15년 1회차

네 설명이 모두 옳다.

원자 반경은 유효 핵전하와 전자껍질 수로 결정되며, 같은 전하의 이온끼리 비교하면 이온 반경도 같은 원리로 주기율표에서 같은 방향으로 변한다.

• 같은 주기에서 원자번호가 커지면 감소: 껍질 수는 같고 유효 핵전하가 커져 전자를 더 당긴다.
• 같은 족에서 원자번호가 커지면 증가: 전자껍질이 하나씩 늘어난다.
• 음이온 반경은 원자 반경보다 크다: 전자가 늘어 전자 간 반발이 커지고 유효 핵전하가 줄어든다.
• 이온 반경과 원자 반경의 경향이 같다: 같은 족 이온은 아래로 갈수록 커지고, 같은 주기의 같은 전하 이온은 오른쪽으로 갈수록 작아진다.

수소를 첨가해 경화유를 만들 수 있는 지방산은 올레산이다.

경화(수소첨가)는 C=C 이중결합에 수소를 더하는 반응이므로 불포화지방산만 대상이 된다. 올레산(C18, 이중결합 1개)은 수소화되면 스테아르산이 되어 녹는점이 높아진다.

• 라우르산: C12 포화지방산이라 첨가할 이중결합이 없다.
• 팔미트산: C16 포화지방산이다.
• 스테아르산: C18 포화지방산으로, 올레산을 수소화한 결과물이다.

점결성이 커서 다공성 코크스를 만들어 제철에 쓰이는 석탄은 역청탄이다.

역청탄(특히 강점결탄)은 건류 중 연화·용융되었다가 휘발분이 빠지며 굳어 단단하고 다공성인 코크스가 되므로, 고로에서 환원제·열원·통기 골격으로 쓰인다.

• 무연탄: 휘발분이 적어 연화되지 않으므로 점결성이 거의 없다.
• 갈탄: 석탄화도가 낮고 점결성이 없다.
• 이탄: 석탄화 초기 단계로 코크스 원료로 부적합하다.

$\mathrm{S}_{N}$1 반응속도를 가장 빠르게 하는 용매는 물이다.

$\mathrm{S}_{N}$1의 속도결정단계는 탄소양이온과 이탈기 음이온이 생기는 이온화 단계이다. 극성이 크고 양성자성인 용매일수록 이 이온들과 전이상태를 용매화로 안정화해 반응이 빨라진다.

• 클로로폼: 극성이 작아 이온을 안정화하지 못한다.
• 에탄올: 양성자성이지만 물보다 극성(유전율)이 작다.
• 물 50% + 에탄올 50%: 순수한 물보다 극성이 작아 느리다.

완효성 비료는 용해도가 낮고 분해 속도도 느려야 하므로, 분해 속도가 빠르다는 설명이 옳지 않다.

완효성 비료는 토양에서 천천히 분해되며 N${\mathrm{H}_{4}}^{+}$·N${\mathrm{O}_{3}}^{-}$를 서서히 공급해 비효를 오래 지속시키고 유실을 줄인다.

• 산림용 비료에 적합: 자주 시비하기 어려운 산림에 알맞다.
• 우레아폼·황산구아닐요소 등: 대표적 완효성 질소비료이다.
• 이온을 서서히 공급: 완효성 비료의 요건이다.

메탈로센 촉매를 이용하는 중합은 배위 중합이다.

메탈로센이나 지글러-나타 촉매는 전이금속에 단량체가 배위한 뒤 금속-탄소 결합에 삽입되며 사슬이 자라므로, 입체규칙성(아이소택틱 등) 폴리프로필렌을 만들 수 있다.

• 라디칼 중합: 개시제 라디칼로 진행하며, 프로필렌은 라디칼 중합으로 고분자량 중합체를 얻기 어렵다.
• 전해 중합: 전극 반응으로 전도성 고분자 등을 만든다.
• 축합 중합: 작은 분자를 내놓는 단계 중합으로 폴리프로필렌과 무관하다.

HLB 값이 가장 작은 계면활성제의 용도는 소포(거품 제거)이다.

HLB는 친수성-친유성 균형을 나타내며, 값이 작을수록 친유성이 크다. 대체로 소포제 < W/O 유화제 < 침투제 < O/W 유화제 < 세정제 < 가용화제 순으로 HLB가 커진다.

• 세정: HLB가 큰 친수성 계면활성제를 쓴다.
• 침투: 중간 정도의 HLB 범위를 쓴다.
• 가용화: HLB가 가장 큰 범위에 해당한다.

용출되는 Cu는 0.187 mol이다.

