[9급 지방직 공업화학] 22년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

반응 경로와 무관하게 전체 엔탈피 변화가 각 단계 엔탈피 변화의 합과 같다는 법칙은 Hess의 법칙이다.
엔탈피는 상태함수이므로 처음과 나중 상태만으로 값이 정해지며, 그래서 측정이 어려운 반응의 반응열을 여러 단계 반응열의 합으로 구할 수 있다.
Raoult의 법칙: 이상용액에서 성분의 증기압이 그 몰분율에 비례한다는 법칙이다.
Henry의 법칙: 기체의 용해도가 그 기체의 분압에 비례한다는 법칙이다.
Nernst의 법칙(식): 전극 전위가 농도(활동도)에 따라 달라지는 관계를 나타낸다.

옥탄가 100의 기준 물질은 아이소옥테인(2,2,4-트라이메틸펜테인)이다.
옥탄가는 노킹이 잘 일어나지 않는 아이소옥테인을 100, 노킹이 심한 노말헵테인을 0으로 두고, 같은 노킹 세기를 내는 혼합물 속 아이소옥테인의 부피%로 정한다. 펜테인 주사슬의 C-2에 메틸기 두 개, C-4에 메틸기 한 개가 달린 가지 많은 구조가 이것이다.
가지 없는 탄소 8개 직쇄인 노말옥테인 구조는 기준 물질이 아니며, 직쇄 알케인은 오히려 노킹이 잘 일어난다.
메틸기 하나가 달린 2-메틸헵테인 구조는 분자식($\mathrm{C_8H_{18}}$)은 같지만 기준 물질이 아니다.
한 탄소에 메틸기 두 개가 달린 2,2-다이메틸헥세인 구조도 기준 물질이 아니다.

합성가스는 이산화탄소와 수소가 아니라 일산화탄소($\mathrm{CO}$)와 수소($\mathrm{H_2}$)의 혼합물이므로 이산화탄소와 수소의 혼합물이라는 설명이 옳지 않다.
대표적 제조법인 메탄의 수증기 개질은 다음과 같이 CO와 수소를 만든다.
$\mathrm{CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2}$
메탄의 수증기 개질로 제조될 수 있다는 설명은 위 반응식대로 옳다.
암모니아 제조 활용: 합성가스를 수성가스 전환 반응으로 수소를 늘린 뒤 질소와 반응시켜 암모니아를 합성하므로 옳다.
메탄올 제조 활용: $\mathrm{CO + 2H_2 \rightarrow CH_3OH}$ 반응으로 메탄올을 합성하므로 옳다.

유지의 분석값과 관련이 없는 것은 계면활성제의 성질을 나타내는 친수성-친유성 밸런스(HLB)이다.
HLB는 계면활성제 분자 내 친수기와 친유기의 균형을 수치화해 유화제·세정제 등의 용도 선택에 쓰는 지표로, 유지 자체의 분자량이나 불포화도를 나타내지 않는다.
아이오딘가: 유지에 부가되는 아이오딘의 양으로, 이중결합이 많을수록 커지므로 불포화도의 척도이다.
비누화가: 유지를 비누화하는 데 필요한 KOH 양으로, 평균 분자량이 작을수록 커지므로 분자량의 척도이다.
산가: 유지 1 g 속 유리 지방산을 중화하는 데 필요한 KOH의 mg 수로, 유지의 정제도·산패 정도를 나타내는 유지 분석값이다.

괴상 중합에서 중합 속도와 온도가 급격히 증가하는 자동가속화 현상은 겔 효과(gel effect)이다.
전환율이 높아지면 계의 점도가 커져 큰 고분자 라디칼끼리 만나 일어나는 정지 반응이 느려지는 반면, 작은 단량체의 확산은 비교적 유지되어 성장 반응은 계속된다. 그 결과 라디칼 농도와 중합 속도가 늘고 발열로 온도도 오른다(Trommsdorff 효과).
역성장: 성장 반응의 역반응으로, 천장 온도 부근에서 중합을 억제하는 쪽으로 작용한다.
유리 전이: 고분자가 유리 상태에서 고무 상태로 바뀌는 물리적 전이로 중합 속도 가속과 무관하다.
유도 분해: 개시제가 성장 라디칼의 공격으로 분해되는 현상으로 개시제 효율을 떨어뜨린다.

페놀은 물에 어느 정도 녹으며 약한 산성을 나타내므로, 용해도가 낮고 중성이라는 설명이 옳지 않다.
페놀의 O–H 수소가 해리되어 생기는 페녹사이드 이온은 음전하가 벤젠 고리로 공명 안정화되므로 알코올보다 산성이 강하다(카복실산보다는 약함). 또 하이드록시기가 물과 수소 결합해 물에 일정량 용해된다.
페놀은 상온에서 무색의 결정성 고체로 존재한다.
크레솔은 메틸기의 위치에 따라 오르토·메타·파라의 세 가지 이성질체가 있다.
페놀은 염화철(III) 수용액과 착물을 만들어 보라색 계열로 발색하므로 검출에 쓰인다.

