9급 지방직 공무원 공업화학 필기 기출문제복원 (2020-06-13)

9급 지방직 공무원 공업화학
(2020-06-13 기출문제)

목록

1. 토양에 뿌려졌을 때 염기성을 나타내는 비료는?

  1. 황안
  2. 요소
  3. 염화칼륨
  4. 석회질소
(정답률: 84%)
  • 석회질소는 토양에 뿌려졌을 때 약간의 염기성을 나타내는 비료입니다. 이는 석회질소가 분해되면서 암모니아가 생성되기 때문입니다. 암모니아는 염기성을 띄고 있어서 토양의 pH를 높여 염기성을 나타내게 됩니다.
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2. 생선의 유지를 경화유로 만드는 화학 반응은?

  1. 에스터화 반응
  2. 환원 반응
  3. 산화 반응
  4. 가수분해 반응
(정답률: 57%)
  • 생선의 유지를 경화유로 만드는 화학 반응은 환원 반응입니다. 이는 생선의 지방 성분에 포함된 이중결합을 단일결합으로 바꾸는 과정으로, 이를 위해 환원제인 산화마그네슘과 같은 화학 물질이 사용됩니다.
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3. 유지의 트라이글리세라이드를 구성하는 지방산 중 불포화 지방산인 것은?

  1. 라우르산(lauric acid)
  2. 팔미트산(palmitic acid)
  3. 리놀레산(linoleic acid)
  4. 스테아르산(stearic acid)
(정답률: 66%)
  • 리놀레산은 불포화 지방산 중 하나로, 유지의 트라이글리세라이드를 구성하는 지방산 중에도 불포화 지방산으로 분류됩니다. 이는 리놀레산이 탄소 사슬 중간에 두 개의 이중결합을 가지고 있기 때문입니다.
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4. 다음 화학 반응식에 해당하는 반응은?

  1. 첨가 반응(addition reaction)
  2. 제거 반응(elimination reaction)
  3. 치환 반응(substitution reaction)
  4. 자리옮김 반응(rearrangement reaction)
(정답률: 75%)
  • 이 반응은 브롬화 반응으로, 브롬(Br)이 메탄(CH4) 분자 내의 수소(H) 원자와 치환되는 반응입니다. 따라서 이는 치환 반응입니다.
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5. 가장 안정한 탄소양이온(carbocation)은?

  1. (CH3)3C+
  2. (CH3)2CH+
  3. CH3CH2+
  4. CH3+
(정답률: 75%)
  • "(CH3)3C+"가 가장 안정한 탄소양이온인 이유는 세 개의 메틸기(-CH3)가 이온에 결합되어 있기 때문입니다. 이는 전하를 분산시켜 안정성을 높이는 효과를 가지기 때문입니다. 또한, 이온의 중심에 있는 탄소 원자는 삼각피라미드 구조를 이루어 전자들이 가능한 한 멀리 떨어지도록 배치되어 있어 전하 밀도가 균일하게 분산되어 안정성이 높아집니다.
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6. 석유의 전화(conversion)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 코킹(coking)을 통해 황, 질소, 산소를 각각 황화수소, 암모니아, 물로 전환한다.
  2. 알킬화(alkylation)를 통해 올레핀과 파라핀으로부터 고옥탄가의 가솔린을 만든다.
  3. 고비점의 원료유를 촉매 하에 분해하여 고옥탄가의 가솔린을 제조하는 것을 접촉 분해(catalytic cracking)라 한다.
  4. 촉매를 사용하여 직선 사슬 화합물과 지방족 고리 화합물을 탈수소하여 측쇄파라핀과 방향족 화합물을 만드는 것을 접촉개질(catalytic reforming)이라 한다.
(정답률: 57%)
  • "코킹(coking)을 통해 황, 질소, 산소를 각각 황화수소, 암모니아, 물로 전환한다." 이 설명은 옳은 설명입니다. 코킹은 석유의 일부분을 고온하게 가열하여 분해시키는 과정으로, 이 과정에서 황, 질소, 산소 등이 전환됩니다.
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7. 방향족 작용기를 가진 아미노산으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 80%)
  • 방향족 작용기를 가진 아미노산은 페닐알라닌(Phe), 티로신(Tyr), 트립토판(Trp)이 있습니다. 그 중에서도 위 그림에서 보이는 아미노산은 페닐알라닌(Phe)입니다. 따라서 정답은 "ㄴ"입니다.
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8. 다음 중 열경화성 고분자는?

