9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2011-04-09)

9급 국가직 공무원 공업화학 2011-04-09 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2011-04-09 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 분자량이 1.0 × 104 g/mol인 고분자 100 g과 분자량 2.5 × 104 g/mol인 고분자 50 g, 그리고 분자량 1.0 × 105g/mol인 고분자 50 g이 혼합되어 있다. 이 고분자 물질의 수평균 분자량[g/mol]은?

  1. 16,000
  2. 28,500
  3. 36,250
  4. 57,000
(정답률: 82%)
  • 수평균 분자량은 각 성분의 분자량과 몰수의 곱의 합을 전체 몰수로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식] $M_{n} = \frac{\sum w_{i}}{\sum \frac{w_{i}}{M_{i}}}$
    ② [숫자 대입] $M_{n} = \frac{100 + 50 + 50}{\frac{100}{10000} + \frac{50}{25000} + \frac{50}{100000}}$
    ③ [최종 결과] $M_{n} = 16000$
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2. 석탄의 탄화도(炭化度)가 높아지는 순서로 나열한 것은?

  1. 이탄(泥炭) → 갈탄(褐炭) → 역청탄(歷靑炭) → 무연탄(無煙炭)
  2. 갈탄(褐炭) → 이탄(泥炭) → 역청탄(歷靑炭) → 무연탄(無煙炭)
  3. 이탄(泥炭) → 갈탄(褐炭) → 무연탄(無煙炭) → 역청탄(歷靑炭)
  4. 갈탄(褐炭) → 이탄(泥炭) → 무연탄(無煙炭) → 역청탄(歷靑炭)
(정답률: 77%)
  • 석탄은 식물체가 매몰된 후 열과 압력을 받아 탄화가 진행되며, 탄소 함량과 탄화도가 낮은 순서부터 높은 순서로 이탄(泥炭) → 갈탄(褐炭) → 역청탄(歷靑炭) → 무연탄(無煙炭) 순으로 발달합니다.
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3. 계면활성제에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 계면활성제는 계면에 흡착하여 계면에너지를 저하시키고 계면의 성질을 현저하게 변화시키는 물질이다.
  2. 계면활성제의 특성을 나타내는 수치로 HLB(hydrophile-liphophile balance)가 있는데, 물에 대한 용해도가 크게 변하는 온도를 나타낸다.
  3. 마이셀이 형성 가능한 농도를 임계 마이셀 농도(CMC : critical micelle concentration)라 하며, 계면활성제 수용액의 성질은 CMC 전후에서 크게 변화한다.
  4. 계면활성제는 비교적 긴 길이의 사슬형 탄화수소로 이루어진 소수성 부분과 극성기가 있는 친수성 부분으로 이루어져 있다.
(정답률: 80%)
  • HLB(Hydrophile-Lipophile Balance)는 계면활성제 분자의 친수성 부분과 친유성 부분의 상대적인 비율을 나타내는 수치이며, 온도와는 무관합니다.
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4. 다음은 안트라센(anthracene)의 구조이다. 안트라센의 수소원자 1개를 염소원자 1개로 치환시킬 때 생성 가능한 화합물은 모두 몇 종류인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 68%)
  • 안트라센 구조의 대칭성을 분석하면 수소가 결합된 위치는 서로 다른 환경을 가진 3가지 지점으로 구분됩니다.
    1. 양 끝 고리의 $\alpha$ 위치 (2, 3, 7, 8번 탄소)
    2. 양 끝 고리의 $\beta$ 위치 (1, 4, 5, 8번 탄소)
    3. 중앙 고리의 $\gamma$ 위치 (9, 10번 탄소)
    따라서 수소 1개를 염소로 치환했을 때 생성 가능한 구조 이성질체는 총 3종류입니다.
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5. 아미노산(amino acid)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 아미노산은 동일분자 내에 산성기와 염기성기를 동시에 가지고 있기 때문에 쌍극성 이온 형태로 존재한다.
  2. 알라닌과 세린을 이용하여 만들 수 있는 다이펩타이드(dipeptide)의 수는 한 개이다.
  3. 산성용액에서 아미노산은 양이온 형태로 존재한다.
  4. 아미노산이 연결된 펩타이드는 아마이드 결합을 하여 회전이 제한된다.
(정답률: 83%)
  • 알라닌(A)과 세린(S) 두 종류의 아미노산으로 만들 수 있는 다이펩타이드는 결합 순서에 따라 알라닌-세린(AS)과 세린-알라닌(SA)의 총 2가지가 가능합니다.
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6. 고분자와 그 반복단위가 옳지 않은 것은?

