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

9급 국가직 공무원 공업화학 2020-07-11 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2020-07-11 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 삼브로민화 붕소(BBr3)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 브뢴스테드－로우리 산이다.
  2. 루이스 산이다.
  3. 브뢴스테드－로우리 염기이다.
  4. 루이스 염기이다.
(정답률: 55%)
  • 삼브로민화 붕소($BBr_{3}$)의 붕소($B$) 원자는 최외각 전자가 6개뿐인 전자 부족 상태로, 외부로부터 전자쌍을 받아들일 수 있는 루이스 산(Lewis acid)의 특성을 가집니다.
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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: 55%)
  • 폴리올레핀(polyolefin)은 에틸렌이나 프로필렌과 같은 단량체의 이중 결합이 풀리면서 서로 연결되는 부가 중합(addition polymerization)으로 합성됩니다.

    오답 노트
    폴리아마이드, 폴리이미드, 페놀-포름알데히드 수지: 반응 과정에서 물이나 알코올 같은 작은 분자가 빠져나오는 축합 중합으로 합성됩니다.
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3. 이차전지만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 68%)
  • 이차전지는 충전과 방전이 가능하여 반복 사용이 가능한 전지를 말합니다. 니켈-카드뮴 전지와 리튬-산화망간 전지는 대표적인 이차전지입니다.

    오답 노트
    수은-아연 전지: 한 번 사용하면 폐기하는 일차전지입니다.
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4. 다음 반응에서 얻어지는 고분자의 종류는?

  1. 폴리아마이드(polyamide)
  2. 폴리카보네이트(polycarbonate)
  3. 폴리에스터(polyester)
  4. 폴리우레탄(polyurethane)
(정답률: 60%)
  • 디카르복실산인 테레프탈산과 디올인 에틸렌글리콜이 반응하여 물($H_{2}O$)이 빠져나가는 축합 중합 반응입니다. 카르복실기와 히드록시기가 반응하여 에스테르 결합을 형성하므로 생성되는 고분자는 폴리에스터(polyester)입니다.
    $$\text{HOOC-C}_{6}\text{H}_{4}\text{-COOH} + \text{HOCH}_{2}\text{CH}_{2}\text{OH} \xrightarrow{\Delta} \text{Polyester} + \text{H}_{2}\text{O}$$
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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: 30%)
  • 강염기이자 부피가 큰(bulky) 염기인 $t-butoxide$ ($(CH_{3})_{3}CO^{-}K^{+}$)는 친핵성 치환반응($S_{N}2$)보다는 제거반응($E2$)을 우선적으로 일으킵니다.
    1-브로모부탄($CH_{3}CH_{2}CH_{2}CH_{2}Br$)에서 $\beta$-수소가 제거되면서 가장 안정한 알켄인 1-부텐($CH_{3}CH_{2}CH=CH_{2}$)이 주생성물로 생성됩니다.
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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: 41%)
  • 메탄올 합성 반응은 고온, 고압 조건에서 촉매를 사용하여 진행되는 공정입니다.
    상온, 상압에서는 반응 속도가 매우 느려 합성이 불가능하며, 일반적으로 $H_{3}PO_{4}/SiO_{2}$ 촉매와 함께 높은 온도와 압력이 필요합니다.
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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: 36%)
  • 헤미셀룰로오스는 다양한 당류로 구성된 불균일 다당류입니다. 이 중 탄소 수가 5개인 5탄당(pentose)의 대표적인 예는 자일로오스(xylose)와 아라비노오스(arabinose)입니다.

    오답 노트
    글루코오스, 갈락토오스, 만노오스: 탄소 수가 6개인 6탄당(hexose)입니다.
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8. 음이온과 양이온을 모두 함유한 양쪽성(zwitterion) 계면활성제가 주생성물로 얻어지는 반응은? (단, R는 소수성 알킬기이다)

(정답률: 48%)
  • 양쪽성 계면활성제(zwitterion)는 분자 내에 양전하와 음전하를 동시에 가지는 구조입니다.
    3차 아민인 $RN(CH_{3})_{2}$와 클로로아세트산나트륨인 $ClCH_{2}COONa$가 반응하면, 질소 원자가 알킬화되어 4차 암모늄 양이온이 되고 카복실기 음이온이 공존하는 구조가 형성됩니다.
    따라서 정답은 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: 45%)
  • 격자 에너지는 이온 전하량의 곱에 비례하고, 이온 사이의 거리(이온 반지름의 합)에 반비례합니다.
    MgO는 $Mg^{2+}$와 $O^{2-}$로 구성되어 전하량의 곱이 $2 \times 2 = 4$로 가장 크며, 이온 반지름 또한 상대적으로 작아 정전기적 인력이 가장 강하므로 격자 에너지가 가장 큽니다.
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10. 응집침전법에 사용하는 응집보조제가 아닌 것은?