유리전이온도 측정에 쓰이지 않는 것은 만능시험법(UTM)이다.
UTM은 상온 등 정해진 조건에서 시편을 당기거나 눌러 인장강도·탄성률·연신율 같은 기계적 강도를 재는 장비로, 온도를 훑으며 전이를 찾는 열분석법이 아니다.
시차 열분석법(DTA): 시료와 기준 물질의 온도 차를 측정하여 유리전이에서 나타나는 기준선 변화를 검출한다.
시차 주사 열량법(DSC): 유리전이에서 열용량이 바뀌어 나타나는 열흐름의 계단형 변화로 측정한다.
동적 기계적 분석법(DMA): 온도에 따른 저장 탄성률의 급감과 손실 탄젠트의 피크로 유리전이를 검출한다.

1-헥사인에 HBr 2당량이 첨가되면 두 번 모두 Markovnikov 규칙을 따라 2,2-다이브로모헥세인(같은 탄소에 Br 두 개)이 주 생성물이 된다.
첫 번째 첨가에서 H는 말단 C-1에, Br은 더 안정한 2차 비닐 양이온이 생기는 C-2에 붙어 2-브로모-1-헥센이 된다.
두 번째 첨가에서는 Br의 비공유 전자쌍이 공명으로 양전하를 안정화하므로 이미 Br이 붙은 C-2에 양이온이 생기고, 그 자리에 Br이 하나 더 붙는다.
C-1과 C-5에 Br이 하나씩 있는 구조는 삼중결합과 떨어진 탄소에 Br이 붙은 것으로 이 첨가 반응의 생성물이 아니다.
이웃한 C-1, C-2에 Br이 하나씩 붙은 구조는 $\mathrm{Br_2}$ 첨가 형태다.
말단 C-1에 Br 두 개가 모인 구조는 Markovnikov 방향과 반대로 첨가된 형태다.

카이랄 탄소가 S 배열인 것은 아미노기·카복실기·메틸기·수소가 결합한 알라닌 구조(L-알라닌)이다.
CIP 우선순위는 아미노기 > 카복실기 > 메틸기 > 수소이다. 가장 낮은 수소를 뒤로 보내고 보면 아미노기 → 카복실기 → 메틸기 순서가 반시계 방향이므로 S이다.
Br·Cl·$\mathrm{CH_3}$·H가 결합한 탄소(Br > Cl > $\mathrm{CH_3}$ > H)는 R 배열이다.
OH·에틸·메틸·H가 결합한 2-뷰탄올 구조(OH > 에틸 > 메틸 > H)는 R 배열이다.
$\mathrm{CH_2OH}$·에틸·메틸·H가 결합한 구조($\mathrm{CH_2OH}$ > 에틸 > 메틸 > H)도 R 배열이다.

A는 프로필렌으로, 에틸벤젠 하이드로퍼옥사이드가 프로필렌을 에폭시화해 산화프로필렌을 만드는 공정이다.
에틸벤젠을 산소로 산화해 얻은 하이드로퍼옥사이드가 $\mathrm{H_2MoO_4}$ 촉매 하에서 산소 원자 하나를 프로필렌의 C=C에 넘겨 산화프로필렌이 되고, 자신은 1-페닐에탄올로 환원된다.
2-프로판올은 포화 알코올이라 에폭사이드 고리를 만들 이중결합이 없다.
1-프로판올도 이중결합이 없어 에폭시화될 수 없다.
프로페인은 포화 탄화수소로 산소를 받아 에폭사이드를 만들 수 없다.

세 설명을 모두 만족하는 화합물은 셀룰로오스이다.
셀룰로오스는 β-글루코오스가 β-1,4-글리코시드 결합으로 이어진 다당류로 식물 세포벽의 주성분이며, 목재는 셀룰로오스류와 리그닌으로 이루어진다.
녹말은 α-글루코오스가 이어진 식물의 저장 다당류이다.
글라이코겐은 α-글루코오스로 된 동물의 저장 다당류이다.
수크로오스는 글루코오스와 프럭토오스가 결합한 이당류로 다당류가 아니다.

구조식이 옳게 그려진 것은 폴리(에틸렌옥사이드)와 PET이다.
PEO는 $\mathrm{-CH_2-CH_2-O-}$ 반복 단위, PET는 테레프탈산과 에틸렌글라이콜이 에스터 결합한 반복 단위로 그림과 일치한다.
폴리에틸렌으로 표시된 구조는 곁사슬에 벤젠 고리가 달려 실제로는 폴리스티렌의 구조식이다(폴리에틸렌은 $\mathrm{-CH_2-CH_2-}$ 반복).
폴리스티렌으로 표시된 구조는 곁사슬에 메틸기가 달려 실제로는 폴리프로필렌의 구조식이다.

