21년 1회차

암모니아를 원료로 만드는 합성질소 비료는 황안(황산암모늄)이다.

황안은 암모니아를 황산에 흡수·중화시켜 얻는 질소질 비료이다.

• 용성인비는 인광석을 사문암 등과 함께 용융시켜 만드는 인산질 비료이다.
• 황산칼륨은 칼륨(가리)질 비료이다.
• 과인산석회는 인광석을 황산으로 처리해 만드는 인산질 비료이다.

유지 1g을 완전히 비누화하는 데 드는 KOH의 mg수는 비누화가이다.

비누화가는 유지의 에스터 결합을 가수분해하는 데 필요한 염기량이므로, 값이 클수록 구성 지방산의 평균 분자량이 작다.

• 산가는 유지 1g 속 유리지방산을 중화하는 데 필요한 KOH의 mg수로, 비누화 전체가 아니라 유리산만 대상으로 한다.
• 요오드가는 유지 100g에 부가되는 요오드의 g수로 불포화도를 나타낸다.
• 용해도는 KOH 소비량으로 정의되는 유지의 화학적 지표가 아니다.

1차 아민은 (C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{2}$CHC$\mathrm{H}_{2}$N$\mathrm{H}_{2}$(아이소뷰틸아민)이다.

아민의 차수는 질소에 결합한 탄소(알킬기) 수로 정하며, 이 화합물은 질소에 알킬기가 하나뿐인 －N$\mathrm{H}_{2}$를 가진다. 탄소 사슬이 가지를 쳐도 차수와는 무관하다.

• C$\mathrm{H}_{3}$NHC$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{3}$는 질소에 메틸·에틸 두 기가 붙은 2차 아민이다.
• (C$\mathrm{H}_{3}$C$\mathrm{H}_{2}$)${}_{2}$NH는 질소에 에틸기 두 개가 붙은 2차 아민이다.
• (C$\mathrm{H}_{3}$C$\mathrm{H}_{2}$)${}_{3}$N은 질소에 에틸기 세 개가 붙은 3차 아민이다.

접촉분해에서 일어나지 않는 반응은 라디칼 생성이다.

접촉분해는 산성 촉매(제올라이트 등) 위에서 탄소 양이온(카보양이온)을 중간체로 진행하며, 라디칼 메커니즘은 열분해의 특징이다.

• 고리화는 카보양이온 반응을 통해 나프텐·방향족이 생성되는 반응으로 접촉분해에서 일어난다.
• 베타(β)－절단은 카보양이온의 β 위치 C－C 결합이 끊어지는 접촉분해의 핵심 단계이다.
• 이성질화는 카보양이온 재배열로 가지 달린 탄화수소가 생기는 반응으로, 접촉분해 가솔린의 옥탄가를 높인다.

옳은 설명은 열가소성 수지는 주로 사출성형으로 제조된다는 것이다.

열가소성 수지는 가열하면 녹아 흐르고 식으면 굳는 가역적 성질이 있어, 용융 수지를 금형에 주입하는 사출성형에 적합하다.

• 가교결합이 더 많은 것은 열경화성 수지이며, 열가소성 수지는 가교가 거의 없는 선형·가지형 사슬이다.
• 가열에 의해 경화반응이 일어나는 것은 열경화성 수지의 특징이다.
• 멜라민－폼알데하이드는 대표적인 열경화성 수지이다.

제올라이트의 일반적인 응용 분야가 아닌 것은 윤활제이다.

제올라이트는 규칙적인 미세 기공과 교환 가능한 양이온을 가진 결정성 알루미노실리케이트로, 이 구조를 이용해 촉매·흡착·이온교환에 쓰인다.

• 촉매: 산점과 형상 선택성을 이용해 접촉분해 등의 촉매로 쓰인다.
• 건조제: 기공에 물을 강하게 흡착하므로 분자체 건조제로 쓰인다.
• 이온교환: 골격의 양이온을 교환할 수 있어 세제 빌더·수처리에 쓰인다.

