24년 1회차

수용액에서 가장 약한 산은 HF이다.

할로젠화 수소의 산 세기는 H–X 결합이 약할수록 커진다. F는 원자가 작아 H–F 결합이 가장 강하고, 해리된 $F^{-}$가 물과 강하게 수소결합해 이온화가 억제되므로 HF는 약산으로 남는다.

• HI는 결합이 가장 길고 약해 할로젠화 수소 중 가장 강한 산이다.
• HBr은 H–Br 결합이 약해 수용액에서 거의 완전히 이온화하는 강산이다.
• HCl도 수용액에서 거의 완전히 이온화하는 강산이다.

평균 탄소 수가 가장 많은 제품은 아스팔트이다.

석유 제품은 끓는점이 높을수록 분자가 크고 탄소 수가 많다. 아스팔트는 상압·감압 증류 후 남는 잔사유 계열의 고비점 물질로, 끓는점 순서 가솔린 < 등유 < 디젤 < 아스팔트에 따라 탄소 수도 가장 많다.

• 가솔린은 비점이 가장 낮은 유분으로 탄소 수가 가장 적다.
• 등유는 가솔린보다 무겁지만 디젤보다 가벼운 중간 유분이다.
• 디젤(경유)은 등유보다 무겁지만 증류되어 나오는 유분이므로 잔사 계열인 아스팔트보다 탄소 수가 적다.

DNA의 염기에 우라실(U)을 넣은 설명이 옳지 않다.

DNA의 4종 염기는 아데닌(A), 티민(T), 시토신(C), 구아닌(G)이며, 우라실은 티민 대신 RNA에 들어 있는 염기이다.

• RNA의 당이 리보오스라는 설명은 옳다(DNA는 디옥시리보오스).
• A–T, G–C 염기쌍 사이의 수소결합이 이중 나선 구조 형성에 기여한다는 설명은 옳다.
• DNA가 유전정보를 저장하는 핵산의 한 종류라는 설명은 옳다.

섬유 식물이나 목재에서 얻은 셀룰로오스 섬유의 집합체는 펄프(pulp)이다.

목재 등을 기계적으로 갈거나 화학약품으로 리그닌 등을 녹여 제거하면 셀룰로오스 섬유가 모인 펄프가 얻어지며, 이것이 종이·레이온 등의 원료가 된다.

• 레티놀은 비타민 A로, 셀룰로오스 섬유와 무관하다.
• 나프타는 원유 증류로 얻는 경질 유분으로 석유화학의 원료이다.
• 글리세린은 유지를 가수분해(비누화)할 때 얻는 3가 알코올이다.

증류탑의 위쪽으로 갈수록 끓는점이 낮은 성분이 분리되므로, 끓는점이 높은 성분이 분리된다는 설명이 옳지 않다.

상압 증류탑은 아래가 뜨겁고 위로 갈수록 온도가 낮아져, 휘발성이 큰 가벼운 유분은 탑 위쪽에서, 고비점 성분은 탑 아래쪽에서 얻는다.

• 탄화수소 혼합물을 끓는점 차이로 분리한다는 설명은 옳다.
• 장치 부식을 막기 위해 원유 중의 염분을 제거하는 탈염 전처리가 필요하다는 설명은 옳다.
• 증류액 일부를 환류시켜 제품 순도를 조절한다는 설명은 옳다.

파라핀기유는 나프텐기유보다 비중이 작아 API도가 더 크므로, 파라핀기유의 API도가 더 작다는 설명이 옳지 않다.

API도는 비중(60°F/60°F)으로 정의되며 비중이 클수록 작아진다.
$\mathrm{API}=\dfrac{141.5}{\mathrm{SG}}-131.5$
물과 밀도가 같으면 $\mathrm{SG}=1$이므로 $141.5-131.5=10$이 된다.

• 원유의 비중이 클수록 API도가 작다는 설명은 옳다.
• 60°F에서 물과 밀도가 같은 원유의 API도가 10이라는 설명은 옳다.
• API도 20은 낮은 값에 속해 중질유로 분류된다는 설명은 옳다.

S$O_{3}$는 비극성이라는 설명이 옳다.

S$O_{3}$는 중심 S에 비공유 전자쌍이 없고 결합 영역이 3개인 평면 삼각형이므로, 세 S–O 결합 쌍극자가 서로 상쇄되어 분자 전체의 쌍극자 모멘트가 0이다.

• $O_{3}$는 중심 O에 비공유 전자쌍이 있어 굽은형이므로 극성이다.
• S$F_{4}$는 비공유 전자쌍 1개를 가진 시소형이라 결합 쌍극자가 상쇄되지 않아 극성이다.
• PC$l_{5}$는 비공유 전자쌍이 없는 삼각쌍뿔형으로 대칭이어서 비극성이다.

설명에 해당하는 고분자는 폴리카보네이트이다.

