9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2012-04-07)

9급 국가직 공무원 공업화학 2012-04-07 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2012-04-07 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 직쇄 및 고리 지방족 화합물을 탈수소촉매반응으로 방향족 화합물, 특히 BTX(벤젠, 톨루엔, 자일렌)를 제조하는 석유화학 반응은?

  1. 수증기 개질
  2. 접촉 개질
  3. 이성화
  4. 알킬화
(정답률: 74%)
  • 접촉 개질은 백금 등의 촉매를 사용하여 직쇄 및 고리 지방족 탄화수소를 탈수소화함으로써 벤젠, 톨루엔, 자일렌과 같은 방향족 화합물(BTX)을 생산하는 공정입니다.
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2. Arrhenius식에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, k와 T는 각각 반응속도상수와 절대온도이다)

  1. k와 T는 직선 관계이다.
  2. ln(k)와 ln(1/T)은 직선 관계이다.
  3. ln(k)와 T는 직선 관계이다.
  4. ln(k)와 1/T은 직선 관계이다.
(정답률: 87%)
  • 아레니우스 식은 반응속도상수 $k$와 절대온도 $T$의 관계를 나타내며, 식을 로그 형태로 변환하면 $\ln(k)$와 $1/T$가 선형 관계를 가짐을 알 수 있습니다.
    $$\ln(k) = \ln(A) - \frac{E_a}{RT}$$
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3. 제지섬유인 펄프의 주요 성분으로 옳지 않은 것은?

  1. 부타디엔(butadiene)
  2. 셀룰로오스(cellulose)
  3. 리그닌(lignin)
  4. 헤미셀룰로오스(hemicellulose)
(정답률: 87%)
  • 펄프의 주요 성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 구성되어 있습니다. 부타디엔은 합성 고무의 원료가 되는 탄화수소로, 천연 제지섬유인 펄프의 성분이 아닙니다.
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4. 자유라디칼(Free radical) 중 가장 안정한 것은?

  1. 메틸 라디칼(methyl radical)
  2. 2차 라디칼(secondary radical)
  3. 3차 라디칼(tertiary radical)
  4. 알릴 라디칼(allyl radical)
(정답률: 88%)
  • 라디칼의 안정성은 공명 구조를 통해 홀전자가 분산될수록 높아집니다. 알릴 라디칼(allyl radical)은 인접한 이중 결합과 공명 구조를 형성하여 전하가 비편재화되므로 가장 안정합니다.

    오답 노트
    메틸, 2차, 3차 라디칼: 유도 효과에 의해 3차 > 2차 > 메틸 순으로 안정하지만, 공명 안정화가 일어나는 알릴 라디칼보다 불안정함
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5. 석탄의 가스화반응으로 생성된 일산화탄소를 촉매하에서 반응시켜 탄화수소를 제조하는 방법은?

  1. Bergius법
  2. Fischer-Tropsch법
  3. SRC법
  4. COED법
(정답률: 96%)
  • 일산화탄소($CO$)와 수소($H_{2}$)의 혼합 가스를 촉매 하에서 반응시켜 액체 탄화수소를 합성하는 공정은 Fischer-Tropsch법입니다.

    오답 노트
    Bergius법: 석탄의 직접 액화법
    SRC법: 촉매 분해법의 일종
    COED법: 해당 공정과 무관함
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6. 고리 열림 반응의 생성물은?

(정답률: 53%)
  • 염기성 조건($NaOCH_{3}/CH_{3}OH$)에서 에폭사이드의 고리 열림 반응은 친핵체가 입체 장애가 가장 적은 덜 치환된 탄소(less substituted carbon)를 공격하여 일어납니다. 따라서 메톡시기가 $CH_{2}$ 탄소에 결합하며 고리가 열리게 됩니다.
    정답은 입니다.
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7. 다음 에테인의 염소화 반응이 아래와 같이 연쇄 반응 메카니즘으로 진행될 때, 전체 반응의 반응열(kcal/mol)은?

  1. 22
  2. 28
  3. －22
  4. －28
(정답률: 47%)
  • 전체 반응열은 반응 과정에서 끊어진 결합 에너지의 합에서 생성된 결합 에너지의 합을 빼서 계산합니다. 전체 반응식은 $CH_{3}CH_{3} + Cl_{2} \rightarrow CH_{3}CH_{2}Cl + HCl$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H = \sum BE_{\text{broken}} - \sum BE_{\text{formed}}$ ② [숫자 대입] $$\Delta H = (58 + 98) - (81 + 103)$$ ③ [최종 결과] $$\Delta H = -28$$
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8. 1패러데이(Faraday)의 전기량으로 물을 전기분해 할 경우 이론적으로 얻을 수 있는 산소분자의 총 개수는? (단, NA＝6.0 × 1023 이다)

