9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2019-04-06)

9급 국가직 공무원 공업화학
(2019-04-06 기출문제)

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1. 증류 정제 공정을 이용하여 원유를 여러 성분으로 분리할 때, 끓는점이 높아지는 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. LPG → 휘발유/나프타 → 등유 → 경유 → 아스팔트
  2. LPG → 아스팔트 → 등유 → 경유 → 휘발유/나프타
  3. 휘발유/나프타 → LPG → 등유 → 아스팔트 → 경유
  4. 휘발유/나프타 → 등유 → 아스팔트 → 경유 → LPG
(정답률: 93%)
  • 증류 정제 공정에서는 원유를 끓는점에 따라 여러 성분으로 분리합니다. 끓는점이 낮은 성분은 먼저 증류되고, 끓는점이 높은 성분은 나중에 증류됩니다. 따라서, 끓는점이 높아지는 순서대로 바르게 나열한 것이 "LPG → 휘발유/나프타 → 등유 → 경유 → 아스팔트" 입니다. LPG는 가장 낮은 끓는점을 가지고 있고, 아스팔트는 가장 높은 끓는점을 가지고 있기 때문입니다.
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2. 탄소 동소체로서 탄소 원자의 sp3 혼성오비탈로 구성된 것은?

  1. 흑연
  2. 풀러렌
  3. 다이아몬드
  4. 탄소나노튜브
(정답률: 64%)
  • 다이아몬드는 탄소 원자가 sp3 혼성오비탈로 구성되어 있습니다. 이는 탄소 원자가 네 개의 다른 원자나 결합에 참여할 수 있도록 하며, 이에 따라 다이아몬드는 매우 강한 결합력과 경도를 가지게 됩니다.
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3. 목재의 주요 성분의 함유율을 큰 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. 셀룰로스 > 헤미셀룰로스 > 수지 > 리그닌
  2. 셀룰로스 > 헤미셀룰로스 > 리그닌 > 수지
  3. 셀룰로스 > 리그닌 > 수지 > 헤미셀룰로스
  4. 셀룰로스 > 리그닌 > 헤미셀룰로스 > 수지
(정답률: 53%)
  • 정답은 "셀룰로스 > 리그닌 > 헤미셀룰로스 > 수지" 입니다.

    목재의 주요 성분은 셀룰로스, 리그닌, 헤미셀룰로스, 수지 등이 있습니다. 이 중에서 셀룰로스는 목재의 대부분을 차지하는 주요 성분으로, 목재의 강도와 경도를 결정하는 역할을 합니다. 따라서 셀룰로스의 함유율이 가장 높습니다.

    리그닌은 목재의 물성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 특히, 목재의 색상과 내구성에 영향을 미치는데, 셀룰로스와 함께 목재의 강도와 경도를 높이는 역할을 합니다.

    헤미셀룰로스는 셀룰로스와 비슷한 성질을 가지고 있지만, 셀룰로스보다는 더 가늘고 부드러운 섬유로 구성되어 있습니다. 따라서 목재의 표면을 부드럽게 만들어주는 역할을 합니다.

    수지는 목재의 내구성과 방수성을 높이는 역할을 합니다. 하지만, 목재의 전체적인 성질에는 큰 영향을 미치지 않기 때문에 함유율이 가장 낮습니다.
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4. 어떤 유지 5 kg을 완전히 비누화하는데 KOH가 0.2 kg이 사용되었다면, 비누화가(saponification value)는?

