[9급 국가직 공업화학] 16년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

미세 기공이 많아 단위 무게당 표면적이 매우 넓은 탄소재료는 활성탄이다.
활성탄은 목탄·야자껍질 등을 탄화한 뒤 수증기·약품으로 활성화해 미세 기공을 발달시킨 무정형 탄소로, 흡착제·촉매 담체로 널리 쓰인다.
풀러렌: $\mathrm{C}_{60}$ 같은 구형 탄소 분자로 다공성 흡착재가 아니다.
제올라이트: 다공성이지만 탄소재료가 아닌 알루미노규산염이다.
다이아몬드: 치밀한 결정 탄소로 기공이 없다.

비누화가는 유지 1 g을 완전히 비누화하는 데 필요한 KOH의 mg 수이다.
비누화가는 유지의 에스터 결합 수, 즉 평균분자량에 반비례하는 값으로, 기준 알칼리로 KOH를 쓴다.
NaOH의 mg 수: 정의에 쓰는 알칼리가 KOH이다.
HCl의 mg 수: 산은 비누화에 쓰이지 않는다.
$\mathrm{H}_{2}$S$\mathrm{O}_{4}$의 mg 수: 역시 산이라 비누화와 무관하다.

브뢴스테드-로우리 산은 HS${\mathrm{O}_{4}}^{-}$, 그 짝염기는 S${\mathrm{O}_{4}}^{2-}$이다.
브뢴스테드-로우리 산은 $\mathrm{H}^{+}$를 내주는 물질이고, 산이 $\mathrm{H}^{+}$를 잃고 남은 것이 짝염기이다. HS${\mathrm{O}_{4}}^{-}$가 O$\mathrm{H}^{-}$에 $\mathrm{H}^{+}$를 주어 S${\mathrm{O}_{4}}^{2-}$가 되고, O$\mathrm{H}^{-}$(염기)는 $\mathrm{H}^{+}$를 받아 짝산 $\mathrm{H}_{2}$O가 된다.
$\mathrm{H}_{2}$O와 S${\mathrm{O}_{4}}^{2-}$: 물은 O$\mathrm{H}^{-}$의 짝산이며 S${\mathrm{O}_{4}}^{2-}$와 짝이 아니다.
HS${\mathrm{O}_{4}}^{-}$와 $\mathrm{H}_{2}$O: $\mathrm{H}_{2}$O는 HS${\mathrm{O}_{4}}^{-}$의 짝염기가 아니다.
S${\mathrm{O}_{4}}^{2-}$와 $\mathrm{H}_{2}$O: S${\mathrm{O}_{4}}^{2-}$는 생성물 쪽 염기이다.

Ziegler-Natta 촉매의 금속 조합은 Ti-Al이다.
대표적 Ziegler-Natta 촉매는 TiC$l_{4}$(또는 TiC$l_{3}$)와 Al($\mathrm{C}_{2}$$\mathrm{H}_{5}$)${}_{3}$를 조합한 것으로, 배위 중합으로 입체규칙성 폴리프로필렌을 만든다.
Zn-Al: Ziegler-Natta 촉매 조합이 아니다.
Co-Mo: 석유의 수소화 탈황 촉매 조합이다.
Pd-Cu: Wacker 공정(에틸렌 → 아세트알데하이드)의 촉매 조합이다.

평균분자량 측정법이 아닌 것은 열 무게분석법이다.
열무게분석(TGA)은 온도를 올리며 질량 변화를 측정해 열안정성·분해온도·조성을 분석하는 방법이다.
광산란법: 중량평균분자량을 구한다.
삼투압법: 수평균분자량을 구한다.
말단기 분석법: 말단기 수를 세어 수평균분자량을 구한다.

주생성물은 지방산 아마이드이다.
지방산과 암모니아는 먼저 암모늄염을 만들고, 가열하면 물 1분자가 빠져 아마이드가 된다.
$\mathrm{RCOOH+NH_3\rightarrow RCOONH_4\rightarrow RCONH_2+H_2O}$
지방족 아민: 나이트릴을 수소화해야 얻는다.
지방족 나이트릴: 아마이드에서 물이 한 번 더 빠지는 더 가혹한 탈수 조건의 생성물이다.
지방산 에스터: 암모니아가 아니라 알코올과 반응해야 생긴다.