  1. 1.5 × 1023개
  2. 3.0 × 1023개
  3. 4.5 × 1023개
  4. 6.0 × 1023개
(정답률: 68%)
  • 물 전기분해 반응식은 $2H_{2}O \rightarrow 2H_{2} + O_{2}$이며, 산소 분자 1몰을 얻기 위해서는 4몰의 전자(4 Faraday)가 필요합니다. 따라서 1 Faraday의 전기량으로는 산소 분자 0.25몰이 생성됩니다.
    ① [기본 공식] $\text{분자 수} = \text{몰수} \times N_{A}$ ② [숫자 대입] $$\text{분자 수} = 0.25 \times 6.0 \times 10^{23}$$ ③ [최종 결과] $$\text{분자 수} = 1.5 \times 10^{23}$$
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9. 다음 화합물 중 알킬기(R)의 성질이 다른 것은?

  1. RMgX (X＝halogen)
  2. RLi
  3. RX (X＝halogen)
  4. R2Zn
(정답률: 67%)
  • 알킬기($R$)의 성질은 결합된 원소의 전기음성도 차이에 의해 결정됩니다. $RMgX$, $RLi$, $R_2Zn$은 전기음성도가 낮은 금속과 결합하여 알킬기가 강한 친핵체(음이온 성질, $R^-$)로 작용하지만, $RX$ (X=halogen)는 전기음성도가 큰 할로젠과 결합하여 알킬기가 친전자체(양이온 성질, $R^+$)로 작용합니다.
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10. 자유라디칼 중합에서 열 분산이 용이하고 저점도이며, 사용하는 개시제가 수용성으로 비교적 친환경적인 중합방법은?

  1. 벌크중합(bulk polymerization)
  2. 현탁중합(suspension polymerization)
  3. 용액중합(solution polymerization)
  4. 유화중합(emulsion polymerization)
(정답률: 71%)
  • 유화중합(emulsion polymerization)은 물을 분산매로 사용하여 열 분산이 매우 효율적이며, 중합계의 점도가 낮게 유지되고 수용성 개시제를 사용하여 친환경적인 특성을 가집니다.
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11. 축중합(condensation polymerization)에 의하여 주로 제조되는 고분자는?

  1. 폴리염화비닐(polyvinylchloride)
  2. 폴리에스테르(polyester)
  3. 폴리스티렌(polystyrene)
  4. 폴리에틸렌(polyethylene)
(정답률: 77%)
  • 폴리에스테르는 에스테르 결합을 형성하며 물과 같은 작은 분자가 빠져나오는 축중합 반응을 통해 제조되는 대표적인 고분자입니다.

    오답 노트
    폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌: 부가 중합으로 제조됨
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12. 바이오디젤 생산 반응에서 부산물로 얻어지고, 동물성지방에서 비누를 제조하는 비누화반응에서도 만들어지는 물질은?

  1. 트리글리세라이드(triglyceride)
  2. 메탄올(methanol)
  3. 메틸에스터(methylester)
  4. 글리세롤(glycerol)
(정답률: 72%)
  • 바이오디젤 생산을 위한 전이에스테르화 반응과 유지의 비누화 반응 모두 트리글리세라이드가 분해되면서 공통적으로 글리세롤(glycerol)을 부산물로 생성합니다.
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13. CO2와 비교하여 온난화에 미치는 영향을 나타내는 지구온난화 지수(Global Warming Potential, GWP)가 가장 높은 화학물질은?

  1. 메탄(CH4)
  2. 아산화질소(N2O)
  3. 육불화황(SF6)
  4. 사염화탄소(CCl4)
(정답률: 67%)
  • 지구온난화 지수(GWP)는 $\text{CO}_2$를 기준으로 온실가스가 지구 온난화에 기여하는 정도를 나타내며, 육불화황($\text{SF}_6$)은 매우 강력한 온실가스로 제시된 물질 중 GWP 값이 가장 높습니다.
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14. 요소는 이산화탄소와 암모니아의 반응으로 중간체인 카바민산암모늄이 생성되고, 카바민산암모늄의 분해에 의하여 제조된다. 요소 120 kg을 합성하는데 필요한 암모니아의 최소량(kg)은?

  1. 68
  2. 102
  3. 136
  4. 170
(정답률: 69%)
  • 요소 합성 반응식 $\text{CO}_2 + 2\text{NH}_3 \rightarrow \text{NH}_2\text{CONH}_2$에 따라 요소 1몰을 만드는 데 암모니아 2몰이 필요합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{NH}_3 \text{ mass} = \frac{\text{Urea mass}}{\text{Urea MW}} \times 2 \times \text{NH}_3 \text{ MW}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{NH}_3 \text{ mass} = \frac{120}{60} \times 2 \times 17$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{NH}_3 \text{ mass} = 68$$
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15. 다음 물질을 같은 양의 물에 모두 녹였을 때, 어는점이 가장 낮은 것은? (단, 전해질의 이온화도는 모두 1이다)

