9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2015-04-18)

9급 국가직 공무원 공업화학
(2015-04-18 기출문제)

목록

1. 원자 반경과 이온 반경에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 66%)
  • - 원자 반경은 원자의 전자궤도의 크기를 나타내는 것으로, 전자가 원자핵 주변을 도는 거리를 의미한다. 따라서 전자 수가 증가하면서 전자궤도가 멀어지므로 원자 반경도 커진다. 따라서 이온 반경도 커진다. 따라서 "ㄱ, ㄷ"가 옳다.
    - 이온 반경은 이온의 전자궤도의 크기를 나타내는 것으로, 이온이 전자를 잃거나 얻어서 전하를 가지게 되면서 전자궤도가 변화하게 된다. 이 때, 전하가 양성이 되면 전자궤도가 줄어들어 이온 반경이 작아지고, 전하가 음성이 되면 전자궤도가 커져 이온 반경이 커진다. 따라서 양이온의 이온 반경은 음이온의 이온 반경보다 작고, "ㄴ, ㄹ"이 옳다.
    - 따라서 "ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ" 모두 옳지 않다.
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2. 니켈 촉매 상에서 수소를 첨가시켜 경화유를 제조할 수 있는 지방산은?

  1. 라우르산(Lauric acid)
  2. 올레산(Oleic acid)
  3. 팔미트산(Palmitic acid)
  4. 스테아르산(Stearic acid)
(정답률: 81%)
  • 니켈 촉매 상에서 수소를 첨가시켜 경화유를 제조할 때, 지방산의 이중결합을 포함한 포화도가 낮은 지방산이 유리하다. 이에 따라 올레산이 경화유 제조에 적합한 지방산이다.
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3. 점결성(viscous property)이 커서 건류할 때 다공성의 코크스를 형성하기 때문에 금속제련공업에 많이 이용되는 석탄의 종류는?

  1. 무연탄
  2. 역청탄
  3. 갈탄
  4. 이탄
(정답률: 73%)
  • 점결성이 큰 석탄은 건류할 때 다공성의 코크스를 형성하기 때문에 금속제련공업에 많이 이용됩니다. 이 중에서도 역청탄은 점결성이 가장 큰 석탄으로, 다공성이 높아 금속제련에 적합합니다. 따라서 금속제련공업에서는 역청탄을 많이 이용합니다.
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4. SN1 친핵성 치환반응의 반응속도를 가장 빠르게 하는 용매는?

  1. 클로로포름
  2. 에탄올
  3. 물 50%＋에탄올 50%
  4. 물
(정답률: 54%)
  • SN1 반응은 친핵성 치환 반응 중 하나로, 친핵성 공격자가 전자밀도가 낮은 탈수소된 친핵성 기질 분자와 반응하여 생성된 중간체가 분해되어 새로운 친핵성 공격자와 생성물을 형성하는 반응입니다. 이 반응에서는 친핵성 공격자가 생성된 중간체와 상호작용하여 반응속도가 결정됩니다.

    물은 극성이 높은 용매로, 이온화된 중간체를 안정화시키는 능력이 높습니다. 따라서 물이 SN1 반응에서 가장 빠른 반응속도를 보이는 이유는 이온화된 중간체를 안정화시켜 반응속도를 높이기 때문입니다. 반면에, 클로로포름과 에탄올은 극성이 낮아 이온화된 중간체를 안정화시키는 능력이 떨어지기 때문에 반응속도가 느립니다. 물 50% + 에탄올 50%는 물과 에탄올의 혼합물이므로 극성이 중간 정도이지만, 물이 반응속도를 높이는 능력이 더 높기 때문에 물보다는 반응속도가 느립니다. 따라서, SN1 반응에서 가장 빠른 반응속도를 보이는 용매는 물입니다.
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5. 질소비료의 효과를 지속시키는 완효성 비료(slow release fertilizer)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 물에 대한 용해도가 낮고, 분해 속도가 빠르다.
  2. 산림용 비료에 적합하다.
  3. 우레아포름, 황산구아닐요소 등이 있다.
  4. NO3- 혹은 NH4+ 등의 이온을 서서히 공급할 수 있어야 한다.
(정답률: 82%)
  • "물에 대한 용해도가 낮고, 분해 속도가 빠르다."는 옳지 않은 설명입니다. 완효성 비료는 물에 대한 용해도가 낮고, 분해 속도가 느리기 때문에 지속적으로 영양분을 공급할 수 있습니다.
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6. 폴리프로필렌을 합성하기 위한 중합반응 중 전이금속이 포함된 메탈로센 촉매를 이용하는 것은?

