 경로가 변화하였다.
    ③ 자북극은 대륙 A와 B의 위치 변화와는 무관하게 독자적인 이동 경로를 가지고 있다.
    ④ 자북극의 이동 경로는 대륙 A와 B의 위치 변화와는 관련이 없다.

    정답: ㄷ (ㄱ,ㄴ도 가능)

    해설: 그림에서 보듯이 자북극의 이동 경로는 대륙 A와 B의 위치 변화에 따라 변화하고 있으므로, 대륙 A와 B의 위치 변화와 관련이 있다. 따라서 ①과 ③은 틀린 설명이다. ④는 자북극의 이동 경로가 대륙 A와 B의 위치 변화와는 관련이 없다는 잘못된 설명이다.
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13. 표는 우리나라 A지역을 통과하는 온대 저기압에 동반된 두 전선 (가)와 (나)의 특징을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가)가 통과하고 나면 기온이 높아진다.
  2. 전선면의 기울기는 (가)가 (나)보다 급하다.
  3. 전선의 이동 속도는 (가)가 (나)보다 빠르다.
  4. A지역을 먼저 통과하는 전선은 (나)이다.
(정답률: 36%)
  • (가) 전선은 남쪽에서 북쪽으로 이동하면서 따뜻한 기운을 가져옵니다. 이 기운은 전선이 지나가는 지역의 기온을 높여주기 때문에 "(가)가 통과하고 나면 기온이 높아진다"는 설명이 옳습니다.
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14. 표는 주계열성인 두 별 A와 B의 물리량을 비교하여 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 ＜보기＞에서 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 32%)
  • 정답: "ㄴ"

    이 표에서는 두 별 A와 B의 물리량을 비교하고 있지만, 어떤 물리량을 비교하는지는 표에서 명시되어 있지 않다. 따라서 이 표만으로는 두 별의 물리량을 비교할 수 없으며, 어떤 물리량을 비교하는지에 대한 추가 정보가 필요하다. 따라서 "ㄴ"이 정답이다.
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15. 표는 기후 변화를 일으키는 지구 외적 요인 A와 B를 나타낸 것이며, 현재 북반구는 지구가 근일점 부근에 있을 때 겨울철이다. 이에 대한 설명으로 ＜보기＞에서 옳은 것만을 모두 고르면? (단, A와 B 요인 외 다른 요인은 고려하지 않는다)

  1. ㄱ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 32%)
  • 북반구 겨울철은 지구가 태양으로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 태양으로부터 받는 직접적인 복사량이 적어지고, 이에 따라 기온이 낮아지는 것이 일반적이다. 이 때, A 요인은 태양 복사량의 변화를 나타내므로, A 요인이 크면 기온이 높아지고, A 요인이 작으면 기온이 낮아진다. 따라서, A 요인이 작은 경우인 "ㄱ"이 옳다.

    반면, B 요인은 지구의 자전축의 기울기 변화를 나타내므로, B 요인이 크면 계절의 차이가 커지고, B 요인이 작으면 계절의 차이가 작아진다. 현재 북반구는 지구가 근일점 부근에 있기 때문에, B 요인이 작은 경우인 "ㄴ"이 옳다.

    따라서, 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.
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16. 표는 중성 원자 (가)~(다)의 바닥 상태 전자 배치에 대한 자료이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. w와 z의 합은 6이다.
  2. x와 y는 같다.
  3. (가)와 (나)는 같은 족의 원소이다.
  4. (가)와 (다)는 같은 주기의 원소이다.
(정답률: 30%)
  • 주기율표에서 같은 족에 속하는 원소들은 전자 구성이 비슷하다. (가)와 (나)는 모두 2족에 속하며, 바닥 상태 전자 구성이 모두 2개의 전자를 가진다. 따라서 같은 족에 속한다.
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17. 그림은 화합물 XY와 YZ2의 결합 모형을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, X~Z는 임의의 원소 기호이다)

