9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2020-07-11)

9급 국가직 공무원 공업화학
(2020-07-11 기출문제)

목록

1. 삼브로민화 붕소(BBr3)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 브뢴스테드－로우리 산이다.
  2. 루이스 산이다.
  3. 브뢴스테드－로우리 염기이다.
  4. 루이스 염기이다.
(정답률: 47%)
  • 삼브로민화 붕소(BBr3)은 루이스 산입니다. 이는 분자 내에서 전자를 받아들일 수 있는 빈 궤도를 가지고 있기 때문입니다. 삼브로민화 붕소는 브롬화 알킬화 반응에서 촉매로 사용되며, 이는 루이스 산의 특성을 이용한 것입니다.
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2. 축합 중합(condensation polymerization)이 주된 합성법이 아닌 것은?

  1. 폴리아마이드(polyamide)
  2. 폴리이미드(polyimide)
  3. 페놀－포름알데히드 수지(phenol-formaldehyde resin)
  4. 폴리올레핀(polyolefin)
(정답률: 50%)
  • 폴리올레핀은 축합 중합이 아닌 중합 반응으로 합성되기 때문입니다. 축합 중합은 이중 결합을 가진 모노머들이 서로 결합하여 고분자를 형성하는 반면, 중합은 단일 결합을 가진 모노머들이 결합하여 고분자를 형성합니다. 폴리올레핀은 에틸렌과 같은 단일 결합을 가진 모노머들이 중합하여 형성되는 고분자입니다.
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3. 이차전지만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 59%)
  • 이차전지는 양극과 음극이 각각 양과 음의 전하를 가지고 있기 때문에, 양극과 음극이 서로 만나면 전하가 상쇄되어 전기적인 에너지가 발생하지 않습니다. 따라서, 양극과 음극이 같이 선택되는 경우에는 전기적인 에너지가 발생하지 않으므로 정답은 "ㄱ, ㄴ" 입니다.
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4. 다음 반응에서 얻어지는 고분자의 종류는?

  1. 폴리아마이드(polyamide)
  2. 폴리카보네이트(polycarbonate)
  3. 폴리에스터(polyester)
  4. 폴리우레탄(polyurethane)
(정답률: 53%)
  • 반응식에서 사용된 이성질체들은 디카복실과 디알칼리메틸렌이다. 이들은 폴리에스터의 전구체이며, 이들이 반응하여 폴리에스터가 생성된다. 따라서 이 반응에서 얻어지는 고분자는 폴리에스터이다.
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5. 다음 반응의 주생성물(major product) A는?

  1. CH3CH2CH=CH2
  2. CH3CH2CH2CH2OC(CH3)3
  3. CH3CH=CHCH3
  4. CH3CH=CHCH2OC(CH3)3
(정답률: 21%)
  • 이 반응은 마이크로웨이브 조건에서의 화학 반응으로, Zaitsev's rule에 따라 가장 많은 수소 원자를 가진 부분에서 더 많은 양의 생성물이 형성됩니다. 따라서, 이 반응에서는 "CH3CH2CH=CH2"가 주생성물이 됩니다.
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6. 합성가스를 이용한 메탄올의 공업적 합성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 반응물은 일산화탄소(CO)와 수소(H2)이다.
  2. 이 반응은 발열반응이다.
  3. 디메틸에테르(CH3OCH3)가 부산물(byproduct)로 생성될 수 있다.
  4. 상온, 상압에서 H3PO4/SiO2를 사용하여 합성한다.
(정답률: 36%)
  • 상온, 상압에서 H3PO4/SiO2를 사용하여 합성한다는 설명이 옳지 않습니다. 메탄올의 공업적 합성은 일반적으로 고온, 고압에서 촉매를 사용하여 이루어지며, H3PO4/SiO2는 일반적으로 사용되지 않습니다. 이유는 H3PO4/SiO2는 촉매로서의 활성이 낮기 때문입니다. 대신, 주로 산화구리 촉매를 사용합니다.
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7. 헤미셀룰로오스(hemicellulose)의 구성 성분 중 5탄당(pentose)으로만 묶은 것은?