  1. Polyethylene :
  2. Poly(methyl methacrylate) :
  3. Poly(ethylene glycol) :
  4. Polyacrylonitrile :
(정답률: 86%)
  • Poly(ethylene glycol)의 반복 단위는 에틸렌 글리콜 단위인 $-(O-CH_{2}-CH_{2})-$ 형태여야 합니다.
    제시된 이미지 는 양 끝에 산소가 중복 배치된 잘못된 구조입니다.

    오답 노트
    Polyethylene: $-(CH_{2}-CH_{2})-$ 구조로 옳음
    Poly(methyl methacrylate): 메틸기와 메틸아크릴레이트 구조로 옳음
    Polyacrylonitrile: $-(CH_{2}-CH(CN))-$ 구조로 옳음
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7. 석유를 전화(conversion)시키는 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 접촉분해법:촉매를 사용하여 고비점의 석유유분을 분해함으로써 고옥탄가 가솔린을 제조하는 공정
  2. 비스브레이킹:잔유 등 중질유의 점도를 내릴 목적으로 실시되는 열분해법
  3. 수소화분해:수소가압 하에서 고비점 석유유분을 촉매를 써서 분해하고 가솔린 유분으로 전화하는 방법
  4. 접촉개질법:촉매에 의해 주로 직쇄 탄화수소가 생성되도록하여 가솔린 유분의 옥탄가를 높이기 위한 방법
(정답률: 79%)
  • 접촉개질법은 가솔린의 옥탄가를 높이기 위해 직쇄 탄화수소를 분지쇄 탄화수소나 방향족 탄화수소로 변환시키는 공정입니다. 따라서 직쇄 탄화수소가 생성되도록 한다는 설명은 틀린 것입니다.
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8. 다음 화학종 중에서 친핵체에 해당하는 것만을 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄹ
  3. ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄷ
(정답률: 73%)
  • 친핵체(Nucleophile)는 전자쌍을 제공하여 핵(양전하)을 공격하는 성질을 가진 물질로, 비공유 전자쌍을 가지고 있거나 음전하를 띠는 것이 특징입니다.
    $\text{CH}_3\text{NH}_2$와 $\text{H}_2\text{O}$는 질소와 산소 원자에 비공유 전자쌍을 가지고 있어 친핵체로 작용합니다.

    오답 노트
    $\text{NO}_2$: 전자 부족 상태의 친전자체 성향
    $\text{H}^+$: 전자가 없는 강한 친전자체
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9. 유지의 화학적 특성을 결정하는 산값, 비누화값 및 요오드값을 이용하여 측정할 수 있는 유지의 물성에 해당하는 것만을 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄹ
(정답률: 92%)
  • 유지의 화학적 특성 지표를 통해 다음과 같은 물성을 측정할 수 있습니다.
    1. 비누화값: 유지 분자의 평균 분자량(평균분자량)을 추정하는 데 사용됩니다.
    2. 요오드값: 유지 내의 이중 결합 정도, 즉 불포화도(불포화도)를 측정하는 지표입니다.
    따라서 정답은 의 ㄱ, ㄹ 입니다.
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10. 페놀수지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 포르말린 수지라고도 하며 오래 전부터 베이크라이트라는 이름으로 알려져온 열경화성 수지이다.
  2. 페놀과 포름알데히드의 반응을 산 촉매 하에서 행하면 분자량이 1,000정도의 열가소성 수지 노볼락(novolacs)이 얻어진다.
  3. 비스페놀과 방향족 다이카복실산과의 축합에 의해 얻어지며, 비결정성으로 투명하고 내열성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱이다.
  4. 기계적 성질 뿐만 아니라 전기적 성질, 내약품성이 우수하나 알카리에 약한 결점이 있다.
(정답률: 81%)
  • 비스페놀과 방향족 다이카복실산의 축합으로 만들어지며 투명하고 내열성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱은 페놀수지가 아니라 폴리카보네이트(Polycarbonate)에 대한 설명입니다.
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11. 인산비료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 인산질 비료화학의 주원료는 인광석이다.
  2. 인산암모늄은 양, 음이온 모두 비료로서 작용할 수 있다.
  3. 과린산석회는 인광석의 주성분인 Ca3(PO4)2를 황산으로 분해하여 만든다.
  4. 인산함유량을 높이기 위해 인광석을 염산으로 분해해서 중과린산석회를 생산한다.
(정답률: 82%)
  • 중과린산석회는 인광석을 염산이 아닌 황산으로 처리하여 인산 함유량을 높인 비료입니다. 인광석의 주성분인 $Ca_{3}(PO_{4})_{2}$를 황산으로 분해하여 제조하는 것이 핵심입니다.
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12. 암모니아는 하아버(Haber)법에 의하여 질소와 수소를 직접 반응시켜 얻을 수 있다. 이 방법으로 암모니아를 합성하는 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 일정한 압력 하에서 온도가 높아질수록 원료가스로부터 얻어지는 암모니아의 수율이 높아진다.
  2. 일정한 온도 하에서 압력이 높아질수록 원료가스로부터 얻어지는 암모니아의 수율이 높아진다.
  3. 일정한 온도에서 공간속도를 크게 하면 암모니아의 농도가 낮아진다.
  4. 암모니아 합성에 사용하는 촉매는 철 촉매를 근간으로 한다.
(정답률: 75%)
  • 암모니아 합성 반응($\text{N}_{2} + 3\text{H}_{2} \rightleftharpoons 2\text{NH}_{3}$)은 발열 반응입니다. 르샤틀리에 원리에 따라 온도가 높아지면 평형이 역반응 방향으로 이동하여 암모니아의 수율이 낮아집니다.