선택적 비촉매 환원법(SNCR)에서 사용하는 것은 암모니아와 요소이다.

SNCR은 촉매 없이 고온 영역에 환원제(암모니아·요소)를 분사해 N$\mathrm{O}_{x}$를 $\mathrm{N}_{2}$와 $\mathrm{H}_{2}$O로 환원하는 방법이다.

• 제올라이트와 요소: 제올라이트는 촉매를 쓰는 선택적 촉매 환원법(SCR)의 촉매 재료이므로 SNCR과 맞지 않는다.
• 제올라이트와 실리카겔: 둘 다 환원제가 아니며, 촉매·흡착제 재료이다.
• 암모니아와 실리카겔: 실리카겔은 흡착제(건조제)로 N$\mathrm{O}_{x}$ 환원에 쓰이지 않는다.

CVD 박막성장 순서는 ㄷ→ㄱ→ㄴ→ㅁ→ㄹ이다.

기상의 반응물이 경계층을 지나 표면으로 이동하고(ㄷ), 표면에 흡착한 뒤(ㄱ), 표면에서 화학종이 이동해 성장 자리에서 반응하며 막이 자란다(ㄴ). 이후 부생성물이 표면에서 탈착하고(ㅁ), 경계층 밖으로 확산해 제거된다(ㄹ).

• ㄱ→ㄴ→ㄷ→ㄹ→ㅁ은 반응물이 표면에 도달하기도 전에 흡착이 일어나는 순서라 맞지 않는다.
• ㄴ→ㄱ→ㄹ→ㄷ→ㅁ은 표면 이동이 흡착보다 앞서고, 부생성물 확산이 탈착보다 먼저여서 맞지 않는다.
• ㄷ→ㄴ→ㄱ→ㅁ→ㄹ은 흡착 전에 표면 이동이 일어나는 순서라 맞지 않는다.

옳지 않은 설명은 불균일부식에서 단위표면적당 무게감량으로 부식속도를 나타낼 수 있다는 것이다.

단위표면적당 무게감량으로 부식속도를 나타내는 방법은 표면 전체가 고르게 깎이는 균일부식에서만 의미가 있고, 공식(점부식)처럼 국부적으로 깊게 진행되는 불균일부식은 무게감량이 작아도 피해가 클 수 있어 이 방법으로 평가할 수 없다.

• 부식은 자발적으로 일어나는 반응이므로 깁스에너지 변화는 0보다 작다.
• 부식은 금속이 외부환경과의 전기화학적 반응으로 열화되는 과정이다.
• 부식되는 금속은 전자를 내놓고 산화되므로 산화전극(애노드) 역할을 한다.

세 번째 단계는 ㄷ(감속기)이다.

회분식 배양의 생장곡선은 지연기(ㄴ) → 지수생장기(ㄱ) → 감속기(ㄷ) → 정지기(ㄹ) 순으로 진행되며, 이후 사멸기가 이어진다.

• ㄱ(지수생장기)은 적응을 마친 세포가 일정한 비성장속도로 증식하는 두 번째 단계이다.
• ㄴ(지연기)은 새 환경에 적응하며 세포 수가 거의 늘지 않는 첫 단계이다.
• ㄹ(정지기)은 기질 고갈·대사산물 축적으로 증식과 사멸이 균형을 이루는 네 번째 단계이다.

농도 차이를 주요 구동력으로 하는 막분리 공정은 투석법이다.

투석은 막 양쪽의 농도 구배에 따라 작은 용질이 확산해 이동하는 공정이다.

• 마이크로여과법은 압력 차를 구동력으로 미립자·세균 등을 거른다.
• 역삼투압법은 삼투압보다 큰 압력을 가해 용매를 이동시키는 압력 구동 공정이다.
• 초미세여과법은 압력 차로 단백질 등 고분자를 분리한다.

부가 사슬 중합으로 얻는 고분자는 폴리염화바이닐이다.

