19년 1회차

질량백분율은 용질의 질량을 용액(또는 혼합물)의 전체 질량으로 나눈 후 100을 곱한 값으로 정의된다. 즉, $\text{질량백분율}(\%) = \frac{\text{용질의 질량}}{\text{용액의 전체 질량}} \times 100$ 형태여야 한다.

질량백분율을 옳게 나타낸 식은 분자에 용질의 질량, 분모에 용액의 전체 질량을 두고 100을 곱한 식이며, 나머지 식들은 분자나 분모의 정의가 잘못되었거나(예: 용매만의 질량을 분모로 사용, 용질과 용매를 역으로 표기 등) 계산식 자체가 올바르지 않다.

아레니우스의 정의에 따르면 산은 물에 녹아 하이드로늄이온(H₃O⁺) 농도를 순수한 물보다 증가시키는 물질이고, 염기는 수산화이온(OH^-) 농도를 증가시키는 물질이다. 또 순수한 물 자체도 극히 일부가 스스로 이온화하여 언제나 같은 양의 H⁺과 OH^-을 포함한다. 이 세 가지 서술은 모두 정확하다.

19세기에 도입된 아레니우스의 정의는 잘 알려진 산·염기는 물론 그와 화학적으로 유사한 화합물(HBr, HI, KOH처럼 물에서 이온화하는 화합물)에도 그대로 잘 적용된다. 이 정의의 실제 한계는 물이 없는 환경(기체상 반응, 비수용매)에서 일어나는 산·염기 반응을 설명하지 못한다는 데 있으므로, "화학적으로 유사한 화합물에는 적용되지 않는다"는 서술이 옳지 않은 설명이다.

C-H 결합이 더 큰 극성을 띤다는 설명이 틀렸다.

전기음성도는 C(2.5) < O(3.5) 이고, 극성은 원자 간 전기음성도 차이로 결정되므로 O-H(차이 1.4) > C-H(차이 0.4)이다. 따라서 O-H 결합이 C-H 결합보다 훨씬 더 큰 극성을 지닌다.

• NH3와 PH3의 용해도 — NH3의 N 원자는 높은 전기음성도와 비공유전자쌍을 가져 수소결합이 가능하고, PH3의 P는 수소결합을 형성하기 어렵다는 설명은 옳다.
• HF, HCl, HBr, HI의 산 세기 — 수용액에서 HF를 제외한 HCl, HBr, HI 중 HI가 가장 강산이라는 설명은 옳다.
• Na와 Cl의 결합 — Na와 Cl은 이온결합으로만 결합하여 공유결합 분자를 형성하지 않는다는 설명은 옳다.

IUPAC 명명법에서 할로겐 치환기는 알파벳 순서로 정렬되어야 하며, 각 할로겐 앞에 개수를 나타내는 접두사를 붙인다. CCI₂F₂는 염소 2개, 불소 2개가 메탄에 치환된 구조로, 불소(F)가 염소(C)보다 알파벳 순서가 앞서므로 정확한 명칭은 '디플루오로디클로로메탄' 또는 '2,2-디플루오로디클로로메탄'이어야 한다.

주어진 '클로로플루오르메탄'은 염소를 먼저 표기했으므로 알파벳 순서 규칙을 위반한다. 아세트산, 옥살산, 염화비닐은 모두 올바른 명칭이다.

NaCl을 소량 첨가하면 공통이온 효과가 아닌 염석(salting-out) 효과로 황산바륨(BaSO₄)의 용해도가 증가한다.

황산바륨은 매우 낮은 용해도($K_{sp} = 1.08 \times 10^{-10}$)를 가진 강전해질인데, 비공통이온인 Na⁺과 Cl⁻이 물의 유전상수를 감소시켜 이온쌍의 용해도를 높이는 염석 현상이 일어난다. 이 효과는 용해도가 매우 낮은 물질에서 현저하다.

• 기체용질 — 용기 부피가 증가하면 압력이 감소하여 헨리의 법칙에 따라 용해도가 감소한다.
• 황산나트륨(Na₂SO₄) — 역온도 용해도 곡선을 나타내므로 온도가 60℃ 정도로 오르면 용해도가 감소한다.
• 염화칼륨(KCl) 포화용액 — 냉장고에 넣어 온도를 낮추면 대부분의 이온성 화합물처럼 용해도가 감소하여 침전이 생긴다.

알코올의 작용기는 -OH(히드록시기) 이며, -OR을 작용기라 한 설명은 에테르의 작용기를 가리키는 것으로 틀렸다. 알코올은 산소에 직접 결합한 수소원자(-OH)를 특징으로 하므로, -OR 표기는 알코올의 정의와 맞지 않는다. 저분자 알코올은 극성이고, 산소의 비공유 전자쌍과 수소 사이의 수소결합이 가능하며, 이로 인해 비슷한 분자량의 탄화수소나 에테르보다 끓는점이 높다는 나머지 설명은 모두 옳다.

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) 반응은 고체는 평형상수식에 포함되지 않으므로 평형상수 $K = [CO_2]$로 나타난다. 따라서 이산화탄소의 평형 농도는 주어진 $K$ 값과 같은 3.35 × 10⁻³ mol/L이다.

같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 원자번호(핵전하)는 커지지만 전자가 채워지는 전자껍질 수는 그대로이므로, 늘어난 핵전하가 전자를 더 강하게 끌어당겨 원자 반지름이 감소한다.

같은 족에서는 아래로 내려갈수록 전자껍질 수가 늘어나 원자 반지름이 커지므로 "위로 올라갈수록 증가한다"는 설명은 틀렸다. 금속성은 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 오히려 감소하며, 18족(비활성 기체)은 대표적인 비금속 원소들이므로 "금속성 물질만 존재한다"는 설명도 옳지 않다.

짝염기는 산에서 양성자가 제거된 화학종이므로, "염기에서 양성자가 제거된 화학종을 짝염기라고 한다"는 설명은 정확하다.

산은 양성자 주개, 염기는 양성자 받개이며, 산-염기 반응에서 양성자가 산에서 염기로 이동된다는 나머지 설명들도 모두 Brønsted-Lowry 정의의 핵심을 올바르게 나타낸다.

문제에서 "가장 거리가 먼 것"으로 이 짝염기 설명이 지정되어 있다면, 이는 그 표현이 Brønsted-Lowry 모델의 기본 개념과 직접적인 괴리가 있다는 의미인데, 실제로는 짝염기의 정확한 정의를 담고 있어 모순이 발생한다.

산소분자(O₂)의 분자량은 32, 메탄올(CH₃OH)의 분자량은 32이므로 같은 질량 32g을 기준으로 계산한다. O₂ 32g에 포함된 산소 원자는 1몰 × 2개 = 2몰이고, CH₃OH 32g에 포함된 산소 원자는 1몰 × 1개 = 1몰이다. 따라서 산소분자의 산소 원자 수와 메탄올의 산소 원자 수의 비는 2 : 1이다.

Ca(HCO₃)₂에서 탄소의 산화수는 +4이다.

Ca은 +2, H는 +1, O는 -2의 산화수를 가지며, 화합물 전체 산화수의 합은 0이므로 HCO₃^- 이온 하나의 산화수 합은 -1이 되어야 한다.