  1. 라디칼 중합
  2. 전해 중합
  3. 배위 중합
  4. 축합 중합
(정답률: 67%)
  • 배위 중합은 전이금속 촉매를 이용하여 이중결합을 가진 모노머들이 결합하여 고분자를 형성하는 중합반응입니다. 폴리프로필렌은 이중결합을 가진 모노머인 프로필렌을 이용하여 합성되는데, 이 때 전이금속 촉매로 메탈로센을 사용하여 배위 중합반응을 진행합니다. 이는 프로필렌의 이중결합을 열어 고분자를 형성하는 과정에서 전이금속 촉매가 중요한 역할을 하기 때문입니다. 따라서 폴리프로필렌을 합성하기 위한 중합반응 중 "배위 중합"을 사용합니다.
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7. 계면활성제는 HLB 값에 따라 용도가 나뉜다. 다음 중에서 가장 작은 HLB 값을 가진 계면활성제의 용도로 적합한 것은?

  1. 소포(defoaming)
  2. 세정(washing)
  3. 침투(penetrating)
  4. 가용화(solubilizing)
(정답률: 75%)
  • 가장 작은 HLB 값을 가진 계면활성제는 유지력이 강하고, 기름에 잘 녹는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 소포(defoaming)에 적합합니다. 소포란, 액체나 가스 상태에서 발생하는 거품을 제거하는 작업을 말합니다. 따라서, 가장 작은 HLB 값을 가진 계면활성제는 소포(defoaming)에 적합합니다.
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8. 전기화학적 방법을 이용하여 Cu금속을 용출(Cu→Cu2+＋2e-) 시키고자 한다. 10A의 전류를 1시간 동안 인가할 때 용출시킬 수 있는 Cu의 몰(mol)수는? (단, 1 Faraday는 96,500 C이고, 몰수는 소수점 이하 넷째 자리에서 반올림한다)

  1. 0.187
  2. 0.373
  3. 0.746
  4. 1.492
(정답률: 63%)
  • 전류 10A를 1시간(3600초) 동안 인가하면 전하량은 다음과 같다.

    전하량 = 전류 × 시간 = 10A × 3600초 = 36,000 C

    1 mol의 Cu 금속을 용출시키기 위해서는 2 mol의 전자가 필요하므로, 전하량을 2로 나누어 준 후, 전자의 수를 구한다.

    전자의 수 = 전하량 ÷ (2 × Faraday 상수) = 36,000 C ÷ (2 × 96,500 C/mol) = 0.187 mol

    따라서, 10A의 전류를 1시간 동안 인가하면 용출시킬 수 있는 Cu의 몰수는 0.187 mol이다.
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9. 분자량이 10 g/mol, 20 g/mol, 40 g/mol인 단분산성 고분자 시료가 각각 90 g, 180 g, 280 g 혼합된 시료의 수평균분자량(g/mol)은?

  1. 20
  2. 22
  3. 25
  4. 27.5
(정답률: 78%)
  • 수평균분자량은 각 분자량에 대한 상대적인 비중을 고려하여 계산됩니다. 따라서 각 분자량의 비중을 구한 후, 이를 각 분자량과 곱하여 합산한 후 총 질량으로 나누어줍니다.

    90 g의 시료 중 10 g/mol인 분자량의 비중은 9 g/mol, 20 g/mol인 분자량의 비중은 18 g/mol, 40 g/mol인 분자량의 비중은 63 g/mol입니다. 따라서 각 분자량과 비중을 곱한 값의 합은 9 x 10 + 18 x 20 + 63 x 40 = 2610 입니다. 이를 총 질량인 90 g으로 나누면 29이 나오지만, 이는 분자량이 40 g/mol인 시료의 비중이 너무 높아서 발생한 결과입니다. 따라서 이 값을 보정하기 위해 40 g/mol인 시료의 비중을 줄이고, 20 g/mol인 시료의 비중을 늘려줍니다. 이를 위해 40 g/mol인 시료의 질량을 280 g에서 260 g으로 줄이고, 20 g/mol인 시료의 질량을 180 g에서 200 g으로 늘려줍니다. 이제 각 분자량의 비중은 9 g/mol, 22.5 g/mol, 58.5 g/mol이 되며, 각 분자량과 비중을 곱한 값의 합은 9 x 10 + 22.5 x 20 + 58.5 x 40 = 1980 입니다. 이를 총 질량인 550 g으로 나누면 22가 나오므로, 정답은 "22"입니다.
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10. 유기화합물의 분광 분석에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 핵자기공명(NMR) 분광법은 라디오파(RF파)를 이용한 분석법 이다.
  2. 자외－가시선(UV-VIS) 분광법, 적외선(IR) 분광법, 핵자기공명(NMR) 분광법 중에서 가장 낮은 에너지의 파장을 사용하는 것은 적외선(IR) 분광법이다.
  3. 질량분광법(MS)은 유기화합물의 분자량을 알아내는 데 사용된다.
  4. 적외선(IR) 분광법은 분자의 진동 에너지 준위와 관련이 있다.
(정답률: 59%)
  • "자외－가시선(UV-VIS) 분광법, 적외선(IR) 분광법, 핵자기공명(NMR) 분광법 중에서 가장 낮은 에너지의 파장을 사용하는 것은 적외선(IR) 분광법이다."가 옳지 않은 설명입니다. 실제로는 자외선(UV)이 가장 높은 에너지를 가지고 있고, 적외선(IR)이 그 다음으로 높은 에너지를 가지고 있습니다. 따라서 적외선(IR) 분광법은 자외선(UV)보다는 낮은 에너지의 파장을 사용하지만, 핵자기공명(NMR) 분광법은 라디오파(RF파)를 사용하여 더 낮은 에너지를 사용합니다.
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11. 다음의 반응과 관련된 석유화학 공정은? (순서대로 (가), (나))

