9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2018-04-07)

9급 국가직 공무원 공업화학 2018-04-07 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2018-04-07 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 나일론의 화학식이 옳게 표현된 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄴ
  2. ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄱ, ㄷ
(정답률: 60%)
  • 나일론 6,6은 아디프산(탄소 6개)과 헥사메틸렌디아민(탄소 6개)의 축합 중합으로 생성되며, 화학식은 $[NH(CH_2)_6NHCO(CH_2)_4CO]_n$ 입니다. 따라서 ㄴ이 정답입니다.

    오답 노트
    나일론 6: $[NH(CH_2)_5CO]_n$이어야 함
    나일론 6,10: $[NH(CH_2)_6NHCO(CH_2)_8CO]_n$이어야 함
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2. 식물성 오일의 경화(hardening)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 식물성 오일의 이중결합을 수소화하여 고체 식물성 지방으로 변환하는 과정이다.
  2. 식물성 오일을 알칼리와 함께 가열하여 글리세롤과 지방산의 염으로 변환하는 과정이다.
  3. 식물성 오일을 수소화하여 비누를 얻는 과정이다.
  4. 식물성 오일을 가수소분해하여 글리세롤을 얻는 과정이다.
(정답률: 82%)
  • 식물성 오일의 경화는 불포화 지방산의 이중결합에 수소를 첨가하는 수소화 반응을 통해, 액체 상태의 오일을 고체 상태의 지방(포화 지방)으로 변환시키는 공정입니다.
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3. IUPAC 명명법에 따른 다음 화합물의 이름은?

  1. 2-에틸펜테인(2-ethylpentane)
  2. 3-메틸헥세인(3-methylhexane)
  3. 4-에틸펜테인(4-ethylpentane)
  4. 4-메틸헥세인(4-methylhexane)
(정답률: 72%)
  • 가장 긴 탄소 사슬(주쇄)을 찾아 이름을 정합니다. 주어진 구조식 $\text{CH}_3\text{CH}(\text{CH}_2\text{CH}_3)\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$에서 가장 긴 사슬은 6개의 탄소로 이루어진 헥세인이며, 3번 탄소에 메틸기($-\text{CH}_3$)가 결합되어 있으므로 3-메틸헥세인이 됩니다.
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4. 톨루엔을 산화시켜 만들 수 있고, 큐멘법으로 제조할 수 있으며, 아닐린을 합성할 때 원료로 사용되는 화합물은?

  1. 페놀(phenol)
  2. 아세톤(acetone)
  3. 아크릴산(acrylic acid)
  4. 무수프탈산(phthalic anhydride)
(정답률: 85%)
  • 페놀은 톨루엔의 산화 공정을 통해 제조 가능하며, 특히 벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘을 거쳐 생산하는 큐멘법이 대표적입니다. 또한, 페놀과 질산의 반응으로 니트로페놀을 만든 뒤 환원시키면 아닐린을 합성할 수 있는 핵심 원료가 됩니다.
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5. 가장 안정한 탄소양이온(carbocation)은?

(정답률: 73%)
  • 탄소양이온의 안정성은 유도 효과와 공명 효과에 의해 결정됩니다. 구조는 양전하를 띤 탄소가 이중결합과 인접한 알릴릭(allylic) 위치에 있어 공명 구조를 통해 전하가 분산되므로 가장 안정합니다.
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6. 60 °F에서 물에 대한 석유의 밀도비가 0.5일 때 석유의 API도는?

  1. 141.0
  2. 141.5
  3. 151.0
  4. 151.5
(정답률: 64%)
  • 석유의 API도는 물의 밀도에 대한 석유 밀도의 비를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{API} = \frac{141.5}{S} - 131.5$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{API} = \frac{141.5}{0.5} - 131.5$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{API} = 151.5$$
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7. 하이드로폼일화(hydroformylation) 반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 알켄(alkene)에 H2O와 CO를 반응시킨다.
  2. 반응을 통해 만들어지는 주생성물은 케톤이다.
  3. 반응물의 탄소 간 이중결합이 반응 후에 단일결합으로 바뀐다.
  4. 알켄 반응물과 주생성물에 존재하는 탄소 수는 같다.
(정답률: 67%)
  • 하이드로폼일화 반응은 알켄에 일산화탄소(CO)와 수소($H_{2}$)를 반응시켜 알데하이드를 생성하는 반응입니다. 이 과정에서 알켄의 탄소 간 이중결합이 단일결합으로 바뀌며 탄소 수가 하나 증가한 알데하이드가 형성됩니다.