  1. NaOH 0.025mol
  2. NaCl 0.025mol
  3. Na2SO4 0.020mol
  4. 포도당 0.030mol
(정답률: 53%)
  • 어는점 내림은 용액 속의 전체 입자 수(몰랄 농도 $\times$ 반트호프 계수 $i$)에 비례하여 발생하며, 입자 수가 많을수록 어는점은 더 낮아집니다.
    ① $\text{NaOH}: 0.025 \times 2 = 0.050$
    ② $\text{NaCl}: 0.025 \times 2 = 0.050$
    ③ $\text{Na}_2\text{SO}_4: 0.020 \times 3 = 0.060$
    ④ $\text{포도당}: 0.030 \times 1 = 0.030$
    따라서 입자 수가 가장 많은 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 0.020mol의 어는점이 가장 낮습니다.
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16. 아미노산에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 아미노산은 단백질의 단량체이다.
  2. 자연상태에서 얻어진 아미노산은 대부분 D(Dextro)-form을 가지고 있다.
  3. 아미노산은 분자 내에 산성기와 염기성기를 모두 가지고 있다.
  4. 아미노산끼리의 결합은 아마이드(amide) 결합 혹은 펩티드(peptide) 결합을 가지고 있다.
(정답률: 95%)
  • 자연계에 존재하는 단백질을 구성하는 아미노산은 대부분 L-form(Levo-form) 구조를 가지고 있습니다.

    오답 노트
    D(Dextro)-form: 자연 상태 아미노산의 주류가 아님
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17. 반도체 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 식각공정의 순서는 식각될 기판을 석영보트에 넣어 진공 반응기로 도입→CF4나 CHF3와 같은 식각기체를 채우고 소량의 O2를 넣음 → RF에너지를 기체혼합물에 가해 플라즈마를 발생시켜 식각 시작 → 식각 후 기체상태인 생성물질은 진공펌프로 배출의 순서로 이루어진다.
  2. 이온주입은 전하를 띤 원자인 도판트, 즉 이온들을 직접기판의 원하는 부분에 주입하는 공정을 말하며, 균일한 도핑이 가능하지만 도판트의 양을 정확히 조절할 수 없다.
  3. 박막형성 공정 중 CVD법은 기체, 액체, 고체의 반응물을 기체상태로 반응기에 공급하여 기판 표면에서 화학반응을 유도하여 고체 생성물인 박막을 형성하는 공정이다.
  4. 웨이퍼 세척은 기계적 처리방법으로 미립자를 제거하고, RCA법과 같이 화학적 처리로 막을 제거한다. RCA법은 유기막 제거 → 수화물 제거 → 이온 및 금속의 탈착 → 건조 → 보관의 순서로 이루어 진다.
(정답률: 78%)
  • 이온주입 공정은 가속된 이온을 기판에 직접 주입하는 방식으로, 도판트의 양을 매우 정밀하게 조절할 수 있다는 것이 핵심 장점입니다. 따라서 도판트의 양을 정확히 조절할 수 없다는 설명은 틀린 내용입니다.
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18. 주어진 단량체들로부터 제조될 수 있는 고분자의 화학구조(반복 단위)를 나타낸 것으로 옳지 않은 것은?

(정답률: 79%)
  • 디이소시아네이트 $\text{OCN}(\text{CH}_2)_6\text{NCO}$와 디올 $\text{HO}(\text{CH}_2)_4\text{OH}$가 반응하면 우레탄 결합($-\text{NHCOO}-$)이 형성되는 폴리우레탄이 제조됩니다. 의 구조는 결합 순서나 원자 배치가 잘못 표기되어 올바른 반복 단위가 아닙니다.
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19. 다음 화학반응으로 얻어지는 주생성물로 옳지 않은 것은?

(정답률: 36%)
  • 제시된 반응은 1차 할로겐화 알킬인 $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{Br}$과 강염기이자 강핵성체인 $\text{(CH}_3\text{)}_3\text{CO}^-$의 반응입니다. 이 경우 $\text{S}_\text{N}2$ 반응보다 제거 반응($\text{E}2$)이 우세하게 일어나 알켄인 $\text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2$가 주생성물로 생성됩니다. 따라서 $\text{S}_\text{N}2$ 반응의 결과물인 는 주생성물이 될 수 없습니다.
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20. 화합물 A, B에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 53%)
  • 화합물 A와 B는 서로 거울상 관계가 아니며, 분자 내 대칭면이 없는 카이랄 분자들입니다. 두 화합물은 서로 다른 입체 이성질체(디아스테레오머) 관계이므로 물리적 성질이 다릅니다.

    오답 노트
    광학활성 없음: 거울상 이성질체의 1:1 혼합물(라세미 혼합물)일 때만 광학활성이 사라지므로 틀림
    거울상 이성질체: 두 구조는 거울상 관계가 아니므로 틀림
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