  1. 폴리카보네이트(polycarbonate)
  2. 폴리프로필렌(polypropylene)
  3. 나일론 6,6(nylon 6,6)
  4. 페놀 수지(phenol resin)
(정답률: 76%)
  • 열경화성 고분자는 열에 의해 경화되는 고분자로, 페놀 수지는 열에 노출되면 경화되는 성질을 가지고 있습니다. 따라서 페놀 수지는 열경화성 고분자입니다. 반면에 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 나일론 6,6은 열에 노출되어도 경화되지 않는 성질을 가지고 있기 때문에 열경화성 고분자가 아닙니다.
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9. 메조 화합물(meso compound)을 가질 수 있는 분자는?

  1. 2-Chlorobutane
  2. 2,3-Dichlorobutane
  3. 2-Bromo-3-chlorobutane
  4. 2-Bromo-1-phenylheptane
(정답률: 72%)
  • 메조 화합물은 분자 내에 대칭성 요소가 있어서 미러 이미지가 서로 일치하는 분자입니다. 2,3-Dichlorobutane은 분자 내에 중심 대칭성 요소를 가지고 있어서 미러 이미지가 서로 일치합니다. 따라서 2,3-Dichlorobutane은 메조 화합물입니다. 그러나 다른 분자들은 대칭성 요소가 없거나 대칭성 요소가 있어도 미러 이미지가 서로 일치하지 않기 때문에 메조 화합물이 될 수 없습니다.
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10. 벤젠으로부터 얻어지는 화합물과 이를 제조하기 위해 필요한 반응을 짝 지은 것으로 옳지 않은 것은? (순서대로 화합물, 반응)

  1. 페놀(phenol), 알킬화
  2. 스타이렌(styrene), 알킬화
  3. 무수말레인산(maleic anhydride), 수소화
  4. 아닐린(aniline), 니트로화
(정답률: 56%)
  • 무수말레인산은 벤젠과 부분산화 반응을 통해 얻어지며, 이를 제조하기 위해서는 벤젠과 공기 중에서 촉매를 사용하여 부분산화 반응을 진행한 후, 이를 수소화하여 얻을 수 있습니다. 따라서 "무수말레인산(maleic anhydride), 수소화"가 옳지 않은 짝입니다.
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11. 메테인(CH4)을 라디칼 할로겐화 반응(radical halogenation)시킬 때 전파 단계(propagation step)에 해당하는 것은?

  1. Cl2→2Cl·
  2. CH3·＋Cl·→CH3Cl
  3. CH4＋Cl·→CH3·＋HCl
  4. CH4＋Cl2→CH3Cl＋HCl
(정답률: 71%)
  • 전파 단계는 반응이 계속 진행되는 단계로, 라디칼과 반응하여 다시 라디칼을 생성하는 과정입니다. 따라서 "CH4＋Cl·→CH3·＋HCl"이 전파 단계에 해당합니다. 이 반응에서 메테인(CH4)과 클로로라디칼(Cl·)이 충돌하여 메틸라디칼(CH3·)과 염화수소(HCl)가 생성되며, 이 과정에서 클로로라디칼이 다시 생성되어 반응이 계속 진행됩니다.
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12. 다음 반복단위를 갖는 고분자의 합성에 사용되는 단량체는?

