9급 국가직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2025-04-05)

9급 국가직 공무원 공업화학 2025-04-05 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 공업화학
(2025-04-05 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. 큐멘(cumene)법으로 페놀을 제조할 때 원료로 사용되는 화합물은?

  1. 헥세인
  2. 에탄올
  3. 아세톤
  4. 프로필렌
(정답률: 알수없음)
  • 큐멘법(Cumene process)은 페놀과 아세톤을 동시에 생산하는 공정입니다.
    벤젠과 프로필렌을 반응시켜 큐멘(이소프로필벤젠)을 먼저 합성한 후, 이를 산화 및 분해하여 페놀과 아세톤을 얻습니다. 따라서 원료로 사용되는 화합물은 프로필렌입니다.
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2. 석유 유분 내 싸이올(thiol) 제거를 주 목적으로 하는 정제공정은?

  1. 스위트닝(sweetening)
  2. 열분해(thermal cracking)
  3. 접촉 분해(catalytic cracking)
  4. 접촉 개질(catalytic reforming)
(정답률: 알수없음)
  • 석유 유분 내의 황 화합물 중 특히 싸이올(thiol)이나 머캅탄을 제거하여 냄새를 없애고 품질을 높이는 정제 공정을 스위트닝(sweetening)이라고 합니다.
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3. 불포화 유지를 수소화 공정(hydrogenation)으로 처리한 후 얻을 수 있는 효과로 옳지 않은 것은?

  1. 녹는점 증가
  2. 불포화도 증가
  3. 열적 안정성 증가
  4. 산화 안정성 증가
(정답률: 알수없음)
  • 수소화 공정은 불포화 유지의 이중 결합에 수소를 첨가하여 포화 상태로 만드는 과정입니다. 이 과정에서 불포화도는 감소하며, 결과적으로 녹는점이 상승하고 열적·산화 안정성이 증가합니다.
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4. 옥탄가(octane value)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 알수없음)
  • 옥탄가는 가솔린의 노킹 저항성을 나타내는 지표로, 2,2,4-트라이메틸펜테인의 옥탄가를 100, n-헵테인의 옥탄가를 0으로 정의합니다. 따라서 두 성분이 90 vol%와 10 vol%로 혼합된 연료의 옥탄가는 90이 됩니다.

    오답 노트
    탄화수소 사슬이 길어지면 일반적으로 옥탄가가 낮아지며, 디젤 기관의 노킹 정도를 나타내는 지표는 세탄가입니다.
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5. 분자 1개당 수소 원자가 많은 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?

  1. (다)－(라)－(가)－(나)
  2. (다)－(라)－(나)－(가)
  3. (라)－(다)－(가)－(나)
  4. (라)－(다)－(나)－(가)
(정답률: 알수없음)
  • 각 물질의 화학식을 통해 수소 원자의 개수를 비교하면 다음과 같습니다.
    (라) 사이클로헥세인: $C_6H_{12}$ (12개)
    (다) 파라자일렌: $C_8H_{10}$ (10개)
    (나) 프로페인: $C_3H_8$ (8개)
    (가) 벤젠: $C_6H_6$ (6개)
    따라서 수소 원자가 많은 순서는 (라)－(다)－(나)－(가)입니다.
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6. 무정형(amorphous) 고분자의 유리 전이 온도(glass transition temperature)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄱ, ㄴ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 무정형 고분자의 유리 전이 온도($T_g$)는 고분자 사슬의 유연성, 사슬 간의 극성 상호작용(인력) 등에 의해 결정되며, $T_g$보다 낮은 온도에서는 분자 운동이 제한되어 딱딱한 유리상으로 존재합니다.
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7. 산화수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 산화수는 정수로만 표현된다.
  2. 중성 분자에서 원자들의 산화수 합은 0이다.
  3. 이온 화합물에서 원자들의 산화수 합은 이온 화합물의 전하량과 같다.
  4. 산화수를 이용하여 물질을 구성하는 성분 원소의 산화 또는 환원 정도를 비교할 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 산화수는 일반적으로 정수로 표현되지만, 화합물 내의 평균 산화수를 계산할 경우 분수 형태로 나타날 수 있습니다.

    오답 노트
    중성 분자에서 원자들의 산화수 합은 0이며, 이온 화합물에서는 전체 전하량과 같고, 이를 통해 원소의 산화 또는 환원 정도를 비교할 수 있습니다.
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8. 계면활성제에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 계면활성제는 친수성 작용기만으로 이루어져 있다.
  2. 물에 음이온성 계면활성제를 혼합하면 적시는 능력(wetting power)이 증가한다.
  3. 음이온성 계면활성제 수용액 내 형성된 구형 마이셀에서 탄소 사슬의 친수성 말단은 중심을 향하고 있다.
  4. 임계 마이셀 농도(critical micelle concentration) 이상에서 계면활성제 농도가 증가할수록 표면장력은 증가한다.
(정답률: 알수없음)
  • 계면활성제는 액체의 표면장력을 낮추어 고체 표면에 액체가 더 잘 퍼지게 하는 적시는 능력(wetting power)을 증가시킵니다.