    오답 노트
    압력: 압력이 높아지면 분자 수가 감소하는 정반응 방향으로 이동하여 수율이 높아집니다.
    공간속도: 공간속도가 커지면 체류 시간이 짧아져 반응 정도가 낮아지므로 농도가 낮아집니다.
    촉매: 철($\text{Fe}$) 기반 촉매를 사용하는 것이 맞습니다.
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13. 다음은 아세틸렌(acetylene)으로 부터 부타디엔(butadiene)을 만드는 화학 반응식이다. (A)와 (B)에 들어가는 화합물로서 옳은 것은? (순서대로 (A),(B))

  1. CH3CHO, CH3CH(OH)CH2CHO
  2. CH2＝CHOH, CH3COCH2CHO
  3. CH2(OH)CH2OH, CH2(OH)CH2CH2CHO
  4. CH2(OH)CH2OH, CH3CH(OH)CH2CHO
(정답률: 62%)
  • 아세틸렌으로부터 부타디엔을 합성하는 공정입니다. 의 반응 단계는 다음과 같습니다.
    1. 아세틸렌의 수화 반응을 통해 아세트알데하이드(A: $\text{CH}_{3}\text{CHO}$)가 생성됩니다.
    2. 알돌 축합 반응($\text{OH}^{-}$ 촉매)을 통해 3-하이드록시부타날(B: $\text{CH}_{3}\text{CH}(\text{OH})\text{CH}_{2}\text{CHO}$)이 생성됩니다.
    이후 수소화 및 탈수 반응을 거쳐 부타디엔이 됩니다.
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14. 다음의 반응으로 얻어지는 주 생성물 (A)로서 옳은 것은?

(정답률: 80%)
  • 벤조산($\text{COOH}$기가 결합된 벤젠 고리)의 니트로화 반응입니다. 카복실기($\text{COOH}$)는 전자 끌개 그룹으로, 벤젠 고리에서 메타($meta$) 위치로 유도하는 지향성을 가집니다. 따라서 니트로기($\text{NO}_{2}$)는 $\text{COOH}$ 기준 3번 위치에 결합하게 됩니다.
    정답:
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15. 비료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 비료의 3요소는 N, P2O5, K2O의 %로 표시한다.
  2. 배합비료는 황안, 요소, 염화칼륨, 과인산석회 등을 혼합하여 이 과정에서 화학반응을 일으킨 것이다.
  3. 습식인산은 인광석을 황산으로 분해하여 생성한 석고를 여과시켜 얻는다.
  4. 복합비료는 N, P2O5, K2O 중에서 2성분 이상을 포함한 비료이다.
(정답률: 82%)
  • 배합비료는 단순히 여러 가지 단비료를 물리적으로 혼합한 비료로, 혼합 과정에서 화학 반응이 일어나지 않는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    비료의 3요소: N, $P_{2}O_{5}$, $K_{2}O$ 함량으로 표시하는 것이 맞습니다.
    습식인산: 인광석과 황산을 반응시켜 석고를 제거하고 얻는 것이 맞습니다.
    복합비료: 3요소 중 2성분 이상을 화학적으로 결합하여 만든 비료입니다.
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16. 원유를 정제할 때 상압증류(atmospheric distillation)에 의하여 생성되는 물질에 해당하는 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ
  4. ㄷ
(정답률: 86%)
  • 상압증류는 원유를 끓는점 차이에 따라 분리하는 공정으로, 가벼운 성분부터 순차적으로 분리됩니다. 에서 나프타(naphtha)와 등유는 상압증류탑에서 얻어지는 대표적인 생성물입니다.