  1. H2N(CH2)6NH2와 Cl(CH2)8Cl
  2. 와 HO(CH2)6OH
  3. HO(CH2)6OH 와
  4. H2N(CH2)6NH2 와
(정답률: 77%)
  • 고분자의 합성에 사용되는 단량체는 반복 단위를 갖는 구조를 가지고 있어야 합니다. 따라서, H2N(CH2)6NH2와 가 정답입니다. 이들은 각각 아마이드 결합과 에스터 결합을 갖는 반복 단위를 형성할 수 있기 때문입니다. Cl(CH2)8Cl은 반복 단위를 형성할 수 없는 구조를 가지고 있습니다. HO(CH2)6OH는 에틸렌 긴 사슬을 갖는 구조를 가지고 있어 반복 단위를 형성하기에는 적합하지 않습니다. 마지막으로, 은 카르복실 그룹을 갖는 구조를 가지고 있어 반복 단위를 형성하기에는 적합하지 않습니다.
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13. 용질 입자의 종류와는 무관하며, 용액 내 용질 입자의 수에 의해서만 결정되는 용액의 성질을 있는 대로 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄹ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 80%)
  • 용액의 성질은 용질 입자의 종류와는 무관하며, 용액 내 용질 입자의 수에 의해서만 결정된다. 따라서, 용액 내에 있는 용질 입자의 수가 모두 같은 경우에는 용액의 성질도 같을 것이다. 이에 따라, "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 모두 용질 입자의 수가 같으므로, 용액의 성질도 같을 것이다.
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14. 촉매에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 촉매는 반응 엔탈피를 변화시켜 반응을 빠르게 한다.
  2. 불균일계 촉매를 사용할 경우 반응 후 촉매와 생성물의 분리가 균일계 촉매에 비해 쉽다.
  3. 이상적인 촉매의 경우 촉매 반응이 진행되는 동안 촉매의 질량은 바뀌지 않는다.
  4. 평형상수가 일정한 가역반응에서 촉매에 의해 정반응 속도가 증가하면 역반응 속도도 증가한다.
(정답률: 64%)
  • "촉매는 반응 엔탈피를 변화시켜 반응을 빠르게 한다."가 옳지 않은 설명입니다. 촉매는 반응 엔탈피를 변화시키지 않습니다. 대신, 촉매는 활성화 에너지를 낮추어 반응속도를 높이는 역할을 합니다. 이는 반응물 분자들이 촉매 표면에 흡착되어 활성화되고, 활성화된 분자들이 반응하기 쉬운 상태가 되어 반응속도가 증가하는 것입니다.
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15. 이산화황으로부터 황산을 제조하는 연실식과 접촉식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 연실식은 산화질소를 산화제로 사용한다.
  2. 연실식은 접촉식에 비해 제품의 농도가 낮고 불순물이 많다.
  3. 접촉식에서는 생성된 삼산화황을 흡수탑에서 물에 흡수시켜 황산을 제조한다.
  4. 삼산화황 제조를 위해 접촉식에서는 410~440℃에서 바나듐 촉매를 사용한다.
(정답률: 57%)
  • "접촉식에서는 생성된 삼산화황을 흡수탑에서 물에 흡수시켜 황산을 제조한다."가 옳지 않은 것입니다. 접촉식에서는 생성된 삼산화황을 흡수탑에서 물 대신에 농약이나 비료 등의 원료로 사용하기 위해 직접 수송하거나, 또는 다른 장치를 통해 직접 처리합니다. 이유는 삼산화황이 물과 반응하여 황산을 생성하는 것이 아니라, 삼산화황과 물이 반응하여 황산산을 생성하고, 이 황산산이 다시 삼산화황과 물로 분해되면서 황산이 생성되기 때문입니다. 따라서, 접촉식에서는 삼산화황을 직접 물에 흡수시켜 황산을 제조하는 것은 불가능합니다.
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16. KOH를 전해질로 사용하는 수소 연료 전지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 알짜반응의 반응 엔탈피는 0보다 작다.
  2. 산소 기체가 주입되는 환원전극에서 H2O가 발생한다.
  3. 관련된 알짜반응식은 2H2＋O2(→)2H2O이다.
  4. 전해질의 OH- 이온은 산화전극 쪽으로 이동한다.
(정답률: 47%)
  • "산소 기체가 주입되는 환원전극에서 H2O가 발생한다."는 옳은 설명입니다. 이유는 산소 기체가 환원전극에서 전자를 받아 O2- 이온으로 되고, 이 이온이 수소 이온(H+)과 결합하여 H2O가 생성되기 때문입니다.
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17. 라임－소다(lime-soda) 공정의 단물화(softening)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 44%)
  • - ㄱ. 라임(Lime)은 소다(Soda)보다 단단한 성질을 가지고 있기 때문에, 라임을 먼저 처리하여 소다보다 더욱 효과적인 단물화를 이룰 수 있다.
    - ㄴ. 단물화를 위해 라임과 소다를 함께 사용하는 이유는, 라임은 단단한 성질을 가지고 있어서 단물화에 효과적이지만, 산성성분이 많아서 pH가 낮아지는 단점이 있다. 이에 반해 소다는 알칼리성분이 많아서 pH를 높일 수 있기 때문에, 라임과 소다를 함께 사용하여 pH를 조절하면서 효과적인 단물화를 이룰 수 있다.
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18. 친핵성 치환반응(nucleophilic substitution reaction)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ
  2. ㄴ
  3. ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ
(정답률: 62%)
  • - 친핵성 치환반응은 전자 수가 적은 원자나 분자가 전자 수가 많은 원자나 분자와 반응하여 전자 수가 많은 쪽에서 전자를 받아들이고 전자 수가 적은 쪽에서는 전자를 놓아주는 반응이다.
    - 이 반응에서 친핵성(nucleophile)이란 전자를 기부할 수 있는 원자나 분자를 말하며, 전자를 받아들이는 전자수가 많은 원자나 분자를 전기핵성(electrophile)이라고 한다.
    - 위 그림에서는 친핵성인 브롬화물(-Br)이 전기핵성인 클로로메탄(CH3Cl)과 반응하여 브롬화메틸(CH3Br)을 생성하는 친핵성 치환반응이 일어난다.
    - 따라서 정답은 "ㄷ"이다.
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19. 단량체(HO－(CH2)3－NCO)를 중합하여 고분자를 만든다. 전환율 0.98에 도달하였을 때, 생성물의 수평균 분자량(Mn)[gmol-1]과 다분산 지수(polydispersity index, PDI)로 옳은 것은? (단, 수소, 탄소, 질소, 산소의 원자량은 각각 1, 12, 14, 16gmol-1이다) (순서대로 Mn, PDI)

