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

9급 국가직 공무원 공업화학 2017-04-08 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2017-04-08 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

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: 84%)
  • 두 고분자 시료가 동일한 무게로 혼합되었을 때, 혼합물의 무게평균분자량은 각 성분의 무게평균분자량의 단순 산술 평균으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\overline{M}_{w, mix} = \frac{\overline{M}_{w, A} + \overline{M}_{w, B}}{2}$
    ② [숫자 대입] $\overline{M}_{w, mix} = \frac{200,000 + 400,000}{2}$
    ③ [최종 결과] $\overline{M}_{w, mix} = 300,000$
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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: 89%)
  • 산의 세기는 수소 이온($H^+$)을 얼마나 잘 내놓느냐에 결정됩니다. 메테인($CH_{4}$)은 $C-H$ 결합 에너지가 매우 크고 전기음성도 차이가 작아 수소 이온을 내놓기가 가장 어려우므로 산의 세기가 가장 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: 90%)
  • 열가소성 수지는 가열하면 부드러워지고 냉각하면 굳는 성질을 가진 고분자로, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 아크릴수지가 이에 해당합니다.

    오답 노트
    페놀수지, 멜라민수지, 요소(우레아)수지: 열경화성 수지
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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: 67%)
  • 폴리염화비닐(polyvinylchloride)은 비닐 클로라이드 단량체가 연쇄적으로 결합하는 연쇄 성장 중합반응으로 합성됩니다. 반면 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리에스터는 작용기 간의 반응으로 분자가 단계적으로 커지는 단계 성장 중합반응의 대표적인 예시입니다.
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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: 55%)
  • 결합 파수($\text{cm}^{-1}$)는 결합의 세기가 강할수록(결합 차수가 높을수록), 원자의 질량이 작을수록 커집니다.
    제시된 결합의 세기 순서는 $\text{C}\equiv\text{N}$ (삼중결합) $>$ $\text{C}=\text{C}$ (이중결합) $>$ $\text{C}-\text{H}$ (단일결합, 가벼운 H) $>$ $\text{C}-\text{C}$ (단일결합) 순입니다.
    따라서 파수가 큰 순서는 $\text{CH}_3\text{C}\equiv\text{N}$ (㉢) $>$ $\text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2$ (㉡) $>$ $\text{CH}_3\text{CH}_2-\text{H}$ (㉠) $>$ $\text{CH}_3\text{CH}_2-\text{CH}_3$ (㉣) 가 되어야 하나, 정답 기준에 따라 $\text{C}-\text{H}$ 결합의 매우 높은 진동수를 반영하여 ㉠ $>$ ㉢ $>$ ㉡ $>$ ㉣ 순으로 분석됩니다.
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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: 95%)
  • 화합물의 끓는점은 분자량, 분자 간 인력, 분자 모양에 의해 결정됩니다.
    ㄱ. n-펜탄은 이소펜탄보다 표면적이 넓어 분자 간 인력이 강하므로 끓는점이 더 높습니다.
    ㄴ. 황(S) 원자가 포함된 화합물은 일반 탄화수소보다 분자량이 크고 분극성이 강해 끓는점이 더 높습니다.
    ㄷ. cis-형 구조는 trans-형 구조보다 극성이 더 커서 분자 간 인력이 강하므로 끓는점이 더 높습니다.
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7. 에틸렌(ethylene)의 가수분해에 의한 생성물은?

  1. HCHO
  2. HCOOH
  3. CH3CH2OH
  4. CH3COCH3
(정답률: 97%)
  • 에틸렌($\text{CH}_2=\text{CH}_2$)에 물($\text{H}_2\text{O}$)을 가하는 가수분해 반응이 일어나면 알코올이 생성됩니다.
    $$\text{CH}_2=\text{CH}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$$
    따라서 생성물은 에탄올인 $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$입니다.
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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: 95%)
  • 접촉 개질은 나프타의 옥탄가를 높이기 위해 직쇄형 파라핀을 고리형이나 가지형 구조로 전환하는 공정입니다.
    고리나 가지 구조를 갖는 화합물로 전환되어 고옥탄가 가솔린을 제조할 수 있으며, 이성체화 반응을 통해 $n$-파라핀 구조가 아이소(iso) 구조로 바뀝니다.

    오답 노트
    방향족 화합물 생성이 억제되는 것이 아니라, 오히려 방향족 화합물 생성을 촉진하여 옥탄가를 높입니다.
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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: 54%)
  • 셀룰로스는 $\beta$-글루코스 단위체가 $\beta(1\rightarrow 4)$ 결합으로 연결된 선형 고분자 다당류입니다.
    탄수화물의 일종으로서 다당류이며, 글루코스만으로 구성된 고분자이고, 분자 내에 규칙적인 배열의 결정 영역과 불규칙한 비결정 영역이 공존합니다.

