수험 번호 성 명 2012년 일본 공과대학 학부 유학생 파견 선발 시험 화 학 (90분 100점) 주 의 1 시험시작의 지시가 있을 때까지 열지 마시오. 2 해답은 해답용지의 지정된 난 안에 알아보기 쉽게 기입하시오. 3 해답에 한글이 포함되면 채점되지 않습니다.
필요한 경우, 아래의 값을 사용하시오. 3.6 2 = 13.0, 3.6 3 = 46.7, 3.6 4 = 168.0 원자량 H: 1.0, C: 12, N: 14, O: 16, Na: 23, K: 39, Cu: 63.5, Br: 80 기체 상수 0.082 L atm/(mol K) 아보가드로 상수 6.0 10 23 mol - 1 문제1 다음 화학 반응식 (1)~(5) 는 각각 어떠한 반응 형식으로 분류할 수 있는가? 가장 적절한 답을 보기에서 하나씩 골라 그 기호로 답하시오. (1) CH 3 CHCH 3 CH 3 CCH 3 H 2 OH O (2) CH 4 + Cl 2 HCl CH 3 Cl (3) CH 3 CHO + H 2 CH 3 CH 2 OH (4) CH 2 =CH 2 + Br 2 BrCH 2 CH 2 Br (5) 2 CH 3 CH 2 OH H 2 O CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 보기> (a) 부가 (g) 산화 (b) 환원 (c) 비누화 (d) 중합 (e) 치환 (f) 디아조화 (h) 중화 (i) 축합 1
문제2 다음과 같이 톨루엔 46 g 을 산화시켜 벤조산을 합성하였더니, 합성효율 (이론적으로 얻을 수 있는 최대량에 대해 실제로 얻어진 양의 비율)이 80%이었다. 아래의 물음 1)~4)에 대해 가장 적절한 답을 각 물음의 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. 물음 1) 톨루엔을 산화시키는 데 사용할 수 있는 가장 적절한 시약은 어느 것인가? (a) NaOH (b) Na2SO3 (c) HCl (d) KMnO4 (e) FeCl3 물음 2) 얻어진 벤조산의 질량은 아래의 어느 것인가? (a) 27 g (b) 38 g (c) 49 g (d) 61 g (e) 120 g 물음 3) 벤조산은 산 촉매가 존재할 때에 메탄올과 반응한다. 이 때 생성되는 물질은 아래의 어느 것인가? 물음 4) 벤조산은 탄산수소나트륨 수용액에 녹으면서 그 때 기체가 발생하게 된다. 이 기체는 아래의 어느 것인가? (a) 질소 (b) 산소 (c) 이산화 탄소 (d) 일산화 탄소 (e) 수소 2
문제3 다음 물음 1)~4)에 대한 가장 적절한 답을 각 물음의 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. 물음 1) 원유는 나프타, 등유, 중유 등으로 나누어지며 각각의 용도에 맞게 사용된다. 그 분리방법으로 가장 적합한 것은 어느 것인가? (a) 여과 (b) 추출 (c) 승화 (d) 침전 (e) 증류 물음 2) 알켄의 성질로 바르게 설명된 것은 어느 것인가? (a) 산성 조건에서는 물과 반응하여 알코올을 생성한다. (b) 염화 수소와는 반응하지 않는다. (c) 펠링액 반응으로 붉은 침전이 생기게 된다. (d) 축합중합에 의해 고분자 화합물을 형성하는 것도 있다. (e) 수소와 반응하면 반응 전의 알켄과 같은 탄소수를 갖는 알킨이 생성된다. 물음 3) 다음 설명 중 바른 것은 어느 것인가? (a) 시클로헥센의 분자식은 C6H14 으로 표현할 수 있다. (b) 메탄, 에탄, 프로판은 모두 실온에서 공기보다 가벼운 기체이다. (c) 디에틸에테르, 아세트산 에틸, 톨루엔은 실온에서는 물보다 가벼운 액체이다. (d) 탄소섬유는 천연섬유이다. (e) 아닐린을 진한 질산과 진한 황산의 혼합물로 니트로화시키면 피크린산이 된다. 물음 4) 분자식이 C4H8 인 화합물에는 몇 종류의 이성질체가 존재하는가? (a) 2 (b) 3 (c) 4 (d) 5 (e) 6 3