    오답 노트
    친수성 작용기만으로 구성: 친수성과 친유성(소수성) 작용기를 모두 가져야 함
    친수성 말단이 중심 향함: 친유성 꼬리가 중심을 향하고 친수성 머리가 바깥쪽을 향함
    표면장력 증가: 임계 마이셀 농도 이상에서는 표면장력이 거의 일정하게 유지됨
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9. 비료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 비료의 3요소는 인, 질소, 칼륨이다.
  2. 배합비료는 비료 성분을 단순 혼합한 것이다.
  3. 화성비료는 화학반응을 통해 제조할 수 있다.
  4. 비료의 3요소 성분의 함량이 50% 미만인 것은 저도화성비료로, 50% 이상인 것은 고도화성비료로 구분한다.
(정답률: 알수없음)
  • 화성비료의 고도/저도 구분 기준은 3요소 성분 함량이 $30\%$를 기준으로 합니다. $30\%$이상인 경우를 고도화성비료, $30\%$ 미만인 경우를 저도화성비료라고 합니다.

    오답 노트
    50% 기준: 구분 기준 수치가 $30\%$이므로 틀림
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10. 다음 수화 반응이 Markovnikov 규칙을 따를 때, 주 생성물은?

(정답률: 알수없음)
  • 마르코브니코프(Markovnikov) 규칙에 따른 수화 반응 문제입니다.
    알켄의 수화 반응 시, 수소($H$)는 수소가 더 많이 결합되어 있는 탄소에 결합하고, 히드록시기($-OH$)는 수소가 더 적게 결합되어 있는(치환기가 더 많은) 탄소에 결합하여 더 안정적인 탄소 양이온 중간체를 형성합니다.
    따라서 $\text{CH}_{3}\text{CH}_{2}\text{CH}=\text{CH}_{2}$에 물이 더해지면 2번 탄소에 $-OH$가 붙은 가 주 생성물이 됩니다.
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11. 아미노산에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 아미노산과 단백질의 기본 구조 및 성질에 대한 문제입니다.
    단백질은 아미노산들이 아미드 결합(펩타이드 결합)을 통해 연결된 고분자이며, 아미노산은 분자 내에 아민기($-NH_{2}$)와 카복실기($-COOH$)를 모두 가지고 있는 것이 특징입니다.

    오답 노트
    지구상에 존재하는 아미노산의 종류는 매우 많으며, 그중 단백질 합성에 사용되는 표준 아미노산이 20종인 것이지 전체 아미노산이 20종인 것은 아닙니다.
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12. 나프탈렌의 설폰화반응(sulfonation)을 40~50°C에서 단시간 진행할 때, 주 생성물은?

(정답률: 알수없음)
  • 나프탈렌의 설폰화 반응은 온도에 따라 주 생성물이 달라지는 열역학적/속도론적 제어 반응입니다. $40 \sim 50^{\circ}C$의 낮은 온도에서는 반응 속도가 빠른 속도론적 제어 생성물인 1-나프탈렌설폰산 이 주 생성물로 얻어집니다.
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13. 아스피린(aspirin)의 구조식은?

(정답률: 알수없음)
  • 아스피린은 살리실산의 히드록시기에 아세틸기가 결합된 아세틸살리실산입니다. 따라서 벤젠 고리에 카복실기($-COOH$)와 아세톡시기($-OCOCH_{3}$)가 인접하게 결합된 가 정답입니다.
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14. 다음 구조식을 갖는 고분자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 열경화성 고분자이다.
  2. 파이프, 필름 제조에 사용될 수 있다.
  3. 라디칼 중합법으로 합성될 수 있다.
  4. 용도에 맞게 가소제를 혼합하여 가공할 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 구조식 은 폴리염화비닐(PVC)입니다. PVC는 선형 구조의 열가소성 고분자로, 가열 시 녹아 재성형이 가능합니다.

    오답 노트
    열경화성 고분자: PVC는 열가소성 고분자입니다.
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15. 구리(Cu)와 아연(Zn)으로 구성된 다니엘 전지의 산화전극(anode)에서 일어나는 반응은?