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 40
(정답률: 49%)
  • 비누화 값은 1 kg의 지방이 완전히 비누화될 때 생성되는 KOH의 양을 나타내는 값입니다. 따라서 5 kg의 지방을 비누화하기 위해 0.2 kg의 KOH가 사용되었으므로, 1 kg의 지방을 비누화하기 위해 필요한 KOH의 양은 0.2 kg / 5 kg = 0.04 kg입니다. 이 값에 1000을 곱하면 비누화 값이 40이 됩니다.
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5. 화학기상증착(CVD)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄱ, ㄴ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 70%)
  • 화학기상증착(CVD)은 기체나 액체 상태의 전구체를 고체 표면에 화학적 반응을 통해 증착시키는 기술이다. 그림에서 보이는 것처럼, CVD는 전구체 분자가 고체 표면에 흡착되고, 화학적 반응을 통해 고체 층이 형성된다. 이러한 과정에서는 전구체 분자가 고체 표면에 흡착되는 것이 중요한데, 이는 기체나 액체 상태에서 분자가 고체 표면으로 이동하는 과정인 흡착(adsorption)과 관련된다. 따라서, CVD는 전구체 분자가 고체 표면에 흡착되어 화학적 반응을 통해 고체 층이 형성되는 과정이므로 "ㄴ"이 정답이다.
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6. 다음 반응에서 얻어지는 최종 생성물 ㉠은?

  1. CH3(CH2)2CH3
  2. CH(CH3)3
  3. CH(CH3)2COOH
  4. CH(CH3)2CHO
(정답률: 59%)
  • 반응식을 보면, 두 개의 에틸기가 무게중심을 기준으로 대칭적으로 결합하여 생성물이 형성됩니다. 따라서, 최종 생성물은 대칭적인 구조를 가지며, 분자 내부의 모든 원자들이 서로 동일한 환경에서 존재합니다. 이러한 조건을 만족하는 분자는 "CH(CH3)3" 입니다. 다른 보기들은 분자 내부의 원자들이 서로 다른 환경에서 존재하므로, 최종 생성물이 될 수 없습니다.
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7. 아스피린의 합성 반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 이 반응은 탈수 축합반응이다.
  2. 이 반응은 산과 염기 사이의 중화반응이다.
  3. H+은 촉매로 사용된 산을 나타낸 것이다.
  4. 아세트산 대신 아세트산 무수물을 사용하여도 생성물 아스피린을 얻을 수 있다.
(정답률: 72%)
  • 이 반응은 탈수 축합반응이다. (정답이 아님)

    아스피린의 합성 반응은 산과 염기 사이의 중화반응이다. 살리실산과 아세트산이 중화되어 아세틸살리실산(아스피린)이 생성된다. H+은 촉매로 사용된 산을 나타낸 것이다. 아세트산 대신 아세트산 무수물을 사용하여도 생성물 아스피린을 얻을 수 있다.
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8. 다음 반응의 생성물을 바르게 연결한 것은? (순서대로 ⓐ, ⓑ)

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
(정답률: 56%)
  • 정답은 "ㄴ, ㄹ"입니다.

    이유는 반응식에서 첫 번째 물질인 A가 두 번째 물질인 B와 반응하여 생성물인 C와 D를 만들어내는데, C와 D가 서로 다른 방향으로 나가기 때문입니다.

    따라서 C와 D는 서로 반대 방향으로 움직이게 되는데, 이를 나타내기 위해 "ㄴ, ㄹ"로 연결해야 합니다.

    만약 "ㄱ, ㄷ"나 "ㄱ, ㄹ"로 연결하면, 생성물이 같은 방향으로 나가는 것처럼 보이기 때문에 올바르지 않습니다.

    또한 "ㄴ, ㄷ"로 연결하면, 생성물이 서로 다른 방향으로 나가는 것을 나타내지 못하기 때문에 올바르지 않습니다.
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9. Friedel-Crafts 알킬화 반응에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 방향족 고리가 탄소양이온(R+)을 공격하는 친핵성 방향족 치환반응이다.
  2. 다중 알킬화 반응 및 탄소양이온 자리 옮김이 일어날 수 있다.
  3. 아미노기와 같이 전자를 강하게 끌어당기는 기가 벤젠고리에 치환되어 있으면 반응이 잘 일어난다.
  4. Friedel-Crafts 알킬화 반응에는 할로젠화 알킬, 할로젠화 아릴, 할로젠화 바이닐을 사용할 수 있다.
(정답률: 49%)
  • Friedel-Crafts 알킬화 반응은 방향족 고리가 탄소양이온(R+)을 공격하는 친핵성 방향족 치환반응입니다. 이 반응에서는 다중 알킬화 반응 및 탄소양이온 자리 옮김이 일어날 수 있습니다. 이는 고리 내부에서 발생하는 반응으로, 고리에 치환기가 여러 개 달려 있거나, 치환기가 전자를 강하게 끌어당기는 기가 벤젠고리에 치환되어 있으면 더 잘 일어납니다. Friedel-Crafts 알킬화 반응에는 할로젠화 알킬, 할로젠화 아릴, 할로젠화 바이닐을 사용할 수 있습니다.
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10. 다음 그림은 인안계 고도화성비료의 제조공정 중 일부를 나타낸 것이다. ㉠～㉢에 들어갈 물질을 옳게 짝지은 것은? (순서대로 ㉠, ㉡, ㉢)