수술용 봉합사로는 PS(폴리스타이렌)가 쓰이지 않으므로, 봉합사로 PS가 사용된다는 설명이 옳지 않다.
봉합사에는 유연성과 인장강도가 필요하며, 체내에서 분해되는 폴리글리콜산(PGA)·폴리락트산(PLA) 계열이나 나일론·PP 같은 비흡수성 섬유가 쓰인다. 단단하고 부서지기 쉬운 PS는 봉합사에 적합하지 않다.
PP와 PVC는 주사기·수액 백·튜브 등 일회용 의료 제품에 널리 쓰인다.
PMMA는 투명성과 생체 적합성이 좋아 안과 영역(콘택트렌즈·인공 수정체)에 쓰인다.
PMMA는 가공성과 내구성이 좋아 의치(틀니) 재료로 쓰인다.

카복실기가 아민기보다 많은 아미노산은 산성 아미노산인 아스파트산과 글루탐산이다.
두 아미노산은 곁사슬에 카복실기가 하나 더 있어 카복실기 두 개, 아민기 한 개를 가진다.
라이신은 곁사슬에 아미노기가 있어 아민기가 더 많은 염기성 아미노산이다.
아르기닌은 곁사슬에 구아니디노기가 있어 질소 염기가 더 많은 염기성 아미노산이다.

침전이 생기지 않는 것은 황산철(II)과 염화칼륨의 반응이다.
이온을 바꿔 만들 수 있는 염화철(II)과 황산칼륨이 모두 물에 잘 녹으므로 이온들이 그대로 용액에 남아 실질적인 반응이 일어나지 않는다.
질산알루미늄과 수산화바륨은 수산화알루미늄 침전을 만든다.
염화마그네슘과 수산화칼슘은 수산화마그네슘 침전을 만든다.
염화칼슘과 탄산나트륨은 탄산칼슘 침전을 만든다.

육시아노철(III)산 이온의 리간드장 안정화 에너지 절댓값은 $2.0\Delta_o$이다.
중심 금속의 산화수는 $x+6(-1)=-3$에서 $x=+3$이므로 철(III)은 d 전자 5개이다.
시안화 이온은 강한장 리간드이므로 전자가 모두 t2g에 들어가는 저스핀 배치가 된다.
$\mathrm{LFSE}=5\times(-0.4\Delta_o)+0\times(0.6\Delta_o)=-2.0\Delta_o$ (짝지음 에너지 제외)
0은 d 전자 0개·10개이거나 고스핀 d 전자 5개처럼 안정화가 상쇄되는 경우의 값이다.
$0.4\Delta_o$는 d 전자 1개 또는 고스핀 d 전자 6개의 값이다.
$2.4\Delta_o$는 저스핀 d 전자 6개(철(II) 시아노 착물 등)의 값이다.

바닥 상태 전자배치가 옳게 쓰인 것은 크로뮴이다.
크로뮴은 반만 채워진 3d 껍질이 안정하므로 4s 전자 하나가 3d로 옮겨 $\mathrm{[Ar]\,4s^1\,3d^5}$가 된다.
바나듐(원자 번호 23)은 $\mathrm{[Ar]\,4s^2\,3d^3}$이다.
니켈은 $\mathrm{[Ar]\,4s^2\,3d^8}$이다.
구리는 완전히 채워진 3d가 안정하여 $\mathrm{[Ar]\,4s^1\,3d^{10}}$이다.

인광석에 탄산나트륨과 인산을 넣어 소성하는 이 반응의 주 비료는 소성인비이다.
플루오린화인회석을 알칼리와 함께 고온 처리해 불소를 제거하고 인산 성분을 구용성 형태로 바꾸는 방식이며, 탄산나트륨을 쓰는 것이 소성인비 제조의 특징이다.
용성인비는 인광석에 사문암 같은 마그네슘 규산염을 섞어 용융한 뒤 급랭해 만든다.
과린산석회는 인광석을 황산으로 분해해 만든다.
중과린산석회는 인광석을 인산으로 분해해 만들며 탄산나트륨을 쓰지 않는다.

양자점은 연속적인 에너지 준위가 아니라 불연속적인 에너지 준위를 가지므로, 연속적인 준위 구조라는 설명이 옳지 않다.
입자 크기가 나노미터 수준으로 작아지면 전자가 좁은 공간에 갇히는 양자 구속 효과로 에너지 준위가 띄엄띄엄 나뉘고, 크기가 작을수록 밴드갭이 커져 더 짧은 파장의 빛을 낸다.
색 순도가 높은 발광 특성 덕분에 디스플레이 재료로 활용되고 있다.
나노미터 크기의 반도체 초미세 입자이다.
크기를 조절해 밴드갭을 바꾸면 가시광선에서 적외선 영역까지 발광 파장을 조절할 수 있다.

외부 전기에너지로 비자발적 반응을 일으키는 전해전지는 깁스 자유에너지 변화가 양의 값을 갖는다는 설명이 옳다.
깁스 자유에너지와 기전력의 관계는 다음과 같으므로 둘의 부호는 항상 반대이다.
$\Delta G = -nFE$
자발적 반응은 $\Delta G \lt  0$이므로 기전력은 음이 아니라 양의 값을 갖는다.
자발적 반응의 깁스 자유에너지 변화는 양이 아니라 음의 값이다.
수소연료전지의 역반응은 물의 전기분해로 비자발적이므로 기전력이 음의 값을 갖는다.