  1. Zn(s)→Zn2+(aq)＋2e-
  2. Cu(s)→Cu2+(aq)＋2e-
  3. Zn2+(aq)＋2e-→Zn(s)
  4. Cu2+(aq)＋2e-→Cu(s)
(정답률: 알수없음)
  • 다니엘 전지에서 산화전극(Anode)은 표준 환원 전위가 더 낮은 금속이 산화되는 곳입니다. 아연($Zn$)이 구리($Cu$)보다 반응성이 커서 전자를 잃고 산화됩니다.
    $$Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^{-}$$
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16. 황안에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 질소비료로 사용될 수 있다.
  2. 카프로락탐 제조 공정에서 얻을 수 있다.
  3. 황산과 암모니아를 반응시켜 얻을 수 있다.
  4. 암모니아 소다법(Solvay process)에서 얻을 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 황안(Ammonium sulfate)은 황산과 암모니아를 반응시켜 제조하며, 농업용 질소 및 황 비료로 널리 사용됩니다. 또한 카프로락탐 제조 공정의 부산물로 얻을 수 있습니다.

    오답 노트
    암모니아 소다법(Solvay process): 탄산나트륨($Na_{2}CO_{3}$)을 제조하는 공정으로 황안과는 무관합니다.
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17. 알킬화(alkylation) 반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. O-alkylation 반응을 통해 에터(ether) 화합물을 합성할 수 있다.
  2. C-alkylation 반응은 탄소 원자를 알킬기로 치환시키는 반응이다.
  3. C-alkylation 반응은 가솔린의 옥탄가를 높이는 데 활용될 수 있다.
  4. N-alkylation 반응을 통해 아민기의 수소 원자를 알킬기로 치환시킬 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • C-alkylation 반응은 탄소 원자를 알킬기로 치환하는 것이 아니라, 탄소-수소 결합의 수소 원자를 알킬기로 치환하거나 탄소-탄소 결합을 형성하는 반응입니다.

    오답 노트
    O-alkylation: 산소 원자에 알킬기가 결합하여 에터 형성 (옳음)
    가솔린 옥탄가: 분지형 탄화수소 형성을 통해 옥탄가 상승 (옳음)
    N-alkylation: 질소 원자의 수소를 알킬기로 치환하여 아민 형성 (옳음)
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18. 그림과 같이 고분자 (가), (나), (다)가 응력(stress)－변형(strain) 곡선을 따르며, 초기 탄성 구간에서는 훅의 법칙(Hooke's law)을 따른다. 인장 탄성률(elastic modulus)과 항복응력(yield stress)이 가장 큰 고분자를 바르게 연결한 것은? (단, A, B, C는 각 고분자의 파괴점이다.)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 응력-변형 곡선에서 인장 탄성률은 초기 직선 구간의 기울기이며, 항복응력은 탄성 변형이 끝나고 소성 변형이 시작되는 지점의 응력 값입니다.
    1. 인장 탄성률: 기울기가 가장 가파른 (가)가 가장 큽니다.
    2. 항복응력: 곡선이 꺾이기 시작하는 지점의 높이가 가장 높은 (나)가 가장 큽니다.
    따라서 인장 탄성률은 (가), 항복응력은 (나)인 조합이 정답입니다.
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19. 착물의 중심 금속에서 전자 배치가 결정장 이론(crystal field theory)을 따르고 바닥 상태일 때, 홀전자 수가 가장 큰 것은? (단, Co와 Ni의 원자번호는 각각 27과 28이다.)

  1. 사면체 착물의 Ni2+
  2. 사각 평면 착물의 Ni2+
  3. 고스핀 팔면체 착물의 Co2+
  4. 저스핀 팔면체 착물의 Co3+
(정답률: 알수없음)
  • 각 착물의 전자 배치를 분석하여 홀전자 수를 계산합니다.
    사면체 $Ni^{2+}$: $d^{8}$ 전자 배치, 홀전자 2개
    사각 평면 $Ni^{2+}$: $d^{8}$ 전자 배치, 홀전자 0개
    고스핀 팔면체 $Co^{2+}$: $d^{7}$ 전자 배치, 홀전자 3개
    저스핀 팔면체 $Co^{3+}$: $d^{6}$ 전자 배치, 홀전자 0개
    따라서 홀전자 수가 3개로 가장 많은 고스핀 팔면체 착물의 $Co^{2+}$가 정답입니다.
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20. 높은 에너지를 갖는 이온의 충돌을 통해 표적(target)에서 떨어져 나온 원자들을 응축시켜 박막을 형성하는 공정은?

  1. 식각(etching)
  2. 스퍼터링(sputtering)
  3. 포토리소그래피(photolithography)
  4. 화학기상증착(chemical vapor deposition)
(정답률: 알수없음)
  • 고에너지 이온(주로 $Ar^{+}$)을 표적 물질에 충돌시켜 튀어나온 원자들을 기판에 응축시켜 박막을 형성하는 물리적 증착(PVD) 방식이 스퍼터링(sputtering)입니다.
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