[9급 국가직 공업화학] 20년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

삼브로민화 붕소는 전자쌍을 받아들이는 루이스 산이다.
BB$r_{3}$의 붕소는 원자가 전자가 3개뿐이라 공유 결합 3개를 만든 뒤에도 옥텟이 차지 않은 빈 p 오비탈을 가진다. 그래서 암모니아·에테르 같은 루이스 염기의 비공유 전자쌍을 받아 부가물을 만든다.
브뢴스테드－로우리 산: 내어 줄 수 있는 $\mathrm{H}^{+}$(양성자)가 분자에 없으므로 해당하지 않는다.
브뢴스테드－로우리 염기: 양성자를 받아들이는 물질이 아니다.
루이스 염기: 전자쌍을 내어 주는 쪽이 아니라 받는 쪽이므로 반대이다.

폴리올레핀은 축합 중합이 아니라 이중 결합이 열리며 이어지는 부가(첨가) 중합으로 만든다.
폴리에틸렌·폴리프로필렌 같은 폴리올레핀은 올레핀 단량체가 라디칼 또는 배위(지글러－나타·메탈로센) 촉매로 사슬 중합되며, 부산물이 생기지 않는다. 축합 중합은 단량체가 결합할 때 물 같은 작은 분자가 빠져나가는 단계 중합이다.
폴리아마이드: 다이아민과 다이카복실산(또는 산 염화물)이 물(또는 HCl)을 내놓으며 아마이드 결합을 만드는 축합 중합체이다.
폴리이미드: 다이안하이드라이드와 다이아민이 폴리아믹산을 거쳐 탈수 고리화되는 축합 중합체이다.
페놀－포름알데히드 수지: 페놀과 포름알데히드가 물을 내놓으며 메틸렌 다리로 연결되는 축합 중합체이다.

이차전지는 니켈－카드뮴 전지와 리튬－산화망간 전지이다.
이차전지는 방전 반응을 외부 전류로 되돌려 다시 충전할 수 있는 전지이다. 니켈－카드뮴 전지는 대표적 충전식 전지이고, 리튬－산화망간 전지는 리튬－망간 산화물을 양극으로 하여 리튬 이온이 양극에 드나들며 충방전되는 리튬 이온 계열 이차전지로 분류된다.
수은－아연 전지(수은 전지)는 아연 음극과 산화수은 양극을 쓰는 일차전지로, 방전 후 재충전하지 않고 버리는 전지이다.

테레프탈산과 에틸렌 글리콜이 물을 내놓으며 축합하므로 생성 고분자는 폴리에스터(폴리에틸렌 테레프탈레이트, PET)이다.
카복실기(－COOH)와 하이드록시기(－OH)가 탈수 축합하면 에스터 결합(－COO－)이 생기고, 양 끝에 작용기가 둘씩 있어 사슬이 계속 이어진다.
폴리아마이드: 카복실산과 아민(－N$\mathrm{H}_{2}$)이 반응해 아마이드 결합을 만들어야 하는데 반응물에 아민이 없다.
폴리카보네이트: 비스페놀 A 등과 포스젠(또는 탄산 에스터)으로 카보네이트 결합을 만드는 고분자이다.
폴리우레탄: 다이아이소사이아네이트와 다이올의 부가 반응으로 우레탄 결합을 만들며, 물이 빠지지 않는다.

주생성물 A는 E2 제거로 생기는 1-뷰텐(C$\mathrm{H}_{3}$C$\mathrm{H}_{2}$CH=C$\mathrm{H}_{2}$)이다.
포타슘 tert-뷰톡사이드는 염기성은 강하지만 매우 부피가 큰 염기라 탄소를 뒤에서 공격하는 $\mathrm{S}_{N}$2가 어렵고, 바깥쪽 β-수소를 떼어 내는 E2 제거가 우세하다. 1-브로모뷰테인은 Br이 사슬 끝에 있어 β-탄소가 C2 하나뿐이므로 이중 결합은 C1－C2에만 생긴다.
C$\mathrm{H}_{3}$C$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$OC(C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{3}$: $\mathrm{S}_{N}$2 치환 생성물인 에테르로, 부피 큰 염기에서는 부생성물이다.
C$\mathrm{H}_{3}$CH=CHC$\mathrm{H}_{3}$: 2-뷰텐이 되려면 C2－C3에 이중 결합이 생겨야 하는데, 이탈기가 C1에 있어 E2로는 생길 수 없다.
C$\mathrm{H}_{3}$CH=CHC$\mathrm{H}_{2}$OC(C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{3}$: 치환과 탈수소가 함께 일어나야 하는 구조로 이 반응에서 생기지 않는다.