전하량: $Q=It=10\times3600=36000\ \mathrm{C}$
전자 몰수: $\dfrac{36000}{96500}=0.3731\ \mathrm{mol}$

Cu 1 mol이 녹을 때 전자 2 mol이 나오므로
$n(\mathrm{Cu})=\dfrac{0.3731}{2}=0.1865\approx0.187\ \mathrm{mol}$

수평균분자량은 22 g/mol이다.

각 성분 몰수: $\dfrac{90}{10}=9$, $\dfrac{180}{20}=9$, $\dfrac{280}{40}=7\ \mathrm{mol}$
전체 몰수 25 mol, 전체 질량 $90+180+280=550\ \mathrm{g}$

$\bar{M}_n=\dfrac{550}{25}=22\ \mathrm{g/mol}$
수평균은 전체 질량을 전체 몰수로 나눈 값이다.

세 분광법 중 가장 낮은 에너지를 쓰는 것은 NMR(라디오파)이므로, 적외선 분광법이라는 설명이 옳지 않다.

전자기파 에너지는 자외-가시선 > 적외선 > 라디오파 순이다. UV-VIS는 전자 전이, IR은 분자 진동, NMR은 자기장 속 핵스핀 전이를 관찰한다.

• NMR은 라디오파 이용: 옳다.
• 질량분석법으로 분자량 측정: 분자 이온 피크로 분자량을 구하므로 옳다.
• IR은 진동 에너지 준위와 관련: 옳다.

(가)는 개질(reforming), (나)는 분해(cracking)이다.

(가)는 직쇄 n-헵테인이 탈수소 고리화하여 방향족인 톨루엔과 수소를 내는 반응으로, 옥탄가를 높이는 접촉 개질의 대표 반응이다.
$\mathrm{C_7H_{16}\rightarrow C_6H_5CH_3+4H_2}$

(나)는 큰 분자인 n-데케인이 작은 분자로 쪼개지는 분해 반응이다.
$\mathrm{C_{10}H_{22}\rightarrow C_3H_6+C_7H_{16}}$
이성질화는 분자식이 그대로인 채 구조만 바뀌는 반응이므로 어느 쪽에도 해당하지 않는다.

화학적 펄프화로 제거하려는, 섬유와 세포를 강하게 결합시키는 물질은 리그닌이다.

리그닌은 세포 사이를 채워 섬유를 붙이는 방향족 고분자로, 크래프트법(NaOH + N$a_{2}$S)·아황산법 등 화학 펄프화에서 녹여 제거해 셀룰로스 섬유를 분리한다.

• 셀룰로스: 남겨서 얻으려는 섬유 성분이다.
• 헤미셀룰로스: 일부 제거되지만 섬유를 결합시키는 주성분은 아니다.
• 수분: 목재 결합 물질이 아니다.

고유 반도체는 온도가 오르면 전도도가 증가하므로, 감소한다는 설명이 옳지 않다.

온도가 오르면 원자가 띠의 전자가 띠 간격을 넘어 전도띠로 들뜨는 수가 늘어 전자·정공 운반자가 많아진다. 온도가 오를수록 전도도가 떨어지는 것은 금속의 특징이다.

• III족 원소 첨가로 전기적 특성 변화: p형 반도체가 되므로 옳다.
• LED는 pn 접합면의 발광 이용: 옳다.
• V족 원소 첨가로 n형 반도체: 옳다.

옥탄가 100의 표준연료는 아이소옥테인(2,2,4-트라이메틸펜테인, (C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{3}$CC$\mathrm{H}_{2}$CH(C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{2}$)이다.

옥탄가는 가지가 많아 노킹이 잘 일어나지 않는 2,2,4-트라이메틸펜테인을 100, 직쇄라 노킹이 심한 n-헵테인을 0으로 정한다.

• n-옥테인: 직쇄라 옥탄가가 매우 낮고 기준 연료가 아니다.
• n-헵테인: 옥탄가 0의 기준 연료이다.
• 2,3,4-트라이메틸헥세인: 가지 달린 C9 탄화수소로 기준 연료가 아니다.

정지기는 영양분 고갈과 유해 대사산물의 축적으로 성장과 사멸이 균형을 이루는 시기이므로, 유해물질 축적이 없다는 설명이 옳지 않다.

회분식 배양에서는 물질 공급·제거가 없어 시간이 지나면 기질이 줄고 대사산물이 쌓인다. 이 때문에 증식 속도가 떨어져 개체 수가 일정해진다.