문제4 다음 문장을 읽고 아래의 물음 1)~6)에 대한 가장 적절한 답을 각 물음의 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. 같은 분자 속에 아미노기와 1 를 포함하는 화합물을 아미노산이라고 한다. 아미노산은 주로 C, H, O, N 으로 구성되어 있으나, 필수아미노산에는 2 를 구성원소로 갖고 있는 것이 있다. 아미노기와 1 가 같은 탄소 원자에 결합되어 있는 아미노산을 3 이라고 한다. 아미노산과 이미노산이 서로 결합하여 거대한 분자가 만들어지는데 이 때의 결합을 4 이라고 한다. 천연의 5 을(를) 구성하고 있는 아미노산은 모두가 3 이다. 아미노산의 존재는 6 으로 확인할 수 있으며, 이 방법은 널리 사용되고 있다. 물음 1) 1 에 가장 적합한 것은 어느 것인가? (a) 포르밀기 (b) 알킬기 (c) 니트로기 (d) 아세틸기 (e) 카르복시기 물음 2) 2 에 가장 적합한 원소기호는 어느 것인가? (a) S (b) P (c) B (d) F (e) K 물음 3) 3 에 가장 적합한 것은 어느 것인가? (a) α-아미노산 (b) β-아미노산 (c) γ-아미노산 (d) D-아미노산 (e)l-아미노산 물음 4) 4 에 가장 적합한 것은 어느 것인가? (a) 수소결합 (b) 이온결합 (c) 펩티드결합 (d) 이중결합 (e) 배위결합 물음 5) 5 에 가장 적합한 것은 어느 것인가? (a) 녹말 (b) 셀룰로스 (c) 단백질 (d) 글리코겐 (e) DNA 물음 6) 6 에 가장 적합한 것은 어느 것인가? (a) 니트로화 반응 (b) 요오드포름 반응 (c) 에스테르화 반응 (d) 닌히드린 반응 (e) 아세탈화 반응 4
문제5 다음 물음 1)~5)에 대한 가장 적절한 답을 각 물음의 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. 물음 1) 다음 세개의 그래프는 가전자 수, 원자 반지름 그리고 이온화 에너지가 원자번호의 크기에 따라 어떻게 변화하는가를 나타낸 그림이다. 각 그래프 Y 축 A~C 의 설명으로 바르게 짝지어진 것은 어느 것인가? A B C (a) 가전자 수 원자 반지름 이온화 에너지 (b) 가전자 수 이온화 에너지 원자 반지름 (c) 원자 반지름 가전자 수 이온화 에너지 (d) 원자 반지름 이온화 에너지 가전자 수 (e) 이온화 에너지 가전자 수 원자 반지름 (f) 이온화 에너지 원자 반지름 가전자 수 물음 2) 서로가 동소체의 관계가 아닌 것은 어느 것인가? (a) 다이아몬드와 풀러린 (b) 네온과 아르곤 (c) 산소와 오존 (d) 단사황과 사방황 물음 3) 염화 나트륨, 산화 마그네슘, 브롬화 칼륨을 녹는 점이 높은 순으로 나타낸 것은 어느 것인가? 단, 결정 형태는 모두 같다고 하자. (a) (b) (c) (d) (e) (f) 염화 나트륨 > 브롬화 칼륨 > 산화 마그네슘 염화 나트륨 > 산화 마그네슘 > 브롬화 칼륨 산화 마그네슘 > 염화 나트륨 > 브롬화 칼륨 산화 마그네슘 > 브롬화 칼륨 > 염화 나트륨 브롬화 칼륨 > 염화 나트륨 > 산화 마그네슘 브롬화 칼륨 > 산화 마그네슘 > 염화 나트륨 5
