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질량분석법에서 시료의 이온화 과정은 매우 중요하다. 전기장으로 가속시킨… | [화학분석기사 필기] 20년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화학분석기사 필기] 20년 2회차
질량분석법에서 시료의 이온화 과정은 매우 중요하다. 전기장으로 가속시킨 전자 또는 음으로 하전된 이온을 시료 분자에 충격하면 시료 분자의 양이온을 얻을 수 있다. 2가로 하전된 이온(질량 3.32×10-23kg)을 104V의 전기장으로 가속시켜 시료분자에 충격하려 할 때, 다음 설명 중 틀린 것은? (단, 전자의 전하는 1.6×10-19C이다.)
1
이 이온의 운동에너지는 3.2×10-15J이다.
2
이 이온의 속도는 1.39×104m/sec이다.
3
질량이 6.64×10-23kg인 이온을 이용하면 운동에너지는 2배가 된다.
4
같은 양의 운동에너지를 갖는다면 가장 큰 질량을 가진 이온이 가장 느린 속도를 갖는다.
해설

가속으로 얻는 운동에너지는 zeV 여서 질량과 무관하므로 질량이 2배가 되어도 운동에너지는 그대로이며, 따라서 '질량이 6.64×10^-23kg인 이온을 이용하면 운동에너지는 2배가 된다'는 설명이 틀리다.

  • 2가 이온의 전하는 2×1.6×10−19=3.2×10−19 C2\times1.6\times10^{-19}=3.2\times10^{-19}\,\mathrm{C} 이므로 이 이온의 운동에너지는 Ek=zeV=3.2×10−19×104=3.2×10−15 JE_k=zeV=3.2\times10^{-19}\times10^{4}=3.2\times10^{-15}\,\mathrm{J} 이라는 설명은 옳다.
  • 이 이온의 속도는 v=2Ekm=2×3.2×10−153.32×10−23=1.39×104 m/sv=\sqrt{\dfrac{2E_k}{m}}=\sqrt{\dfrac{2\times3.2\times10^{-15}}{3.32\times10^{-23}}}=1.39\times10^{4}\,\mathrm{m/s} 라는 설명은 옳다.
  • 같은 운동에너지라면 질량이 클수록 속도가 느리므로, 같은 양의 운동에너지를 갖는다면 가장 큰 질량을 가진 이온이 가장 느린 속도를 갖는다는 설명은 옳다.

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