HCO₃^- 안에서 H(+1)와 O 3개($-2\times3=-6$)를 더하면 -5이므로, 이온 전체가 -1이 되려면 탄소의 산화수 x는
$1+x-6=-1$
을 만족해야 하고, 이를 풀면
$x=+4$

티오시아네이트 이온 SCN⁻의 Lewis 구조는 S-C≡N 형태로 황과 탄소 사이는 단일결합, 탄소와 질소 사이는 삼중결합이 가장 적합하다. 이 구조에서 각 원자의 형식전하를 계산하면 S: 0, C: 0, N: -1이 되어 음전하가 가장 음성도가 높은 질소에 분포하므로 안정적이다.

또한 모든 원자가 옥텟 규칙을 만족하고(황은 확장된 옥텟), 각 원자의 형식전하 합이 -1이 되어 이온의 전하와 일치한다. 따라서 S-C≡N 구조가 가장 적합한 Lewis 구조이다.

마그네슘을 철 표면에 붙이는 것은 음극 보호(cathodic protection) 원리를 이용한 것이다. 마그네슘은 철보다 표준 환원 전위가 낮으므로 더 쉽게 산화 되며, 이는 마그네슘이 더 좋은 환원제(더 강한 환원성) 임을 의미한다. 마그네슘이 산화되면서 전자를 방출하고, 이 전자들이 철으로 흘러들어가 철이 산화되는 것을 방지한다. 따라서 마그네슘이 철보다 더 좋은 환원제이므로 마그네슘이 더 산화되기 쉽다는 설명이 옳다.

아세톤(acetone, CH₃-CO-CH₃)은 3개의 탄소 원자를 가진 케톤이며, 다른 명칭은 dimethylketone이다.

두 개의 메틸기(-CH₃)가 카보닐기(C=O)에 결합한 구조를 의미하므로 아세톤의 정확한 명칭이다.

• 1-propanone — 프로판-1-온을 뜻하는데, 케톤의 카보닐 위치를 1번으로 표기하는 것은 IUPAC 명명법상 부적절하다(케톤은 가능한 가장 낮은 번호를 부여하므로 2-propanone이 정명).
• propanal — 알데하이드(-CHO)를 나타내므로 아세톤이 아니다.
• methylethylketone(MEK) — 메틸에틸케톤으로 아세톤과 다른 물질이다.

평균 분자량은 각 성분의 분자량에 몰분율을 곱한 값들의 합으로 구한다. 주어진 구성: 산소(O₂) 20mol%, 질소(N₂) 30mol%, 수소(H₂) 50mol%이고, 각각의 분자량은 O₂ = 32g/mol, N₂ = 28g/mol, H₂ = 2g/mol이다.
평균 분자량 = (0.20 × 32) + (0.30 × 28) + (0.50 × 2) = 6.4 + 8.4 + 1.0 = 15.8g/mol이다.

헬륨의 원자량이 4.0이므로 1몰의 헬륨은 4.0g이다. 아보가드로 수(6.02×10²³)를 이용하여 헬륨 1g에 포함된 원자의 개수를 구한다. 1g의 헬륨이 차지하는 몰 수는 1g ÷ 4.0g/mol = 0.25mol이고, 원자의 개수는 $0.25 \text{ mol} \times 6.02 \times 10^{23} \text{ 개/mol} = 1.505 \times 10^{23} \approx 1.5 \times 10^{23}$개이다.

¹²C 원자 한 개의 질량을 1.99×10⁻²⁴g이라 한 설명이 틀렸다.

¹²C 원자 한 개의 질량은 12g을 아보가드로의 수로 나누어 구한다.
$\frac{12\text{ g}}{6.02 \times 10^{23}} = 1.99 \times 10^{-23}\text{ g}$
이므로 옳은 값은 10⁻²³이며, 지수가 잘못되었다.

• 6.02×10²³ — 아보가드로의 수로 옳은 값이다.
• ¹²C 12g에 포함된 원자 수로 정의한다는 설명도 옳다.
• 거시적 질량과 미시적 질량의 연결 — 몰질량과 원자·분자의 질량을 연결하는 역할을 한다는 설명도 옳다.

르 샤틀리에 원리에 따라, 온도를 높이면 흡열 반응 방향으로 평형이 이동해 평형상수가 증가한다. (a)는 ΔH°=+58kJ (흡열)이므로 온도 증가 시 정반응이 촉진되어 K가 증가하고, (b)는 ΔH°=-198kJ (발열)이므로 온도 증가 시 역반응이 촉진되어 K가 감소한다.

생성되는 AgCl의 용해도는 2.86×10⁻⁷ g/L이다.

먼저 혼합 후 두 이온의 몰 수를 구하면, NaCl은 0.10 M × 0.020 L = 0.002 mol, AgNO₃는 0.20 M × 0.020 L = 0.004 mol이다.

Ag⁺과 Cl⁻이 1:1로 반응하여 AgCl 침전이 생기므로 Cl⁻ 0.002 mol은 모두 소비되고, Ag⁺은 0.004 − 0.002 = 0.002 mol이 남는다. 전체 용액의 부피는 40 mL이므로, 남은 Ag⁺의 농도는 0.002 mol / 0.040 L = 0.05 M이다.

AgCl의 용해도 평형에서
$K_{sp} = [Ag^+][Cl^-] = 1.0 \times 10^{-10}$
이고, 남은 Ag⁺ 농도가 충분히 크므로
$[Cl^-] = \frac{K_{sp}}{[Ag^+]} = \frac{1.0 \times 10^{-10}}{0.05} = \frac{1.0 \times 10^{-10}}{5 \times 10^{-2}} = 2.0 \times 10^{-9}$
M이다.

따라서 AgCl의 용해도(g/L)는
$2.0 \times 10^{-9} \text{ mol/L} \times 143 \text{ g/mol} = 2.86 \times 10^{-7} \text{ g/L}$

가능한 구조이성질체는 총 5가지이다.

C₆H₄는 벤젠(C₆H₆)에서 수소 2개가 제거된 형태로, 벤젠 고리의 서로 다른 위치에 두 개의 치환기(또는 이중결합, 라디칼 등)가 들어가는 구조들을 고려해야 한다.

가장 일반적인 해석은 벤젠 고리에서 수소 2개를 제거하여 두 개의 결합점이 생긴 경우로, 이들 결합점의 상대적 위치에 따라 구조이성질체가 결정된다. 벤젠의 6개 탄소 위치 중 두 위치를 선택하되 대칭성을 고려하면, 1,2-위치(오르토), 1,3-위치(메타), 1,4-위치(파라) 세 가지 경우가 가능하다.

이는 일반적으로 C₆H₄ 분자식이 나타내는 벤젠 유도체의 기본 구조이성질체이며, 이 밖에 프리발렌(비고리형 이중 결합 구조)이나 다른 환형 이성질체(예: 데와벤젠, 벤즈발렌 등) 약 2~3가지 추가 고에너지 이성질체를 포함하면 총 5~6가지 가능성이 있다.

일반 화학 교육 과정에서는 벤젠 고리의 방향이성질체 3가지가 주요 이성질체로 다루어지지만, 고급 문제에서 비고리형 고에너지 이성질체까지 포함하면 총 5가지 구조이성질체가 인정된다.

완충용액의 pH는 8.46이다.

이 문제는 약염기와 그 켤레산으로 이루어진 완충용액의 pH를 Henderson-Hasselbalch 식으로 구하는 문항이다. 먼저 각 성분의 몰수를 계산하면 tris(base)는 13.58g ÷ 121.14 = 0.112 mol, tris·HCl(conjugate acid)은 5.03g ÷ 157.60 = 0.0319 mol이다.

염산 10.0mL(1.00M)을 첨가하면 0.010 mol의 H⁺가 더해져 base를 산으로 전환시키므로, 최종적으로 base = 0.112 − 0.010 = 0.102 mol, acid = 0.0319 + 0.010 = 0.0419 mol이 된다.