비스페놀 A와 포스겐(COC$l_{2}$)이 축합해 카보네이트 결합(–O–CO–O–)으로 이어진 고분자로, 투명하고 충격 강도가 크며 넓은 온도 범위에서 쓸 수 있다.

• 페놀 수지는 페놀과 폼알데하이드로 만드는 열경화성 수지이다.
• 폴리비닐알코올은 폴리아세트산비닐을 가수분해해 얻는 수용성 고분자이다.
• 폴리에틸렌테레프탈레이트는 테레프탈산과 에틸렌글리콜의 축합으로 만든다.

포화 지방산은 스테아르산이다.

스테아르산은 탄소 18개의 사슬에 탄소–탄소 이중결합이 없는 포화 지방산이다. 나머지는 같은 탄소 18개 사슬에 이중결합을 가진 불포화 지방산이다.

• 올레산은 이중결합 1개를 가진 단일 불포화 지방산이다.
• 리놀레산은 이중결합 2개를 가진 다중 불포화 지방산이다.
• 리놀렌산은 이중결합 3개를 가진 다중 불포화 지방산이다.

C, H, O로만 이루어진 고분자만 모은 것은 페놀 수지, 폴리에테르, 에폭시 수지이다.

페놀 수지는 페놀과 폼알데하이드, 폴리에테르는 에테르 결합(–C–O–C–)의 반복, 에폭시 수지는 비스페놀 A와 에피클로로하이드린으로 만든 수지로 모두 C·H·O로 구성된다. 반면 우레탄·아마이드·요소·멜라민 구조에는 질소가 들어 있다.

• 요소 수지·멜라민 수지는 원료인 요소와 멜라민에 질소가 있고, 폴리우레탄도 –NH–CO–O– 결합에 질소가 있다.
• 폴리에틸렌·폴리프로필렌은 C·H로만 되어 있지만 폴리우레탄에 질소가 있다.
• 폴리아마이드(–CO–NH–)와 폴리우레탄에 질소가 있다.

바르게 연결된 것은 반복단위 –C$H_{2}$–CHCl–를 폴리염화비닐로 짝지은 것이다.

비닐 고분자는 –C$H_{2}$–CHX– 반복단위의 치환기 X로 구분한다. X가 Cl이면 폴리염화비닐, CN이면 폴리아크릴로나이트릴, 페닐기면 폴리스타이렌이다.

• CN 치환기를 가진 구조는 폴리아크릴로나이트릴이므로 폴리스타이렌과 짝지은 것은 틀리다.
• 벤젠 고리(페닐기) 치환기를 가진 구조는 폴리스타이렌이므로 폴리아크릴로나이트릴과 짝지은 것은 틀리다.
• 비스페놀 A 단위와 –O–CO–O– 결합이 반복되는 구조는 폴리카보네이트이므로 폴리메틸메타크릴레이트와 짝지은 것은 틀리다.

나일론 6은 ε-카프로락탐의 개환중합으로 제조된다.

ε-카프로락탐은 탄소 6개를 포함한 고리형 아마이드(락탐)로, 고리가 열리면서 –NH–(C$H_{2}$)${}_{5}$–CO– 단위가 이어져 나일론 6이 된다.

• 아디프산의 축합중합은 헥사메틸렌다이아민과 반응하는 나일론 6,6 제조에 해당한다.
• 부타디엔은 합성고무 원료이며 나일론 6의 원료가 아니다.
• 아크릴로나이트릴의 부가중합은 폴리아크릴로나이트릴(아크릴 섬유)을 만든다.

그림의 반응은 Michael 반응이다.

$C_{2}$$H_{5}$ONa가 다이에틸 말로네이트의 활성 메틸렌에서 양성자를 떼어 탄소음이온을 만들고, 이것이 α,β-불포화 에스터(에틸 신나메이트)의 β-탄소에 공액(1,4-)첨가하여 페닐기가 붙은 탄소에 CH(C$O_{2}$$C_{2}$$H_{5}$)${}_{2}$가 결합한 생성물이 된다.

• Diels-Alder 반응은 다이엔과 친다이엔체가 [4+2] 고리화첨가해 사이클로헥센 고리를 만드는 반응이다.
• Kolbe-Schmitt 반응은 소듐 페녹사이드에 C$O_{2}$를 가압 반응시켜 살리실산을 얻는 반응이다.
• Reppe 반응은 아세틸렌을 원료로 하는 고압 촉매 반응 계열로, 말로네이트의 공액첨가와는 다르다.

주 생성물은 벤젠 고리에 아세틸기(–COC$H_{3}$)가 붙은 아세토페논이다.

AlC$l_{3}$가 아세틸 클로라이드의 Cl을 끌어내 아실륨 이온(C$H_{3}$C$O^{+}$)을 만들고, 이 친전자체가 벤젠을 공격하는 Friedel-Crafts 아실화(친전자성 방향족 치환)가 일어나 HCl이 빠져나간다.

