[9급 지방직 공업화학] 26년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

교대 공중합체는 두 반복 단위가 A와 B가 하나씩 번갈아 결합한 구조이므로 -A-B-A-B-… 배열이 옳다.
공중합체는 반복 단위의 배열 방식에 따라 무작위·교대·블록·그라프트 공중합체로 나뉜다.
A와 B가 불규칙하게 섞인 -A-B-B-A-B-A-A-A-… 배열은 무작위(랜덤) 공중합체이다.
A 단위가 길게 이어진 뒤 B 단위가 길게 이어지는 배열은 블록 공중합체이다.
A로 된 주사슬에 다른 사슬이 곁가지로 붙은 그림 형태는 그라프트 공중합체이다.

S$_\mathrm{N}$2 반응은 입체 장애가 가장 작은 메틸 할라이드인 $\mathrm{CH_3Br}$에서 가장 빠르다.
S$_\mathrm{N}$2는 친핵체가 이탈기 반대편에서 탄소를 공격하는 한 단계 반응이므로, 탄소에 붙은 알킬기가 많을수록 뒷면 공격이 막혀 속도가 메틸 > 1차 > 2차 > 3차 순으로 느려진다.
$\mathrm{CH_3CH_2Br}$: 1차 할라이드로 메틸기 하나만큼 입체 장애가 커져 메틸 할라이드보다 느리다.
$\mathrm{(CH_3)_2CHBr}$: 2차 할라이드로 장애가 더 커서 더 느리다.
$\mathrm{(CH_3)_3CBr}$: 3차 할라이드는 뒷면 공격이 사실상 불가능해 S$_\mathrm{N}$2가 거의 일어나지 않는다.

상압증류탑의 가장 높은 위치에서 나오는 것은 끓는점이 가장 낮은 나프타(가솔린 유분)이다.
상압증류탑은 아래가 뜨겁고 위로 갈수록 온도가 낮아, 끓는점이 낮은 가벼운 유분일수록 위쪽에서, 무거운 유분일수록 아래쪽에서 분리된다.
등유: 나프타보다 끓는점이 높아 그 아래 단에서 얻는다.
경유: 등유보다 무거워 더 아래쪽에서 얻는다.
잔사유: 증발하지 않고 탑 바닥에 남는 가장 무거운 성분이다.

탄소 함량은 무연탄 > 역청탄 > 갈탄 > 이탄 순이므로 (가), (나), (다), (라)가 옳다.
석탄은 식물이 묻혀 오랜 시간 열·압력을 받는 석탄화(탄화)가 진행될수록 수분·산소·휘발분이 빠지고 탄소 함량이 높아진다. 석탄화 정도는 이탄 → 갈탄 → 역청탄 → 무연탄 순으로 커진다.
갈탄을 역청탄보다 앞에 둔 배열: 갈탄은 역청탄보다 석탄화가 덜 되어 탄소 함량이 낮다.
역청탄을 무연탄보다 앞에 둔 배열: 무연탄이 석탄화가 가장 많이 진행된 최고 등급이다.
이탄부터 시작하는 배열: 탄소 함량이 가장 낮은 이탄을 맨 앞에 두었고, 역청탄을 갈탄보다 앞에 두어 오름차순으로도 맞지 않는다.

나프타의 선형 탄화수소를 가지형·방향족 탄화수소로 바꾸는 공정은 접촉개질이다.
접촉개질은 백금계 촉매 위에서 이성질화·탈수소고리화·탈수소 반응을 일으켜 옥탄가가 높은 가지형 알케인과 방향족(BTX)을 만들며, 부산물로 수소가 생긴다.
중합: 작은 올레핀 분자를 결합시켜 더 큰 분자를 만드는 공정이다.
수소화탈황: 수소로 유분 속 황 화합물을 황화수소로 바꿔 제거하는 정제 공정이다.
열분해: 큰 탄화수소를 열로 쪼개 작은 분자(에틸렌 등)를 얻는 공정이다.

열을 가해도 흐르지 않아 재활용이 어려운 것은 열경화성 수지인 멜라민 수지이다.
멜라민 수지는 멜라민과 폼알데하이드가 축합해 3차원 그물(가교) 구조를 이루므로, 한 번 경화되면 다시 가열해도 녹아 흐르지 않고 분해된다.
폴리에틸렌: 선형 사슬의 열가소성 수지라 가열하면 녹아 재성형할 수 있다.
폴리프로필렌: 역시 열가소성 수지로 용융 재활용이 가능하다.
폴리메틸메타크릴레이트: 아크릴 계열 열가소성 수지로 가열 시 흐름성이 생긴다.