    오답 노트
    윤활유: 상압증류 후 남은 잔사유를 다시 감압증류하여 얻는 물질입니다.
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17. RNA와 DNA의 차이점에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. DNA 분자 속의 퓨린염기(아데닌＋타이민)와 피리미딘 염기(구아닌＋사이토신)의 몰퍼센트 농도는 같다.
  2. RNA 당은 DNA의 디옥시리보오스 대신 리보오스이다.
  3. RNA 염기는 타이민 대신에 유라실이 있고 어떤 RNA 분자들은 메틸화효소나 탈아미노효소 등에 의해 그 구조가 약간 변조된다.
  4. DNA의 이중나선 구조 대신에 RNA는 보통 단일 가닥으로 존재하기 때문에 그 자체가 스스로 꼬여져 특이한 3차 구조를 형성한다.
(정답률: 63%)
  • 샤가프의 법칙에 따르면 DNA에서 퓨린 염기(아데닌 + 구아닌)의 합은 피리미딘 염기(타이민 + 사이토신)의 합과 같습니다. 아데닌과 타이민은 서로 짝을 이루는 염기이며, 퓨린과 피리미딘의 분류가 잘못 설명되었습니다.
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18. 다음에 제시된 화학 반응들 중에서 소다회의 제법 중 하나인 솔베이(Solvay)법과 관련된 화학 반응이 아닌 것만 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 56%)
  • 솔베이(Solvay)법은 암모니아와 이산화탄소를 이용하여 소다회($Na_{2}CO_{3}$)를 제조하는 공정으로, 중탄산나트륨의 열분해와 암모니아 회수 반응이 핵심입니다.

    오답 노트
    ㄱ. $NaCl + H_{2}SO_{4} \rightarrow NaHSO_{4} + HCl$: 르블랑법 관련 반응
    ㄹ. $Na_{2}S + CaCO_{3} \rightarrow Na_{2}CO_{3} + CaS$: 르블랑법 관련 반응
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19. 연료전지(fuel cell)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 연료전지란 전지물질(반응물)이 외부에서 지속적으로 공급되는 전지이다.
  2. 연료전지의 종류에는 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체산화물형 연료전지, 고분자전해질형 연료전지 등이 있다.
  3. 화학에너지를 이용하여 효율이 높고 무공해로 발전이 가능한 전기화학시스템의 하나이다.
  4. 소형이며 단순한 구조로 제작이 가능한 연료전지로 가장 저온에서 작동하는 것은 인산형 연료전지이다.
(정답률: 82%)
  • 가장 저온에서 작동하며 소형 및 단순 구조로 제작이 가능한 연료전지는 고분자전해질형 연료전지(PEMFC)입니다. 인산형 연료전지는 이보다 높은 온도에서 작동합니다.
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20. 펄프의 종이 제조공정 중에서 이 과정을 거치지 않으면 섬유 간결합이 매우 미약하여 종이의 강도가 너무 낮아지게 되는 과정은?

  1. 초지(sheet forming)
  2. 칼렌더링(machine calendering)
  3. 고해(beating)
  4. 사이징(sizing)
(정답률: 78%)
  • 고해(beating)는 펄프 섬유를 물리적으로 두드려 섬유 표면을 다듬고 섬유를 팽윤시켜, 섬유 간의 결합력을 높여 종이의 강도를 향상시키는 필수 공정입니다.
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