9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2008-04-12)

9급 국가직 공무원 공업화학 2008-04-12 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2008-04-12 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 산성도(acidity)가 가장 높은 알코올(alcohol)은?

  1. F3C－CH2－O－H
  2. F3C－CH2－CH2－O－H
  3. F3C－CF2－CH2－CH2－O－H
  4. H3C－CH2－O－H
(정답률: 60%)
  • 전기음성도가 매우 큰 불소($F$) 원자가 알코올의 하이드록시기($-OH$)와 가까울수록 유도 효과(inductive effect)에 의해 $O-H$ 결합의 극성이 커져 수소 이온($H^+$)이 더 쉽게 떨어져 나옵니다. 따라서 불소 치환기가 가장 가까이 붙어 있는 $F_{3}C-CH_{2}-O-H$가 산성도가 가장 높습니다.
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2. 식물성 오일로부터 만들어지는 바이오디젤(BioDiesel)이 화석원료를 대체하는 방안으로 떠오르고 있다. 바이오디젤 생성과 가장 밀접한 반응은?

  1. 니트로화반응
  2. 할로겐화반응
  3. 수소첨가탈황반응
  4. 에스테르화반응
(정답률: 75%)
  • 바이오디젤은 식물성 오일(트리글리세라이드)과 메탄올이 촉매 하에 반응하여 지방산 메틸 에스테르를 생성하는 에스테르화반응(또는 전에스테르화반응)을 통해 제조됩니다.
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3. Diels－Alder반응은 디엔(diene)과 디에노필(dienophile)의 반응이다. 디에노필인 maleic anhydride와 Diels－Alder 반응이 일어날 수 없는 분자는?

(정답률: 73%)
  • Diels-Alder 반응이 일어나기 위해서는 디엔(diene)이 반드시 s-cis 형태를 취할 수 있어야 합니다. 분자는 이중 결합이 고정된 구조적 특성 때문에 s-cis 형태로 변형될 수 없어 반응이 불가능합니다.
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4. 공명(resonance)에 대한 설명 중 가장 옳은 것은?

  1. 오존의 두 공명구조는 온도를 낮추면 분리할 수 있다.
  2. 엔올폼(enol form)과 케토폼(keto form)은 공명구조가 아니다.
  3. 공명구조에 참여하는 원자들은 30° 이상 뒤틀어진 평면에 있어야 한다.
  4. 탄산이온은 이온으로 존재하여 공명이 불가능하다.
(정답률: 68%)
  • 엔올폼(enol form)과 케토폼(keto form)은 수소 원자의 위치가 바뀌는 타우토머화(tautomerization) 현상으로, 이는 실제 화학 결합이 변하는 평형 상태이지 전자 배치만 바뀌는 공명 구조가 아닙니다.

    오답 노트
    오존의 공명구조: 실제로는 두 구조의 평균인 공명 혼성체로 존재하여 분리 불가능함
    공명 조건: 참여 원자들은 반드시 동일 평면상에 있어야 함
    탄산이온: 전형적인 공명 구조를 가지는 이온임
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5. 석탄 가스화로 생성된 일산화탄소와 수소를 촉매 하에 가열하여 합성가솔린을 만드는 공정은?

  1. Fischer－Tropsch법
  2. Solvay법
  3. Cumene공정
  4. Aldol축합
(정답률: 94%)
  • Fischer-Tropsch법은 일산화탄소($CO$)와 수소($H_2$)의 혼합 가스를 촉매 하에서 반응시켜 액체 탄화수소인 합성가솔린이나 경유를 제조하는 공정입니다.
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6. 유지 가수분해의 주생성 물질로 짝지어진 것은?

  1. 에틸알코올과 에테르
  2. 에틸알코올과 케톤
  3. 글리세린과 에테르
  4. 지방산과 글리세린
(정답률: 93%)
  • 유지는 글리세롤과 지방산이 에스테르 결합을 통해 형성된 트리글리세라이드입니다. 이를 가수분해하면 결합이 끊어지면서 원래의 성분인 지방산과 글리세린으로 분해됩니다.
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7. A, B 단량체가 같은 종류끼리 중합하지 않을 경우에만 만들어질 수 있는 공중합체로 가장 적절한 것은?