수평균중합도는 고분자로 전환된 모노머 수를 고분자 사슬 수로 나눈 값이므로 1,100이다.
반응한 모노머 수 $= 10000 - 100 = 9900$
수평균중합도 $\bar{X}_n = \dfrac{9900}{9} = 1100$
900: 반응한 모노머 9,900개를 9개 사슬로 나눈 값보다 작아, 반응한 모노머 일부를 빠뜨린 값이다.
1,000: 정의대로 계산한 값이 아니며, 미반응 모노머까지 포함해 나눠도(약 1,111) 나오지 않는다.
1,200: 9개 사슬이 각 1,200단위이면 10,800개가 필요해 투입한 모노머 수를 넘는다.

염기성 아미노산이 아닌 것은 알라닌이다.
염기성 아미노산은 곁사슬에 양성자를 받을 수 있는 질소 작용기를 가진다. 알라닌의 곁사슬은 메틸기($\mathrm{-CH_3}$)뿐이어서 비극성(중성) 아미노산이다.
라이신: 곁사슬 끝에 아미노기가 있어 염기성이다.
아르지닌: 곁사슬에 구아니디노기가 있어 가장 강한 염기성을 띤다.
히스티딘: 곁사슬에 이미다졸 고리가 있어 염기성이다.

중심 금속 Rh의 산화수는 +3이다.
착이온 밖의 $\mathrm{Cl^-}$ 1개가 짝이온이므로 착이온 전하는 +1이다. $\mathrm{NH_3}$는 중성(0), 배위된 $\mathrm{Cl^-}$는 −1이다.
$x + 4(0) + 2(-1) = +1$
$x = +3$
0: 리간드 전하 합(−2)과 더하면 착이온 전하 +1이 되지 않는다.
+1: 착이온 전하를 금속 산화수로 착각한 값으로, 리간드 전하를 빠뜨렸다.
+2: 배위된 염화 이온 하나만 반영한 값이다.

설명에 해당하는 표면처리 기술은 무전해 도금이다.
무전해 도금은 외부 전원 없이 용액 속 환원제의 산화로 내놓은 전자로 금속 이온을 환원·석출시키므로, 전류 분포와 무관하게 복잡한 형상·분말·비전도성 표면(활성화 처리 후)에도 균일하고 치밀한 막을 만든다.
산화처리: 금속 표면에 산화막을 형성하는 처리로, 금속을 석출시키는 것이 아니다.
전기도금: 외부 전원이 필요하고 기판이 전도성이어야 하며, 복잡한 형상에서 두께가 불균일해지기 쉽다.
진공증착: 진공에서 증발시킨 물질을 기상으로 쌓는 방식으로, 용액 내 산화·환원 반응을 쓰지 않는다.

지연기 길이에 영향이 가장 적은 것은 부산물의 농도이다.
지연기는 접종된 세포가 새 환경에 적응해 효소를 합성하는 기간이다. 따라서 새 배지의 조성과 접종균의 상태가 길이를 좌우하며, 부산물은 세포가 증식한 뒤(정지기 무렵)에 축적되어 영향을 준다.
영양소의 농도: 이전 배지와 조성이 다르면 적응에 필요한 시간이 달라진다.
접종균의 나이: 지수기 세포를 접종하면 지연기가 짧고, 오래된 세포는 길어진다.
접종균의 양: 접종량이 많을수록 지연기가 짧아지는 경향이 있다.

탄성률은 응력을 변형으로 나눈 값 $\dfrac{\sigma}{\epsilon}$이다.
탄성 구간에서 응력과 변형은 비례(훅의 법칙)하며, 그 비례상수가 탄성률(영률)로 응력-변형 곡선 초기 직선의 기울기에 해당한다.
응력과 변형의 곱: 단위 부피당 에너지와 관련된 양으로, 탄성률의 정의가 아니다.
변형을 응력으로 나눈 값: 탄성률의 역수(컴플라이언스)이다.
곱을 합으로 나눈 식: 탄성률 정의와 무관한 식이다.

옳지 않은 설명은 산화 전극에서 수소, 환원 전극에서 산소가 발생한다는 것으로, 실제로는 반대이다.
물의 전기분해에서 산화 전극(anode)에서는 물이 산화되어 산소가, 환원 전극(cathode)에서는 물(수소 이온)이 환원되어 수소가 발생한다.
전체 반응식 $\mathrm{2H_2O \rightarrow O_2 + 2H_2}$: 옳다.
알칼라인 전해셀의 전해질로 KOH·NaOH 사용: 옳다.
음극(cathode)에서 환원 반응: 전해전지에서 cathode는 환원 전극이므로 옳다.

