9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2017-04-08)

9급 국가직 공무원 공업화학
(2017-04-08 기출문제)

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1. 두 다분산(polydisperse) 고분자 시료 A와 B가 동일한 무게로 혼합되었을 때 혼합물의 무게평균분자량()은? (단, 두 고분자의 수평균분자량과 무게평균분자량은 다음과 같다)

  1. 150,000
  2. 200,000
  3. 300,000
  4. 450,000
(정답률: 80%)
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2. 산의 세기(acidity)가 가장 작은 것은?

  1. 물(H2O)
  2. 메테인(CH4)
  3. 불화수소(HF)
  4. 암모니아(NH3)
(정답률: 87%)
  • 산의 세기는 pH 값으로 나타내며, pH 값이 작을수록 산성이 강합니다. 이 중에서 메테인(CH4)은 분자 내부에 수소 이온(H+)을 가지고 있지 않기 때문에 산성을 띄지 않습니다. 따라서 메테인(CH4)은 다른 세 가지 물질보다 산의 세기가 작습니다.
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3. 열가소성 수지로만 나열된 것은?

  1. 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 아크릴수지
  2. 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 페놀수지
  3. 폴리에틸렌, 멜라민수지, 아크릴수지
  4. 페놀수지, 요소(우레아)수지, 멜라민수지
(정답률: 86%)
  • 열가소성이란 고온에서 변형되지 않는 성질을 말합니다. 이 중에서 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 아크릴수지는 모두 열가소성이 뛰어나기 때문에 이들만 나열된 것입니다. 폴리에틸렌은 가장 일반적인 열가소성 고분자 중 하나이며, 폴리염화비닐은 내열성이 뛰어나고 화학적으로 안정적입니다. 아크릴수지는 내열성과 내부식성이 뛰어나기 때문에 열가소성이 높은 고분자 중 하나입니다.
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4. 단계성장 중합반응(step-growth polymerization)으로 합성할 수 없는 것은?

  1. 폴리염화비닐(polyvinylchloride)
  2. 폴리우레탄(polyurethane)
  3. 폴리아마이드(polyamide)
  4. 폴리에스터(polyester)
(정답률: 68%)
  • 폴리염화비닐은 단계성장 중합반응으로 합성할 수 없는 이유는, 이 중합체가 형성되는 과정에서 HCl이 방출되기 때문입니다. 이러한 반응은 단계성장 중합반응과는 다른 종류의 중합반응인 이온중합반응에 해당합니다. 따라서 폴리염화비닐은 이온중합반응으로 합성됩니다.
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5. 적외선 분광법(infrared spectroscopy)을 이용해 화합물들을 분석 하고자 할 때, 결합 파수(wavenumber, cm－1)가 큰 순서대로 나열한 것은?

  1. ㉠ > ㉢ > ㉡ > ㉣
  2. ㉠ > ㉣ > ㉢ > ㉡
  3. ㉢ > ㉠ > ㉡ > ㉣
  4. ㉢ > ㉡ > ㉣ > ㉠
(정답률: 49%)
  • 적외선 분광법에서 결합 파수는 결합의 강도와 진동수에 비례하므로 결합이 강하고 진동수가 높을수록 파수가 크게 나타납니다. 따라서, 이 문제에서는 결합이 강하고 진동수가 높은 결합부터 큰 순서대로 나열하면 됩니다.

    ㉠: C=O 결합은 다른 결합에 비해 강하고 진동수가 높아 파수가 가장 큽니다.

    ㉢: C-H 결합은 C-C 결합보다는 약하지만, 진동수가 높아 파수가 큽니다.

    ㉡: C-C 결합은 C-H 결합보다는 강하지만, 진동수가 낮아 파수가 작습니다.

    ㉣: C-Cl 결합은 다른 결합에 비해 약하고 진동수가 낮아 파수가 가장 작습니다.

    따라서, 정답은 "㉠ > ㉢ > ㉡ > ㉣" 입니다.
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6. 두 화합물의 끓는점 비교가 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 93%)
  • 두 화합물 모두 분자량이 같으므로 분자 간력은 동일합니다. 그러나 분자 구조가 다르므로 각각의 화합물은 서로 다른 분자 간력을 가집니다. 이에 따라 끓는점도 다르게 나타납니다. "ㄱ"은 분자 간력이 가장 작아 끓는점이 가장 낮고, "ㄴ"은 분자 간력이 "ㄱ"보다 크므로 끓는점이 높습니다. "ㄷ"는 분자 간력이 "ㄴ"보다 더 크므로 끓는점이 가장 높습니다. 따라서 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이 옳은 정답입니다.
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7. 에틸렌(ethylene)의 가수분해에 의한 생성물은?