메탄올 합성은 상온·상압이 아니라 고온·고압에서 구리－아연계 산화물 촉매로 진행하므로, 상온·상압에서 $\mathrm{H}_{3}$P$\mathrm{O}_{4}$/Si$\mathrm{O}_{2}$를 쓴다는 설명이 옳지 않다.
$\mathrm{H}_{3}$P$\mathrm{O}_{4}$/Si$\mathrm{O}_{2}$는 에틸렌을 직접 수화해 에탄올을 만들 때 쓰는 고체 인산 촉매이다. 메탄올 합성은 몰수가 줄어드는 반응이라 압력을 높여야 평형상 유리하다.
반응물이 CO와 $\mathrm{H}_{2}$라는 설명: $\mathrm{CO + 2H_2 \rightarrow CH_3OH}$ 로 옳다.
발열반응이라는 설명: 메탄올 합성은 발열반응이므로 옳다.
디메틸에테르가 부산물로 생길 수 있다는 설명: 메탄올 2분자가 탈수되어 C$\mathrm{H}_{3}$OC$\mathrm{H}_{3}$가 생길 수 있으므로 옳다.

헤미셀룰로오스 성분 가운데 5탄당은 자일로오스와 아라비노오스이다.
헤미셀룰로오스는 여러 당이 섞인 이종 다당류로, 탄소 5개짜리 오탄당(자일로오스·아라비노오스)과 탄소 6개짜리 육탄당(글루코오스·만노오스·갈락토오스)이 함께 들어 있다.
만노오스와 글루코오스: 둘 다 6탄당이다.
갈락토오스와 아라비노오스: 아라비노오스는 5탄당이지만 갈락토오스는 6탄당이다.
만노오스와 갈락토오스: 둘 다 6탄당이다.

양쪽성 계면활성제를 주는 반응은 RN(C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{2}$와 ClC$\mathrm{H}_{2}$COONa의 반응이다.
3차 아민의 질소가 클로로아세트산 소듐의 탄소를 공격해 Cl을 치환하면 R$\mathrm{N}^{+}$(C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$CO$\mathrm{O}^{-}$(알킬 베타인)이 생기고, NaCl이 빠진다. 한 분자 안에 4차 암모늄 양이온과 카복실레이트 음이온이 함께 있어 양쪽성이다.
RN(C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{2}$ + C$\mathrm{H}_{3}$Cl: 4차 암모늄염 R$\mathrm{N}^{+}$(C$\mathrm{H}_{3}$)${}_{3}$C$l^{-}$이 생기는 양이온 계면활성제이다.
RCOOH + HO(C$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$O)${}_{n}$H ($\mathrm{H}_{2}$S$\mathrm{O}_{4}$): 에스터화로 폴리옥시에틸렌 지방산 에스터가 생기는 비이온 계면활성제이다.
RO(C$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$O)${}_{n}$S$\mathrm{O}_{3}$H + NaOH: 중화로 알코올 에톡시 황산염 소듐염이 생기는 음이온 계면활성제이다.

격자 에너지가 가장 큰 것은 MgO이다.
격자 에너지는 쿨롱 인력에 비례하므로 이온 전하의 곱이 클수록, 이온 사이 거리(이온 반지름 합)가 작을수록 커진다. MgO는 M$g^{2+}$와 $\mathrm{O}^{2-}$로 전하 곱이 크고, 두 이온 모두 작다.
MgS: 전하는 MgO와 같지만 $\mathrm{S}^{2-}$가 $\mathrm{O}^{2-}$보다 커서 이온 간 거리가 멀어 MgO보다 작다.
NaF: N$a^{+}$와 $\mathrm{F}^{-}$의 1가 이온이라 전하 곱이 작다.
NaCl: 1가 이온인 데다 C$l^{-}$가 $\mathrm{F}^{-}$보다 커서 넷 중 가장 작다.