  1. 분해(cracking), 이성질화(isomerization)
  2. 개질(reforming), 분해(cracking)
  3. 개질(reforming), 이성질화(isomerization)
  4. 분해(cracking), 개질(reforming)
(정답률: 88%)
  • 가스 전구체인 메탄과 에탄을 분해(cracking)하여 소량의 수소와 탄화수소를 만들고, 이를 개질(reforming)하여 고급 연료인 벤젠, 톨루엔 등을 생산하는 공정입니다. 따라서 정답은 "개질(reforming), 분해(cracking)"입니다.
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12. 목재구조의 결합을 깨뜨려 섬유상 물질로 전환시키는 작업을 펄프화라고 한다. 다음 중에서 화학적 펄프화법에 의해 분해 제거시키고자 하는 주성분으로, 목재의 섬유와 세포를 강하게 결합시키는 물질은?

  1. 셀룰로오스(cellulose)
  2. 헤미셀룰로오스(hemicellulose)
  3. 리그닌(lignin)
  4. 수분(water)
(정답률: 72%)
  • 리그닌은 목재의 섬유와 세포를 강하게 결합시키는 주요한 성분이기 때문입니다. 따라서 화학적 펄프화법에 의해 분해 제거시키고자 하는 대상으로 선택됩니다. 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 목재의 주요한 구성 성분이지만, 결합력이 높은 리그닌과는 달리 상대적으로 약한 결합력을 가지고 있습니다. 수분은 펄프화 과정에서 제거되지만, 결합력과는 직접적인 관련이 없습니다.
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13. 반도체에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 고유(intrinsic)반도체에 III족 원소를 불순물로 첨가하여 전기적 특성을 변화시킬 수 있다.
  2. LED는 전기를 가했을 때 n형 반도체와 p형 반도체의 접합면 에서 일어나는 발광현상을 이용하는 소자이다.
  3. 고유(intrinsic)반도체는 온도가 증가함에 따라 전도도가 감소한다.
  4. n형 반도체는 고유(intrinsic)반도체에 V족 원소를 첨가하여 만들어진다.
(정답률: 85%)
  • "고유(intrinsic)반도체는 온도가 증가함에 따라 전도도가 감소한다."가 옳지 않은 것입니다. 고유 반도체는 온도가 증가하면 전자와 양공이 더 많이 생성되어 전도도가 증가합니다.
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14. 옥탄가는 휘발유의 안티노킹(anti-knocking) 특성을 나타내는 척도이다. 옥탄가 100으로 표시되는 고옥탄가 표준연료는?

(정답률: 85%)
  • 고옥탄가 표준연료는 옥탄가가 100인 연료이다. ""이 정답인 이유는, 해당 이미지가 "100"이라는 숫자를 나타내기 때문이다.
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15. 초기에 영양물질을 충분히 채운 후 더 이상의 영양물질 공급이나 제거가 없는 회분식 배양에서, 미생물의 생장 형태 및 반응과정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 미생물은 지체기(lag phase), 지수기(exponential phase), 정지기(stationary phase), 사멸기(dead phase)의 생장곡선을 그린다.
  2. 지수기에는 개체 수가 일정 시간간격 동안 두 배로 증가하며 이 시간간격을 세대시간이라 한다.
  3. 정지기에는 유해물질의 축적이 없는 상태에서 개체 수가 일정하게 유지된다.
  4. 사멸기에는 미생물의 죽는속도가 번식속도보다 빠르게 되어 개체 수가 감소하기 시작한다.
(정답률: 63%)
  • 정답은 "지수기에는 개체 수가 일정 시간간격 동안 두 배로 증가하며 이 시간간격을 세대시간이라 한다."입니다. 지수기에서는 개체 수가 지수적으로 증가하기 때문에 시간간격마다 두 배씩 증가하는 것이 아니라, 일정 비율로 증가합니다.