폴리염화바이닐은 염화바이닐(C$\mathrm{H}_{2}$＝CHCl)의 이중결합이 라디칼 개시로 열리며 단량체가 연속 부가되는 사슬 중합으로 만든다.

• 노볼락은 페놀과 폼알데하이드의 축합(단계) 중합으로 얻는다.
• 폴리에스터는 다이올과 다이카복실산(또는 그 유도체)의 축합(단계) 중합으로 얻는다.
• 나일론 6은 카프로락탐의 개환중합으로 얻으며, 바이닐 단량체의 이중결합 부가 중합이 아니다.

주생성물은 2－클로로프로페인(C$\mathrm{H}_{3}$－CHCl－C$\mathrm{H}_{3}$)이다.

$\mathrm{H}^{+}$가 말단 C$\mathrm{H}_{2}$에 붙으면 더 안정한 2차 탄소 양이온(C$\mathrm{H}_{3}$－C$\mathrm{H}^{+}$－C$\mathrm{H}_{3}$)이 생기고, 여기에 C$l^{-}$가 결합한다(Markovnikov 첨가).

• C$\mathrm{H}_{3}$－C$\mathrm{H}_{2}$－C$\mathrm{H}_{2}$Cl은 불안정한 1차 탄소 양이온을 거쳐야 하므로 주생성물이 아니다.
• C$\mathrm{H}_{2}$Cl－CH＝C$\mathrm{H}_{2}$는 이중결합이 남은 치환 생성물로, 첨가 반응의 결과가 아니다.
• C$\mathrm{H}_{3}$－CH＝CHCl도 이중결합이 남아 있어 HCl 첨가 생성물이 아니다.

정상 끓는점이 낮은 것부터 나열하면 ㄷ＜ㄴ＜ㄱ이다.

ㄱ은 1－뷰탄올, ㄴ은 2－뷰탄올, ㄷ은 tert－뷰틸 알코올(2－메틸－2－프로판올)로 모두 분자식이 $\mathrm{C}_{4}$$\mathrm{H}_{10}$O인 알코올 이성질체이다. 셋 다 수소결합을 하므로 차이는 가지화 정도에서 생긴다.

가지가 많을수록 분자가 구형에 가까워 접촉 표면적과 분산력이 줄고, 하이드록시기 주변이 입체적으로 가려져 수소결합도 약해진다. 따라서 가지가 가장 많은 3차 알코올(ㄷ)이 가장 낮고, 2차(ㄴ), 직쇄 1차(ㄱ) 순으로 끓는점이 높아진다.

• ㄱ＜ㄴ＜ㄷ은 직쇄인 1－뷰탄올을 가장 낮게 둔 순서라 반대이다.
• ㄴ＜ㄱ＜ㄷ은 2－뷰탄올을 가장 낮게, tert－뷰틸 알코올을 가장 높게 둔 순서라 맞지 않는다.
• ㄴ＜ㄷ＜ㄱ은 가지가 가장 많은 tert－뷰틸 알코올보다 2－뷰탄올을 낮게 둔 순서라 맞지 않는다.

최종 생성물은 2－아세틸－5－메틸싸이오펜(메틸기 반대편 α 위치에 C$\mathrm{H}_{3}$CO－가 붙은 싸이오펜)이다.

SnC$l_{4}$(루이스산)가 염화아세틸에서 아실륨 이온(C$\mathrm{H}_{3}$C≡$\mathrm{O}^{+}$)을 만들고, 이것이 싸이오펜 고리를 공격하는 Friedel－Crafts 아실화가 일어난다. 싸이오펜은 황 옆의 α 위치에서 친전자 치환이 가장 잘 일어나므로, 비어 있는 다른 α 위치(C5)가 아세틸화된다.

• ClC$\mathrm{H}_{2}$－가 붙은 싸이오펜(메틸기가 사라진 구조)은 아실화가 아니라 메틸기 염소화에 해당하는 구조이다.
• 메틸싸이오펜의 α 위치에 Cl이 붙은 구조는 고리 염소화 생성물로, 아실기가 도입되지 않았다.
• ClC$\mathrm{H}_{2}$－와 아세틸기가 함께 붙은 구조는 메틸기가 염소화되어야 하는데, 이 조건에서는 메틸기가 그대로 남는다.