  1. 랜덤 공중합
  2. 교대 공중합
  3. 블록 공중합
  4. 그래프트 공중합
(정답률: 72%)
  • 두 종류의 단량체 A와 B가 규칙적으로 번갈아 가며 결합하는 구조를 교대 공중합이라고 합니다. 이는 A-B-A-B 형태로 배열되므로, 같은 종류끼리는 중합하지 않는 특성을 가집니다.
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8. 축중합(condensation polymerization)에 의해 제조되는 고분자는?

  1. 아크릴수지(acrylate polymer)
  2. 폴리스티렌(polystyrene)
  3. 폴리아마이드(polyamide)
  4. 폴리에틸렌(polyethylene)
(정답률: 79%)
  • 폴리아마이드(polyamide)는 디아민과 디카르복실산이 반응하여 물($\text{H}_2\text{O}$)과 같은 작은 분자가 빠져나오며 결합하는 축중합(condensation polymerization)의 대표적인 예입니다.

    오답 노트
    아크릴수지, 폴리스티렌, 폴리에틸렌: 모두 첨가중합(addition polymerization)으로 제조됨
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9. 요소 제조 공정에서 반응기로 도입된 NH3의 50 wt%가 CO2와 반응하여 요소로 전환되었다. 이때 요소[CO(NH2)2] 120 kg을 생산하기 위하여 필요한 NH3의 공급량[kg]은?

  1. 34
  2. 68
  3. 88
  4. 136
(정답률: 49%)
  • 요소 생성 반응식 $\text{CO}_2 + 2\text{NH}_3 \rightarrow \text{CO}(\text{NH}_2)_2$에 따라, 요소 $1\text{mol}$을 만드는 데 $\text{NH}_3$ $2\text{mol}$이 필요합니다. 전환율이 $50\%$이므로 실제 공급량은 이론적 필요량의 $2$배가 되어야 합니다.
    ① [기본 공식] $\text{NH}_3 \text{ 공급량} = \frac{\text{요소 생산량}}{\text{요소 분자량}} \times 2 \times \frac{\text{NH}_3 \text{ 분자량}}{\text{전환율}}$
    ② [숫자 대입] $\text{NH}_3 \text{ 공급량} = \frac{120}{60} \times 2 \times \frac{17}{0.5}$
    ③ [최종 결과] $\text{NH}_3 \text{ 공급량} = 136$
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10. 하수처리에서 고도처리(또는 3차 처리)의 주목적을 가장 적절하게 설명한 것은?

  1. 중력에 의한 큰 입자성 물질의 분류
  2. 기재에 얇은 미생물 막을 증식시켜 중금속 분해
  3. 질소와 인과 같은 영양염류 제거
  4. 오존을 이용한 활성 슬러지 악취 제거
(정답률: 81%)
  • 하수처리의 고도처리(3차 처리)는 2차 처리(생물학적 처리) 후에도 남아있는 질소($N$)와 인($P$) 같은 영양염류를 제거하여 하천의 부영양화를 방지하는 것이 주된 목적입니다.
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11. 알케인(alkane)의 할로겐화 반응(halogenation)과 관계 없는 것은?

  1. 연쇄반응(chain reaction)
  2. 치환반응(substitution reaction)
  3. 친전자성반응(electrophilic reaction)
  4. 염소화반응(chlorination)
(정답률: 58%)
  • 알케인의 할로겐화 반응은 라디칼(radical) 메커니즘에 의해 진행되는 치환반응이며, 개시-전파-종결의 연쇄반응 과정을 거칩니다. 따라서 전자가 부족한 친전자체가 공격하는 친전자성반응과는 거리가 멉니다.
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12. 수율이 가장 낮을 것으로 예상되는 반응은?

(정답률: 64%)
  • 프리델-크래프츠 알킬화 반응에서 1차 할로젠화 알킬을 사용할 경우, 반응 중간체인 탄소 양이온의 재배열(Rearrangement)이 일어납니다. 의 경우 1차 탄소 양이온이 더 안정한 3차 탄소 양이온으로 재배열되어 주생성물이 바뀌므로, 원래 의도한 생성물의 수율이 가장 낮게 나타납니다.
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13. 산(acid) 조건하에서 를 제거반응(elimination reaction) 시켰을 때 주생성물은?

