9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2016-04-09)

9급 국가직 공무원 공업화학 2016-04-09 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2016-04-09 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 다양한 크기의 미세 기공들을 가져 단위 무게당 표면적이 매우 넓은 탄소재료는?

  1. 풀러렌
  2. 활성탄
  3. 제올라이트
  4. 다이아몬드
(정답률: 81%)
  • 활성탄은 탄소 재료를 물리적 또는 화학적으로 활성화시켜 내부에 수많은 미세 기공을 형성시킨 물질로, 이로 인해 단위 무게당 표면적이 매우 넓어 흡착제로 널리 사용됩니다.

    오답 노트
    풀러렌: 구형의 탄소 분자
    제올라이트: 알루미노규산염 광물 (탄소재료 아님)
    다이아몬드: 치밀한 결정 구조의 탄소
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2. 비누화가(saponification value)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 유지 1g을 완전히 비누화하는 데 필요한 NaOH의 mg 수
  2. 유지 1g을 완전히 비누화하는 데 필요한 KOH의 mg 수
  3. 유지 1g을 완전히 비누화하는 데 필요한 HCl의 mg 수
  4. 유지 1g을 완전히 비누화하는 데 필요한 H2SO4의 mg 수
(정답률: 84%)
  • 비누화가는 유지 $1\text{g}$을 완전히 비누화(가수분해)하는 데 필요한 수산화칼륨($\text{KOH}$)의 양을 $\text{mg}$ 단위로 나타낸 값입니다.
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3. 다음 과정에서 브뢴스테드－로우리(Brønsted-Lowry) 산과 그 짝염기가 옳게 짝지어진 것은? (순서대로 브뢴스테드－로우리 산, 짝염기)

  1. H2O, SO42-
  2. HSO4-, H2O
  3. HSO4-, SO42-
  4. SO42-, H2O
(정답률: 92%)
  • 브뢴스테드-로우리 정의에 따라 산은 양성자($H^+$)를 주는 물질이고, 짝염기는 산이 양성자를 내놓고 남은 물질을 의미합니다.
    제시된 반응식 $\text{HSO}_4^-(aq) + \text{OH}^-(aq) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l) + \text{SO}_4^{2-}(aq)$에서 $\text{HSO}_4^-$가 $\text{OH}^-$에게 $H^+$를 전달하여 $\text{SO}_4^{2-}$로 변했으므로, 산은 $\text{HSO}_4^-$이고 그 짝염기는 $\text{SO}_4^{2-}$ 입니다.
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4. 프로필렌(propylene) 중합 반응에 사용되는 Ziegler-Natta 촉매의 금속 성분 조합으로 옳은 것은?

  1. Ti-Al
  2. Zn-Al
  3. Co-Mo
  4. Pd-Cu
(정답률: 72%)
  • Ziegler-Natta 촉매는 주로 티타늄(Ti) 화합물과 알루미늄(Al) 유기 화합물의 조합으로 구성되어 프로필렌과 같은 올레핀의 입체 규칙적 중합 반응을 촉진합니다.
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5. 고분자의 평균분자량을 측정하는 방법이 아닌 것은?

  1. 광산란법
  2. 삼투압법
  3. 열 무게분석법
  4. 말단기 분석법
(정답률: 75%)
  • 고분자의 평균분자량은 광산란법, 삼투압법, 말단기 분석법, 점도법 등을 통해 측정할 수 있습니다.

    오답 노트
    열 무게분석법: 시료의 온도 변화에 따른 질량 변화를 측정하여 성분 분석이나 열적 안정성을 평가하는 방법입니다.
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6. 지방산과 암모니아를 160～200°C, 실리카겔 촉매 하에서 반응시킬 때 얻어지는 주생성물은?

  1. 지방족 아민(amine)
  2. 지방족 니트릴(nitrile)
  3. 지방산 에스터(ester)
  4. 지방산 아마이드(amide)
(정답률: 50%)
  • 지방산(R-COOH)과 암모니아($NH_3$)를 고온에서 촉매와 함께 반응시키면 탈수 반응이 일어나며 지방산 아마이드(R-CONH_2)가 주생성물로 얻어집니다.
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7. 석유의 정제 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 코킹(coking) :중질유를 열분해하여 경유, 가솔린, 코크스를 얻는다.
  2. 분해(cracking) :수증기 분해, 접촉 분해, 수소첨가 분해 등이 있다.
  3. 개질(reforming) :방향족 화합물로부터 사슬형 지방족 화합물을 만든다.
  4. 소중합(oligomerization) :저분자량 올레핀을 가솔린 분자로 전환한다.
(정답률: 84%)
  • 개질(reforming)은 사슬형 지방족 화합물을 방향족 화합물로 전환하여 가솔린의 옥탄가를 높이는 공정입니다. 따라서 방향족 화합물로부터 사슬형 지방족 화합물을 만든다는 설명은 정반대로 설명된 내용입니다.
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8. 광학 활성(optical activity)을 갖는 분자는?