  1. 만노오스(mannose), 글루코오스(glucose)
  2. 갈락토오스(galactose), 아라비노오스(arabinose)
  3. 만노오스(mannose), 갈락토오스(galactose)
  4. 자일로오스(xylose), 아라비노오스(arabinose)
(정답률: 31%)
  • 헤미셀룰로오스는 주로 글루코오스와 5탄당으로 이루어져 있지만, 이 문제에서는 5탄당으로만 묶은 것을 찾는 것이므로 글루코오스는 제외됩니다. 그리고 보기에서 5탄당으로만 묶은 것은 "자일로오스(xylose), 아라비노오스(arabinose)" 입니다. 다른 보기들은 5탄당 이외의 당으로 이루어져 있기 때문에 제외됩니다.
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8. 음이온과 양이온을 모두 함유한 양쪽성(zwitterion) 계면활성제가 주생성물로 얻어지는 반응은? (단, R는 소수성 알킬기이다)

(정답률: 46%)
  • 주생성물로 얻어지는 반응은 아미노산의 중화점보다 pH가 높은 용액에서 일어나는 염기성 가수분해 반응입니다. 이때 아미노산은 양이온인 암모늄 이온과 음이온인 카복실레이트 이온으로 이온화되어 있습니다. 이 두 이온은 서로 상쇄되어 전체적으로는 중성이지만, pH가 높아지면 암모늄 이온은 탈수하면서 양전하를 잃고 중성 아미노기로 변하고, 이에 따라 전체적으로는 음전하를 띄게 됩니다. 이러한 상황에서 R기가 있는 아미노산이 염기성 조건에서 가수분해되면, R기가 양전하를 띄는 경우에는 카복실레이트 이온과 결합하여 음이온성 주생성물을 형성하고, R기가 음전하를 띄는 경우에는 암모늄 이온과 결합하여 양이온성 주생성물을 형성합니다. 따라서, 주어진 보기 중에서 이러한 반응에서 주생성물로 얻어지는 것은 "" 입니다.
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9. 격자 에너지(lattice energy)는 고체 이온결합 화합물 1몰을 기체 이온으로 완전히 분리시키는 데 필요한 에너지이다. 격자 에너지가 가장 큰 것은?

  1. MgO
  2. MgS
  3. NaF
  4. NaCl
(정답률: 41%)
  • 격자 에너지는 이온의 전하 크기와 이온 반지름의 크기에 영향을 받는다. MgO는 Mg2+와 O2-로 이루어져 있으며, Mg2+의 전하가 Na+보다 크고 O2-의 전하가 Cl-보다 크기 때문에 격자 에너지가 가장 크다. 또한, Mg2+와 O2-의 이온 반지름이 Na+와 Cl-보다 작기 때문에 이온 결합이 더 강하게 형성되어 격자 에너지가 더 크다. 따라서, MgO가 가장 큰 격자 에너지를 가진다.
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10. 응집침전법에 사용하는 응집보조제가 아닌 것은?

  1. Ca(OH)2
  2. Na2CO3
  3. NaOH
  4. FeCl3
(정답률: 56%)
  • 응집침전법에서 사용하는 응집보조제는 입자들을 결합시켜 큰 입자로 만들어 침전시키는 역할을 합니다. 이 중 Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH은 모두 응집보조제로 사용될 수 있습니다. 하지만 FeCl3은 응집보조제로 사용되지 않습니다. FeCl3은 침전시키는 역할을 하는 침전제로 사용됩니다. 따라서 정답은 FeCl3입니다.
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11. 비스페놀 A를 원료로 사용하지 않는 고분자는?

  1. 폴리카보네이트(polycarbonate)
  2. 폴리아릴레이트(polyarylate)
  3. ABS 수지(ABS resin)
  4. 에폭시 수지(epoxy resin)
(정답률: 49%)
  • ABS 수지는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌의 약자로, 비스페놀 A를 사용하지 않고도 제조할 수 있는 고분자 중 하나입니다. 반면에 폴리카보네이트와 폴리아릴레이트는 비스페놀 A를 원료로 사용하므로, 비스페놀 A를 사용하지 않는 고분자는 아닙니다. 에폭시 수지는 다른 원료를 사용하여 제조되지만, ABS 수지와는 다른 종류의 고분자입니다. 따라서 정답은 ABS 수지입니다.
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12. 소금물의 전기 분해 생성물이 아닌 것은?

