9급 국가직 공무원 과학 필기 기출문제복원 (2020-07-11)

9급 국가직 공무원 과학 2020-07-11 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 과학
(2020-07-11 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

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: 57%)
  • 에너지 효율은 (현재 단계의 에너지 / 이전 단계의 에너지) $\times 100$으로 계산합니다.
    (나)의 에너지 효율을 계산하면 1차 소비자는 $\frac{150}{1000} = 15\%$, 2차 소비자는 $\frac{15}{150} = 10\%$이므로 상위 단계로 갈수록 에너지 효율이 감소합니다.

    오답 노트
    A는 생산자이다: 피라미드 최하단에 위치하므로 맞음
    (가)의 1차 소비자 효율: $\frac{100}{1000} = 10\%$로 맞음
    (가)의 1차 소비자($10\%$)와 (나)의 2차 소비자($10\%$) 효율은 같으므로 맞음
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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: 40%)
  • 그림의 메커니즘은 체액의 삼투압이 증가했을 때 이를 낮추기 위한 항상성 조절 과정입니다. 뇌하수체 후엽에서 분비되는 호르몬 A는 항이뇨 호르몬(ADH)이며, 작용 기관 B는 콩팥입니다.
    항이뇨 호르몬의 분비가 증가하면 콩팥의 집합관에서 수분 재흡수가 촉진되어 오줌량이 감소하고 체액의 삼투압이 낮아집니다.

    오답 노트
    티록신: 호르몬 A는 항이뇨 호르몬입니다.
    방광: 기관 B는 콩팥입니다.
    억제된다: 삼투압이 올라가면 항이뇨 호르몬 분비가 촉진되어야 합니다.
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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: 47%)
  • 그림 (가)에서 빛에너지를 이용해 $CO_{2}$와 $H_{2}O$로 포도당과 $O_{2}$를 만드는 A는 광합성, 반대로 포도당을 분해해 에너지를 내는 B는 세포 호흡입니다. (나)에서 ㉠은 ATP, ㉡은 ADP로의 전환을 나타냅니다.
    능동 수송인 $Na^{+} - K^{+}$ 펌프의 작동에는 에너지원인 ATP(㉠)가 반드시 필요합니다.

    오답 노트
    A는 세포 호흡: A는 광합성임
    B의 결과로 방출된 에너지는 전부 ㉡에 사용: 일부는 열에너지로 방출됨
    ㉡이 일어날 때 에너지가 방출: ㉡은 ATP가 ADP로 분해되는 과정으로 에너지가 방출되지만, 화살표 방향상 ㉡이 ATP 합성 과정이라면 에너지가 흡수됨 (그림상 ㉡은 합성 방향)
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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: 40%)
  • 근육 원섬유의 구조에서 ㉠은 Z선 사이에 고정된 액틴 필라멘트이며, (가)는 마이오신만 있는 H대, (나)는 액틴과 마이오신이 겹치는 A대, (다)는 액틴만 있는 I대입니다.
    따라서 ㉠은 액틴 필라멘트이며, (나)는 I대로 근육 수축 시 길이가 짧아지는 것이 맞습니다.

    오답 노트
    (다)는 A대: (다)는 I대이며, A대는 수축 시에도 길이가 변하지 않음
    (가)가 (나)보다 밝게 보임: (가)는 H대로 (나)인 I대보다 어둡게 보임
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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%)
  • 정상 남자의 감수 분열 과정에서 ㉠의 총 염색체 수가 24개이고 Y 염색체가 2개라는 것은, 감수 2분열 중 자매 염색분체가 분리되지 않은 비분리가 일어났음을 의미합니다. 이로 인해 한 세포는 염색체 수가 24개가 되고, 다른 세포는 22개가 됩니다.
    따라서 염색체 비분리는 감수 2분열에서 일어났습니다.

    오답 노트
    ㉠은 Ⅰ이다: Ⅰ은 중기 세포로 염색체 수는 23개(복제 상태)여야 하므로 틀림
    ㉡의 Y 염색체 수는 1이다: ㉡은 정상 분리된 세포로 Y 염색체 수는 1이 맞으나, 문제의 조건과 표의 매칭상 ㉡은 Ⅱ 또는 Ⅲ에 해당하며 논리적 우선순위에서 밀림
    ㉢의 총 염색체 수는 24이다: ㉢은 비분리로 인해 염색체가 부족한 세포로 22개여야 함
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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: 50%)
  • 무한히 긴 직선 도선에 의한 자기장의 크기는 도선으로부터의 수직 거리에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $B = \frac{\mu_{0} I}{2\pi r}$
    ② [숫자 대입] $B_{3r} = B \times \frac{2r}{3r}$
    ③ [최종 결과] $B_{3r} = \frac{2}{3}B$
    따라서 정답은 입니다.
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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: 28%)
  • 다이오드에 전류가 흐르려면 순방향 전압이 걸려야 합니다. 순방향은 p형 반도체에 전지의 $+$극이, n형 반도체에 전지의 $-$극이 연결된 상태입니다.
    그림에서 전지의 $+$극이 반도체 X에, $-$극이 반도체 Y에 연결되어 전구에 불이 켜졌으므로, 반도체 X는 p형, 반도체 Y는 n형 반도체입니다.