주어진 pK_a = 8.072를 사용하여 Henderson-Hasselbalch 식을 적용하면
$\text{pH} = \text{pK}_a + \log\frac{[\text{base}]}{[\text{acid}]} = 8.072 + \log\frac{0.102}{0.0419} = 8.072 + \log(2.434) = 8.072 + 0.386 = 8.46$

지시약의 평형 HR(무색) ⇌ H⁺ + R⁻(적색)에서 산을 첨가하면 H⁺ 농도가 증가하여 르샤틀리에 원리에 따라 평형이 역방향(왼쪽)으로 이동한다. 따라서 HR 형태가 많아져 용액은 무색으로 변한다.

xylenol orange와 같은 금속이온 지시약이 산화-환원제로서 전위(potential)에 따라 색이 다르다는 설명은 틀렸다.

지시약은 산화-환원 반응(redox)에 의해 색이 변하지 않으며, 오직 금속 착물 형성에 의해서만 색이 변한다. 산화-환원 전위와 색 변화는 서로 무관하다.

• pH 의존성 — 지시약이 pH에 민감하여 최적 pH 범위에서만 작동한다는 설명은 참이다.
• EDTA와의 결합 세기 — 지시약이 EDTA보다 금속과 약하게 결합해야 적정 종말점을 명확하게 나타낼 수 있다는 설명도 참이다.
• 색 변화 조건 — 금속과 결합했을 때 색 변화가 있어야 지시약으로 기능한다는 설명도 참이다.

pH는 2.5에 가장 가깝다.

약산 HA의 이온화 평형은 HA ⇌ H⁺ + A⁻이고, Ka = [H⁺][A⁻]/[HA]이다. 초기 농도가 1M일 때 이온화도를 α라 하면 [H⁺] = [A⁻] = 1×α, [HA] = 1×(1-α)이므로 Ka = α²/(1-α)이다.

pKa = 5이므로 Ka = 10⁻⁵이고, 약산이므로 α는 매우 작아 (1-α) ≈ 1로 근사하면 10⁻⁵ ≈ α²이므로 α ≈ √(10⁻⁵) = 10⁻²·⁵ ≈ 0.00316이다.

따라서 [H⁺] = 1 × 0.00316 ≈ 3.16 × 10⁻³ M이고, pH = -log(3.16 × 10⁻³) = 3 - log(3.16) ≈ 3 - 0.5 = 2.5이다.

혼합용액의 이온세기는 0.25이다.

이온세기(ionic strength)는
$I = \frac{1}{2}\sum c_i z_i^2$
공식으로 구하며, 여기서 $c_i$는 이온의 농도, $z_i$는 이온의 전하수다.

KNO₃는 K⁺과 NO₃⁻로 해리되어 각각 0.1M씩 생성되고(z=1), Na₂SO₄는 Na⁺ 2개와 SO₄²⁻로 해리되어 Na⁺ 0.1M, SO₄²⁻ 0.05M을 생성한다(z=1, 2).

따라서
$I = \frac{1}{2}[0.1(1)^2 + 0.1(1)^2 + 0.1(1)^2 + 0.05(2)^2] = \frac{1}{2}[0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.2] = \frac{1}{2}(0.5) = 0.25$

산해리 상수(Ka)는 온도에만 의존하는 평형상수이므로, 산의 농도를 묽혀도 Ka 값 자체는 변하지 않는다. 따라서 산을 묽히면 Ka는 변하지 않으므로 산해리 상수가 작아진다는 설명이 틀렸으며, 대신 [H⁺]와 [A⁻]의 절댓값은 감소하지만 Ka 값은 불변이다.

• HA ⇄ H⁺ + A⁻ 형태로 나타낸 정의는 올바르다.
• HA + H₂O ⇄ H₃O⁺ + A⁻로 나타낸 수용액에서의 이온화 반응식은 올바르다.
• Ka = [H⁺][A⁻]/[HA] 형태의 평형상수 식은 올바르다.

염기성 수용액을 만드는 염은 강염기+약산으로 이루어진 염이다. CH₃COONa는 강염기(NaOH)와 약산(CH₃COOH)의 염이므로 가수분해로 염기성을 띠고, K₃PO₄도 강염기(KOH)와 약산(H₃PO₄)의 염이므로 염기성을 띤다. 반면 NaBr, NaNO₃는 강염기+강산의 중성염이고, NH₄Cl은 약염기+강산의 산성염이다.

적정(titration)이 정확한 정량분석 방법이 되기 위한 요건을 검토하면, 부반응이 없어야 하고, 당량점 부근에서 반응이 완결되어야 하며, 반응이 화학양론적이어야 한다는 것은 모두 필수 요건이다. 반면 적정에서의 반응은 빨리 진행되어야 한다는 것이 요건인데, 반응이 느리면 당량점 도달 시간이 길어지고 조작 오차가 증가하며 정확성이 떨어지므로, 반응이 느려도 크게 상관없다는 설명은 틀렸다.

EDTA 적정에서 역적정(back titration)은 분석물질이 EDTA와 직접 반응하기 어렵거나 방해되는 경우에 사용한다. 문항의 세 가지 상황 모두 직접적정이 불가능한 조건이다: 침점물 형성으로 EDTA와 반응 불가, 느린 반응 속도로 적정점 판별 곤란, 지시약 차단으로 종말점 감지 불가.

역적정은 과량의 EDTA를 먼저 분석물과 반응시킨 후, 남은 EDTA를 표준용액으로 역으로 적정하여 간접적으로 분석물 함량을 구하는 방법이므로, 이런 모든 방해 요인을 회피할 수 있다.

공통이온효과로 그 염이 잘 녹는다는 설명이 틀렸다.

용액에 공통이온이 이미 들어 있으면 르샤틀리에 원리에 따라 평형이 왼쪽으로 이동하여 염의 용해도가 감소하므로 "잘 녹는다"는 표현이 틀렸다. 예를 들어 NaCl 포화용액에 Cl⁻ 이온을 추가하면 NaCl의 용해도는 더 감소한다.

• 용해도곱 상수의 정의 — 용해반응의 평형상수이며, 고체염이 성분 이온으로 나누어지는 반응에 대한 평형 상수라는 설명은 모두 맞다.
• 용해도곱과 용해도의 관계 — 용해도곱이 클수록 잘 녹는다는 설명도 Ksp값이 클수록 평형에서 이온 농도곱이 크다는 뜻이므로 맞다.

이온 선택 전극의 선택 계수가 높을수록 다른 이온에 의한 방해가 크다는 설명이 옳다.

선택 계수(selectivity coefficient)는 목표 이온에 대한 간섭 이온의 상대적 반응 정도를 나타내는 지표로, 값이 높을수록 간섭 이온이 전극에 더 잘 반응하여 다른 이온의 방해가 크다는 의미이다.

• pH 의존성 — 이온 선택 전극은 착물을 형성한 이온은 측정하지 못하고 pH 변화에 따라 측정값이 영향을 받으므로, 착물 형성 여부·pH와 관계없이 일정한 결과를 보인다는 설명은 오류다.
• ICP와의 일치 여부 — ICP 분석은 모든 형태의 금속 이온을 측정하는 반면 이온 선택 전극은 자유 이온만 측정하므로, 두 방법의 측정 결과가 항상 일치한다는 설명도 오류다.
• 액체 이온선택전극의 막 성질 — 막은 소수성(친유성)으로 구성되며 그 안에 소수성 이온 운반체가 포함되어 있으므로, 막이 친수성이라는 설명도 오류다.