  1. H2SO4, (H3PO4, H2SO4), NH3
  2. HNO3, (H3PO4, H2SO4), KOH
  3. H2SO4, KCl, NH3
  4. HNO3, KCl, KOH
(정답률: 73%)
  • ㉠: H2SO4 - 황산은 고도화성비료 제조에 필요한 산성물질이다.
    ㉡: (H3PO4, H2SO4) - 인산과 황산은 고도화성비료 제조에 필요한 산성물질이다. 또한, 두 산을 혼합하여 사용하면 반응이 더욱 활발하게 일어나므로 함께 사용한다.
    ㉢: NH3 - 암모니아는 고도화성비료 제조에 필요한 염기성물질이다.
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11. 어떤 화합물의 화학식이 다음과 같이 표현될 때, IUPAC명명법에 따른 이 화합물의 이름은?

  1. 4,5-다이메틸-2-헥센(4,5-dimethyl-2-hexene)
  2. 4,5-다이메틸-2-헥세인(4,5-dimethyl-2-hexane)
  3. 2,3-다이메틸-4-헥센(2,3-dimethyl-4-hexene)
  4. 2,3-다이메틸-4-헥세인(2,3-dimethyl-4-hexane)
(정답률: 44%)
  • 이 화합물은 6개의 탄소 원자를 가지고 있으며, 두 개의 메틸기(-CH3)가 4번째와 5번째 탄소 원자에 결합하고 있으며, 더블결합이 2번째와 3번째 탄소 원자 사이에 존재합니다. 따라서, 이 화합물의 이름은 "4,5-다이메틸-2-헥센(4,5-dimethyl-2-hexene)" 입니다.
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12. 두 단량체 A와 B로부터 생성된 그라프트 공중합체(graft copolymer)의 구조는?

(정답률: 73%)
  • 그라프트 공중합체는 하나의 단량체에 다른 단량체가 붙어있는 공중합체입니다. 이 경우, 단량체 A와 B로부터 생성된 그라프트 공중합체는 A 단량체의 사슬 위에 B 단량체가 붙어있는 형태입니다. 따라서 ""가 정답입니다.
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13. 비닐계 합성수지가 아닌 것은?

  1. 폴리스타이렌(polystyrene)
  2. 폴리에틸렌(polyethylene)
  3. 폴리프로필렌(polypropylene)
  4. 폴리카보네이트(polycarbonate)
(정답률: 56%)
  • 폴리카보네이트는 비닐계 합성수지가 아닌 이유는, 비닐계 합성수지는 열가소성이 높아서 가열하면 녹거나 변형되는 반면, 폴리카보네이트는 열에 강하고 내구성이 뛰어나기 때문입니다.
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14. 음이온성 계면활성제가 아닌 것은?