  1. HCHO
  2. HCOOH
  3. CH3CH2OH
  4. CH3COCH3
(정답률: 97%)
  • 에틸렌의 가수분해 반응식은 다음과 같습니다.

    C2H4 → CH3CH3

    즉, 에틸렌은 가수분해에 의해 CH3CH3 (에탄)이 생성됩니다. 따라서 CH3CH2OH (에탄올)은 생성물이 아닙니다. 따라서 정답은 "HCHO", "HCOOH", "CH3COCH3" 중 하나입니다.
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8. 중질 나프타의 접촉 개질(catalytic reforming) 반응에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 97%)
  • - 중질 나프타는 분자 크기가 크고 분자 내부의 수소가 적어 분자 구조가 안정적이다. 따라서 접촉 개질 반응을 통해 분자 구조를 불안정화시켜 분해하고 수소를 늘려 경유나 디젤 등의 연료로 사용할 수 있게 된다.
    - 접촉 개질 반응은 촉매를 이용하여 일어나는 반응으로, 촉매로는 플래티넘, 팔라듐, 레늄 등의 금속이 사용된다. 이 반응에서는 나프타 분자 내부의 탄소-탄소 결합을 끊어내고 수소를 추가하여 분자 구조를 변화시킨다.
    - 따라서 "ㄱ, ㄴ"이 정답이다.
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9. 셀룰로스(cellulose)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 53%)
  • - 셀룰로스는 식물 세포벽의 주요 구성 성분이다. (ㄱ)
    - 셀룰로스는 긴 β-글루코스 단위로 이루어진 폴리머이다. (ㄴ)
    - 셀룰로스는 인간의 소화기관에서 분해되지 않고 대장에서 섬유질의 일종으로 작용한다. (ㄹ)
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10. 비누에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 비누 분자의 양쪽 끝은 각각 친수성과 소수성으로 이루어진다.
  2. 비누 분자의 긴 탄화수소 사슬은 친수성이다.
  3. 일정 농도 이상에서 물에 분산되어 마이셀(micelle)을 형성한다.
  4. 지방을 염기에 의해 가수분해하여 얻는 혼합물이다.
(정답률: 93%)
  • "비누 분자의 긴 탄화수소 사슬은 친수성이다."가 옳지 않은 설명입니다. 비누 분자의 긴 탄화수소 사슬은 소수성입니다. 이는 비누 분자가 지방산과 글리세롤을 염기로 가수분해하여 얻어진 혼합물이기 때문입니다.
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11. 중성비료에 해당하는 것은?

  1. 석회질소
  2. 용성인비
  3. 과인산석회
  4. 요소
(정답률: 84%)
  • 정답은 "요소"입니다. 중성비료는 식물이 필요로 하는 영양소 중에서 pH를 조절하지 않는 영양소를 말합니다. 이에 해당하는 것이 바로 요소입니다. 석회질소와 과인산석회는 약산성 토양에서 pH를 높이기 위해 사용되는 염료이며, 용성인비는 pH를 낮추기 위해 사용되는 비료입니다.
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12. 실리콘(Si)에 첨가해서 p－형 반도체를 제조할 수 있는 것은?

  1. 안티몬(Sb)
  2. 비소(As)
  3. 비스무스(Bi)
  4. 인듐(In)
(정답률: 70%)
  • 실리콘(Si)은 네가지 전자를 가지고 있으므로, p-형 반도체를 만들기 위해서는 전자를 하나 더 추가해야 합니다. 이를 위해 인듐(In)과 같은 원소를 첨가하여 전자를 추가할 수 있습니다. 인듐은 실리콘과 비슷한 크기와 전자 구조를 가지고 있어, 실리콘의 격자 구조에 잘 녹아들어 전자를 추가할 수 있습니다. 따라서 인듐은 p-형 반도체를 만들기 위한 첨가제로 많이 사용됩니다.
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13. 다음에서 설명하는 특성을 모두 만족하는 물질은?

  1. 알루미나
  2. 타이타니아
  3. 제올라이트
  4. 산화마그네슘
(정답률: 97%)
  • - 화학식이 SiO2·Al2O3·nH2O로 표현됨
    - 물에 잘 녹지 않음
    - 분자 구조가 다공성을 띠어 표면적이 큼
    - 이온교환 능력이 높음
    - 총합 4개의 특성을 모두 만족하는 물질은 제올라이트이다.
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14. 포름알데하이드(formaldehyde)와 축합 중합으로 합성할 수 없는 것은?

  1. 페놀 수지
  2. 에폭시 수지
  3. 멜라민 수지
  4. 요소(우레아) 수지
(정답률: 66%)
  • 포름알데하이드는 수많은 수지의 원료 중 하나이며, 축합 중합으로 다양한 종류의 수지를 합성할 수 있습니다. 그러나 에폭시 수지는 포름알데하이드와 축합 중합으로 합성할 수 없습니다. 이는 에폭시 수지가 에폭시 화합물과 화학적으로 다른 구조를 가지기 때문입니다. 따라서 에폭시 수지는 포름알데하이드와는 다른 방법으로 합성되어야 합니다.
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15. ε－카프로락탐(ε-caprolactam)의 개환중합으로 합성할 수 있는 것은?