FeC$l_{3}$는 응집보조제가 아니라 그 자체가 응집제이다.
염화제이철은 물속에서 가수분해되어 수산화철 플록을 만들고, 양전하로 콜로이드의 음전하를 중화해 응집시키는 주 응집제이다. 응집보조제는 응집제가 잘 작용하도록 알칼리도·pH를 맞추는 물질 등을 말한다.
Ca(OH)${}_{2}$: 소석회로, 알칼리도를 보충하고 pH를 조절하는 응집보조제로 쓴다.
N$a_{2}$C$\mathrm{O}_{3}$: 소다회로, 알칼리도 보충용 응집보조제로 쓴다.
NaOH: 가성소다로, pH 조절용 응집보조제로 쓴다.

ABS 수지는 비스페놀 A를 쓰지 않는다.
ABS 수지는 아크릴로나이트릴·뷰타다이엔·스타이렌 세 단량체로 만든 공중합체(그라프트 블렌드)로, 원료에 비스페놀 A가 없다.
폴리카보네이트: 비스페놀 A와 포스젠(또는 다이페닐 카보네이트)의 축합으로 만든다.
폴리아릴레이트: 비스페놀 A와 프탈산류(테레프탈산·아이소프탈산)로 만드는 방향족 폴리에스터이다.
에폭시 수지: 비스페놀 A와 에피클로로하이드린으로 만든 다이글리시딜 에테르가 대표적이다.

소금물 전기 분해로 과산화수소는 생기지 않는다.
염화 소듐 수용액을 전기 분해하면 양극에서 C$l^{-}$가 산화되어 염소가, 음극에서 물이 환원되어 수소와 O$\mathrm{H}^{-}$가 생기고, 남은 N$a^{+}$와 O$\mathrm{H}^{-}$가 수산화 소듐이 된다.
$\mathrm{2NaCl + 2H_2O \rightarrow Cl_2 + H_2 + 2NaOH}$
염소(C$l_{2}$): 양극 생성물이다.
수소($\mathrm{H}_{2}$): 음극 생성물이다.
수산화 소듐(NaOH): 음극 쪽 용액에 생기는 생성물이다.

도판트를 주입하는 공정은 확산(diffusion)이다.
확산 공정은 고온에서 붕소·인 같은 불순물 원자를 웨이퍼 표면에서 내부로 퍼져 들어가게 해 p형·n형 영역을 만든다(이온 주입과 함께 대표적 도핑 방법).
식각: 필요 없는 막을 화학적·물리적으로 깎아 내는 공정이다.
세척: 웨이퍼 표면의 입자·유기물·금속 오염을 제거하는 공정이다.
산화: 실리콘 표면에 Si$\mathrm{O}_{2}$ 절연막을 키우는 공정이다.

$\mathrm{C}_{4}$$\mathrm{H}_{8}$의 구조 이성질체와 기하 이성질체는 모두 6개이다.
$\mathrm{C}_{4}$$\mathrm{H}_{8}$은 불포화도가 1이므로 이중 결합 1개(알켄) 또는 고리 1개(사이클로알케인)를 가진다.
알켄: 1-뷰텐, cis-2-뷰텐, trans-2-뷰텐, 2-메틸프로펜 → 4개
고리: 사이클로뷰테인, 메틸사이클로프로페인 → 2개
따라서 4 + 2 = 6개이다.

[Co(en)${}_{2}$C$l_{2}$]Cl에서 코발트의 배위수는 6, 산화수는 ＋3이다.
배위수: en은 질소 2개로 결합하는 두자리 리간드이므로 $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$
산화수: 바깥 C$l^{-}$ 1개로 착이온 전하는 ＋1, en은 중성, 안쪽 C$l^{-}$ 2개이므로 $x + 0 + 2(-1) = +1$, $x = +3$
배위수를 4로 본 짝은 en을 한자리 리간드로 잘못 센 것이고, 산화수 ＋2는 바깥 C$l^{-}$를 빼먹은 것이다.