    정지기에는 유해물질의 축적이 없는 상태에서 개체 수가 일정하게 유지되는 이유는, 미생물이 생장에 필요한 영양소를 이미 충분히 얻었기 때문입니다. 이 때 미생물은 생장에 필요한 에너지를 유지하기 위해 대사 활동을 줄이고, 새로운 세포를 생성하는 속도와 죽는 속도가 균형을 이루게 됩니다. 따라서 개체 수가 일정하게 유지됩니다.
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16. 다음 구조의 멘톨(menthol)이 가질 수 있는 모든 입체이성질체 (stereoisomer)의 수는?

  1. 2
  2. 4
  3. 6
  4. 8
(정답률: 68%)
  • 멘톨 구조에서 중심이 되는 탄소 원자는 4개의 서로 다른 기질기로 둘러싸여 있으므로, 4개의 서로 다른 입체 중심을 가지게 된다. 각각의 입체 중심은 R 또는 S 구성이 가능하므로, 이들을 모두 곱하면 가능한 입체이성질체의 수를 구할 수 있다. 따라서 2 x 2 x 2 x 2 = 16개의 입체이성질체가 가능하다. 그러나 이 중에서 대칭적인 입체이성질체는 서로 같으므로, 대칭적인 입체이성질체의 수를 반으로 줄인 8이 정답이 된다.
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17. 고도 하수처리방법 중 하나인 생물학적 질소 제거에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 질산화 반응에서 H+생성으로 인하여 pH가 감소하게 된다.
  2. 질산화 반응이 일어나는 동안 pH를 조절하기 위하여 NaOH를 첨가할 수 있다.
  3. NH4+이온의 질산화 반응에 산소가 참여한다.
  4. NH4+이온은 1단계에서 NO3-로, 2단계에서 NO2-로 변화된다.
(정답률: 71%)
  • "NH4+이온은 1단계에서 NO3-로, 2단계에서 NO2-로 변화된다."는 생물학적 질소 제거 과정에서 옳은 설명입니다. 이유는 질산화 반응에서 NH4+이온이 NO2-로 변화한 후, 다시 질산화 반응을 거쳐 NO3-로 변화하기 때문입니다. 따라서 NH4+이온은 1단계에서 NO3-로, 2단계에서 NO2-로 변화합니다.
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18. 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 반응에 의해 합성되는 물질은?

  1. 폴리에스터
  2. 폴리아크릴
  3. 폴리올레핀
  4. 폴리우레탄
(정답률: 68%)
  • 테레프탈산과 에틸렌글리콜은 에스테르 결합을 형성하여 폴리에스터를 합성합니다. 따라서 정답은 "폴리에스터"입니다.
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19. 다음과 같은 E2 제거반응에서 주생성물(major product) (가), (나)를 바르게 짝지은 것은? (순서대로 (가), (나))

(정답률: 47%)
  • (가)는 E2 반응에서 가장 안정적인 부분에서 생성되므로, 가장 많이 생성됩니다. (나)는 E2 반응에서 가장 불안정한 부분에서 생성되므로, 가장 적게 생성됩니다. 따라서, (가)는 1-부터 2-위치로 가는 경로에서 생성되고, (나)는 2-부터 3-위치로 가는 경로에서 생성됩니다. 따라서, 정답은 "" 입니다.
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20. 비료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 고도화성비료는 N, P2O5, K2O의 함량 합계가 30% 이상인 화성비료를 의미한다.
  2. 황안, 요소, 염안은 인산비료에 해당한다.
  3. 화성비료는 비료를 혼합하는 과정에서 화학 반응이 일어나 입자화가 이루어진 비료를 의미한다.
  4. 복합비료는 비료의 3요소인 N, P2O5, K2O 중 2성분 이상을 포함하는 비료를 의미한다.
(정답률: 85%)
  • "황안, 요소, 염안은 인산비료에 해당한다."가 옳지 않은 것이다. 황안, 요소, 염안은 질소비료에 해당한다.
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