(정답률: 72%)
  • 광학 활성을 갖기 위해서는 분자 내에 대칭면이나 대칭 중심이 없는 비대칭 탄소(카이랄 중심)가 존재해야 합니다. 분자는 염소(Cl)가 결합된 탄소가 서로 다른 네 개의 그룹과 결합되어 있어 카이랄성을 가지므로 광학 활성을 나타냅니다.
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9. 메탈로센(metallocene) 촉매에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 배위결합을 갖는다.
  2. 불균일계 촉매이다.
  3. 다중 활성점을 갖는다.
  4. 활성점은 음이온의 속성을 갖는다.
(정답률: 81%)
  • 메탈로센 촉매는 전이 금속과 사이클로펜타다이엔 리간드가 배위결합을 통해 형성된 샌드위치 구조의 촉매입니다.

    오답 노트
    불균일계 촉매: 균일계 촉매임
    다중 활성점: 단일 활성점(Single-site) 촉매임
    음이온 속성: 활성점은 양이온 속성을 가짐
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10. 다음 반응의 주생성물은?

(정답률: 59%)
  • 알켄의 할로히드린 형성 반응으로, $\text{Br}_2$와 $\text{H}_2\text{O}$가 반응하면 마르코브니코프 규칙에 따라 친핵체인 $\text{H}_2\text{O}$가 치환기가 더 많은 탄소(2차 탄소)에 결합하고, $\text{Br}$은 치환기가 적은 탄소(1차 탄소)에 결합합니다. 따라서 $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}=\text{CH}_2$ 반응 시 $\text{OH}$기가 2번 탄소에, $\text{Br}$이 1번 탄소에 결합한 가 주생성물이 됩니다.
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11. 라디칼중합 반응 중 수용액 중의 단량체 미셀(micelle) 내에서 중합이 진행되도록 하는 것은?

  1. 괴상중합(bulk polymerization)
  2. 용액중합(solution polymerization)
  3. 현탁중합(suspension polymerization)
  4. 유화중합(emulsion polymerization)
(정답률: 71%)
  • 유화중합(emulsion polymerization)은 물에 분산제(계면활성제)를 넣어 형성된 미셀(micelle) 내부에서 단량체가 용해되고, 그 안에서 중합 반응이 진행되는 라디칼 중합 방식입니다.

    오답 노트
    괴상중합: 용매나 분산제 없이 단량체만으로 중합
    용액중합: 유기 용매에 단량체를 녹여 중합
    현탁중합: 물속에 단량체 방울을 분산시켜 중합
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12. 다음 화합물을 산성도가 큰 순서대로 옳게 나열한 것은?

  1. ㄱ > ㄴ > ㄷ
  2. ㄱ > ㄷ > ㄴ
  3. ㄷ > ㄱ > ㄴ
  4. ㄷ > ㄴ > ㄱ
(정답률: 81%)
  • 산성도는 짝염기의 안정성에 의해 결정됩니다. 황(S)은 산소(O)보다 전기음성도가 낮고 크기가 커서 전하를 더 잘 분산시키므로, 알코올($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$)보다 티올($\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{SH}$)의 산성도가 더 큽니다. 또한, $\text{Cl}\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{SH}$는 강한 전자 끌개 그룹인 염소($\text{Cl}$) 원자가 존재하여 유도 효과에 의해 짝염기를 더욱 안정화시키므로 산성도가 가장 높습니다. 따라서 산성도 순서는 $\text{Cl}\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{SH} > \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{SH} > \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$ 순입니다.
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13. 수용액 상태에서 염기성을 나타내는 비료가 아닌 것은?

  1. 염화칼륨
  2. 석회질소
  3. 용성인비
  4. 목초의 재
(정답률: 82%)
  • 염화칼륨은 강산(HCl)과 강염기(KOH)의 반응으로 생성된 중성염으로, 수용액 상태에서 중성을 나타냅니다.

    오답 노트
    석회질소, 용성인비, 목초의 재: 모두 염기성 성분을 포함함
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14. 다음 중 원유에 가장 적게 함유되어 있는 것은?