메탈로센 촉매는 폴리프로필렌 합성에도 쓰이므로, 사용할 수 없다는 설명이 옳지 않다.
메탈로센 촉매는 활성점이 한 종류인 단일 활성점 촉매로, 리간드 구조를 바꿔 아이소택틱·신디오택틱 폴리프로필렌까지 입체규칙성을 조절해 만들 수 있다.
지글러－나타 촉매로 에틸렌에서 폴리에틸렌을 만든다는 설명: 저압에서 고밀도 폴리에틸렌을 만드는 대표 공정이므로 옳다.
크롬계 촉매로 고밀도 폴리에틸렌을 만든다는 설명: 산화크롬/실리카(필립스) 촉매 공정이므로 옳다.
고온·고압에서 에틸렌을 중합해 저밀도 폴리에틸렌을 만든다는 설명: 라디칼 중합으로 곁가지가 많은 LDPE가 생기므로 옳다.

$\mathrm{C}_{4}$ 올레핀을 주원료로 하는 제품은 뷰테인－1,4－다이올이다.
뷰테인－1,4－다이올은 탄소 4개 사슬 양 끝에 OH가 붙은 화합물로, 뷰타다이엔 같은 $\mathrm{C}_{4}$ 유분을 출발 물질로 하는 공정(아세톡시화 후 수소화·가수분해 등)으로 만든다.
아이소프로필알코올: 프로필렌($\mathrm{C}_{3}$)의 수화로 만든다.
폴리아크릴로나이트릴: 프로필렌의 암모산화로 얻은 아크릴로나이트릴($\mathrm{C}_{3}$)을 중합한다.
펜타에리트리톨: 아세트알데히드와 포름알데히드의 알돌 축합·칸니차로 반응으로 만든다.

탄소가 친핵성인 화합물은 그리냐르 시약인 C$\mathrm{H}_{3}$MgCl이다.
탄소(전기음성도 큼)와 마그네슘(전기음성도 작음) 사이의 결합은 전자가 탄소 쪽으로 치우쳐 탄소가 부분 음전하(카보음이온 성질)를 띠므로, 카보닐 탄소 등을 공격하는 친핵체로 작용한다.
C$\mathrm{H}_{3}$N$\mathrm{H}_{2}$: 친핵성 자리는 비공유 전자쌍을 가진 질소이며 탄소가 아니다.
O=C$\mathrm{H}_{2}$: 산소가 전자를 당겨 카보닐 탄소가 부분 양전하를 띠는 친전자체이다.
C$\mathrm{H}_{3}$Cl: 염소가 전자를 당겨 탄소가 부분 양전하를 띠며 친핵체의 공격을 받는 친전자성 탄소이다.

옳은 설명은 주형 DNA가 G－C－C라는 설명과 코돈이 아미노산 종류를 정한다는 설명이다.
mRNA는 주형 DNA 가닥과 상보적으로 합성되므로(G↔C) mRNA가 C－G－G이면 주형 DNA는 G－C－C이다. 또 mRNA의 연속된 염기 3개인 코돈이 하나의 아미노산을 지정한다.
DNA에서 mRNA가 만들어지는 과정을 번역이라 한다는 설명: 이 과정은 전사(transcription)이며, 번역은 mRNA 정보로 단백질을 합성하는 과정이다.
핵 내부에서 mRNA와 리보솜이 단백질을 합성한다는 설명: mRNA는 핵에서 만들어진 뒤 세포질로 나가 리보솜에서 번역되므로 단백질 합성 장소는 핵 밖(세포질)이다.

$\mathrm{K}_{1}$이 $\mathrm{K}_{2}$보다 훨씬 큰 것은 킬레이트 효과 때문이다.
en은 질소 두 개로 동시에 결합하는 두자리 리간드라 3분자만으로 배위 자리 6개를 채우고, N$\mathrm{H}_{3}$는 6분자가 필요하다. 수화된 N$i^{2+}$에서 물 6분자를 밀어낼 때 en 쪽이 반응 후 자유 입자 수가 더 많이 늘어 엔트로피 변화가 유리하므로, 비슷한 N 배위인데도 고리형 착물이 훨씬 안정하다.
결정장 효과: 두 착물 모두 질소가 배위하는 팔면체 착물이라 결정장 갈라짐 차이로는 $10^{10}$배라는 큰 차이를 설명하기 어렵다.
얀텔러 효과: 축퇴된 오비탈의 불균등한 전자 배치 때문에 착물이 찌그러지는 현상으로, 안정도 상수 차이와 무관하다.
틴들 효과: 콜로이드 입자가 빛을 산란시키는 광학 현상이다.