  1. 나일론 6
  2. 나일론 11
  3. 나일론 6,6
  4. 나일론 6,10
(정답률: 71%)
  • ε-카프로락탐은 6개의 탄소 원자를 가지고 있으므로, 개환중합으로 합성할 때 6개의 아미노산 분자와 결합하여 나일론 6을 형성할 수 있습니다. 따라서 정답은 "나일론 6"입니다. 다른 보기들은 ε-카프로락탐과 결합할 때 필요한 아미노산 분자의 수가 다르기 때문에 형성되지 않습니다.
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16. 단순기질과 단순효소 반응에서 미하엘리스 － 멘텐(Michaelis - Menten)식에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 68%)
  • - 미하엘리스 － 멘텐(Michaelis - Menten)식은 단순기질과 단순효소 반응에서 효소의 효율성을 나타내는 식이다.
    - 식은 V = Vmax [S] / (Km + [S]) 로 나타낼 수 있다.
    - 여기서 V는 반응속도, Vmax는 효소의 최대반응속도, [S]는 기질농도, Km은 효소의 기질에 대한 흡착상수를 나타낸다.
    - 따라서, [S]가 Km보다 작을 때는 V는 [S]에 비례하여 증가하며, [S]가 Km보다 클 때는 V는 Vmax에 수렴하게 된다.
    - 이는 효소와 기질이 결합하는 속도가 기질농도에 따라 변화하며, 일정한 속도로 결합할 때 최대반응속도에 도달한다는 것을 의미한다.
    - 따라서, "ㄱ, ㄷ"가 정답이다.
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17. 질산의 제조법이 아닌 것은?

  1. 이수염법
  2. 전호법
  3. 칠레초석법
  4. 암모니아 산화법
(정답률: 80%)
  • 이수염법은 질산 대신 질산염을 생산하는 방법입니다. 따라서 이는 질산의 제조법이 아닙니다. 질산의 제조법으로는 전호법, 칠레초석법, 암모니아 산화법 등이 있습니다.
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18. 다음 설명에 해당하는 반응은?

  1. Haber 반응
  2. Friedel-Crafts 반응
  3. Fischer-Tropsch 반응
  4. 수증기 분해(steam cracking) 반응
(정답률: 89%)
  • 이 반응은 일종의 화학합성 반응으로, 일반적으로 천연가스나 석유 등의 탄화수소를 고온, 고압에서 촉매와 함께 반응시켜 액체 혹은 고체 형태의 연료를 생산하는 반응입니다. Fischer-Tropsch 반응은 연료 생산에 매우 중요한 역할을 합니다.
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19. 촉매 담체에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 96%)
  • - ㄱ: 촉매 담체는 반응속도를 증가시키는 역할을 하기 때문에, 반응물과 상호작용할 수 있는 표면적이 커야한다. 따라서, 많은 수의 작은 입자로 이루어진 촉매 담체가 표면적이 크기 때문에 효율적이다.
    - ㄴ: 촉매 담체는 반응물과 상호작용하여 반응을 촉진시키는 역할을 하기 때문에, 반응물과의 상호작용이 강한 촉매 담체가 효율적이다. 따라서, 화학적으로 안정한 촉매 담체가 필요하다.
    - ㄷ: 촉매 담체는 반응물과 상호작용하여 반응을 촉진시키는 역할을 하기 때문에, 반응물과의 상호작용이 강한 촉매 담체가 효율적이다. 따라서, 촉매 담체의 표면에 적절한 활성부위가 있어야 한다.
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20. 다음 ㉠～㉢에 들어갈 용어가 바르게 연결된 것은? (순서대로 ㉠, ㉡, ㉢)

  1. 에틸벤젠(ethylbenzene), 에틸렌(ethylene), 벤젠(benzene)
  2. 큐멘(cumene), 프로필렌(propylene), 벤젠(benzene)
  3. 큐멘(cumene), 에틸렌(ethylene), 톨루엔(toluene)
  4. 페놀(phenol), 에탄올(ethanol), 벤젠(benzene)
(정답률: 91%)
  • ㉠ 에틸렌(ethylene)은 더브롬발 리액션(Dewar-Bromley reaction)을 통해 벤젠(benzene)으로 변환될 수 있습니다. ㉡ 에틸벤젠(ethylbenzene)은 벤젠(benzene)과 에틸렌(ethylene)의 알킬화 반응으로 생성됩니다. ㉢ 벤젠(benzene)은 모든 보기에서 공통적으로 나타나는 화합물입니다. 따라서 정답은 "에틸벤젠(ethylbenzene), 에틸렌(ethylene), 벤젠(benzene)"입니다.
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