9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2009-04-11)

9급 국가직 공무원 공업화학 2009-04-11 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2009-04-11 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 지난해 세계를 놀라게 한 중국산 우유의 멜라민(melamine) 파동이 있었다. 멜라민 파동을 일으켰던 원인 물질은 제품의 성분표시에서 단백질의 함량을 속이기 위해 첨가된 멜라민이었다. 우유에 멜라민을 첨가했을 때 가장 큰 함량 변화가 있는 원소는?

  1. H
  2. C
  3. N
  4. O
(정답률: 83%)
  • 멜라민($\text{C}_3\text{H}_6\text{N}_6$)은 분자 내에 질소($\text{N}$) 함량이 매우 높은 물질입니다. 단백질 함량(질소 함량으로 측정)을 속이기 위해 첨가하므로, 첨가 시 가장 큰 함량 변화가 나타나는 원소는 $\text{N}$입니다.
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2. 종이 제조 시 지질을 불투명하게 하고 지면을 평활하게 해서 인쇄적성을 부여하는 공정을 충전(loading)이라고 한다. 이 공정에 사용하는 원료로 적당하지 않은 것은?

  1. 백토
  2. 활석
  3. 로진(rosin)
  4. 탄산칼슘
(정답률: 67%)
  • 충전(loading) 공정은 종이의 빈 공간을 무기질 입자로 채워 불투명도와 평활도를 높이는 공정입니다. 따라서 백토, 활석, 탄산칼슘과 같은 무기 충전제가 사용됩니다.

    오답 노트
    로진(rosin): 충전제가 아니라 종이의 잉크 번짐을 막는 사이징제(sizing agent)로 사용됩니다.
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3. 석유의 불용성분을 제거하거나 특정 성분만을 얻기 위하여 용제(solvent)를 이용한 추출법을 사용하기도 한다. 추출법에 의한 석유정제에 이용되는 용제의 요건으로 옳은 것을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 89%)
  • 효율적인 석유 정제 추출을 위한 용제는 특정 성분만 잘 뽑아내는 선택성이 높아야 하고, 추출 성분에 대한 용해도가 커야 하며, 회수를 위해 비점 차이가 커야 하고, 공정 중 변질되지 않도록 화학적·열적으로 안정해야 합니다. 따라서 제시된 ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ 모두 옳은 요건입니다.
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4. 다음의 ( )안에 알맞은 원소의 특징을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
(정답률: 69%)
  • 두랄루민의 주성분인 ( )에 들어갈 원소는 알루미늄($$Al$$)입니다. 알루미늄은 용융 전기분해를 통해 얻으며, 공기 중에서 치밀한 산화물 피막을 형성하여 내부 부식을 방지하는 특징이 있습니다.

    오답 노트
    ㄴ: 실리콘( $Si$)이나 게르마늄($Ge$ )의 특징입니다.
    ㄷ: 알칼리 토금속이나 일부 활성 금속의 특징이며, 알루미늄은 양쪽성 금속이지만 산과 반응하여 수소 가스를 발생시킵니다.
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5. 무수프탈산(phthalic anhydride)과 벤젠(benzene)을 Friedel-Crafts 반응시켜서 얻을 수 있는 염료는?

  1. 안트라퀴논(anthraquinone) 염료
  2. 인디고(indigo) 염료
  3. 아조(azo) 염료
  4. 아민(amine) 염료
(정답률: 71%)
  • 무수프탈산과 벤젠을 Friedel-Crafts 아실화 반응시키면 안트라퀴논 골격의 중간체가 형성되며, 이를 통해 안트라퀴논 염료를 합성할 수 있습니다.
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6. 카프로락탐(caprolactam)은 나일론 6(nylon 6)를 합성하는 데 쓰이는 단위체이며, 이의 합성반응은 아래와 같이 두 단계로 이루어진다. 먼저 시클로헥사논(cyclohexanone)을 히드록실아민 (hydroxylamine)과 반응시키면 중간체인 A가 합성되고, 이 중간체 A를 진한 황산으로 처리하면 카프로락탐의 합성이 완결된다. 이때 A의 구조로 옳은 것은?

(정답률: 87%)
  • 시클로헥사논이 히드록실아민( $NH_{2}OH$)과 반응하면 카르보닐기의 산소($$O$$)가 질소($$N$$)로 치환되며 옥심(oxime) 구조의 중간체 A가 생성됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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7. 플라스틱 제품에 난연성을 부여하기 위해 첨가하는 물질이 아닌 것은?