  1. 나프텐계 탄화수소
  2. 파라핀계 탄화수소
  3. 방향족계 탄화수소
  4. 아세틸렌계 탄화수소
(정답률: 78%)
  • 원유는 주로 파라핀계, 나프텐계, 방향족계 탄화수소로 구성되어 있으며, 아세틸렌계 탄화수소는 원유에 거의 함유되어 있지 않습니다.
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15. 지방(fat)의 구조를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 78%)
  • 지방은 글리세롤 1분자와 3분자의 지방산이 에스테르 결합을 통해 형성된 트리글리세라이드 구조를 가집니다. 따라서 글리세롤 골격에 3개의 지방산 사슬이 결합된 가 정답입니다.
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16. 고정화 효소(immobilized enzyme)의 특성으로 옳지 않은 것은?

  1. 재사용이 가능하다.
  2. 연속반응기에서 사용이 가능하다.
  3. 반응 후 생성물과의 분리가 어렵다.
  4. 기질의 확산저항이 자유 효소에 비해 더 크다.
(정답률: 73%)
  • 고정화 효소는 지지체에 고정되어 있어 반응 후 생성물로부터 효소를 물리적으로 매우 쉽고 빠르게 분리할 수 있는 것이 최대 장점입니다.
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17. 비료에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 비료의 3요소는 질소, 인, 칼슘이다.
  2. 과린산석회와 탄산칼슘을 혼합하면 화성비료가 얻어진다.
  3. 질산암모늄에 요소를 배합하면 흡습성이 감소된다.
  4. 황산암모늄에 석회를 배합하면 비료의 효능이 감소된다.
(정답률: 77%)
  • 황산암모늄에 석회를 배합하면 암모니아가 발생하여 휘발되므로 비료의 질소 성분이 손실되어 효능이 감소합니다.

    오답 노트
    비료의 3요소: 질소, 인, 칼륨
    화성비료: 질산암모늄, 질산칼륨 등 화학적으로 합성된 비료
    질산암모늄과 요소 배합: 흡습성이 증가함
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18. 수소의 공업적 제조법인 수증기개질법에 대해 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 원료로는 나프타, 천연가스 등이 사용된다.
  2. 탄화수소의 수증기개질 반응은 발열 반응이다.
  3. 탄화수소의 탄소 수가 많을수록 코크(coke)가 석출되기 쉽다.
  4. 황화합물이 많이 포함된 원료는 촉매의 피독(poisoning)을 막기 위한 탈황 과정을 거쳐야 한다.
(정답률: 78%)
  • 탄화수소의 수증기개질 반응은 열을 흡수해야 반응이 진행되는 대표적인 흡열 반응입니다.

    오답 노트
    발열 반응: 에너지를 방출하는 반응으로, 수증기개질법의 특성과 반대됨
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19. 생물공학적 유전자 조작기술에 대해 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 핵산은 염기, 인산, 당으로 이루어진다.
  2. 특정 유전자를 절단하기 위해 제한효소(restriction enzyme)를 사용한다.
  3. 특정 유전자의 양을 증폭시키기 위해 이성화효소(isomerase)를 사용한다.
  4. 플라스미드(plasmid)는 유전자 운반체로 사용되며, 벡터(vector) 라고도 불리운다.
(정답률: 84%)
  • 유전자의 양을 증폭시키기 위해 사용하는 기술은 이성화효소가 아니라 중합효소 연쇄 반응($\text{PCR}$)의 $\text{DNA}$ 중합효소($\text{DNA polymerase}$)입니다.

    오답 노트
    이성화효소: 분자의 구조적 이성질체를 만드는 효소임
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20. 티탄산바륨(BaTiO3)은 큐리(Curie) 온도가 120 °C인 강유전체이다. 200 °C에서 티탄산바륨의 결정계와 유전특성이 옳게 짝지어진 것은? (순서대로 결정계, 유전특성)

  1. 입방(cubic) 강유전성(ferroelectric)
  2. 입방(cubic) 상유전성(paraelectric)
  3. 정방(tetragonal) 강유전성(ferroelectric)
  4. 정방(tetragonal) 상유전성(paraelectric)
(정답률: 52%)
  • 강유전체는 큐리 온도($T_c$)를 기준으로 성질이 변합니다. 큐리 온도보다 낮은 온도에서는 자발 분극이 있는 강유전성(ferroelectric)과 정방정계(tetragonal) 구조를 가지며, 큐리 온도보다 높은 온도에서는 분극이 사라지는 상유전성(paraelectric)과 입방정계(cubic) 구조를 가집니다.
    티탄산바륨의 큐리 온도가 $120\text{ °C}$이므로, 이보다 높은 $200\text{ °C}$에서는 입방(cubic) 결정계와 상유전성(paraelectric) 특성을 나타냅니다.
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