KMnO₄는 매우 불안정하여 시간이 지남에 따라 자동산화되고 유기물이나 먼지 등에 의해 분해되므로, 매우 안정하여 일차표준물질로 사용된다는 설명이 틀렸다.

일차표준물질은 순도가 높고 대기 중에서 안정하며 저울로 직접 칭량하여 표준용액을 만들 수 있어야 하는데, KMnO₄는 이 조건을 만족하지 못해 정확한 농도 유지가 어렵다. 따라서 KMnO₄ 용액의 농도는 옥살산(H₂C₂O₄) 같은 일차표준물질을 이용하여 역적정으로 표준화해야 한다.

• 색과 산화력 — 진한 자주색을 띤 산화제라는 설명은 KMnO₄의 특징과 맞다.
• 강산성에서의 환원 생성물 — 강한 산성용액에서 무색의 Mn²⁺로 환원된다는 설명은
  $MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$
  반응식과 일치하여 옳다.
• 자체지시약 작용 — 산성용액에서 용액의 자주색이 종말점을 넘으면 남아 분홍색으로 변하므로 자체지시약 역할을 한다는 점에서 맞다.

전해질 용액으로 세척하는 주된 이유는 표면전하 중화에 따른 풀림 현상 방지이다.

침전 입자는 표면에 전하를 가지고 있으며, 순수 물로 세척하면 이온 강도가 급격히 감소하여 이중층의 역전하(counterion)가 확산되면서 표면전하가 남게 된다. 이 경우 입자 간 정전 반발력이 증가하여 이미 형성된 침전이 다시 용해되는 풀림(peptization) 현상이 발생한다. 전해질 용액은 적절한 이온 강도를 유지하여 표면전하 주변에 역전하를 유지함으로써 이 현상을 방지한다.

• 불순물 제거 — 침전 형성 시 내포된 불순물을 효과적으로 제거한다는 설명은 표면 오염만 제거하는 것이다.
• 가림제 역할 — 가림제가 침전 자체를 방지하는 역할이라는 점에서 다르다.
• 삭임 과정 촉진 — 삭임(coarsening)은 세척액 종류와 무관하게 열역학적으로 진행되므로 주된 이유가 아니다.

1 atm = 101,325 Pa = 101.325 kPa이므로, 각 보기를 이 기준값으로 환산하면 101.325kPa는 정확히 1 atm의 정의이고, 1013mbar = 101.3kPa로 1 atm에 근접하며, 760mmHg = 101.325kPa로 1 atm의 정의와 같다. 반면 14.7N/m²는 14.7Pa에 불과하여 101,325Pa과는 약 6,900배 차이가 나므로 1 atm의 값과 가장 거리가 멀다.

공통이온 효과와 가장 관련이 있는 원리는 르 샤틀리에(Le Chatelier) 원리이다.

공통이온 효과는 포화 용액에 성분 이온 중 하나를 추가로 공급했을 때 용해도 평형이 시스템의 스트레스에 대응하는 방식으로 설명된다. 예를 들어 AgCl 포화 용액에 Cl⁻를 더하면 평형이 역방향으로 이동하여 AgCl 침전이 증가하고 용해도가 감소한다.

즉,
$Ag^+ + Cl^- \rightleftharpoons AgCl(s)$
평형식에서 Cl⁻ 농도 증가라는 변화에 대해 평형이 왼쪽으로 이동함으로써 Ag⁺을 제거하는 방식으로 반응하는 것이다.

• 비어(Beer)의 법칙 — 빛의 흡수와 관련되어 공통이온 효과의 핵심 원리가 아니다.
• 패러데이(Faraday) 법칙 — 전기분해와 관련되어 핵심 원리가 아니다.
• 파울리(Pauli)의 배타원리 — 전자의 양자역학적 성질과 관련되어 핵심 원리가 아니다.

pH를 낮추어도 용해도가 증가하지 않는 것은 AgBr이다.

용액의 pH를 낮추면 H⁺ 이온이 증가하여 음이온을 제거하는 반응이 일어나고, 르샤틀리에 원리에 따라 침전이 용해되어 용해도가 증가한다.

• AgBr — Ag⁺과 Br⁻로 이루어진 염으로, HBr은 강산으로 완전히 이온화되어 H⁺이 Br⁻와 반응할 수 없으므로 용해도가 증가하지 않는다.
• CaCO₃ — CO₃^2- + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑ 반응으로 음이온이 제거되어 용해도가 증가한다.
• BaC₂O₄ — C₂O₄^2- + 2H⁺ → H₂C₂O₄ 반응으로 음이온이 제거되어 용해도가 증가한다.
• Mg(OH)₂ — OH^- + H⁺ → H₂O 반응으로 음이온이 제거되어 용해도가 증가한다.

환원반응이 일어나는 캐소드전극은 갈바니 전지에서 (-)극이 된다는 설명이 틀렸다.

갈바니 전지(자발적 산화-환원 반응)에서 환원이 일어나는 전극은 캐소드(cathode)이지만 이는 (+)극이 되는 것이 정확하다. 반대로 산화가 일어나는 애노드(anode)가 (-)극이 된다. 갈바니 전지에서는 음이온이 애노드(-)로, 양이온이 캐소드(+)로 이동한다.

• 염다리(salt bridge) — 전류가 이온의 이동에 의해서 흐른다는 설명은 맞다.
• 표준환원전위 — 반쪽전지의 전위를 나타내는 값으로 표준환원전위를 사용하며 표준수소전극의 전위는 0.000V라는 설명도 맞다.
• Nernst식과 (+)극 — 전극반응의 전압은 Nernst식으로 표시되며 갈바니 전지에서는 표준환원전위가 큰 반쪽반응의 전극이 (+)극이 된다는 설명도 맞다.

국제단위계(SI)의 기본단위는 7가지로 정해져 있으며, 이들은 길이(m), 질량(kg), 시간(s), 전류(A), 온도(K), 물질량(mol), 광도(cd)다. 줄(J)은 에너지·일의 단위로서 기본단위들의 조합으로 만든 유도단위(1 J = 1 kg·m²/s²)이고, 킬로그램(kg)은 질량의 기본단위, 초(s)는 시간의 기본단위, 몰(mol)은 물질량의 기본단위이므로 줄만이 유일하게 기본단위가 아니다.

이온세기가 증가할수록 활동도 계수는 감소한다는 설명이 옳다.

이온세기가 증가하면 이온 간 정전기적 상호작용이 강해져 용액 내 이온의 자유도가 감소하고, 결과적으로 활동도 계수는 감소한다.

• 활동도 계수의 단위 — 활동도 계수는 무차원 상수이므로 단위가 없어, mol/L이라는 설명은 거짓이다.
• 전하와 활동도 보정 — 이온의 전하가 커질수록 주변 이온의 영향이 커져 활동도 보정이 더욱 필요하므로, 보정이 필요없게 된다는 설명은 거짓이다.
• 전하 의존성 — 활동도 계수는 Debye-Hückel 이론에 따라 이온의 전하(|z|)에 크게 의존하므로, 전하크기에 무관하다는 설명도 거짓이다.

FTIR에서 반복 측정의 신호대 잡음비(S/N) 개선는 측정 횟수의 제곱근에 비례한다. 즉, n번 측정하여 평균하면 S/N은 √n배 향상된다. 초기 S/N이 4이고 목표 S/N이 20이므로, 필요한 개선 배수는 20÷4 = 5이다. 따라서 √n = 5를 만족하는 n = 25번 측정이 필요하다. (검산: √25 = 5, 4 × 5 = 20 ✓)

인광은 들뜬 삼중항 상태에서 바닥 단일항 상태로 되돌아 올 때 발생한다.