물음 4) 다음 물질 중 구성원소의 중심이 일직선 상에 위치하지 않는 분자는 어느 것인가? (a) 이산화 탄소 (b) 아세틸렌 (c) 플루오르화 베릴륨 (d) 이산화 황 (e) 시안화 수소 물음 5) 다음 설명에서 틀린 내용이 포함된 것은 어느 것인가? (a) 요오드 검출에는 녹말 수용액을 사용한다. (b) 규산나트륨에 물을 넣고 가열하면, 높은 점성을 갖는 물유리가 만들어진다. (c) 하버-보쉬법 (하버법)은 질소로부터 암모니아를 공업적으로 합성하는데 사용된다. (d) 암모니아는 무색이며 자극적인 냄새를 갖는 기체이고, 그 수용액은 약한 염기성을 띤다. (e) 플루오르화 수소의 수용액은 강한 산성이며, 유리를 쉽게 부식할 수 있다. 6
문제6 아래 그림은 금속 이온의 분리 과정을 나타낸 것이다. 이에 관한 각 물음에 답하시오. 물음 1) 시약 A~C 가 바르게 짝지어진 것은 어느 것인가? 그 기호로 답하시오. 시약 A 시약 B 시약 C (a) 암모니아수 황화 수소 염산 (b) 암모니아수 염산 황화 수소 (c) 황화 수소 염산 암모니아수 (d) 황화 수소 암모니아수 염산 (e) 염산 황화 수소 암모니아수 (f) 염산 암모니아수 황화 수소 물음 2) 침전1~4의 각 화합물에 해당하는 화학식을 하나씩 골라 그 기호로 답하시오. (a) Ca(OH)2 (b) CaCO3 (c) Fe(OH)2 (d) Fe(OH)3 (e) FeS (f) Cu2O (g) CuO (h) CuCO3 (i) CuS (j) CuCl2 (k) ZnS (l) Zn(OH)2 (m) ZnCO3 (n) Ag2O (o) AgCl (p)ag2s 7
문제7 과망간산 이온의 반응에 대한 각 물음에 답하시오. 물음 1) 아래 문장에 포함된 빈 칸 1 ~ 5 에 가장 적합한 답을 골라 그 기호로 답하시오. 단, 같은 기호를 반복하여 답으로 사용할 수 없다. 산성 조건에서 과망간산 이온은 아래와 같은 반응을 하게 된다. MnO4 - + 8 1 + 5e - 2 + 4 3 (1) 따라서 산성 조건에서의 과망간산 이온과 과산화 수소의 반응은 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다. 2MnO4 - + 5H2O2 + 6 1 2 2 + 5 4 + 8 3 (2) 한편 염기성 조건에서는 과망간산 이온은 아래와 같은 반응을 하여 물에 녹지 않는 흑색 (또는 흑갈색)의 5 이(가) 침전하게 된다. MnO4 - + 2 3 + 3e - 5 + 4OH - (3) (a) H + (b) H2 (c) O 2 - (d) O2 (e) H2O (f) Mn (g) Mn 2+ (h) MnO (i) Mn(OH)2 (j) Mn3O4 (k) MnO2 (l) MnO4 2 - (m) MnO(OH)2 물음 2) 물음 1)의 반응식(2)를 이용한다면, 과망간산 이온으로 과산화 수소를 정량할 수 있게 된다. 농도를 모르는 과산화수소수 1.00 ml 에 5.00 mol/l 황산 용액 9.00 ml 를 첨가하여 산성 용액을 만들었다. 이 용액에 0.0400 mol/l 과망간산 칼륨 용액을 조금씩 적하시켰더니 정확히 9.00 ml 가 첨가되었을 때 종말점에 도달하여 식(2)의 반응이 끝났다. 정량에 사용된 과산화수소수의 밀도가 1.01 g/ml 이었다고 할 때, 과산화 수소의 질량 백분율 농도 (질량%)는 얼마인가? (a) 0.152 (b) 0.303 (c) 0.606 (d) 1.52 (e) 3.03 (f) 6.06 8