  1. Ca(OH)2
  2. Na2CO3
  3. NaOH
  4. FeCl3
(정답률: 55%)
  • 응집보조제는 응집제의 효율을 높이기 위해 첨가하는 물질로 $Ca(OH)_{2}$, $Na_{2}CO_{3}$, $NaOH$ 등이 사용됩니다. $FeCl_{3}$는 보조제가 아니라 그 자체로 강력한 응집제(Coagulant)로 분류됩니다.
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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: 52%)
  • 비스페놀 A는 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 에폭시 수지의 핵심 원료로 사용됩니다. 반면 ABS 수지는 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌의 공중합체로 비스페놀 A를 사용하지 않습니다.
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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: 68%)
  • 소금물($NaCl$ 수용액)을 전기 분해하면 양극에서는 염소($Cl_{2}$), 음극에서는 수소($H_{2}$)가 발생하며 수용액 속에는 수산화 소듐($NaOH$)이 생성됩니다. 따라서 과산화수소($H_{2}O_{2}$)는 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: 58%)
  • 반도체 제조공정에서 불순물인 도판트를 주입하여 전기적 특성을 조절하는 공정은 확산(diffusion)입니다.

    오답 노트
    식각(etching): 불필요한 부분을 제거하는 공정
    세척(washing): 오염물을 제거하는 공정
    산화(oxidation): 절연막을 형성하는 공정
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14. 탄화수소 C4H8의 구조 및 기하 이성질체의 총개수는?

  1. 4개
  2. 5개
  3. 6개
  4. 7개
(정답률: 50%)
  • $\text{C}_4\text{H}_8$은 뷰텐(butene) 계열의 알켄으로, 구조 이성질체와 기하 이성질체를 모두 고려해야 합니다.
    1. 1-뷰텐 (1개)
    2. cis-2-뷰텐 (1개)
    3. trans-2-뷰텐 (1개)
    4. 아이소뷰틸렌 (2-메틸프로펜, 1개)
    5. 사이클로뷰테인 (1개)
    6. 메틸사이클로프로판 (1개)
    따라서 총 개수는 6개입니다.
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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: 38%)
  • 배위수는 중심 금속에 결합한 리간드의 총 결합 수이며, 산화수는 전체 전하에서 리간드의 전하를 뺀 값입니다.
    ① 배위수: $\text{en}$은 2자리 리간드로 2개가 있고, $\text{Cl}$이 2개 결합되어 있으므로 $2 \times 2 + 2 = 6$
    ② 산화수: $\text{Co}$의 산화수를 $x$라 할 때, $x + (0 \times 2) + (-1 \times 2) = +1$ (전체 화합물 전하가 $\text{Cl}^-$ 하나만큼 양전하) $\rightarrow x - 2 = 1 \rightarrow x = +3$
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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: 45%)
  • 메탈로센 촉매($\text{Metallocene catalyst}$)는 단일 활성점을 가진 촉매로, 폴리에틸렌뿐만 아니라 폴리프로필렌의 입체 규칙성 제어 합성에 매우 유용하게 사용됩니다.

    오답 노트
    지글러-나타 촉매: 에틸렌/프로필렌 중합 가능
    크롬계 촉매: 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌 제조 가능
    고온 고압 공정: 자유 라디칼 중합을 통해 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 제조 가능
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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: 63%)
  • $\text{C}_4$ 올레핀인 1-뷰텐이나 2-뷰텐을 원료로 하여 수화 반응 및 가공 공정을 거치면 뷰테인-1,4-다이올($\text{butane-1,4-diol}$)을 합성할 수 있습니다.
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18. 탄소(C)가 친핵성인 화합물은?

  1. CH3MgCl
  2. CH3NH2
  3. O=CH2
  4. CH3Cl
(정답률: 52%)
  • 그리냐르 시약인 $\text{CH}_3\text{MgCl}$은 탄소와 전기음성도가 낮은 금속인 $\text{Mg}$가 결합되어 있어, 탄소가 부분적인 음전하($\delta^-$)를 띠게 되어 강한 친핵체로 작용합니다.
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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: 48%)
  • DNA의 유전 정보가 mRNA로 전달되는 전사 과정과, mRNA의 코돈(codon) 정보에 따라 아미노산이 배열되어 단백질이 합성되는 번역 과정에 대한 문제입니다.
    생성된 mRNA의 염기서열이 C-G-G라면, 상보적인 DNA 서열은 G-C-C가 되며, mRNA의 3개 염기 조합인 코돈에 의해 아미노산의 종류가 결정됩니다.

    오답 노트
    DNA로부터 mRNA가 형성되는 과정: 번역이 아니라 전사(transcription)입니다.
    단백질 합성 장소: 핵 내부가 아니라 세포질의 리보솜에서 일어납니다.
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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: 47%)
  • 두 치환기 모두 질소(N) 원자를 통해 배위 결합을 하지만, en(ethylenediamine)은 하나의 리간드가 두 개의 배위 자리를 차지하는 이치배위 리간드입니다. 이렇게 다치배위 리간드가 금속 이온과 고리 구조의 착물을 형성할 때 엔트로피 증가로 인해 착물의 안정도가 급격히 증가하는 현상을 킬레이트 효과(chelate effect)라고 합니다.
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