  1. 염소(Cl2)
  2. 수소(H2)
  3. 수산화 소듐(NaOH)
  4. 과산화수소(H2O2)
(정답률: 64%)
  • 소금물의 전기 분해 생성물은 양극에서는 수소(H2)가, 음극에서는 수산화 소듐(NaOH)와 염소(Cl2)가 생성됩니다. 과산화수소(H2O2)는 소금물의 전기 분해 생성물이 아닙니다.
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13. 반도체 소자 제조공정에서 도판트(dopant)를 주입하는 공정은?

  1. 식각(etching)
  2. 확산(diffusion)
  3. 세척(washing)
  4. 산화(oxidation)
(정답률: 52%)
  • 도판트 주입 공정은 반도체 소자의 특성을 변경시키기 위해 도판트를 반도체 소자 내부로 주입하는 공정입니다. 이때 도판트는 확산(diffusion) 공정을 통해 반도체 소자 내부로 퍼지게 됩니다. 확산은 고농도에서 저농도로 이동하는 분자나 이온의 현상을 말하며, 반도체 소자 내부에 도판트를 주입하기 위해 이용되는 공정입니다.
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14. 탄화수소 C4H8의 구조 및 기하 이성질체의 총개수는?

  1. 4개
  2. 5개
  3. 6개
  4. 7개
(정답률: 48%)
  • C4H8는 4개의 탄소 원자와 8개의 수소 원자로 이루어진 분자입니다. 이 분자의 구조는 다음과 같이 2가지 형태가 있을 수 있습니다.

    1. 싸이클로부타인(cyclobutane)
    2. 2-부텐(2-butene)

    또한, 이 두 가지 구조는 각각 E-이성질체와 Z-이성질체로 나뉘어질 수 있습니다. 따라서, C4H8의 구조 및 기하 이성질체의 총개수는 2(구조) x 2(이성질체) = 4개입니다.
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15. 전이금속 화합물 [Co(en)2Cl2]Cl에서 중심 금속인 코발트(Co)의 배위수와 산화수를 옳게 짝 지은 것은? (단, en=1,2-ethylenediamine)(순서대로 Co배위수, Co산화수)

  1. 4, ＋2
  2. 4, ＋3
  3. 6, ＋2
  4. 6, ＋3
(정답률: 32%)
  • [Co(en)2Cl2]Cl의 분자 구조를 그리면, 코발트(Co) 중심에는 염화물(Cl)이 2개와 1,2-에틸렌디아민(en)이 2개가 차례대로 배치되어 있습니다. 이때, 코발트(Co)의 산화수는 염화물(Cl)의 산화수인 -1과 1,2-에틸렌디아민(en)의 산화수인 0을 합한 값이므로 0입니다. 따라서 코발트(Co)의 산화상태는 +3이어야 합니다. 또한, 1,2-에틸렌디아민(en)은 이중배위수를 가지므로 코발트(Co)의 배위수는 6이어야 합니다. 따라서 정답은 "6, ＋3"입니다.
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16. 올레핀 중합공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 지글러－나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst)를 이용하여 에틸렌으로부터 폴리에틸렌을 만들 수 있다.
  2. 메탈로센 촉매(Metallocene catalyst)는 폴리프로필렌의 합성에 사용할 수 없다.
  3. 크롬계 촉매를 이용하여 고밀도 폴리에틸렌을 만들 수 있다.
  4. 고온, 고압 조건에서 에틸렌을 중합하면 저밀도 폴리에틸렌을 만들 수 있다.
(정답률: 44%)
  • "메탈로센 촉매(Metallocene catalyst)는 폴리프로필렌의 합성에 사용할 수 없다."가 옳지 않은 것이며, 이유는 메탈로센 촉매는 폴리프로필렌의 합성에도 사용될 수 있다는 것입니다. 메탈로센 촉매는 지글러-나타 촉매와 함께 폴리프로필렌의 특성을 개선하는 데 사용됩니다.
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17. C4올레핀을 주원료로 하는 석유 화학 제품은?