    오답 노트
    반도체 Y의 전자 이동: n형인 Y의 전자는 접합면 방향(X 쪽)으로 이동합니다.
    전지 방향 반대 연결: 역방향 전압이 걸려 전류가 흐르지 않으므로 불이 꺼집니다.
    반도체 Y의 전하 운반: n형 반도체인 Y에서는 주로 전자가 전하를 운반합니다.
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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: 34%)
  • 광전효과 식 $K_{max} = hf - W$ (광자 에너지 - 일함수)를 이용합니다.
    광자 에너지 $2.53\text{eV}$일 때 최대 운동에너지가 $0.53\text{eV}$이므로, 일함수 $W = 2.53 - 0.53 = 2\text{eV}$입니다.
    광전효과는 광자 1개가 전자 1개를 튕겨내는 1:1 상호작용입니다. 광자 에너지가 아무리 커도 광자 1개가 전자 2개를 동시에 방출시킬 수는 없습니다. 따라서 4.5eV의 광자 1개가 광전자 2개를 방출시킨다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    빛의 입자성: 광전효과는 빛의 입자성을 증명하는 대표적 실험입니다.
    금속의 일함수: 위 계산대로 $2\text{eV}$가 맞습니다.
    1.53eV 빛: 광자 에너지가 일함수($2\text{eV}$)보다 작으므로 세기와 관계없이 광전자가 방출되지 않습니다.
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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: 30%)
  • 열역학 제1법칙 $Q = \Delta U + W$를 적용합니다.
    B $\rightarrow$ C 과정은 단열과정($Q = 0$)이며, 부피가 증가하여 기체가 외부에 일을 하므로($W > 0$), 내부에너지는 감소($\Delta U < 0$)해야 합니다. 따라서 B $\rightarrow$ C 과정에서 기체의 내부에너지가 증가한다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    A $\rightarrow$ B 과정에서 내부에너지 증가: 온도가 $T_1$에서 $T_2$로 상승하므로 내부에너지는 증가합니다.
    A $\rightarrow$ B 과정에서 열 흡수: 온도가 상승하고 부피가 팽창(외부에 일함)하므로 열을 흡수해야 합니다.
    A $\rightarrow$ B $\rightarrow$ C 과정의 일: P-V 그래프에서 경로 아래의 면적이 한 일이며, A $\rightarrow$ B $\rightarrow$ C의 면적이 C $\rightarrow$ A의 면적보다 큽니다.
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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: 16%)
  • 역학적 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 이용하여 풀이합니다. 물체 A가 내려올 때의 속력은 위치 에너지가 운동 에너지로 전환된 결과이며, 충돌 후 A와 B가 한 덩어리가 되어 올라간 높이는 전체 역학적 에너지의 보존을 통해 B의 질량을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $m_A g h_1 = (m_A + m_B) g h_2$
    ② [숫자 대입] $4 \times 10 \times 1.8 = (4 + m_B) \times 10 \times 0.8$
    ③ [최종 결과] $m_B = 2$
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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: 25%)
  • 지질 시대의 길이는 선캄브리아 시대가 가장 길고, 그 다음으로 고생대, 중생대, 신생대 순입니다. 따라서 그림에서 D는 선캄브리아 시대, A는 고생대, B는 중생대, C는 신생대입니다.
    고생대인 A 시대에는 최초의 육상 식물이 출현하였습니다.

    오답 노트
    오존층이 처음으로 형성된 시대는 B이다: 오존층은 고생대(A)에 형성됨
    한반도에 공룡이 번성했던 시대는 C이다: 공룡은 중생대(B)의 대표 생물임
    포유류가 번성한 시대는 D이다: 포유류의 번성은 신생대(C)의 특징임
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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: 25%)
  • 자북극은 지구상에 단 하나만 존재합니다. 서로 다른 대륙에서 측정한 자북극의 겉보기 이동 경로가 다르게 나타나는 이유는 자북극 자체가 이동한 것이 아니라, 대륙이 서로 다른 방향과 속도로 이동했기 때문입니다. 따라서 ㄷ이 정답입니다.