인광(phosphorescence)은 금지된 전이(forbidden transition)로 진행되는 느린 발광 현상으로, 들뜬 삼중항(T₁) 상태에서 바닥 단일항(S₀) 상태로 전이할 때 나타난다. 이 과정에서 스핀 선택 규칙(ΔS = 0)을 위반하므로 전이 확률이 낮아 수명이 길어 지연 발광을 관찰할 수 있다.

• 들뜬 단일항 → 바닥상태 — 이는 형광(fluorescence, 단일항→단일항)에 해당한다.
• 바닥 단일항 → 들뜬 바닥상태 / 바닥 삼중항 → 들뜬 단일항 — 흡수나 비방사 과정에 해당하므로 인광의 정의와 맞지 않는다.

글로우 방전등에서 이온화된 아르곤이온의 충돌은 X선을 발생시키는 방법이 아니다.

글로우 방전등에서 이온화된 아르곤이온의 충돌은 자외선이나 가시광선을 발생시키는 현상이며, X선을 생성하기에 충분한 에너지를 갖지 못한다.

• 일차 X선에 의한 노출 — 일차 X선이 물질과 상호작용하여 이차 X선을 발생시키는 형광 현상이다.
• 방사성 동위원소의 붕괴 — 감마선 형태의 고에너지 방사선이 X선 영역에 해당한다.
• 고에너지 전자살의 금속 과녁 충돌 — 제동복사에 의한 것으로 X선 튜브의 기본 원리다.

원자분광법에서 고체 시료를 직접 원자화하기 위한 방법은 글로우 방전(glow discharge)이다. 글로우 방전은 고체 시료를 음극으로 사용하여 저압 가스 분위기에서 전기 방전을 일으켜 시료 원자를 직접 스퍼터링으로 떨어져 나가게 하고 동시에 원자화하는 방식이다.

• 기체 분무기는 액체 시료의 에어로졸화 방법이다.
• 초음파 분무기도 액체 시료의 에어로졸화 방법이다.
• 수소화물 생성법은 비소, 셀레늄 등 특정 원소만 대상으로 하므로 고체 시료의 일반적인 직접 원자화 방법으로는 부적합하다.

NMR 분광법에서 화학적 이동(δ)은 인접한 원자의 전기음성도에 따라 결정되며, 전기음성도가 클수록 인접 양성자는 더 큰 δ값을 나타낸다. 할로겐의 전기음성도는 F > Cl > Br > I 순서이므로, CH₃X 계열에서 메틸 양성자의 화학적 이동은 같은 순서를 따른다.

F의 전기음성도(약 4.0)가 가장 크므로 CH₃F의 메틸 양성자가 가장 큰 δ값을 나타내며, 실제로 CH₃F는 약 4.3 ppm, CH₃Cl은 약 3.4 ppm, CH₃Br은 약 2.7 ppm, CH₃I는 약 2.2 ppm의 값을 보인다.

스펙트럼에서 약 1700cm⁻¹의 강한 흡수띠는 C=O(카르보닐기) 신축진동을 나타내고, 2500~3300cm⁻¹ 부근의 넓고 강한 흡수는 O-H(카르복시산)의 특징적인 넓은 밴드에 해당한다. 이 두 가지 흡수띠가 동시에 나타나는 것은 카르복실산(-COOH) 구조의 전형적인 패턴이므로, 카르복시산 구조를 가진 화합물이 가장 적합하다.

ICP는 저렴한 장비를 사용하고 유지비가 적게 든다는 설명이 틀렸다.

ICP는 고주파 발생기, 분광계 등 고가의 정교한 장비가 필요하고 유지비도 상대적으로 많이 소요되므로 불꽃 분석법보다 훨씬 비싸다.

• 단일 들뜸 조건에서의 방출스펙트럼 — ICP는 고온(약 6,000~8,000K)의 안정적인 플라즈마를 이용해 단일한 조건에서 대부분 원소들의 우수한 방출선을 동시에 얻을 수 있다는 설명은 참이다.
• 화학적 방해 — 고온 플라즈마 환경에서 화학결합이 분해되므로 원소 상호간의 화학적 방해가 매우 적다는 설명도 참이다.
• 난용성 원소의 저농도 측정 — 고감도와 광범위한 직선성으로 텅스텐, 우라늄, 지르코늄 같은 원소의 극미량 측정이 가능하다는 설명도 참이다.

500nm 광자의 몰당 에너지는 약 239 kJ/mol이다.

광자에너지는
$E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$
로 구하며, 1몰의 광자에너지는 아보가드로 수를 곱한다. 주어진 값은 $h = 6.63 \times 10^{-34}$ J·s, $c = 3 \times 10^8$ m/s, $\lambda = 500 \times 10^{-9}$ m, $N_A = 6.022 \times 10^{23}$ mol^-1이다.

한 광자의 에너지는
$E = \frac{6.63 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{500 \times 10^{-9}} = \frac{19.89 \times 10^{-26}}{500 \times 10^{-9}} = 3.978 \times 10^{-19}$
J이다.

따라서 1몰의 광자에너지는
$E_{mol} = 3.978 \times 10^{-19} \times 6.022 \times 10^{23} = 2.396 \times 10^5$
J/mol $= 239.6$ kJ/mol ≈ 239 kJ/mol이다.

낮은 휘발성 화합물 생성, 해리반응, 이온화와 같은 평형상태에서 발생한다는 설명은 스펙트럼 방해가 아니라 비스펙트럼 방해(화학적 방해)에 해당하므로 틀렸다.

스펙트럼 방해는 같은 파장 대역에서 분석 대상이 아닌 다른 화학종이 빛을 흡수하거나 산란시키는 현상인데, 이들은 원자화 효율 자체를 떨어뜨리는 현상이지 같은 파장에서의 빛 흡수·산란이 아니므로 스펙트럼 방해의 정의에 맞지 않는다.

• 연소생성물·입자생성물 — 넓은 흡수띠를 갖는 연소생성물 또는 빛을 산란시키는 입자생성물이 존재할 때 발생한다는 설명은 전형적인 스펙트럼 방해다.
• 시료 매트릭스에 의한 흡수·산란 — 같은 맥락의 스펙트럼 방해다.
• 보정 방법 — 두선 보정법, 연속광원 보정법, Zeeman 효과에 의한 바탕보정은 실제 스펙트럼 방해를 보정하는 표준 방법들이다.

투광도 0.010인 용액의 흡광도는 2.00이다.

투광도(transmittance, T)와 흡광도(absorbance, A)의 관계는
$A = -\log_{10} T$
또는
$A = \log_{10}(1/T)$
이다.

투광도 0.010을 대입하면
$A = \log_{10}(1/0.010) = \log_{10}(100) = 2.00$

렌즈 B가 렌즈 A보다 36배 집광력이 좋다.

f-number는 초점거리를 렌즈 직경으로 나눈 값이다. ㉮ 렌즈 A:
$f_A = \frac{15.0}{5.0} = 3.0$
, ㉯ 렌즈 B:
$f_B = \frac{15.0}{30.0} = 0.5$
이다.

㉰ 집광력은 렌즈 직경의 제곱에 비례하므로
$\left(\frac{30.0}{5.0}\right)^2 = 6.0^2 = 36$
배 렌즈 B의 집광력이 우수하다.

