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

9급 국가직 공무원 공업화학 2015-04-18 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2015-04-18 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

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: 77%)
  • 원자 및 이온 반경의 주기적 성질에 대한 설명입니다.
    ㄱ. 같은 주기에서는 원자번호가 증가할수록 유효 핵전하가 증가하여 원자 반경이 감소합니다.
    ㄴ. 같은 족에서는 원자번호가 증가할수록 전자 껍질 수가 늘어나 원자 반경이 증가합니다.
    ㄷ. 음이온은 전자-전자 반발력 증가로 인해 원래 원자보다 반경이 큽니다.
    ㄹ. 이온 반경과 원자 반경은 주기율표 상에서 유사한 증감 경향성을 보입니다.
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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: 86%)
  • 올레산(Oleic acid)은 불포화 지방산으로, 니켈 촉매 하에서 수소를 첨가하는 수소화 반응을 통해 불포화 결합이 포화 결합으로 바뀌며 고체 상태의 경화유가 됩니다.
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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: 77%)
  • 역청탄은 점결성(viscous property)이 매우 커서 가열 시 연화되어 서로 엉겨 붙는 성질이 있으며, 건류 시 다공성의 코크스를 형성하므로 제철소의 용광로 등 금속제련공업의 연료 및 환원제로 널리 이용됩니다.
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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: 60%)
  • SN1 반응은 중간체로 탄소 양이온(carbocation)이 생성되는 단계가 속도 결정 단계입니다. 따라서 극성이 매우 높고 양성자성 용매인 물과 같이 유전율이 큰 용매일수록 탄소 양이온을 잘 안정화시켜 반응 속도를 가장 빠르게 합니다.
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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: 74%)
  • 완효성 비료는 비료 성분이 천천히 방출되어 효과가 오래 지속되어야 하므로, 물에 대한 용해도가 낮고 분해 속도가 느려야 합니다.

    오답 노트
    분해 속도가 빠르다: 효과가 빠르게 사라지므로 완효성 비료의 정의에 어긋남
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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: 72%)
  • 메탈로센 촉매는 전이금속을 중심으로 하는 특수 촉매로, 단량체가 촉매 표면에 배위되어 정교한 입체 구조를 가진 고분자를 만드는 배위 중합에 사용됩니다.
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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: 82%)
  • HLB(Hydrophile-Lipophile Balance) 값은 계면활성제의 친수성과 친유성 균형을 나타내며, 값이 작을수록 친유성이 강해집니다. 소포제는 매우 낮은 HLB 값(보통 3~6)을 가져야 기름과 친해져 거품을 제거하는 데 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: 70%)
  • 전하량과 패러데이 상수를 이용하여 금속의 용출 몰수를 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $n = \frac{I \times t}{z \times F}$
    ② [숫자 대입] $n = \frac{10 \times 3600}{2 \times 96500}$
    ③ [최종 결과] $n = 0.187$
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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: 80%)
  • 수평균분자량은 전체 질량을 전체 몰수로 나눈 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$M_n = \frac{\sum w_i}{\sum \frac{w_i}{M_i}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$M_n = \frac{90 + 180 + 280}{\frac{90}{10} + \frac{180}{20} + \frac{280}{40}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$M_n = 22$$
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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: 63%)
  • 분광 분석법 중 에너지 수준은 $\text{UV-VIS} > \text{IR} > \text{NMR}$ 순으로 낮아집니다. 따라서 자외-가시선(UV-VIS) 분광법, 적외선(IR) 분광법, 핵자기공명(NMR) 분광법 중에서 가장 낮은 에너지의 파장을 사용하는 것은 핵자기공명(NMR) 분광법입니다.