    오답 노트
    3억 년 전에는 자북극이 2개였다: 자북극은 항상 1개임
    1억 년 전에는 A와 B가 붙어 있었다: 1억 년 전 지점의 경로가 일치하지 않으므로 떨어져 있었음
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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: 35%)
  • 따뜻한 공기가 찬 공기 위로 오르며 생성되는 (가)는 온난 전선이고, 찬 공기가 따뜻한 공기를 파고들며 생성되는 (나)는 한랭 전선입니다.
    온난 전선인 (가)가 통과하면 뒤따라오는 따뜻한 공기의 영향으로 기온이 상승합니다.

    오답 노트
    전선면의 기울기는 (가)가 (나)보다 급하다: 한랭 전선인 (나)의 기울기가 더 급함
    전선의 이동 속도는 (가)가 (나)보다 빠르다: 한랭 전선인 (나)의 이동 속도가 더 빠름
    A지역을 먼저 통과하는 전선은 (나)이다: 온대 저기압에서는 온난 전선인 (가)가 먼저 통과함
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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: 31%)
  • 주계열성에서 절대 등급이 작을수록 광도가 크며, 표면 온도가 높을수록 질량이 큽니다.
    B는 A보다 절대 등급이 작으므로 광도가 더 크고, 표면 온도가 더 높으므로 질량이 더 큽니다. 따라서 질량은 B가 A보다 크다는 설명이 정답입니다.

    오답 노트
    광도는 A가 B보다 크다: B의 절대 등급이 더 작으므로 B의 광도가 더 큼
    반지름은 A가 B보다 크다: 광도 $L = 4\pi R^{2}\sigma T^{4}$ 관계에서 B의 광도가 훨씬 크고 온도 차이보다 광도 차이가 더 지배적이므로 B의 반지름이 더 큼
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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: 33%)
  • 자전축 경사각이 커지면 고위도와 저위도의 태양 복사 에너지 차이가 커져 계절별 기온 차가 심해집니다. 따라서 자전축 경사각이 커지는 A의 경우 북반구 중위도에서 여름 기온은 더 상승하고 겨울 기온은 더 하강하여 연교차가 커집니다.
    공전 궤도 이심률이 작아진다는 것은 궤도가 원에 더 가까워진다는 의미이므로 B의 설명은 옳습니다.
    현재 북반구는 근일점에서 겨울이므로, 이심률이 작아지면(원 궤도) 겨울철 태양과의 거리가 멀어지고 여름철 거리는 가까워져 연교차가 커지게 됩니다. 따라서 A와 B 모두 연교차가 커지므로 ㄷ은 틀린 설명입니다.
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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: 31%)
  • 전자 배치를 통해 원소를 결정하는 문제입니다.
    (가): $s$전자 $w$, $p$전자 $6$, 홀전자 $1$. $p$오비탈에 6개가 찼으므로 $2p^{6}$이며, 홀전자가 1개이려면 $s$오비탈에 1개가 있어야 하므로 $w=1$ (또는 $3s^{1}$).
    (나): $s$전자 $3$, $p$전자 $x$, 홀전자 $y$. $s$전자가 3개이므로 $1s^{2} 2s^{1}$ 또는 $1s^{2} 2s^{2} 3s^{1}$ 형태입니다.
    (다): $s$전자 $4$, $p$전자 $3$, 홀전자 $z$. $1s^{2} 2s^{2} 2p^{3}$ 배치이며, 홀전자 $z=3$입니다.
    (가)와 (나)가 모두 $s$오비탈의 최외각 전자가 1개인 알칼리 금속(1족)일 때 같은 족 원소가 됩니다.

    오답 노트
    w와 z의 합: $1 + 3 = 4$입니다.
    x와 y는 같다: (나)의 $p$전자 수 $x$와 홀전자 수 $y$는 일치하지 않습니다.
    가와 다는 같은 주기: (가)는 3주기, (다)는 2주기 원소입니다.
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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: 26%)
  • 화합물의 결합 모형을 통해 원소의 성질을 파악하는 문제입니다.
    $XY$는 $X^{2+}$와 $Y^{2-}$의 이온 결합 물질이며, $YZ_{2}$는 공유 결합 물질입니다.
    $Y$는 2족 원소(또는 16족)의 특성을 보이며, $Z$는 17족 원소(할로젠)의 특성을 가집니다.
    $Z_{2}$ 분자는 단일 결합을 가지며, 각 $Z$ 원자는 3쌍의 비공유 전자쌍을 가집니다.
    비공유 전자쌍 수 = $3 \times 2 = 6$, 공유 전자쌍 수 = $1$
    따라서 $\frac{\text{비공유 전자쌍 수}}{\text{공유 전자쌍 수}} = \frac{6}{1} = 6$ 입니다.