  1. 할로겐화 탄화수소
  2. 인산화합물
  3. 산화안티몬
  4. 황화합물
(정답률: 66%)
  • 플라스틱의 난연성을 높이기 위해 할로겐화 탄화수소, 인산화합물, 산화안티몬 등이 첨가제로 사용됩니다. 하지만 황화합물은 일반적인 난연제 성분으로 사용되지 않습니다.
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8. 스티렌(styrene)의 반응에서 예상되는 주 생성물로 적절하지 않은 것은?

(정답률: 66%)
  • 스티렌의 하이드로붕소화-산화 반응(Hydroboration-Oxidation)은 안티-마르코브니코프(Anti-Markovnikov) 규칙을 따릅니다. 즉, $OH$기가 치환기가 적은 말단 탄소에 결합하여 1-페닐에탄올이 생성되어야 합니다. 하지만 는 $OH$기가 벤젠 고리 쪽 탄소에 결합한 2-페닐에탄올(마르코브니코프 생성물)을 나타내므로 적절하지 않습니다.
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9. 다음 합성가스(CO와 H2 혼합가스) 제조 반응 중 이론적으로 가장 큰 H2/CO몰(mole)비를 얻을 수 있는 것은?

  1. n-헥산(n-hexane)의 수증기 개질 반응
  2. n-헥산의 부분 산화 반응
  3. 메탄(methane)의 수증기 개질 반응
  4. 메탄의 부분 산화 반응
(정답률: 77%)
  • 메탄의 수증기 개질 반응은 다음과 같은 화학 반응식을 가집니다.
    $$CH_{4} + 2H_{2}O \rightarrow CO_{2} + 4H_{2}$$
    이후 수성가스 전이 반응($CO_{2} + H_{2} \rightarrow CO + H_{2}O$)을 거치더라도, 탄소 수가 적은 메탄을 이용한 수증기 개질 방식이 탄소 수가 많은 헥산이나 부분 산화 반응보다 이론적으로 더 높은 $H_{2}/CO$ 몰비를 생성합니다.
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10. 유지를 구성하는 지방산의 평균분자량을 계산하는 데 필요한 것은?

  1. 요오드가(iodine value)
  2. 비누화가(saponification value)
  3. 수산기가(hydroxyl value)
  4. 산가(acid value)
(정답률: 75%)
  • 비누화가는 유지 $1\text{g}$을 비누화하는 데 필요한 $\text{KOH}$의 $\text{mg}$ 수로, 이를 통해 유지 속에 포함된 지방산의 평균 분자량을 계산할 수 있습니다.
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11. 다음의 특성을 모두 갖고 있는 중합공정은?

  1. 괴상중합(bulk polymerization)
  2. 용액중합(solution polymerization)
  3. 현탁중합(suspension polymerization)
  4. 유화중합(emulsion polymerization)
(정답률: 83%)
  • 반응 공정이 매우 단순하고, 용매나 분산제 없이 단량체만 사용하므로 순도가 매우 높은 고분자를 얻을 수 있지만, 점도 상승으로 인해 반응열 제거가 매우 어려운 것이 특징인 공정은 괴상중합(bulk polymerization)입니다.
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12. 다음의 특성을 모두 갖고 있는 비료는?

  1. 질소 비료
  2. 인산 비료
  3. 칼륨 비료
  4. 석회 비료
(정답률: 77%)
  • 제시된 특성인 광합성과 단백질 합성에 관여하며, 국내 생산량이 적어 수입 의존도가 높고, 전통적으로 나무나 풀의 재(ash)를 비료로 사용해 온 성분은 칼륨($K$ )입니다.
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13. 나일론 66(nylon 66)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 아디프산(adipic acid)과 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine)의 반응으로 제조된다.
  2. 분자간 수소결합으로 기계적 강도가 크다.
  3. 중합 제조 시 물을 제거해야 한다.
  4. 무정형(amorphous) 고분자이다.
(정답률: 65%)
  • 나일론 66은 분자 사슬이 규칙적으로 배열되어 결정 영역을 형성하는 결정성 고분자입니다.

    오답 노트
    아디프산과 헥사메틸렌디아민의 축합 반응으로 생성되며, 이 과정에서 물($$H_{2}O$$)이 빠져나옵니다. 또한, 분자 간 강한 수소결합 덕분에 기계적 강도가 매우 우수합니다.
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14. 핵산(nucleic acid)은 당, 염기 및 인산기로 이루어진 폴리 뉴클레오티드(polynucleotide)이다. 핵산을 구성하는 당, 염기 및 인산기가 올바르게 정렬된 것은?