  1. 원자 번호는 Y가 Z보다 크다.
  2. Y2분자는 3중 결합을 갖는다.
  3. Z2분자는 비공유 전자쌍 수/공유 전자쌍 수 가 6이다.
  4. X와 Z사이의 화합물은 공유 결합 물질이다.
(정답률: 24%)
  • 화합물 XY와 YZ2는 모두 공유 결합을 갖는 분자이다. Y는 XY와 YZ2에서 공유 결합을 갖는 원자로, Y의 전자껍질에는 5개의 전자가 있다. XY에서 Y는 X와 1개의 공유 전자쌍을 갖고, YZ2에서 Y는 Z와 2개의 공유 전자쌍을 갖는다. 따라서 Y의 전자껍질에서 공유 전자쌍의 수는 3개이다. 이에 비해 Y의 전자껍질에서 비공유 전자쌍의 수는 2개이다. Z는 Y보다 전자껍질이 크므로, Z와 Y는 공유 결합을 갖는 경우에도 Z는 Y보다 더 많은 공유 전자쌍을 갖게 된다. Z2분자에서 Z는 2개의 공유 전자쌍을 갖고, Z의 전자껍질에서 비공유 전자쌍의 수는 2개이다. 따라서 Z의 전자껍질에서 공유 전자쌍의 수는 4개이다. 이에 비해 Z의 전자껍질에서 비공유 전자쌍의 수는 2개이다. 따라서 Z2분자에서 비공유 전자쌍 수/공유 전자쌍 수는 2/4=0.5이다. 이를 6으로 곱하면 3이 되므로, Z2분자는 비공유 전자쌍 수/공유 전자쌍 수가 6이다. 따라서 정답은 "Z2분자는 비공유 전자쌍 수/공유 전자쌍 수가 6이다."이다.
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18. 그림은 원자 번호가 연속인 2주기 원소 (가)∼(라)의 원자 반지름과 이온화 에너지를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. (가)∼ (라) 중 금속 원소는 1개이다.
  2. 원자 번호는 (라)가 (다)보다 크다.
  3. 전기 음성도는 (나)가 (가)보다 크다.
  4. 원자가 전자의 유효 핵전하는 (가)가 (나)보다 크다.
(정답률: 14%)
  • 이 그림에서 원자 반지름은 왼쪽으로 갈수록 작아지고, 이온화 에너지는 위로 갈수록 커진다. 따라서 원자 반지름이 작은 (라)은 이온화 에너지가 크다는 것을 알 수 있다. 이는 전자와 핵간의 전기적인 상호작용이 강해져서 전자를 떼어내기 어려워지기 때문이다. 이와 반대로 원자 반지름이 큰 (가)는 이온화 에너지가 작다. 이는 전자와 핵간의 전기적인 상호작용이 약해져서 전자를 떼어내기 쉬워지기 때문이다. 따라서 원자가 전자의 유효 핵전하는 (가)가 (라)보다 크다.
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19. 표는 aXY+bY2 → cXY2반응의 전과 후에 반응물과 생성물의 양을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 ＜보기＞에서 옳은 것만을 모두 고르면? (단, X와 Y는 임의의 원소 기호이다)

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
(정답률: 14%)
  • 반응식에서 X와 Y는 임의의 원소 기호이므로, aXY+bY2 → cXY2반응은 일반적인 XY와 Y2의 화학 반응을 나타낸다. 따라서, 전과 후의 반응물과 생성물의 원자 수는 동일해야 한다. 이를 토대로 표를 분석해보면, 전과 후의 총 원자 수는 모두 5개이다. 그러나, 전과 후의 X 원자 수는 각각 1개와 2개이며, Y 원자 수는 각각 2개와 1개이다. 따라서, X와 Y가 결합하여 XY2 생성물이 형성되었다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.
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20. 다음은 구리(Cu)와 관련된 실험 내용이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 산화 구리(Ⅱ)의 화학식은 Cu2O이다.
  2. (가)는 H2O이다.
  3. (나)와 석회수가 반응하면 CaO가 생성된다.
  4. 탄소 가루는 산화제 역할을 한다.
(정답률: 24%)
  • 주어진 실험에서는 구리(Cu)가 산화되어 산화 구리(Ⅱ) (CuO)가 생성되고, 이때 생성된 CuO는 물(H2O)과 반응하여 수산화 구리(Cu(OH)2)가 생성된다. 따라서 정답은 "(가)는 H2O이다." 이다.
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