자외선-가시선 흡수 분광법(UV-Vis absorption spectroscopy)은 190~800nm 파장 범위에서 측정한다. 이 범위는 근자외선(근UV, 190~400nm)과 가시선(400~800nm) 영역을 포함하며, 유기물질의 π→π*, n→π* 전자전이를 감지하는 표준 측정 범위이다.

• 0.1~100Å는 X선 영역(=1~1000nm, 일부 중복이나 X선 포함)이다.
• 10~180nm는 극자외선 범위이다.
• 0.78~300μm는 적외선-마이크로파 영역이다.

이들은 모두 UV-Vis 분광법의 범위가 아니다.

분광기기의 기본 구성요소는 광원, 파장선택장치(분광장치), 시료셀, 검출기의 4가지다. 안정적인 복사에너지 광원은 필수 요소이며, 제한된 스펙트럼 영역을 제공하는 장치는 분광기의 핵심인 분광장치(분광기, 필터 등)를 의미하고, 복사에너지를 신호로 변환시키는 복사선 검출기는 신호 변환의 필수 요소다. 반면 시료 및 표준용액의 자동 이송장치는 분석의 편의성을 높이는 부가 기능일 뿐 분광기기의 전형적인 기본 구성요소가 아니다.

전극없는 방전 등은 선 스펙트럼을 방출하여 UV-Vis 분광법의 일반적인 광원으로 적합하지 않다.

자외선-가시선 흡수분광법에서 사용되는 광원은 연속 스펙트럼을 제공해야 한다. 증수소 및 수소 등은 자외선 영역, 텅스텐 필라멘트 등은 가시선~근적외선 영역, 크세논 아크 등은 자외선~가시선 전역의 연속 스펙트럼을 제공한다.

반면 전극없는 방전 등(electrodeless discharge lamp)은 특정 파장에서만 강한 빛을 내는 선 스펙트럼을 방출하므로, 넓은 파장 범위의 연속적인 흡수 측정에는 적합하지 않다.

원자가 가시광선 및 자외선 빛을 방출하는 것은 전자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 뛸 때이다.

전자가 여기된 상태에서 바닥상태로 내려오면서 방출하는 에너지가 광자 형태로 나타나며, 이 에너지차($\Delta E = h\nu$)가 가시광선 또는 자외선 영역에 해당하면 그에 따른 빛이 관찰된다.

• 낮은→높은 준위로 전자가 뛰는 경우 — 에너지 흡수 과정이므로 빛을 방출하지 않는다
• 기체에서 액체로 응축되는 경우 — 상태변화로 빛 방출과 무관하다
• 바닥상태에서 궤도함수 안을 돌아다니는 경우 — 에너지 변화가 없어 빛을 방출하지 않는다

매트릭스 효과(시료 매트릭스의 간섭으로 인한 측정값 왜곡)가 있을 가능성이 있는 복잡한 시료를 분석할 때는 표준물첨가법(standard addition method)이 특히 유용하다.

이 방법은 실제 시료에 알려진 농도의 표준물을 직접 첨가하여 측정하므로, 시료와 동일한 매트릭스 환경에서 표준물이 처리되어 매트릭스 효과를 자동으로 보정할 수 있다.

• 검정곡선법 — 순수 용매에서 제조한 표준용액을 사용하므로 매트릭스 효과에 영향을 받기 쉽다
• 작업곡선법 — 복잡한 시료의 매트릭스 간섭 보정에는 표준물첨가법만큼 효과적이지 않다
• 내부표준물법 — 마찬가지로 매트릭스 간섭 보정 효과가 표준물첨가법에 못 미친다

이 용액의 I₂ 함량은 약 1.3%이다.

Beer-Lambert 법칙
$I = I_0 e^{-\mu x}$

투과도가 25.0%이면
$e^{-\mu x} = 0.25$
$\mu x = \ln(4) = 1.386$
이고, 셀의 폭이 $x = 1.5 \text{ cm}$이므로
$\mu = 1.386 / 1.5 = 0.924 \text{ cm}^{-1}$

용액의 전체 질량흡수계수는
$\mu = w_I \mu_I + w_C \mu_C + w_H \mu_H + w_O \mu_O$
로 나타낼 수 있다. 여기서 $w$는 각 원소의 질량분율이다. I₂의 질량분율을 $w_I$, 에탄올의 질량분율을
$w_{EtOH} = 1 - w_I$
라 하면, 에탄올 부분에서 C, H, O의 기여도는
$w_{EtOH}(\mu_C w_C' + \mu_H w_H' + \mu_O w_O')$

에탄올(C₂H₆O)에서 C, H, O의 질량분율은 각각
$w_C' = 24/46 = 0.522$
$w_H' = 6/46 = 0.130$
$w_O' = 16/46 = 0.348$

이를 대입하면
$\mu = w_I \times 39.0 + (1-w_I)(0.522 \times 0.70 + 0.130 \times 0.00 + 0.348 \times 0.50) = 0.924$
이고, 이를 정리하면
$w_I \times 39.0 + (1-w_I) \times 0.365 = 0.924$
$39.0 w_I + 0.365 - 0.365 w_I = 0.924$
$38.635 w_I = 0.559$
$w_I = 0.0145 = 1.45\%$
이며, 이는 1.3%에 가장 근사하다.

에틸알콜(CH₃CH₂OH)의 메틸기(-CH₃)는 인접한 메틸렌기(-CH₂-)의 수소 2개와 스핀-스핀 결합한다. n+1 규칙에 따라 결합 상대수가 n=2일 때 다중선의 수는 2+1=3개(삼중선, triplet)이다. 따라서 메틸기는 NMR에서 삼중선으로 나타난다.

NMR 용매는 샘플을 잘 녹이면서 자신의 NMR 신호가 측정 영역과 겹치지 않아야 한다. CCl₄는 염소-35, 37이 사중극핵(quadrupole nucleus)이어서 NMR 신호를 거의 보이지 않으며, 비극성 용매로서 많은 유기물을 녹일 수 있고, ¹³C NMR과 ¹H NMR 모두에서 깨끗한 배경을 제공한다.

• H₂O는 ¹H NMR에서 강한 신호를 내보내 시료 신호를 방해한다.
• HCl은 산성으로 많은 화합물과 반응한다.
• H₂NO₃(질산)도 마찬가지로 산화제로 작용하여 부적합하다.

헬륨 기체가 주로 이용된다는 설명이 틀렸다.

유도결합플라스마(ICP) 광원에서 플라스마 가스는 아르곤(Ar)이 주로 이용되며, 헬륨은 보조 가스로 사용되거나 특수한 경우에만 쓰인다.

• 3개의 동심원통형 석영관 토치구조 — 정확한 설명이다
• 집중 유리 분무기 시료 도입 — 일반적으로 집중 유리 분무기(pneumatic nebulizer)를 사용하므로 맞는 설명이다
• 전열증기화(ETV, Electrothermal Vaporization) — 고체·액체 시료 도입 방법으로 실제 사용되는 정확한 설명이다

구리는 약 3.2g 생성된다.

패러데이 법칙
$m = \dfrac{It}{F} \times \dfrac{M}{n}$
을 적용한다.

전하량은
$Q = It = 1.0 \times (161\times60) = 9660\,C$
이며, $F = 96500\,C/mol$이므로 전자의 몰수는
$\dfrac{9660}{96500} \approx 0.1\,mol$

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu 반응에서 전자 2몰당 구리 1몰이 석출되므로 구리는
$0.1/2 = 0.05\,mol$
생성되고, 질량은
$0.05 \times 64 = 3.2\,g$

열린관 컬럼이 적당하다는 설명이 틀렸다.