  1. 뷰테인－1,4－다이올(butane-1,4-diol)
  2. 아이소프로필알코올(isopropyl alcohol)
  3. 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile)
  4. 펜타에리트리톨(pentaerythritol)
(정답률: 60%)
  • C4올레핀은 4개의 탄소 원자를 가지고 있으며, 이를 이용하여 다양한 화학물질을 합성할 수 있습니다. 뷰테인－1,4－다이올은 C4올레핀을 이용하여 합성할 수 있는 화학물질 중 하나입니다. 이 화합물은 알코올의 일종으로, 산업에서는 용제, 플라스틱, 화장품 등 다양한 용도로 사용됩니다. 따라서 C4올레핀을 주원료로 하는 석유 화학 제품 중에서 뷰테인－1,4－다이올이 선택될 수 있습니다.
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18. 탄소(C)가 친핵성인 화합물은?

  1. CH3MgCl
  2. CH3NH2
  3. O=CH2
  4. CH3Cl
(정답률: 53%)
  • 탄소(C)가 친핵성인 화합물은 다른 원자나 분자의 양성자와 결합할 수 있는 능력을 가지고 있는 화합물을 말합니다. 이 중에서 "CH3MgCl"은 탄소(C)와 마그네슘(Mg) 사이의 결합으로 인해 친핵성을 가지게 됩니다. 마그네슘(Mg)는 전자를 기부하여 탄소(C)를 더욱 음전하게 만들어 양성자와 결합할 수 있는 능력을 강화시키기 때문입니다. 따라서 "CH3MgCl"은 친핵성을 가지는 화합물입니다.
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19. DNA로부터 단백질이 형성되는 과정에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
(정답률: 42%)
  • - "ㄴ"은 올바른 mRNA의 생성 과정을 설명하고 있습니다. DNA가 mRNA로 전사되는 과정에서, DNA의 염기서열과 상보적인 염기서열을 가진 mRNA가 생성됩니다. 이 때, 전사 과정에서 RNA 폴리머아제가 DNA의 염기서열을 읽어가며, 상보적인 염기서열을 가진 mRNA를 생성합니다. 따라서 "ㄴ"은 옳은 설명입니다.
    - "ㄷ"는 올바른 번역 과정을 설명하고 있습니다. mRNA가 생성된 후, 이를 이용하여 단백질이 생성됩니다. 이 과정을 번역이라고 하는데, mRNA의 염기서열을 읽어가며 아미노산을 결합시켜 단백질을 생성합니다. 이 때, mRNA의 염기서열과 아미노산의 결합은 코돈-암호화표를 이용하여 이루어집니다. 따라서 "ㄷ"는 옳은 설명입니다.
    - "ㄱ"은 DNA의 염기서열과 mRNA의 염기서열이 동일하다는 잘못된 설명입니다. DNA와 mRNA는 염기서열이 상보적인 관계를 가지기 때문에, 동일한 염기서열을 가지지 않습니다.
    - "ㄹ"은 아미노산의 결합 순서가 mRNA의 염기서열과 동일하다는 잘못된 설명입니다. 아미노산의 결합 순서는 mRNA의 염기서열에 따라 결정되지만, 이는 코돈-암호화표를 이용하여 결정되기 때문에, 직접적으로 mRNA의 염기서열과 동일하지는 않습니다.
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20. [Ni(en)3]2+의 생성 평형상수(K1)가 [Ni(NH3)6]2+의 생성 평형상수(K2)보다 1010배만큼 더 크다. 이 차이를 설명할 수 있는 가장 적절한 효과는? (단, en=1,2-ethylenediamine)

  1. 결정장 효과(crystal field effect)
  2. 킬레이트 효과(chelate effect)
  3. 얀텔러 효과(Jahn-Teller effect)
  4. 틴들 효과(Tyndall effect)
(정답률: 39%)
  • [Ni(en)3]2+의 생성 평형상수(K1)가 [Ni(NH3)6]2+의 생성 평형상수(K2)보다 1010배만큼 더 크다는 것은 en이 Ni2+ 이온과 더 강하게 결합한다는 것을 의미합니다. 이는 킬레이트 효과(chelate effect)로 설명할 수 있습니다. en은 이중결합 구조를 가지고 있어 Ni2+ 이온과 두 개의 짝이 되는 자리에 결합할 수 있습니다. 이렇게 en이 Ni2+ 이온과 두 개 이상의 짝이 되는 자리에 결합할 때, 결합 에너지가 증가하고 생성 평형상수가 더 커지는 것입니다. 따라서, 킬레이트 효과가 이 차이를 설명할 수 있는 가장 적절한 효과입니다.
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