  1. CH2＝CHCH2CH3
  2. CH3CH＝CHCH3
  3. CH2＝CHCH＝CH2
  4. CH3CH＝C＝CH2
(정답률: 64%)
  • 제시된 알코올 $\text{CH}_{3}\text{CH}(\text{OH})\text{CH}_{2}\text{CH}_{3}$의 산 촉매 제거반응은 자이체프(Zaitsev) 규칙을 따릅니다. 치환기가 더 많은 안정한 알켄이 주생성물이 되므로, 내부 이중 결합을 가진 $CH_{3}CH=CHCH_{3}$가 생성됩니다.
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14. Si 기판에 소량의 물질을 혼입(doping)시켜 n-형 반도체를 만들 때 첨가해야 하는 원소는?

  1. B
  2. P
  3. Al
  4. He
(정답률: 68%)
  • n-형 반도체는 14족 원소인 $Si$에 15족 원소를 도핑하여 자유 전자를 생성시키는 방식입니다. 보기 중 15족 원소인 $P$ (인)를 첨가해야 n-형 반도체가 됩니다.

    오답 노트
    $B$, $Al$: 13족 원소로 p-형 반도체 제조에 사용됨
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15. 질소질 비료인 황산암모늄[(NH4)2SO4]의 제조법은?

  1. 석고법
  2. Hargreaves법
  3. Deacon법
  4. 르블랑(Le Blanc)법
(정답률: 65%)
  • 황산암모늄은 석고($CaSO_{4}$)와 암모니아를 반응시켜 제조하는 석고법을 통해 생산됩니다.
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16. 단량체 CH2＝CHCN으로 이루어진 고분자는?

(정답률: 86%)
  • 단량체 $CH_{2}=CHCN$ (아크릴로니트릴)이 중합되면 이중 결합이 단일 결합으로 바뀌면서 반복 단위가 형성됩니다. 따라서 탄소 사슬에 $CN$기가 결합된 형태인 가 정답입니다.
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17. 아래 특성들을 모두 포함하는 가장 적합한 비료는?

  1. 소성인비
  2. 요소
  3. 용성인비
  4. 석회질소
(정답률: 69%)
  • 제시된 의 특성인 탄화칼슘과 질소의 고온 반응, 산성 토양 개량 효과, 살균 및 살충 효과를 모두 만족하는 비료는 석회질소입니다.
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18. 생명체의 게놈 정보 서열이 밝혀짐에 따라 오믹스(-omics)라 불리는 연구 분야가 탄생하였다. 전사체(transcriptome)를 보기 위해서 DNA chip을 이용하여 살펴보는 것으로 가장 적절한 것은?

  1. DNA의 3차원 구조
  2. mRNA의 상대적인 발현 양
  3. 단백질의 상대적인 발현 양
  4. 게놈에 존재하는 유전자 개수
(정답률: 66%)
  • 전사체(transcriptome)는 특정 시점에 세포 내에서 전사된 모든 RNA의 집합을 의미하며, DNA chip을 이용하면 특정 유전자에서 유래한 mRNA의 상대적인 발현 양을 분석할 수 있습니다.
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19. 분자 내에 황(S)을 포함한 아미노산으로만 옳게 짝지어진 것은?

  1. 메티오닌(Met) － 시스테인(Cys)
  2. 히스티딘(His) － 라이신(Lys)
  3. 타이로신(Tyr) － 트립토판(Trp)
  4. 글루타민(Gln) － 아스파라진(Asn)
(정답률: 81%)
  • 아미노산 중 황(S) 원자를 구조 내에 포함하고 있는 것은 메티오닌(Met)과 시스테인(Cys) 두 가지뿐입니다.
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20. 펄프화 공정인 화학식과 기계식 펄프화법에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 기계식 펄프화법은 침엽수재보다는 활엽수재에 적당하다.
  2. 기계식 펄프화법은 인쇄적성이 양호한 종이를 만들 수 있다.
  3. 화학식 펄프화법 중 하나인 아황산 펄프화법은 넓은 pH범위에서 가능하다.
  4. 일반적으로 화학식 펄프화법은 기계식 펄프화법보다 수율이 낮다.
(정답률: 76%)
  • 기계식 펄프화법은 나무의 섬유질을 물리적으로 분쇄하여 얻는 방식으로, 섬유가 길고 강한 침엽수재에 더 적합합니다.

    오답 노트
    인쇄적성 양호: 기계식 펄프는 리그닌이 남아 있어 황변 현상이 발생하므로 인쇄적성이 낮습니다.
    아황산 펄프화법: pH 범위가 좁은 특정 조건에서 수행됩니다.
    수율 비교: 화학식은 리그닌을 제거하므로 기계식보다 수율이 낮습니다.
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