    오답 노트
    핵자기공명(NMR) 분광법: 라디오파(RF파)를 이용하므로 에너지가 가장 낮음
    질량분광법(MS): 분자량을 측정하는 분석법
    적외선(IR) 분광법: 분자의 진동 에너지 준위 변화를 측정
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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: 89%)
  • 제시된 반응식은 다음과 같습니다.
    $$\text{(가) n-Heptane} \rightarrow \text{Toluene} + H_2 \uparrow$$
    $$\text{(나) n-Decane} \rightarrow \text{aPropene} + \text{n-Heptane}$$
    (가)는 직쇄형 탄화수소를 방향족 탄화수소로 변환시키는 개질(reforming) 반응이며, (나)는 큰 분자의 탄화수소를 작은 분자로 쪼개는 분해(cracking) 반응입니다.
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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: 79%)
  • 리그닌(lignin)은 목재의 섬유와 세포를 강하게 결합시켜 구조적 강도를 제공하는 천연 고분자 물질입니다. 화학적 펄프화 공정은 바로 이 리그닌을 선택적으로 분해하여 제거함으로써 순수한 셀룰로오스 섬유를 얻는 과정입니다.
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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: 91%)
  • 고유(intrinsic) 반도체는 온도가 상승함에 따라 가전자대에서 전도대로 전이되는 전자 수가 증가하여 전기 전도도가 증가하는 특성을 가집니다.

    오답 노트
    전도도가 감소한다: 온도가 증가하면 전도도는 증가함
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14. 옥탄가는 휘발유의 안티노킹(anti-knocking) 특성을 나타내는 척도이다. 옥탄가 100으로 표시되는 고옥탄가 표준연료는?

(정답률: 86%)
  • 옥탄가 100의 표준연료는 이소옥탄(Isooctane, 2,2,4-트리메틸펜탄)입니다. 따라서 해당 구조를 가진 가 정답입니다.
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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: 73%)
  • 회분식 배양의 정지기에는 영양분의 고갈과 대사 과정에서 생성된 유해물질의 축적으로 인해 미생물의 증식 속도와 사멸 속도가 같아져 개체 수가 일정하게 유지됩니다.

    오답 노트
    유해물질의 축적이 없는 상태: 정지기는 영양분 부족과 유해물질 축적이 주원인임
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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: 67%)
  • 제시된 멘톨 구조식 에는 서로 다른 4개의 치환기가 결합된 카이랄 중심(Chiral center)이 3군데 존재합니다. 입체이성질체의 최대 개수는 $2^{n}$ (n은 카이랄 중심의 수) 공식에 의해 결정됩니다.
    $$2^{3} = 8$$
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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: 72%)
  • 질산화 반응은 암모늄 이온($NH_{4}^{+}$)이 아질산염($NO_{2}^{-}$)을 거쳐 질산염($NO_{3}^{-}$)으로 산화되는 2단계 과정입니다. 따라서 $NH_{4}^{+}$이온은 1단계에서 $NO_{2}^{-}$로, 2단계에서 $NO_{3}^{-}$로 변화하는 것이 올바른 순서입니다.
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18. 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 반응에 의해 합성되는 물질은?

  1. 폴리에스터
  2. 폴리아크릴
  3. 폴리올레핀
  4. 폴리우레탄
(정답률: 73%)
  • 테레프탈산(디카르복실산)과 에틸렌글리콜(디올)이 축합 중합 반응을 일으키면 에스테르 결합이 반복적으로 형성되어 폴리에스터(PET)가 합성됩니다.
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19. 다음과 같은 E2 제거반응에서 주생성물(major product) (가), (나)를 바르게 짝지은 것은? (순서대로 (가), (나))

(정답률: 52%)
  • 반응 (가)는 강염기인 $K^{+} (CH_{3})_{3}CO^{-}$를 이용한 E2 제거반응으로, 자이체프 규칙(Zaitsev's rule)에 의해 더 치환기가 많은 안정한 알켄인 $\text{CH}_{3}\text{CH}_{2}\text{CH}=\text{CH}\text{CH}_{3}$가 주생성물이 됩니다.
    반응 (나)는 2-pentanamine의 훠프만 제거반응(Hofmann elimination)으로, 입체 장애가 큰 4차 암모늄염을 형성한 후 가열하면 자이체프 규칙과 반대로 치환기가 적은 $\text{CH}_{3}\text{CH}_{2}\text{CH}_{2}\text{CH}=\text{CH}_{2}$가 주생성물이 됩니다.
    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: 88%)
  • 황안, 요소, 염안은 질소(N)를 주성분으로 하는 질소질 비료입니다.

    오답 노트
    인산비료: 인(P)을 주성분으로 하는 비료를 의미함
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