문제8 아연, 금, 은, 닉켈 등과 같은 불순물이 많이 포함된 구리(조동)은 아래 그림과 같은 전해 정제로 순도가 높은 구리(순동)을 얻을 수 있다. 이 그림을 참고로 하여 다음의 각 물음에 답하시오. 물음 1) 전해 정제를 할 때 전해조의 양극 쪽 바닥에 침전되는 불순물은 어느 것인가? 2 개를 골라 답하시오. (a) 아연 (b) 금 (c) 은 (d) 철 (e) 닉켈 물음 2) 황산구리(II)의 수용액 500 ml 를 이용하여 전해 정제를 실시하였더니, 조동은 6.71 g 감소하고 순동은 6.65 g 증가하였다. 또 전해조의 양극 쪽 바닥의 침전물은 0.0340 g 석출하였고, 황산구리(II) 수용액 중의 Cu 2+ 농도는 0.0100 mol/l 감소하였다. 이 때 수용액 중에 녹아 있는 불순물의 질량은 몇 g 인가? 가장 적합한 것을 하나 골라 그 기호로 답하시오. (a) 0.185 (b) 0.224 (c) 0.292 (d) 0.344 (e) 0.469 (f) 0.661 9
물음 3) 구리 결정의 구조는 아래 그림과 같은 면심입방격자이며, 단위격자 한 변의 길이는 0.36 nm (3.6 10-8 cm)이다. 물음 2)에서 사방의 길이가 5.0 cm 이고 두께가 1.0 mm 인 순동판으로 된 음극을 사용하여 전해 정제를 하였다고 할 때, 음극 표면에 석출되는 구리의 두께는 몇 mm 인가? 가장 적합한 것을 하나 골라 그 기호로 답하시오. 단, 구리의 석출은 음극 표면 전체에서 균일하게 발생한다고 하자. (a) 0.010 (b) 0.070 (c) 0.14 (d) 0.21 (e) 0.28 (f) 0.56 10
문제9 백금 촉매와 함께 에탄(C2H6)으로 가득 채워진 밀폐용기가 있다. 이 용기를 가열하였더니, 일부의 에탄이 에틸렌(C2H4)과 수소(H2)로 분해되었다. 아래 그림의 곡선B는 압력을 0.11 atm 으로 유지하여 평형 상태에 이르렀을 때 에탄의 전화율(100 생성되는 에틸렌 (mol)/용기에 넣은 에탄 (mol))과 온도와의 관계를 나타낸 것이다. 그림에는 압력을 0.014 atm, 1.8 atm 으로 유지하였을 때의 결과도 포함되어 있다. 모든 기체는 이상기체이고 촉매의 부피는 무시할 수 있다고 하자. 다음의 각 물음에 대하여 가장 적절한 답을 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. 물음 1) 에탄의 분해반응에서 열량의 이동을 바르게 나타낸 것은 어느 것인가? 그림의 결과를 근거로 하여 답하시오. 물음 2) 압력이 0.11 atm 이고 온도가 800 K 일 때, 수소의 부피 백분율은 몇 %인가? 11
물음 3) 온도를 800 K 로 유지하면서 압력을 0.014 atm 이 되도록 조절하였다. 에탄의 전화율은 몇 %인가? 물음 4) 압력이 1.8 atm이고 온도가 1000 K일 때, 용기 내의 공간 부피는 1.0 L 이었다. 용기 내의 에탄과 에틸렌은 각각 몇 mmol 인가? 물음 5) 백금 촉매를 제거한 후, 압력은 0.014 atm 온도는 740 K가 되도록 조정하였다. 에탄의 전화율은 몇 %인가? 보기> (a) 발열반응이다 (b) 흡열반응이다 (c) 열량 이동은 없다 (d) 그림 결과로 판단할 수 없다 (e) 2.2 (f) 5.0 (g) 6.3 (h) 8.8 (i) 9.4 (j) 13.2 (k) 17 (l) 20 (m) 22 (n) 24 (o) 25 (p) 40 (q) 50 (r) 87 12
