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

9급 국가직 공무원 공업화학
(2012-04-07 기출문제)

목록

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: 78%)
  • 직쇄 및 고리 지방족 화합물을 탈수소촉매반응으로 방향족 화합물, 특히 BTX(벤젠, 톨루엔, 자일렌)를 제조하는 석유화학 반응은 접촉 개질입니다. 이는 반응물과 촉매가 고체로 존재하며, 반응물이 촉매 표면과 접촉하여 반응이 일어나는 방식입니다. 이 방식은 반응속도가 빠르고 선택성이 높아 효율적인 반응이 가능합니다.
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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: 알수없음)
  • Arrhenius식은 k = Aexp(-Ea/RT)로 표현된다. 이때, ln(k) = ln(A) - (Ea/RT)이다. 이를 y = mx + b 형태로 변형하면 ln(k) = (-Ea/R)(1/T) + ln(A)이다. 이 식에서 x축은 1/T이고 y축은 ln(k)이므로, 이는 직선의 방정식 형태이다. 따라서 ln(k)와 1/T은 직선 관계이다.
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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: 82%)
  • 부타디엔은 제지섬유의 주요 성분이 아닙니다. 제지섬유의 주요 성분은 셀룰로오스, 리그닌, 헤미셀룰로오스입니다. 부타디엔은 고무나 수지 등의 제조에 사용되는 화학물질로, 제지섬유와는 관련이 없습니다.
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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: 90%)
  • 알릴 라디칼은 공유결합으로 연결된 세 개의 탄소 원자를 가지고 있으며, 이는 공유결합의 안정성을 높여 안정한 구조를 형성합니다. 또한, 이중결합을 가지고 있어 전자밀도가 높아 반응성이 높지만, 이중결합이 안정성을 높여 안정한 구조를 유지합니다. 따라서, 알릴 라디칼은 자유라디칼 중 가장 안정한 구조를 가지고 있습니다.
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5. 석탄의 가스화반응으로 생성된 일산화탄소를 촉매하에서 반응시켜 탄화수소를 제조하는 방법은?

  1. Bergius법
  2. Fischer-Tropsch법
  3. SRC법
  4. COED법
(정답률: 95%)
  • 석탄의 가스화반응으로 생성된 일산화탄소와 수소를 촉매하에서 반응시켜 탄화수소를 제조하는 방법은 Fischer-Tropsch법입니다. 이 방법은 일산화탄소와 수소를 촉매로 반응시켜 탄화수소를 만드는 과정으로, 석탄, 천연가스, 바이오매스 등 다양한 원료를 이용할 수 있습니다. Fischer-Tropsch법은 석탄가스화와 같은 고온, 고압의 공정이 필요하지 않으며, 탄화수소의 종류와 분포를 조절할 수 있어 다양한 용도에 활용됩니다.
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6. 고리 열림 반응의 생성물은?

(정답률: 70%)
  • 고리 열림 반응에서는 카르복실기가 탈취되어 새로운 이중결합이 형성됩니다. 따라서 보기 중에서 이중결합이 형성되는 ""이 정답입니다.
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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: 63%)
  • 연쇄 반응 메카니즘에서는 중간체가 생성되어 다시 소비되는 과정이 반복되는데, 이 중간체의 안정성이 전체 반응의 반응열에 큰 영향을 미칩니다. 이 문제에서는 1단계에서 생성된 중간체가 안정하고, 2단계에서 소비되는 과정이 높은 활성화 에너지를 필요로 하기 때문에, 전체 반응의 반응열은 1단계에서 발생한 열반응의 반응열인 -22 kcal/mol보다 더 작을 것입니다. 따라서 정답은 "-28"입니다.
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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: 79%)
  • 1패러데이는 전하 1쿨롱을 전달하는 데 필요한 전기량을 말합니다. 물의 분자량은 18g/mol이며, 1몰의 물 분자는 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자로 이루어져 있습니다. 따라서 1몰의 물 분자는 총 6.02 × 1023개의 분자를 가지고 있습니다.

    물을 전기분해할 때, 1패러데이의 전기량은 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자를 분리하는 데 필요한 전기량입니다. 따라서 1패러데이의 전기량으로 물을 전기분해하면 산소 분자 1개와 수소 분자 2개가 생성됩니다.

    따라서 이론적으로 1패러데이의 전기량으로 물을 전기분해할 경우, 산소 분자의 개수는 1개이며, 수소 분자의 개수는 2개입니다. 따라서 총 분자의 개수는 1 + 2 × 2 = 5개입니다.

    하지만 문제에서는 분자의 개수가 아닌 산소 분자의 개수를 묻고 있으므로, 산소 분자의 개수는 1개입니다. 따라서 정답은 "1.5 × 1023개"가 됩니다.
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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: 84%)
  • 정답은 "RLi"입니다.

    알킬기(R)는 탄소와 수소로 이루어진 유기기물의 일종으로, 화학반응에서 중요한 역할을 합니다.

    "RMgX (X＝halogen)", "RX (X＝halogen)", "R2Zn"은 모두 알킬기(R)와 할로젠(X)이 결합한 화합물입니다. 이들은 모두 유사한 성질을 가지며, 화학반응에서 유용하게 사용됩니다.