옳지 않은 설명은 실리콘에 비소를 도핑하면 p형이 된다는 것으로, 비소 도핑은 n형 반도체를 만든다.
비소는 15족(최외각 전자 5개)이라 실리콘 자리에 들어가면 여분의 전자를 내놓는 주개(donor)가 되어 n형이 된다. p형은 붕소·갈륨 같은 13족을 도핑해 만든다.
밴드갭보다 큰 에너지를 받으면 전도도 증가: 전자가 전도띠로 들뜨므로 옳다.
갈륨 도핑 시 전도도 증가: 13족 받개가 정공을 만들어 운반자가 늘어나므로 옳다.
p-n 접합의 정류기 활용: 한 방향으로만 전류가 잘 흐르므로 교류를 직류로 바꾸는 데 쓰인다.

옳지 않은 설명은 양성감광제는 자외선이 조사되지 않은 부분이 제거된다는 것으로, 양성감광제는 조사된 부분이 제거된다.
양성감광제는 빛을 받은 부분의 결합이 끊어져 현상액에 잘 녹게 되고, 음성감광제는 빛을 받은 부분이 가교되어 녹지 않고 남는다.
마스크 패턴을 웨이퍼로 옮기는 공정: 포토리소그래피의 정의이므로 옳다.
자외선 조사 시 감광제의 결합 구조 변화: 분해 또는 가교가 일어나므로 옳다.
미세 패턴에서 양성감광제가 유리: 음성감광제는 현상 시 팽윤으로 해상도가 떨어지므로 옳다.

나이트로벤젠을 혼산($\mathrm{HNO_3/H_2SO_4}$)으로 나이트로화하면 주 생성물은 m-다이나이트로벤젠(1,3-다이나이트로벤젠)이다.
나이트로기는 고리의 전자를 끌어당기는 불활성화·메타 지향기이다. 오쏘·파라 위치 공격 시 생기는 공명 구조 중 하나는 양전하가 나이트로기가 붙은 탄소에 놓여 매우 불안정하므로, 이를 피하는 메타 위치 공격이 우세하다.
두 나이트로기가 이웃한 오쏘 이성질체는 오쏘 공격 중간체가 불안정해 소량만 생긴다.
두 나이트로기가 마주 보는 파라 이성질체도 같은 이유로 소량만 생긴다.

옳은 것은 ㄴ뿐이다.
다공성 촉매 반응은 물질 전달과 표면 반응이 직렬로 일어나므로 더 느린 단계가 전체 속도를 결정한다. 표면 반응은 온도에 민감(활성화 에너지가 큼)해 고온에서 매우 빨라지므로, 고온에서는 상대적으로 느린 물질 전달이 속도를 결정한다.
ㄱ: 고온일수록 표면 반응이 빨라져 율속 단계에서 벗어나므로 옳지 않다. 표면 반응 율속은 저온 쪽이다.
ㄷ: 물질 전달이 빠르면 느린 쪽인 표면 반응이 속도를 결정하므로 옳지 않다.

설명에 해당하는 계면활성제는 양이온성이다.
$\mathrm{C_{12}H_{25}N(CH_3)_3^+Cl^-}$는 친수부가 4차 암모늄 양이온인 전형적인 양이온성 계면활성제로, 음전하를 띤 섬유·세균 표면에 흡착해 유연·대전방지·살균 작용을 한다. 음이온성 계면활성제와 섞으면 전하가 중화되어 염(침전)을 이룬다.
양쪽성: 한 분자에 양이온·음이온 부위를 함께 가지며, 4차 암모늄 염 단독 구조가 아니다.
비이온성: 친수부가 이온화하지 않으므로(폴리옥시에틸렌 등) 음이온성과 염을 만들지 않는다.
음이온성: 친수부가 음이온(카복실산염·설폰산염 등)이며 섬유유연·살균 용도가 주가 아니다.

옳지 않은 설명은 포화지방산의 탄소-탄소 결합이 이중 결합이라는 것으로, 포화지방산은 단일 결합만 가진다.
'포화'는 탄소 사슬이 수소로 가득 차 C=C 이중 결합이 없다는 뜻이며, 이중 결합을 가진 것은 불포화지방산이다.
유지의 가수분해로 제조: 트라이글리세라이드를 가수분해하면 지방산과 글리세롤이 생기므로 옳다.
계면활성제·화장품에 이용: 지방산염(비누) 등으로 쓰이므로 옳다.
탄화수소 사슬을 가진 카복실산: 지방산의 정의이므로 옳다.