    오답 노트
    셀룰로스 합성 시 고분자 결합은 방사형이 아니라 선형으로 일어납니다.
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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: 91%)
  • 비누 분자는 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분으로 구성됩니다. 이때 긴 탄화수소 사슬은 물과 섞이지 않는 성질을 가진 소수성(친유성) 부분입니다.
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11. 중성비료에 해당하는 것은?

  1. 석회질소
  2. 용성인비
  3. 과인산석회
  4. 요소
(정답률: 84%)
  • 요소는 물에 녹았을 때 액성이 중성에 가까운 대표적인 중성비료입니다.

    오답 노트
    석회질소: 알칼리성 비료
    용성인비: 알칼리성 비료
    과인산석회: 산성 비료
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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: 75%)
  • p-형 반도체는 14족 원소인 실리콘(Si)에 13족 원소(3가 원소)를 도핑하여 정공을 생성함으로써 제조합니다. 인듐(In)은 13족 원소이므로 p-형 반도체를 만들 수 있습니다.

    오답 노트
    안티몬(Sb), 비소(As), 비스무스(Bi): 15족 원소로 n-형 반도체 제조에 사용됨
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13. 다음에서 설명하는 특성을 모두 만족하는 물질은?

  1. 알루미나
  2. 타이타니아
  3. 제올라이트
  4. 산화마그네슘
(정답률: 92%)
  • 규칙적인 미세 기공을 통한 분자체(Molecular Sieve) 작용과 브뢴스테드-로우리 및 루이스 산성을 동시에 가지며, 전이 금속 도입으로 촉매 활성점을 형성할 수 있는 대표적인 물질은 제올라이트입니다.
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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: 64%)
  • 포름알데하이드는 페놀, 멜라민, 요소(우레아) 등과 반응하여 축합 중합 수지를 형성합니다.

    오답 노트
    에폭시 수지: 포름알데하이드가 아닌 에피클로로히드린과 비스페놀 A 등의 반응으로 합성되는 수지입니다.
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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: 77%)
  • $\epsilon$-카프로락탐은 7원환 락탐 구조로, 이를 개환중합(Ring-Opening Polymerization)하면 탄소 6개 단위가 반복되는 나일론 6가 합성됩니다.
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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: 70%)
  • 미하엘리스-멘텐 식 $v = \frac{V_{max}[S]}{K_m + [S]}$에 근거한 분석입니다.
    ㄱ. $[S] \gg K_m$이면 $v \approx V_{max}$가 되어 반응속도가 일정해집니다.
    ㄴ. $[S] \ll K_m$이면 $v \approx \frac{V_{max}}{K_m}[S]$가 되어 반응속도는 기질 농도에 비례합니다.
    ㄷ. $[S] = K_m$이면 $v = \frac{V_{max}[S]}{2[S]} = \frac{1}{2}V_{max}$가 됩니다.

    오답 노트
    기질 농도에 반비례한다: 기질 농도에 비례하는 1차 반응 형태를 띠므로 틀린 설명입니다.
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17. 질산의 제조법이 아닌 것은?

  1. 이수염법
  2. 전호법
  3. 칠레초석법
  4. 암모니아 산화법
(정답률: 79%)
  • 질산의 제조법에는 암모니아 산화법, 전호법, 칠레초석법 등이 사용됩니다.

    오답 노트
    이수염법: 질산이 아닌 염화비닐(PVC) 등의 원료가 되는 염화메틸 제조와 관련된 공정입니다.
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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: 91%)
  • 합성가스를 철, 니켈, 코발트 촉매 하에 반응시켜 다양한 분자량의 알케인과 올레핀 혼합물(탄화수소)을 제조하는 공정은 Fischer-Tropsch 반응의 핵심 특징입니다.
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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: 94%)
  • 촉매 담체는 활성 성분을 지지하여 효율을 높이는 물질로, 제시된 모든 설명이 옳습니다.
    ㄱ. 고정화를 통해 승화하기 쉬운 성분의 휘산(volatilization)을 방지할 수 있습니다.
    ㄴ. 담체를 사용하여 촉매를 원하는 형태로 성형함으로써 기계적 강도를 높일 수 있습니다.
    ㄷ. 비표면적이 큰 담체에 금속을 미립자상으로 분산 고정시켜 입자들이 뭉치는 소결 현상을 억제할 수 있습니다.
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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: 93%)
  • 폴리스타이렌의 원료인 스타이렌은 에틸벤젠(ethylbenzene)의 탈수소화 반응으로 제조되며, 에틸벤젠은 에틸렌(ethylene)과 벤젠(benzene)의 알킬화 반응을 통해 합성됩니다. 따라서 ㉠ 에틸벤젠, ㉡ 에틸렌, ㉢ 벤젠 순으로 연결되는 것이 옳습니다.
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