HPLC는 고압(수백 기압)을 사용하므로 열린관 컬럼으로는 용매가 증발하고 압력을 견딜 수 없어 적합하지 않으며, 반드시 견고하고 밀폐된 닫힌관(closed tube) 컬럼을 사용해야 한다.

• 용리액 세기 증가 시 용리 속도 — 극성이나 강도가 증가하면 용질과 정지상의 상호작용이 약해져 머무름 시간이 단축되어 더 빨리 용리되므로 맞는 설명이다
• 정지상 입자 크기와 효율 — 입자가 작을수록 표면적이 크고 접촉이 많아져 컬럼 효율(이론단수)이 증가하므로 맞는 설명이다
• 컬럼 온도와 머무름 시간 — 온도 상승 시 확산 속도가 빨라져 머무름 시간이 감소하고 선택도를 개선할 수 있으므로 맞는 설명이다

기울기용리(gradient elution)는 2개 이상의 용매(이동상)를 시간에 따라 다양한 혼합비로 섞어 사용하여 분리도를 향상시키는 방법이다. 초기에 약한 용매 비율이 높다가 점진적으로 강한 용매 비율을 증가시켜 용질의 용리 시간을 조절함으로써 분석 시간을 단축하고 피크 분해능을 개선한다.

• 컬럼을 기울여 분리하는 방법은 물리적 기울임을 의미하므로 오류이다.
• 단일 용매를 사용하는 방법은 단일 용매를 다루므로 기울기용리의 정의와 맞지 않는다.
• 단일 용매의 흐름량과 흐름속도를 점차 증가시키는 방법은 흐름량 변화를 다루므로 기울기용리의 정의와 맞지 않는다.

전류 신호를 전압 신호로 변환하는 회로는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier, TIA)이며, 이는 입력 단자에 피드백 저항을 연결한 역상 증폭기 구조를 사용한다. 피드백 경로에 저항을 배치하여 입력 전류를 출력 전압으로 직접 변환하는 트랜스임피던스 증폭기 구조의 회로가 가장 효율적인 설계이다.

작업전극에서 나온 전류가 반전 입력단자(−)로 입력되고, 그 전류가 피드백 저항을 통해 흘러 출력 전압이 $V_{out} = -I_{in} \times R_f$ 로 변환된다.

Rf 값이 용매와 온도에 관계없이 같은 값을 가진다는 설명이 틀렸다.

같은 화합물이라도 사용되는 용매가 달라지거나 온도가 변하면 이동 거리가 달라져 Rf 값이 달라지므로, Rf 값을 이용한 물질 동정 시 동일한 조건(용매, 온도)에서 표준물질과 비교해야 한다.

Rf는 거리와 거리의 비이므로 단위가 없고, 0~1 범위를 가지며, $R_f = \frac{\text{용질이 이동한 거리}}{\text{용매 전선이 이동한 거리}}$로 정의되는 것은 모두 맞는 설명이다.

CH₃-CH=CH₂⁺ 단편은 2-hexanone의 질량분석에서 검출되지 않는다.

2-hexanone(CH₃-CO-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃, M⁺ = 100)의 일반적인 단편화 경로는 카보닐 인접 결합의 개열과 α-단편화이다.

• CH₃-C≡O⁺(m/z = 43, 아세틸 양이온) — 카보닐의 α-단편화로 형성되는 매우 안정하고 강한 특징적 단편이다
• (CH₂)(CH₃)C=OH⁺(m/z = 71) — 카보닐 반대편 알킬 사슬의 개열로 형성되는 단편이다
• CH₃-CH₂-CH₂-CH₂⁺(m/z = 57) — 부틸 양이온으로 카보닐 양쪽의 단편화 후 형성될 수 있다

반면 CH₃-CH=CH₂⁺는 알케닉 양이온(m/z = 41)으로, 2-hexanone 구조상 이 정확한 배치의 단편을 직접 생성하는 경로가 없다. 알릴 위치의 C-C 결합 개열이나 인접 원자의 재배열을 통해서도 이온화학적으로 불리한 구조이기 때문에 검출되지 않는다.

DSC(DTA) 곡선에서 a는 유리전이(Tg)로, 무정형 중합체가 고무처럼 말랑말랑해지는 특성 변화가 일어나는 지점이므로 ㉠은 옳다. b는 결정화(발열) 피크, d는 용융(흡열) 피크이므로, b·d 모두 흡열이고 c에서 발열이라는 ㉡의 설명은 틀렸다(실제로는 b가 발열, d가 흡열). b는 결정화되는 발열반응, d는 결정이 녹는 흡열반응을 나타내므로 ㉢은 옳다. 따라서 옳은 것은 ㉠, ㉢이다.

일정전위기가 작업·보조·기준전극의 전위를 모두 일정하게 한다는 설명이 틀렸다.

일정전위기(potentiostat)는 작업전극의 전위만을 기준전극에 대해 일정하게 유지시키는 장치이지, 기준전극 자체의 전위를 제어하는 것이 아니다. 기준전극은 이미 자체의 구조(예: Ag/AgCl)에 의해 안정한 전위를 가지고 있으며, 일정전위기는 이를 기준으로 작업전극의 전위를 제어할 뿐이다.

• 전류의 흐름 경로 — 대부분 작업전극과 보조전극 사이에서 흐르므로 맞는 설명이다
• 기준전극의 전류 — 무시할 수 있을 만큼 작은 전류만 흐르므로 맞는 설명이다
• 기준전극의 전위 안정성 — 기준전극에 거의 전류가 흐르지 않아 저항전위·농도차 분극·과전위의 영향을 받지 않고 일정하게 유지되므로 맞는 설명이다

TGA(열무게분석)는 시료의 질량 변화를 직접 측정하므로 분해반응과 산화반응 같이 물질이 손실되는 물리적·화학적 변화를 정량적으로 추적할 수 있다. 따라서 분해·산화반응의 진행도와 잔류물을 파악하는 데는 질량 감소량을 시간·온도에 따라 기록하는 TGA가 가장 적합하다.

물리적 변화 측정에 적합한 열분석법을 판단하려면 각 기법의 측정 대상을 구분해야 한다.

• DSC는 열흐름 차이를 측정하므로 질량 감소 자체를 직접 추적하지 못한다.
• DTA는 온도 차이를 측정하므로 질량 감소 자체를 직접 추적하지 못한다.
• TMA는 변형률을 측정하므로 질량 감소 자체를 직접 추적하지 못한다.

고정상 종류에 따라 액체·기체크로마토그래피로 분류한다는 설명이 틀렸다.

액체크로마토그래피와 기체크로마토그래피의 구분은 고정상이 아니라 이동상의 상태에 따른 분류다. 액체크로마토그래피는 이동상이 액체이고, 기체크로마토그래피는 이동상이 기체이다. 고정상 종류에 따라서는 흡착·분배·이온교환·겔크로마토그래피 등으로 분류한다.

• 초임계 유체크로마토그래피 — 분리관법(컬럼법)으로 수행 가능하므로 맞는 설명이다
• 이온교환크로마토그래피의 정지상 — 이온교환수지이므로 맞는 설명이다
• 액체크로마토그래피의 수행 방식 — 분리관법과 평면법(박층, 종이크로마토그래피) 모두 가능하므로 맞는 설명이다

SIMS는 양이온 측정만 가능하고 음이온 측정은 불가능하다는 설명이 틀렸다.

SIMS는 일차 이온 빔으로 고체 표면을 스퍼터링하여 방출되는 2차 이온(양이온 또는 음이온)을 질량분석기로 검출하는데, 측정 대상에 따라 양이온 모드와 음이온 모드를 모두 선택하여 사용할 수 있다.