• 지체기-지수기-정지기-사멸기의 생장곡선: 옳다.
• 지수기에 일정 시간마다 두 배로 증가하며 이를 세대시간이라 한다: 옳다.
• 사멸기에 사멸 속도가 증식 속도보다 커져 개체 수 감소: 옳다.

멘톨이 가질 수 있는 입체이성질체는 8개이다.

멘톨 고리에는 OH가 붙은 탄소, 아이소프로필기가 붙은 탄소, 메틸기가 붙은 탄소의 세 키랄 중심이 있다. 세 치환기가 모두 달라 분자 내 대칭면이 없으므로 메소 화합물이 생기지 않는다.

입체이성질체 수 = $2^n=2^3=8$
즉 (±)-멘톨, (±)-네오멘톨, (±)-아이소멘톨, (±)-네오아이소멘톨의 네 쌍의 거울상이성질체이다.

질산화는 N${\mathrm{H}_{4}}^{+}$ → N${\mathrm{O}_{2}}^{-}$(1단계) → N${\mathrm{O}_{3}}^{-}$(2단계) 순이므로, 순서를 거꾸로 쓴 설명이 옳지 않다.

1단계는 암모니아 산화균(Nitrosomonas 등)이, 2단계는 아질산 산화균(Nitrobacter 등)이 산소를 이용해 산화한다.
$\mathrm{NH_4^+ + 1.5O_2\rightarrow NO_2^- + 2H^+ + H_2O}$

• $\mathrm{H}^{+}$ 생성으로 pH 감소: 위 반응식처럼 산이 생기므로 옳다.
• pH 조절을 위해 NaOH 첨가: 알칼리도를 보충하므로 옳다.
• 질산화에 산소 참여: 호기성 반응이므로 옳다.

테레프탈산과 에틸렌 글라이콜로 합성되는 물질은 폴리에스터(PET)이다.

다이카복실산과 다이올이 물을 내놓으며 에스터 결합을 반복 형성하는 축합중합으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 된다.

• 폴리아크릴: 아크릴계 단량체의 첨가중합체이다.
• 폴리올레핀: 에틸렌·프로필렌 등 올레핀의 첨가중합체이다.
• 폴리우레탄: 다이아이소사이아네이트와 다이올로 만든다.

두 반응 모두 덜 치환된 알켄이 주로 생기는 호프만(Hofmann) 배향을 따르므로, (가)와 (나)의 주생성물은 모두 1-펜텐($\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH{=}CH_2)}$이다.

(가)는 2-브로모펜테인에 부피가 큰 염기인 칼륨 tert-뷰톡사이드를 쓴 E2 반응이다. 염기가 입체적으로 붐비는 내부 C3의 수소보다 끝 메틸기(C1)의 수소를 쉽게 떼어 내므로, 자이체프 생성물인 2-펜텐 대신 말단 알켄인 1-펜텐이 주생성물이 된다.

(나)는 과량의 $\mathrm{CH_3I}$로 아민을 완전 메틸화해 사차 암모늄염을 만들고, $\mathrm{Ag_2O}$로 수산화 이온과 교환한 뒤 가열하는 호프만 제거이다. 부피 큰 트라이메틸암모늄 이탈기 때문에 접근이 쉬운 말단 수소가 제거되어 역시 1-펜텐이 주로 생긴다.

• (가) 1-펜텐, (나) 2-펜텐으로 짝지은 것: 호프만 제거도 덜 치환된 알켄을 주로 내므로 (나)가 틀렸다.
• (가) 2-펜텐, (나) 1-펜텐으로 짝지은 것: 부피 큰 염기의 E2는 자이체프가 아닌 호프만 배향을 따르므로 (가)가 틀렸다.
• (가)와 (나)를 모두 2-펜텐으로 짝지은 것: 두 반응 모두 더 치환된 알켄이 주생성물이 되는 조건이 아니므로 틀렸다.

황안·요소·염안은 질소비료이므로, 인산비료에 해당한다는 설명이 옳지 않다.

황산암모늄((N$\mathrm{H}_{4}$)${}_{2}$S$\mathrm{O}_{4}$), 요소(CO(N$\mathrm{H}_{2}$)${}_{2}$), 염화암모늄(N$\mathrm{H}_{4}$Cl)은 모두 질소 성분을 공급한다. 인산비료는 과린산석회·중과린산석회·용성인비 등이다.

• 고도화성비료는 3요소 합계 30% 이상의 화성비료: 옳다.
• 화성비료는 혼합 과정에서 화학반응이 일어나 입자화된 비료: 옳다.
• 복합비료는 3요소 중 2성분 이상 함유: 옳다.