개질은 사슬형 탄화수소를 방향족·가지 달린 탄화수소로 바꾸는 공정이므로, 방향족에서 사슬형을 만든다는 설명이 옳지 않다.
접촉 개질은 백금계 촉매로 나프텐 탈수소, 파라핀 고리화·이성화를 일으켜 옥탄가를 높이고 BTX와 수소를 얻는다.
코킹: 중질유를 열분해해 경유·가솔린과 코크스를 얻으므로 옳다.
분해: 수증기 분해·접촉 분해·수소첨가 분해가 있으므로 옳다.
소중합: 저분자 올레핀을 결합해 가솔린 범위 분자로 만들므로 옳다.

광학 활성을 갖는 분자는 Cl이 붙은 탄소가 이중결합 바로 옆에 있는 3-클로로사이클로펜텐이다.
이 분자의 C-Cl 탄소는 H, Cl, CH=CH 쪽 탄소, C$\mathrm{H}_{2}$ 쪽 탄소의 서로 다른 네 원자(단)와 결합한 키랄 중심이고, 분자에 대칭면이 없다.
클로로사이클로펜테인: C-Cl 탄소의 양쪽 고리 경로가 같아 대칭면이 있다.
1-클로로사이클로펜텐: Cl이 s$p^{2}$ 탄소에 붙어 키랄 중심이 없다.
4-클로로사이클로펜텐: Cl 탄소를 지나 이중결합을 이등분하는 대칭면이 있어 비키랄이다.

메탈로센 촉매에 대해 옳은 설명은 배위결합을 갖는다는 것이다.
메탈로센은 전이금속(Zr, Ti 등)에 사이클로펜타다이엔일 고리가 배위한 샌드위치형 착물로, 조촉매(MAO)로 활성화되면 금속이 양이온성 활성점이 된다.
불균일계 촉매: 용매에 녹는 균일계 촉매이다.
다중 활성점: 활성점이 한 종류인 단일 활성점 촉매라 분자량 분포가 좁다.
활성점이 음이온 속성: 활성점은 양이온성 금속 중심이다.

주생성물은 1-브로모-2-뷰탄올(C$\mathrm{H}_{3}$C$\mathrm{H}_{2}$CH(OH)C$\mathrm{H}_{2}$Br)이다.
B$r_{2}$가 이중결합과 브로모늄 이온을 만들고, 용매인 물이 양전하를 더 잘 견디는 더 치환된 탄소(C2)를 공격한다. 따라서 OH는 C2에, Br은 말단 C1에 붙는 할로하이드린이 된다.
Br이 C2, OH가 C1인 구조: 물이 덜 치환된 탄소를 공격해야 하므로 주생성물이 아니다.
1,2-다이브로모뷰테인: 물이 대량 존재하면 B$r^{-}$보다 물의 공격이 우세해 부생성물이다.
1,2-뷰테인다이올: B$r_{2}$/$\mathrm{H}_{2}$O로는 다이올이 생기지 않는다.

수용액 중 미셀 내에서 중합이 진행되는 것은 유화중합이다.
유화중합은 물에 유화제를 넣어 미셀을 만들고, 수용성 개시제의 라디칼이 단량체로 부푼 미셀 안으로 들어가 중합이 일어난다. 열 제거가 쉽고 고분자량을 빠르게 얻을 수 있다.
괴상중합: 단량체와 개시제만으로 중합한다.
용액중합: 용매에 녹인 상태로 중합한다.
현탁중합: 단량체 방울(수십~수백 μm) 안에서 유용성 개시제로 중합하며 미셀을 이용하지 않는다.

산성도 순서는 ClC$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$SH > C$\mathrm{H}_{3}$C$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$SH > C$\mathrm{H}_{3}$C$\mathrm{H}_{2}$C$\mathrm{H}_{2}$OH이다.
싸이올은 알코올보다 산성이 크다. S는 O보다 원자가 커서 S-H 결합이 약하고 R$\mathrm{S}^{-}$의 음전하가 넓게 분산되어 안정하기 때문이다.
두 싸이올 중에서는 전기음성도가 큰 Cl의 유발 효과(전자 끌기)가 짝염기의 음전하를 안정화하므로, Cl이 있는 쪽이 더 강한 산이다.

수용액에서 염기성을 나타내지 않는 비료는 염화칼륨이다.
KCl은 강산(HCl)과 강염기(KOH)의 염이라 수용액이 중성이다(작물이 $\mathrm{K}^{+}$를 흡수하고 C$l^{-}$가 남아 생리적으로는 산성 비료).
석회질소: 가수분해로 Ca(OH)${}_{2}$가 생겨 염기성이다.
용성인비: 석회·고토를 함유해 염기성이다.
목초의 재: 탄산칼륨이 주성분이라 염기성이다.