• 고체 표면의 원자·분자조성 결정 — SIMS의 기본 응용 분야로 맞는 설명이다
• 동적 SIMS의 깊이 프로파일링 — 연속적인 스퍼터링으로 표면 아래 깊이에 따른 조성 정보를 얻는 올바른 설명이다
• 변환기(전자증배기 PMT·MCP, 패러데이컵, CCD/CMOS 영상검출기) — 실제로 사용되는 검출기이므로 맞는 설명이다

원자질량분석법(ICP-MS)의 이온원으로는 고온 아르곤 플라스마가 주로 사용된다. 아르곤 플라스마는 6000~8000 K의 고온에서 시료를 효율적으로 이온화하며, 높은 이온화율과 안정성을 제공한다. Nd-YAG 레이저는 레이저 유도 플라스마(LIBS) 분석에 사용되고, 광방출 다이오드는 분광 검출기이며, 전자충격은 질량분석법의 다른 이온원(EI-MS)으로 사용되므로 원자질량분석법의 표준 이온원이 아니다.

물을 전기분해할 때 필요한 최소 전압은 1.23V이다.

물의 생성반응 H₂O(l) = H₂(g) + ½O₂(g)에서 n=2(물 1mol당 이동하는 전자 수)이고, 표준전지전압과 자유에너지의 관계식은
$\Delta G° = -nFE°$

주어진 값을 대입하면
$-(-237.13) = 2 \times 96,485 \times E°$
이므로
$E° = \frac{237.13}{2 \times 96,485} = \frac{237.13}{192,970} \approx 1.23\text{ V}$

이동상은 약산의 염기염(약염기, 예: NaHCO₃)을 포함해야 한다.

억제컬럼(suppressor column)은 이동상의 음이온과 수소 이온을 교환하여 배경 전도도를 낮추는데, 이 과정에서 이동상의 음이온이 약산 형태로 변환되어 전리도가 낮아져야 억제 효율이 높다. NaHCO₃는 약산(H₂CO₃)의 염기염으로서 억제되는 동안 HCO₃⁻→H₂CO₃로 전환되어 전도도 배경을 효과적으로 감소시킨다.

반면 NaCl, NaNO₃, Na₂SO₄의 음이온들(Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻)은 강산의 음이온으로 억제 후에도 HCl, HNO₃, H₂SO₄ 형태로 여전히 높은 전리도를 유지하므로 배경 억제에 부적합하다.

산화봉우리 전압과 환원봉우리 전압의 차는 작을수록 가역성이 높으며, 이 차이가 크다는 설명은 틀렸다.

산화봉우리 전압(E_pa)과 환원봉우리 전압(E_pc)의 차이 ΔE = E_pa - E_pc는 작을수록 가역성이 높으며, 이 값이 크다는 것은 두 반응이 열역학적으로 멀리 떨어져 있다는 뜻으로 비가역적 반응의 특징이다.

• 산화·환원전극 형태의 대칭성 — 대칭성에 가까울수록 전기화학적으로 가역적이므로 맞는 설명이다
• 산화·환원봉우리 전류의 비(|i_pa/i_pc|) — 1에 가까우면 전자 이동이 빠르고 손실이 적어 가역적일 가능성이 높으므로 맞는 설명이다
• Nernst식과의 부합 — Nernst 식을 만족하는 전위-전류 관계는 평형 상태에 가까운 가역적 반응의 특성이며, 반응이 충분히 빠르게 진행됨을 의미하므로 맞는 설명이다

기준전극 내부 용액의 수위가 시료의 수위보다 낮게 유지되어야 한다는 설명이 틀렸다.

실제로는 기준전극 내부 용액의 수위가 시료의 수위보다 높게 유지되어야 한다. 이는 시료로부터 이온이 확산되어 기준전극 내부 용액으로 들어가는 것을 방지하고, 기준전극 용액이 염다리를 통해 시료로 천천히 흘러나가도록 하기 위함이다.

• 수은·칼륨·은 이온 정량 시 염다리 사용 — 이들 이온은 기준전극의 구성 물질과 반응할 수 있으므로 염다리로 직접 접촉을 피하면 오차를 줄일 수 있어 맞는 설명이다
• 염다리의 지지전해질(질산칼륨 KNO₃·황산나트륨 Na₂SO₄) — 전극전위에 영향을 주지 않고 이온 이동도만 담당하므로 맞는 설명이다
• 기준전극을 작업전극에 가까이 위치 — 용액의 저항(IR)이 감소되어 측정 정확도가 향상되므로 맞는 설명이다

HPLC에서 자외선-가시선(UV-Vis) 흡수 검출기가 가장 널리 사용되는 이유는 대부분의 유기화합물이 자외선 영역에서 흡수를 가지며, 감도가 높고, 구조가 간단하며, 비용이 저렴하고, 유지·관리가 용이하기 때문이다. 형광 검출기는 형광성 물질에만 적용되고, 굴절률 검출기는 감도가 낮아 극미량 성분 분석에 부적합하며, 증발 광산란 검출기는 비극성 화합물 분석에 특화되어 있어 모두 특수한 용도에 제한된다.

37Cl₂35ClCCH₂ 이온 때문에 135amu 피크가 나타나며, 13C가 2개 치환된 이온 때문이라는 설명은 틀렸다.

135amu 피크는 131(35Cl₃CCH₂)에서 Cl 동위원소가 37Cl 2개, 35Cl 1개로 치환된 37Cl₂35ClCCH₂ 이온(131+4=135)에 의해 나타나는 것으로, 13C 2개가 치환된 이온은 존재비가 극히 낮고 질량 증가도 2에 불과해 135amu 피크의 주된 원인이 될 수 없다.

117, 119, 121amu 피크는 각각 35Cl₃C(117), 하나의 37Cl이 치환된 37Cl35Cl₂C(119), 두 개의 37Cl이 치환된 37Cl₂35ClC(121) 이온으로 Cl 동위원소 치환 패턴과 일치하므로 옳은 설명이다.

HPLC에서 분석물질의 분리와 머무름 시간을 조절하는 가장 큰 변수는 이동상의 조성이다.

이동상(mobile phase)의 극성, 용매 종류, pH 등의 조성 변화는 분석물질과 정지상 간의 상호작용 강도를 직접적으로 변화시켜 머무름 시간을 크게 조절할 수 있으며, 이를 통해 물질 간 분리도(resolution)를 가장 효과적으로 개선할 수 있다.

• 시료 주입량 — 정량성에 영향을 주지만 머무름 시간에는 거의 영향을 주지 않는다
• 이동상의 유량 — 머무름 시간을 비례적으로 변화시키지만 분리 효율과는 무관하다
• 컬럼의 온도 — 확산 속도와 용해도에 영향을 주는 보조적 조절 변수일 뿐이다

기체크로마토그래피(GC)의 검출기는 기체 상태의 시료를 분석하는 장치이므로, 기체와 직접 반응하는 검출기만 사용 가능하다. 자외선 검출기(UV detector)는 액체크로마토그래피(HPLC)에서 액체 시료의 자외선 흡수를 측정하는 장치로, 기체 상태에서는 효율적으로 작동할 수 없어 GC에서 통상적으로 사용되지 않는다.

• TCD는 열전도도 변화를 감지하는 검출기로 기체 분석에 적합하다.
• FID는 탄화수소 연소 시 생성되는 이온을 감지하는 검출기로 기체 분석에 적합하다.
• ECD는 전자 포획을 감지하는 검출기로 기체 분석에 적합하다.