(정답률: 50%)
  • 핵산은 뉴클레오타이드가 반복되는 고분자로, 당과 인산기가 교대로 연결되어 골격을 형성하고, 당에 염기가 결합된 구조를 가집니다.
    따라서 와 같이 당-인산기-당-인산기로 이어지는 사슬에 염기가 매달려 있는 형태가 올바른 정렬입니다.
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15. 석유의 전화(conversion)에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 67%)
  • 석유의 전화(conversion)는 저급 중질유를 고부가가치의 경질유로 바꾸는 공정입니다.
    가솔린의 옥탄가를 높이기 위해 분자 구조를 바꾸는 리포밍(reforming)법이 있으며, 원료와 생성물은 모두 탄화수소라는 점이 핵심입니다.

    오답 노트
    알킬화법, 중합법: 분자를 합쳐서 분자량을 키우는 공정으로, 분자를 쪼개는 크래킹(cracking)법과는 반대되는 개념입니다.
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16. 유지의 주성분은 고급 지방산의 트리글리세리드(triglyceride)이다. 트리글리세리드의 구조식이 아닌 것을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 94%)
  • 트리글리세리드는 글리세롤 1분자와 3분자의 지방산이 에스테르 결합을 통해 형성된 구조입니다.
    ㄱ은 글리세롤의 1, 2, 3번 탄소 모두에 지방산이 결합된 전형적인 트리글리세리드 구조입니다.

    오답 노트
    ㄴ: 지방산이 2개만 결합된 디글리세리드 구조입니다.
    ㄷ: 에스테르 결합( $C=O$)이 없는 에테르 결합 구조입니다.
    ㄹ: 산소( $O$) 대신 질소($$N$$)가 결합된 아미드 결합 구조입니다.
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17. 인산을 가열ㆍ탈수하여 얻을 수 있는 H4P2O7의 명칭으로 옳은 것은?

  1. orthophosphoric acid
  2. metaphosphoric acid
  3. pyrophosphoric acid
  4. tripolyphosphoric acid
(정답률: 77%)
  • 인산( $H_{3}PO_{4}$) 두 분자에서 물 한 분자가 빠져나가는 탈수 반응을 통해 생성되는 $$H_{4}P_{2}O_{7}$$은 파이로인산(pyrophosphoric acid)이라고 합니다.
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18. 연료전지 유형으로 옳지 않은 것은?

  1. 용융탄산염형 연료전지(molten carbonate fuel cell)
  2. 니켈카드뮴형 연료전지(nickel cadmium fuel cell)
  3. 고체산화물형 연료전지(solid oxide fuel cell)
  4. 인산형 연료전지(phosphoric acid fuel cell)
(정답률: 82%)
  • 연료전지는 외부에서 연료를 지속적으로 공급하여 전기를 생산하는 장치로, 용융탄산염형, 고체산화물형, 인산형 등이 대표적입니다.

    오답 노트
    니켈카드뮴형 연료전지: 연료전지가 아니라 충전과 방전이 가능한 2차 전지(축전지)의 일종입니다.
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19. Wilkinson 촉매인 Rh(PPh3)3Cl이 관여하는 것은?

  1. Wacker 공정
  2. Diels-Alder 반응
  3. Monsanto 아세트산 합성
  4. 알켄(alkene)의 수소화 반응
(정답률: 85%)
  • Wilkinson 촉매인 $Rh(PPh_{3})_{3}Cl$은 균일계 촉매로서, 알켄(alkene)의 이중 결합에 수소를 첨가하여 알칸(alkane)으로 만드는 수소화 반응에 특화된 촉매입니다.
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20. 다음과 같은 반쪽 반응과 표준 환원 전위(E°)가 있다. 금속 은(Ag)을 산성의 과망간산칼륨(KMnO4) 용액에 넣었을 때 일어나는 반응에 대해 옳은 것은?

  1. 자발적인 반응, ΔE° = - 2.31 V
  2. 자발적인 반응, ΔE° = + 0.71 V
  3. 비자발적인 반응, ΔE° = + 6.75 V
  4. 비자발적인 반응, ΔE° = - 2.49 V
(정답률: 67%)
  • 표준 전지 전위는 환원 전위가 큰 물질이 환원되고, 작은 물질이 산화될 때 자발적으로 일어납니다. 과망간산 이온($$MnO_{4}^{-}$$)의 환원 전위가 은 이온($$Ag^{+}$$)보다 크므로 과망간산 이온이 환원되고 은($Ag$ )이 산화됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta E^{\circ} = E^{\circ}_{cathode} - E^{\circ}_{anode}$
    ② [숫자 대입] $\Delta E^{\circ} = 1.51 - 0.80$
    ③ [최종 결과] $\Delta E^{\circ} = 0.71$
    전위차가 양수( $+$)이므로 자발적인 반응입니다.
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