• 벤젠 고리에 –COCl이 붙은 벤조일 클로라이드는 아실기의 염소가 남은 구조로, 이 반응에서 생기지 않는다.
• 클로로벤젠은 C$l_{2}$와 루이스산 촉매로 염소화할 때의 생성물이다.
• 톨루엔은 C$H_{3}$Cl 같은 할로젠화 알킬로 Friedel-Crafts 알킬화할 때의 생성물이다.

암모니아 소다법과 무관한 물질은 NaHS$O_{4}$이다.

솔베이법은 소금물에 N$H_{3}$와 C$O_{2}$를 흡수시켜 NaHC$O_{3}$를 침전시키고 이를 가열해 N$a_{2}$C$O_{3}$를 얻으며, 부산물 N$H_{4}$Cl은 Ca(OH)${}_{2}$로 처리해 암모니아를 회수한다.
$\mathrm{NaCl+NH_3+CO_2+H_2O\rightarrow NaHCO_3+NH_4Cl}$
$\mathrm{2NH_4Cl+Ca(OH)_2\rightarrow CaCl_2+2NH_3+2H_2O}$

• C$O_{2}$는 석회석 소성과 NaHC$O_{3}$ 열분해에서 얻어 탄산화에 쓰이는 반응물이다.
• CaC$l_{2}$는 암모니아 회수 단계에서 나오는 최종 부산물이다.
• N$H_{4}$Cl은 탄산화 단계에서 NaHC$O_{3}$와 함께 생기는 중간 생성물이다.

경질유를 탈황시키는 것은 수소 제조법이 아니다.

경질유 탈황(수소화 탈황)은 유분 속 황 화합물을 $H_{2}$S로 바꿔 제거하는 정제 공정으로, 오히려 수소를 소비한다.

• 물의 전기분해는 $H_{2}$O를 $H_{2}$와 $O_{2}$로 분해하는 수소 제조법이다.
• 천연가스(메테인)의 수증기 개질은 $H_{2}$와 CO를 얻는 대표적 수소 제조법이다.
• 중질유·석탄의 부분 산화(가스화)는 합성가스를 만들어 수소를 얻는 제조법이다.

개질 과정의 이산화탄소를 포집·저장하고 얻은 수소는 블루 수소이다.

천연가스 수증기 개질로 만든 수소 가운데 C$O_{2}$를 그대로 배출하면 그레이 수소, C$O_{2}$를 포집·저장(CCS)해 배출을 줄이면 블루 수소로 구분한다.

• 그린 수소는 재생에너지 전력으로 물을 전기분해해 만든 수소이다.
• 그레이 수소는 화석연료 개질로 만들면서 C$O_{2}$를 포집하지 않은 수소이다.
• 화이트 수소는 지하에 자연 상태로 존재하는 천연 수소를 가리키며 개질·포집 공정과 무관하다.

전지의 기전력은 1.4 V이다.

표준환원전위가 더 높은 B가 환원극(cathode), 낮은 A가 산화극(anode)이 된다.
$E^\circ_{\mathrm{cell}}=E^\circ_{\mathrm{cathode}}-E^\circ_{\mathrm{anode}}$
$=(-0.2)-(-1.6)=1.4\,\mathrm{V}$

전자 수를 맞추려고 B의 반쪽반응을 2배 해도 전위는 세기 성질이라 곱하지 않는다.

• 1.8 V는 두 전위의 절댓값을 더한 값으로, 산화극 전위를 빼는 정의에 맞지 않는다.
• 1.2 V는 B의 전위를 계수에 맞춰 2배(−0.4 V)로 잘못 키운 값이다.

알킬황산염에 테트라알킬암모늄염을 넣으면 세정력이 향상된다는 설명이 옳지 않다.

알킬황산염은 음이온성, 테트라알킬암모늄염은 양이온성 계면활성제이므로 섞으면 전하가 중화된 이온쌍(염)을 만들어 석출되고 세정력이 떨어진다.

• 피리디늄염이 암모늄염형 양이온성 계면활성제라는 설명은 옳다.
• 유지를 수산화나트륨으로 비누화한 비누가 카르복실산염 계면활성제라는 설명은 옳다.
• HLB 값이 클수록 친수성이 크다는 설명은 옳다.

p형 반도체는 ㄴ, ㄷ이다.

원래 원자보다 원자가 전자가 1개 적은 원소가 자리를 차지하면 전자가 부족해 정공이 생기는 받개(acceptor)가 되어 p형이 된다. ㄴ은 13족 Al 자리를 2족 Be가, ㄷ은 15족 As 자리를 14족 Ge가 차지하므로 모두 p형이다.

• ㄱ만 고른 것은 틀리다. 14족 Si에 15족 As를 도핑하면 전자가 1개 남는 주개(donor)가 되어 n형이다.
• ㄴ만 고른 것은 Ge가 As 자리를 치환해 전자가 부족해지는 ㄷ을 빠뜨렸다.
• ㄱ, ㄴ, ㄷ을 모두 고른 것은 n형인 ㄱ을 포함했다.