  1. 5,050, 1.49
  2. 5,050, 1.98
  3. 9,999, 1.49
  4. 9,999, 1.98
(정답률: 58%)
  • 중합 반응에서 생성된 고분자의 수평균 분자량(Mn)은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Mn = (단량체 분자량) × (전환율) / (1 - 전환율)

    단량체 분자량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    단량체 분자량 = (1 × 1) + (4 × 12) + (1 × 14) + (1 × 16) = 74gmol-1

    따라서, Mn = (74gmol-1) × (0.98) / (1 - 0.98) = 3,700gmol-1 × 49 = 5,050gmol-1

    다분산 지수(PDI)는 분자량 분포의 넓이를 나타내는 지표로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    PDI = Mw / Mn

    여기서 Mw는 분자량 분포의 가중평균 분자량을 나타낸다. 이 문제에서는 Mw를 구하는 정보가 주어지지 않았으므로, 일반적으로 중합 반응에서 생성된 고분자의 PDI는 1.5 ~ 2.0 사이에 위치한다. 따라서, 가장 근접한 정답은 "5,050, 1.98"이다.
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20. 유화(emulsification)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 온도에 의해 유화의 안정성이 달라질 수 있다.
  2. 계면 활성제는 계면장력을 높이기 때문에 유화제로 사용된다.
  3. 유화제의 HLB(hydrophile-lipophile balance)에 따라 물과 기름과의 상관관계가 달라지게 된다.
  4. 한 액체가 작은 액적의 형태로 다른 액체에 분산되어 있는 상태를 말한다.
(정답률: 67%)
  • "계면 활성제는 계면장력을 높이기 때문에 유화제로 사용된다."가 옳지 않은 설명입니다. 계면 활성제는 계면장력을 낮추는 역할을 하며, 이는 유화를 가능하게 합니다. 계면장력이 높으면 물과 기름이 섞이지 않기 때문에 유화가 일어나지 않습니다.
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