    오답 노트
    H$_{2}$O가 아닌 H$_{2}$와 CO를 반응시키며, 주생성물은 케톤이 아닌 알데하이드이고, 탄소 수는 하나 증가합니다.
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8. 생분해성 고분자가 아닌 것은?

  1. 폴리락트산(poly(lactic acid))
  2. 폴리글라이콜산(poly(glycolic acid))
  3. 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)
  4. 폴리하이드록시뷰티레이트(polyhydroxybutyrate)
(정답률: 80%)
  • 생분해성 고분자는 미생물에 의해 분해되는 고분자를 말합니다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 매우 강한 C-F 결합을 가지고 있어 화학적으로 매우 안정하며 미생물에 의해 분해되지 않는 대표적인 비생분해성 고분자입니다.
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9. 염소－알칼리 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 진한 소금물을 전기 분해하는 공정이다.
  2. 공정이 마무리되면 수용액은 염기성이 된다.
  3. 수소(H2) 기체와 염소(Cl2) 기체가 발생한다.
  4. 산화 전극에서는 수소(H2) 기체가 발생한다.
(정답률: 82%)
  • 염소-알칼리 공정은 소금물을 전기 분해하여 염소, 수소, 수산화나트륨을 생산하는 공정입니다. 산화 전극(+)에서는 염화 이온이 전자를 잃고 염소 기체가 발생하며, 수소 기체는 환원 전극(-)에서 발생합니다.

    오답 노트
    산화 전극에서는 수소 기체가 아닌 염소 기체가 발생합니다.
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10. 금속 결정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 금속 결정은 전자 바다 모델(electron-sea model)로 설명 가능하다.
  2. 모든 금속 결정은 이온 화합물이다.
  3. 금속 결정은 배위수가 8인 구조도 존재한다.
  4. 금속 결정은 전기와 열에 높은 전도도를 가진다.
(정답률: 95%)
  • 금속 결정은 금속 양이온들이 자유 전자들에 의해 둘러싸여 결합된 금속 결합 구조이며, 양이온과 음이온의 정전기적 인력으로 결합된 이온 화합물이 아닙니다.
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11. 어떤 반결정성(semi-crystalline) 고분자 시료를 시차주사열량법 (DSC)으로 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었을 때, 유리전이 (glass transition) 현상이 나타나는 위치는?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄹ
(정답률: 60%)
  • DSC 곡선에서 유리전이(glass transition)는 상변화가 아닌 비열의 변화로 인해 베이스라인이 계단 모양으로 이동하는 구간에서 나타납니다. 제시된 이미지 에서 ㄱ 부분이 이에 해당합니다.
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12. 고옥탄가 가솔린의 생산을 늘리기 위한 석유의 전화(conversion) 과정 중, 촉매를 이용하여 n-파라핀을 탄소 수가 같은 iso-파라핀으로 변환하는 과정은?

  1. 분해(cracking)
  2. 에스테르화(esterification)
  3. 알킬화(alkylation)
  4. 이성질화(isomerization)
(정답률: 91%)
  • 탄소 수가 동일한 n-파라핀(직쇄형)을 iso-파라핀(가지형)으로 구조를 바꾸어 옥탄가를 높이는 공정은 이성질화(isomerization)입니다.
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13. 어떤 고분자 A의 분자량에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 분자량은 중합도에 비례한다.
  2. 무게평균분자량은 수평균분자량보다 작다.
  3. 무게평균분자량을 수평균분자량으로 나눈 값이 다분산지수(PDI)이다.
  4. 완전히 단분산인 경우 다분산지수는 1이다.
(정답률: 85%)
  • 고분자의 분자량 분포에서 무게평균분자량($M_w$)은 항상 수평균분자량($M_n$)보다 크거나 같습니다. 따라서 무게평균분자량이 수평균분자량보다 작다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    분자량은 중합도에 비례함: 맞음
    다분산지수(PDI)는 $M_w/M_n$으로 정의됨: 맞음
    단분산일 때 PDI는 1임: 맞음
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14. 효소를 불용성 담체에 고정하여 사용하는 이유로 옳지 않은 것은?