원유에 가장 적게 함유된 것은 아세틸렌계 탄화수소이다.
원유는 주로 파라핀계·나프텐계·방향족계 탄화수소로 이루어지며, 불포화 탄화수소(올레핀·아세틸렌계)는 반응성이 커서 지질 시대 동안 남아 있지 않아 거의 없다.
나프텐계: 원유의 주성분 중 하나이다.
파라핀계: 원유의 주성분 중 하나이다.
방향족계: 함량은 적은 편이지만 원유에 포함되어 있다.

지방의 구조는 글리세롤 골격의 세 탄소가 각각 -O-C(=O)-R로 연결된 트라이글리세라이드이다.
지방은 글리세롤의 OH 세 개가 지방산의 카복실기와 에스터 결합을 이룬 것이므로, 글리세롤 탄소에는 산소가 먼저 붙고 그 산소에 지방산의 아실기(C=O)가 결합한다.
글리세롤 탄소에 C(=O)R가 직접 붙은 구조: 에스터 산소가 없는 케톤 구조이다.
글리세롤 탄소에 C(=O)OR가 붙은 구조: 에스터의 방향이 반대라 글리세롤이 아니라 트라이카복실산의 에스터가 된다.
(C$\mathrm{H}_{2}$)${}_{n}$-C(=O)OR가 붙은 구조: 역시 글리세롤 산소가 없는 다른 에스터이다.

고정화 효소는 담체에 붙어 있어 생성물과 분리가 쉽다는 것이 장점이므로, 분리가 어렵다는 설명이 옳지 않다.
효소를 담체에 고정하면 반응 후 여과 등으로 쉽게 회수해 재사용할 수 있고 충전층 등 연속 반응기에 쓸 수 있다.
재사용 가능: 옳다.
연속반응기에서 사용 가능: 옳다.
기질의 확산저항이 자유 효소보다 크다: 담체 내부로 기질이 확산해야 하므로 옳다.

옳은 것은 황산암모늄에 석회를 배합하면 비료 효능이 감소한다는 것이다.
암모늄염에 석회 같은 염기성 물질을 섞으면 암모니아가 기체로 날아가 질소 성분이 손실된다.
$\mathrm{(NH_4)_2SO_4+CaO\rightarrow CaSO_4+2NH_3+H_2O}$
3요소는 질소·인·칼슘: 질소·인산·칼륨이다.
과린산석회와 탄산칼슘을 혼합하면 화성비료: 수용성 인산이 불용성으로 바뀌어 효과가 떨어지는 배합이다.
질산암모늄에 요소를 배합하면 흡습성 감소: 오히려 흡습성이 크게 증가해 배합을 피한다.

탄화수소의 수증기개질은 흡열 반응이므로, 발열 반응이라는 설명이 옳지 않다.
$\mathrm{CH_4+H_2O\rightarrow CO+3H_2}$는 큰 흡열 반응이라 개질로를 외부에서 가열하며 고온에서 운전한다.
원료로 나프타·천연가스 사용: 옳다.
탄소수가 많을수록 코크 석출이 쉽다: 무거운 탄화수소일수록 탄소가 잘 석출되므로 옳다.
황화합물이 많은 원료는 탈황 필요: 니켈 촉매가 황에 피독되므로 옳다.

특정 유전자를 증폭할 때는 DNA 중합효소(PCR)를 사용하므로, 이성화효소를 쓴다는 설명이 옳지 않다.
중합효소 연쇄반응(PCR)은 변성-결합-신장을 반복하며 내열성 DNA 중합효소로 목표 DNA를 기하급수적으로 복제한다. 이성화효소는 분자 내 구조를 바꾸는 효소이다.
핵산은 염기·인산·당으로 구성: 옳다.
특정 유전자 절단에 제한효소 사용: 옳다.
플라스미드는 유전자 운반체(벡터): 옳다.

200 ℃에서 티탄산바륨은 입방(cubic) 결정계, 상유전성(paraelectric)이다.
큐리 온도 위에서는 T$i^{4+}$가 산소 팔면체의 중심에 위치한 대칭적인 입방 페로브스카이트가 되어 자발 분극이 사라지므로 상유전성이 된다. 큐리 온도 아래에서는 T$i^{4+}$가 한쪽으로 치우친 정방정이 되어 강유전성을 띤다.
입방-강유전성: 입방 대칭에서는 자발 분극이 생길 수 없다.
정방-강유전성: 큐리 온도 아래의 상태이다.
정방-상유전성: 정방정은 강유전상에 해당한다.