수소의 제법이 아닌 것은 산화철(F$e_{2}$$\mathrm{O}_{3}$)과 물의 반응이다.

F$e_{2}$$\mathrm{O}_{3}$의 철은 이미 산화된 상태(+3)여서 물을 환원해 수소를 내놓을 수 없다. 수소를 내는 것은 환원된 철(Fe)이 수증기와 반응할 때이다.

• 코크스와 물(수증기)의 반응은 CO와 $\mathrm{H}_{2}$의 수성가스를 만드는 수소 제법이다.
• 메테인과 물의 반응은 수증기 개질로, 공업적 수소 제조의 대표 공정이다.
• 물의 전기분해는 음극에서 $\mathrm{H}_{2}$를 얻는 수소 제법이다.

최종 생성물 ㉡은 스타이렌이다.

벤젠과 에틸렌이 AlC$l_{3}$－HCl 촉매로 Friedel－Crafts 알킬화되어 ㉠ 에틸벤젠이 생긴다.

에틸벤젠을 F$e_{2}$$\mathrm{O}_{3}$－Cr$\mathrm{O}_{3}$ 촉매 위 고온에서 탈수소하면 $\mathrm{H}_{2}$가 빠지며 곁사슬에 이중결합이 생겨 ㉡ 스타이렌($\mathrm{C}_{6}$$\mathrm{H}_{5}$CH＝C$\mathrm{H}_{2}$)이 된다.

• 에틸벤젠은 첫 단계의 중간 생성물 ㉠이며, 두 번째 단계에서 $\mathrm{H}_{2}$를 잃고 다른 물질로 바뀐다.
• 톨루엔은 메틸벤젠으로, 에틸기의 탈수소로는 생기지 않는다.
• 자일렌은 다이메틸벤젠으로, 이 반응 경로에서 생기지 않는다.

옳지 않은 설명은 중간체로 라디칼이 생성되고 곁사슬 생성을 위한 분자 간 수소 이동이 일어나기 쉽다는 것이다.

지글러－나타 중합은 전이금속 활성점에 단량체가 배위한 뒤 금속－탄소 결합에 삽입되는 배위 중합이어서 라디칼 중간체가 없고, 사슬 이동에 의한 곁사슬이 적어 선형 고분자가 생긴다.

• 전형적인 촉매는 TiC$l_{4}$와 트라이에틸알루미늄을 반응시켜 만든다.
• 곁사슬이 적은 선형 사슬이 생기므로 에틸렌 중합 시 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 얻는다.
• 고체 불균일계 촉매뿐 아니라 메탈로센 같은 균일계 촉매로도 개발되었다.

식물 세포벽을 이루는 주요 탄수화물은 셀룰로오스이다.

셀룰로오스는 포도당이 β－1,4 글리코사이드 결합으로 이어진 직쇄 다당류로, 세포벽에서 리그닌·헤미셀룰로오스·펙틴 등과 결합해 구조를 이룬다.

• 수크로오스는 포도당과 과당으로 된 이당류로 세포벽 구조 물질이 아니다.
• 전분은 α－결합 포도당 다당류로 식물의 저장 탄수화물이다.
• 검은 식물이 분비하는 점성 다당류로 세포벽의 주성분이 아니다.

활성점 상실로 촉매를 비활성화하는 화학적 현상은 피독이다.

피독은 황·납 같은 불순물이 활성점에 강하게 화학흡착해 반응물이 활성점에 접근하지 못하게 하는 현상이다.

• 파울링은 코크 등 물질이 표면·기공에 물리적으로 쌓여 막히는 기계적 비활성화이다.
• 상변화는 고온에서 촉매 담체 등의 결정상이 바뀌는 열적 비활성화이다.
• 소결은 고온에서 금속 입자가 뭉쳐 표면적이 줄어드는 열적 비활성화이다.