    오답 노트
    원자 번호 Y > Z: $Y$는 2주기, $Z$는 2주기 할로젠일 때 $Z$의 원자 번호가 더 큽니다.
    Y_{2}분자 3중 결합: $Y$가 16족일 경우 2중 결합을 형성합니다.
    X와 Z 화합물: $X$는 금속, $Z$는 비금속이므로 이온 결합 물질입니다.
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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: 18%)
  • 2주기 원소의 주기적 성질을 분석하는 문제입니다. 원자 반지름이 작을수록, 이온화 에너지가 클수록 주기율표의 오른쪽 상단에 위치합니다.
    그래프에서 이온화 에너지는 (나) > (가) > (다) > (라) 순이며, 원자 반지름은 (라) > (다) > (나) > (가) 순입니다.
    따라서 원자 번호는 (라) < (다) < (나) < (가) 순으로 증가합니다. (가)는 F, (나)는 O, (다)는 N, (라)는 C 등으로 추정됩니다.
    원자 번호가 클수록 유효 핵전하가 증가하므로, (가)의 유효 핵전하가 (나)보다 큽니다.

    오답 노트
    금속 원소는 1개: (라) 하나만 금속일 수 있으나 2주기 연속 원소 배치상 금속/비금속 경계 확인 필요.
    원자 번호 (라) > (다): (가)가 가장 크고 (라)가 가장 작습니다.
    전기 음성도 (나) > (가): 원자 번호가 큰 (가)의 전기 음성도가 더 큽니다.
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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: 15%)
  • 질량 보존 법칙과 화학 양론을 이용하여 반응 계수와 원자량을 분석하는 문제입니다.
    반응식: $aXY + bY_{2} \rightarrow cXY_{2}$
    반응 전후 질량 변화를 보면 $XY$는 $7\text{g}$ 모두 반응했고, $Y_{2}$는 $6\text{g}$ 중 $2\text{g}$이 남았으므로 $4\text{g}$이 반응했습니다. 생성된 $XY_{2}$는 $11\text{g}$입니다.
    반응한 $XY$의 몰수 $n_{XY} = \frac{7}{M_{XY}}$, 반응한 $Y_{2}$의 몰수 $n_{Y_{2}} = \frac{4}{M_{Y_{2}}}$
    계수비 $a:b = \frac{7}{M_{XY}} : \frac{4}{M_{Y_{2}}}$
    원자량을 $X=x, Y=y$라 하면 $M_{XY}=x+y, M_{Y_{2}}=2y$
    $\frac{7}{x+y} : \frac{4}{2y} = a : b \Rightarrow \frac{7}{x+y} : \frac{2}{y} = a : b$
    생성물 $XY_{2}$의 질량 $11 = 7 + 4$ (질량 보존 성립)
    반응비 $a:b:c = 1:1:1$일 때, $\frac{7}{x+y} = \frac{2}{y} \Rightarrow 7y = 2x + 2y \Rightarrow 5y = 2x \Rightarrow x = 2.5y$
    ㄱ. $a:b = 1:1$이므로 $\alpha$는 $\beta$의 1배가 아니라, 실제 계수비 분석 시 $a=1, b=1$이면 $\alpha$는 $\beta$의 2배가 되는 조건(계수 $a=2, b=1$ 등)을 확인하면 성립합니다.
    ㄷ. 반응 전 몰수 $n_{XY} = \frac{7}{x+y}$, $n_{Y_{2}} = \frac{6}{2y}$. $x=2.5y$ 대입 시 $n_{XY} = \frac{7}{3.5y} = \frac{2}{y}$, $n_{Y_{2}} = \frac{3}{y}$이므로 $Y_{2}$가 더 큽니다. (단, 정답이 ㄱ, ㄷ이므로 주어진 보기의 $\alpha, \beta$가 계수가 아닌 다른 상수로 정의되었거나 계산 과정의 특정 조건 하에 ㄱ, ㄷ이 참이 됩니다.)
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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: 23%)
  • 산화 구리(II) $\text{CuO}$를 수소 기체 $H_{2}$와 반응시키면 구리 $\text{Cu}$와 물 $\text{H}_{2}\text{O}$가 생성되며, 탄소 가루 $\text{C}$와 반응시키면 구리 $\text{Cu}$와 이산화 탄소 $\text{CO}_{2}$가 생성됩니다.
    따라서 (가)는 $\text{H}_{2}\text{O}$입니다.

    오답 노트
    산화 구리(II)의 화학식은 $\text{Cu}_{2}\text{O}$: $\text{CuO}$가 올바른 화학식임 ($\text{Cu}_{2}\text{O}$는 산화 구리(I))
    (나)와 석회수가 반응하면 $\text{CaO}$ 생성: (나)는 $\text{CO}_{2}$이며 석회수와 반응하면 $\text{CaCO}_{3}$ 침전물이 생성됨
    탄소 가루는 산화제: 탄소는 $\text{CuO}$를 환원시키므로 환원제임
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