  1. 효소의 운동성을 높일 수 있다.
  2. 효소를 재사용할 수 있다.
  3. 효소의 안정성이 증대되어 최적온도 상승 효과를 낼 수 있다.
  4. 반응 후 효소의 회수나 효소 반응 생성물의 정제 과정을 없앨 수 있다.
(정답률: 70%)
  • 효소를 불용성 담체에 고정하면 물리적으로 고정되기 때문에 효소의 운동성은 오히려 제한됩니다.

    오답 노트
    효소 재사용 가능: 고정화의 주 목적
    안정성 증대: 열 및 화학적 안정성 향상
    정제 과정 간소화: 담체와 생성물의 분리가 용이함
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15. 플루오르 화합물 제조에 사용되지 않는 원료물질은?

  1. 형석
  2. 인광석
  3. 규석
  4. 빙정석
(정답률: 59%)
  • 플루오르 화합물 제조에는 형석, 인광석, 빙정석 등이 원료로 사용되지만, 규석($SiO_{2}$)은 실리콘 화합물의 원료이며 플루오르 제조와는 관련이 없습니다.
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16. 금속 이온과 배위 결합을 이룰 수 없는 리간드(ligand)는?

  1. H2O
  2. CN-
  3. NH+4
  4. H2C=CH2
(정답률: 67%)
  • 리간드는 금속 이온에 제공할 비공유 전자쌍을 가지고 있어야 합니다. 하지만 $NH_{4}^{+}$는 질소의 비공유 전자쌍이 모두 결합에 참여하여 더 이상 제공할 전자쌍이 없으므로 배위 결합을 형성할 수 없습니다.
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17. 팔면체 착화합물 중, 시스(cis) 이성질체의 구조식은? (단, M은 임의의 금속이고, a와 b는 서로 다른 한 자리 리간드이다)

(정답률: 67%)
  • 팔면체 착화합물에서 시스(cis) 이성질체는 동일한 리간드들이 서로 인접한 위치(90도 각도)에 배치된 구조를 말합니다. 구조가 이에 해당합니다.
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18. 2개의 카복실기를 가지는 아미노산은?

  1. 글라이신(Gly)
  2. 알라닌(Ala)
  3. 발린(Val)
  4. 글루탐산(Glu)
(정답률: 72%)
  • 글루탐산(Glu)은 곁사슬(R기)에 카복실기($-COOH$)를 하나 더 가지고 있어, 총 2개의 카복실기를 가지는 산성 아미노산입니다.
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19. 친전자성 방향족 치환 반응(electrophilic aromatic substitution reaction)에서, 메타(meta) 위치를 지향하는 작용기는?

  1. -OH
  2. -NHCOCH3
  3. -Cl
  4. -COOCH3
(정답률: 70%)
  • 방향족 고리에 결합된 작용기가 전자 끌개 그룹(Electron Withdrawing Group, EWG)일 경우, 고리의 전자 밀도를 낮추어 친전자체가 메타(meta) 위치로 공격하도록 유도합니다. $-\text{COOCH}_3$는 카보닐기의 영향으로 대표적인 메타 지향기입니다.

    오답 노트
    $-\text{OH}$, $-\text{NHCOCH}_3$: 전자 공여기로 오르토-파라 지향기입니다.
    $-\text{Cl}$: 할로젠 원소로 전자 끌개 그룹이지만 공명 효과로 인해 오르토-파라 지향기입니다.
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20. 다음은 물질 M의 자기 이력 고리(magnetic hysteresis loop)이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. B는 자속 밀도를 나타낸다.
  2. H는 외부 자기장의 세기를 의미한다.
  3. M은 반자성(diamagnetic) 물질이다.
  4. 영구 자석으로의 사용 가능 여부를 판단할 수 있다.
(정답률: 84%)
  • 자기 이력 곡선(Hysteresis loop)이 나타나는 물질은 강자성체입니다. 반자성체는 외부 자기장에 대해 매우 약하게 반발하며 이력 현상이 나타나지 않습니다.

    오답 노트
    M은 반자성 물질이다: 이력 곡선이 뚜렷하므로 강자성체입니다.
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