  1. 비누
  2. 테트라알킬암모늄염(tetraalkylammonium salt)
  3. 알킬황산에스터염(alkylsulfate salt)
  4. 알킬벤젠술폰산염(alkylbenzenesulfonate salt)
(정답률: 55%)
  • 음이온성 계면활성제는 수용액에서 음이온을 형성하는 화합물로, 표면활성제로서 작용합니다. 따라서 "테트라알킬암모늄염"은 양이온성 계면활성제이므로 정답입니다. 나머지 보기들은 모두 음이온성 계면활성제입니다.
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15. 연료전지(fuel cell)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 반응 연료를 외부에서 공급받는 전지이다.
  2. 가장 높은 온도에서 작동하는 것은 용융탄산염형 연료전지이다.
  3. 소음이 적고, 무공해로 발전이 가능한 전기화학시스템 중의 하나이다.
  4. 알칼리 연료전지에 사용되는 전해질은 진한 KOH 용액이다.
(정답률: 54%)
  • 가장 높은 온도에서 작동하는 것은 용융탄산염형 연료전지이다. → 오히려 가장 높은 온도에서 작동하는 것은 고체산화물형 연료전지(SOFC)이다.
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16. 진한 질산(HNO3 98 % 수용액)을 원료로 사용하여 제조되는 물질이 아닌 것은?

  1. 축전지
  2. 화약
  3. 의약품
  4. 염료
(정답률: 52%)
  • 축전지는 질산을 사용하여 제조되는 물질이 아닙니다. 축전지는 화학적 반응을 통해 전기를 축적하는데 사용되는 장치이므로, 질산과는 직접적인 관련이 없습니다.
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17. 프로펜(propene)과 1-뷰텐(1-butene)을 혼합하여 올레핀 상호교환 (metathesis) 반응을 진행했을 때, 얻어지는 최종 생성물이 아닌 것은? (단, 자체-상호교환(self-metathesis)반응도 일어날 수 있으며, 촉매 내에는 어떠한 금속-탄소 이중결합도 존재하지 않는다)

  1. 에텐(ethene)
  2. 2-뷰텐(2-butene)
  3. 2-펜텐(2-pentene)
  4. 3-헵텐(3-heptene)
(정답률: 58%)
  • 프로펜과 1-뷰텐을 혼합하여 올레핀 상호교환 반응을 진행하면, 2-뷰텐과 2-펜텐이 생성된다. 이때, 자체-상호교환 반응으로도 2-뷰텐과 2-펜텐이 생성될 수 있으므로, 최종 생성물로는 2-뷰텐, 2-펜텐, 그리고 원래의 출발물인 프로펜과 1-뷰텐이 나올 수 있다. 따라서, 3-헵텐은 이 반응에서 생성되지 않는다.
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18. 케블라(Kevlar)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 64%)
  • - 케블라(Kevlar)는 폴리아미드 중 하나로, 높은 인장강도와 내열성을 가지고 있습니다. (ㄱ)
    - 주로 방탄조끼, 탄도 보호용 장비, 타이어 등에 사용됩니다. (ㄹ)
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19. 석탄에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 석탄의 건류 공정을 통해 방향족 탄화수소를 얻을 수 있다.
  2. 무연탄은 아탄에 비해 석탄화도가 크다.
  3. 석탄의 탈수소화를 거쳐 석유와 유사한 기름을 얻어낼 수 있다.
  4. 수증기와 반응하여 일산화탄소를 제조할 수 있다.
(정답률: 64%)
  • 석탄의 탈수소화를 거쳐 석유와 유사한 기름을 얻어낼 수 있다는 설명이 옳지 않습니다. 석탄의 탈수소화는 가스화 공정에서 이루어지며, 이를 통해 가스나 코크스 등의 부산물을 얻을 수 있습니다. 석유와 유사한 기름은 석유에서 추출할 수 있습니다.
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20. 고분자의 입체규칙성(tacticity)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 64%)
  • 고분자의 입체규칙성(tacticity)은 고분자 사슬 내에서 모노머의 결합 방향이 어떻게 배열되어 있는지를 나타내는 것입니다.

    이 중에서도 광범위하게 연구되고 있는 것은 비정규적인 이성질체(atactic)와 정규적인 이성질체(isotactic, syndiotactic)입니다.

    이 중에서도 주로 연구되는 것은 isotactic과 syndiotactic입니다.

    이유는 isotactic은 결합 방향이 모두 같아서 결정하기 쉽고, syndiotactic은 결합 방향이 번갈아 나타나기 때문에 구조가 균형적이어서 안정적이기 때문입니다.

    따라서 정답은 "ㄴ, ㄷ"입니다.
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