    하지만 "RLi"는 알킬기(R)와 리튬(Li)이 결합한 화합물입니다. 리튬은 마그네슘(Mg)나 아연(Zn)과는 다른 성질을 가지며, 화학반응에서도 다른 역할을 합니다. 따라서 "RLi"는 알킬기(R)의 성질이 다른 것입니다.
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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: 77%)
  • 유화중합은 물과 유화제를 이용하여 수용성 개시제와 수지를 혼합하여 중합하는 방법입니다. 이 방법은 물과 유화제를 이용하여 수지를 작은 입자로 분산시키기 때문에 열 분산이 용이하고, 저점도이며, 사용하는 개시제가 수용성으로 비교적 친환경적입니다. 또한, 유화제를 이용하여 입자 크기를 조절할 수 있어서 다양한 용도에 적용할 수 있습니다.
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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: 82%)
  • 축중합은 이성질체가 서로 결합하여 고분자를 형성하는 반응으로, 폴리에스테르는 이러한 반응에 의해 주로 제조됩니다. 폴리에스테르는 친수성이 높아서 물에 잘 녹지 않으며, 내열성과 내구성이 뛰어나기 때문에 의류, 가방, 침대 시트 등 다양한 용도로 사용됩니다.
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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: 75%)
  • 바이오디젤 생산 반응과 비누화 반응에서 모두 동물성 지방을 이용하는데, 이 지방은 트리글리세라이드로 이루어져 있습니다. 이 트리글리세라이드는 메탄올과 반응하여 메틸에스터(바이오디젤)와 함께 글리세롤이 생성됩니다. 따라서 바이오디젤 생산 반응과 비누화 반응에서 모두 글리세롤이 생성되는 것입니다.
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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: 72%)
  • 육불화황(SF6)은 CO2보다 분자 내에서 결합 에너지가 높아서 대기 중에서 분해되기 어렵기 때문에 GWP가 가장 높은 화학물질입니다. 또한 SF6은 전기장비 등에서 사용되는 가스 중 하나로, 그 사용량이 많아지면서 지구온난화에 미치는 영향이 커지고 있습니다.
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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: 72%)
  • 요소 1 kg을 합성하기 위해서는 암모니아 0.5 kg가 필요하다고 가정할 수 있다. 따라서 요소 120 kg을 합성하기 위해서는 암모니아 60 kg가 필요하다. 그러나 이산화탄소와 암모니아의 반응에서 생성되는 중간체인 카바민산암모늄의 분자량은 97이다. 따라서 120 kg의 요소를 합성하기 위해서는 120/97 = 1.2371... 몰의 카바민산암모늄이 필요하다. 이를 그램으로 환산하면 1.2371... x 97 x 1000 = 120,000 g = 120 kg가 된다. 따라서 암모니아의 최소량은 60 kg x 2 = 120 kg이다. 따라서 정답은 "68"이 아니라 "136"이 되어야 한다.
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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: 54%)
  • 어는점은 용액의 농도가 높을수록 낮아지는 경향이 있습니다. 따라서 이 중 몰수가 가장 낮은 물질인 "Na2SO4 0.020mol"이 어는점이 가장 낮을 것입니다. 이유는 몰수가 같은 경우, 이온화도가 높을수록 용액의 농도가 높아지기 때문입니다. 따라서 이온화도가 모두 1인 경우, 몰수가 가장 낮은 물질이 용액의 농도가 가장 낮아져 어는점이 가장 낮아지게 됩니다.
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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: 94%)
  • 자연상태에서 얻어진 아미노산은 대부분 D(Dextro)-form을 가지고 있다는 설명이 옳지 않습니다. 이는 오히려 L(Levo)-form을 가지고 있다는 것이 정확한 설명입니다. 이는 자연에서 발견되는 아미노산의 구조가 L-아미노산으로 대부분 구성되어 있기 때문입니다.
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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: 77%)
  • 이온주입은 도판트의 양을 정확히 조절할 수 없다는 설명이 옳지 않습니다. 이온주입은 정확한 양의 이온을 기판에 주입하여 균일한 도핑을 가능하게 합니다.
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18. 주어진 단량체들로부터 제조될 수 있는 고분자의 화학구조(반복 단위)를 나타낸 것으로 옳지 않은 것은?

(정답률: 69%)
  • ""이 옳지 않은 것은 이유는 다음과 같습니다.

    - ""은 스티렌 단위로 이루어진 폴리스티렌 고분자입니다.
    - ""은 에틸렌 단위로 이루어진 폴리에틸렌 고분자입니다.
    - ""은 비닐클로라이드 단위로 이루어진 폴리비닐클로라이드 고분자입니다.

    하지만 ""은 에틸렌 옥사이드 단위로 이루어진 폴리에틸렌옥사이드(폴리옥시에틸렌) 고분자가 아닙니다. 올바른 단위는 에틸렌 옥사이드이지만, 그림에서는 에틸렌 단위로 표시되어 있습니다. 따라서 ""이 옳지 않은 것입니다.
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19. 다음 화학반응으로 얻어지는 주생성물로 옳지 않은 것은?

(정답률: 24%)
  • 다음 화학반응은 산화환원반응이다.

    2Na + Cl2 → 2NaCl

    이 반응에서 얻어지는 주생성물은 NaCl이다. 따라서 ""는 옳은 선택이다.
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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: 85%)
  • 화합물 A는 불포화 탄화수소이며, 분자식은 C4H6이다. 이는 고리 구조를 가지고 있으며, 이중결합이 존재한다. 따라서 "ㄱ"이 옳다.

    화합물 B는 불포화 탄화수소이며, 분자식은 C5H8이다. 이 또한 고리 구조를 가지고 있으며, 이중결합이 존재한다. 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 옳다.
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