문제10 다음 표는 온도에 따른 요소((H2N)2CO) 용해도 (물 100 g 에 녹을 수 있는 용질의 질량)의 변화를 나타낸 것이다. 이 표를 참고로 아래 각 물음의 문장 속에 포함된 빈 칸 1~5에 가장 적절한 수치를 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. 단, 순수한 물의 밀도는 1.0 g/cm 3 이라고 하자. 온도( ) 0 10 20 30 40 50 60 80 100 요소의 용해도 (g/100g-h2o) 40.0 46.0 52.0 57.5 62.5 67.0 71.5 80.0 88.0 물음 1) 10 에서 포화된 용액의 요소 농도를 몰농도로 표시하면 1 mol/l 이다. 물음 2) 80 에서 포화된 용액의 요소 농도를 질량 백분율로 표시하면 2 %이다. 물음 3) 80 에서 포화된 용액의 상층에서 40 g 의 용액을 취해, 0 가 되도록 냉각시켰다. 이 때 석출된 요소의 질량은 3 g 이었다. 물음 4) 물 100 g 을 사용하여 50 에서 포화용액을 만든 후, 20 로 냉각시켰다. 이 때 석출된 요소 양은 4 g 이었다. 여기에 또 다시 물 20 g 을 첨가하고 온도를 20 로 유지시켰더니 석출된 요소의 양은 5 g 이었다. 보기> (a) 0.0 (b) 4.6 (c) 6.4 (d) 7.7 (e) 8.9 (f) 10 (g) 15 (h) 18 (i) 22 (j) 29 (k) 44 (l) 62 (m) 77 (n) 80 13
문제11 그림과 같이 커다란 유리용기 안에 세 개의 300 ml 비커 A, B, C 를 놓고, 각각의 비커에 다음과 같은 용액을 넣어 25 에서 각 물음의 실험을 실시하였다. 단, 순수한 물의 밀도는 1.0 g/cm 3 이라고 하자. 용액은 전부 이상용액이며, 전해질은 용액에서 전부 전리되어 있다. 유리용기 내에서는 수증기가 응집하여 맺히지 않으며, 용기 내 수증기 양은 무시할 수 있다고 하자. 아래 각 물음의 문장 속에 포함된 빈 칸1~4에 가장 적절한 답을 각 물음의 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. A: 180 ml 의 물에 18.0 g 의 포도당(C6H12O6)을 용해시킨 수용액 B: 180 ml 의 물에 11.9 g 의 KBr 을 용해시킨 수용액 C: 180 ml 의 물에 4.0 g 의 NaOH 을 용해시킨 수용액 물음 1) 25 에서 평형상태를 이룰 때까지 방치하였더니, 용액량이 감소되었다. 1 비커에 들어 있는 (a) A (b) B (c) C (d) A 와 B (e) B 와 C (f) A 와 C 물음 2) 불휘발성 용질을 녹여 희석한 용액의 증기압은 순수한 용매의 증기압에 비교하면 2. 이 현상은 3 (이)라고 하며, 각 비커의 용액량이 변동하는 원인이기도 하다. (a) 높다 (b) 낮다 (c) 변화없다 (d) 전기분해 (e) 증기 압력 오름 (f) 증기 압력 내림 (g) 끓는점 오름 (h) 끓는점 내림 물음 3) 평형상태에 도달하였을 때, 양은 4 ml 이었다. 1 비커에 있는 용액량은 줄었는데 그 줄어든 (a) 18 (b) 28 (c) 57 (d) 36 (e) 72 14
문제12 고체인 수산화 나트륨(NaOH(s))과 염산 수용액(HCl(aq))으로 염화 나트륨 수용액을 만드는 반응은 다음과 같은 열화학 방정식으로 나타낼 수 있다. 단, 반응열은 Q (kj/mol)라고 하자. HCl(aq) + NaOH(s) = NaCl(aq) + H2O + Q 여기서 (aq)는 수용액, (s)는 고체임을 의미한다. 이 반응은 다음과 같은 두 개의 열화학 방정식으로 나눌 수 있다. NaOH(s) + aq = NaOH(aq) + Q1 NaOH(aq) + HCl(aq) =NaCl(aq) + H2O + Q2 수용액 1.0 g 의 온도를 1.0 K 상승시키는 데 필요한 발생열은 4.2 J 이고, 고체인 수산화 나트륨의 온도 상승에 이용된 열량은 무시하기로 하자. 다음의 각 물음에 대해 가장 적절한 답을 각 문제의 보기에서 골라 그 기호로 답하시오. 물음 1) Q1, Q2 의 명칭은 각각 무엇인가? (a) 희석열 (b) 융해열 (c) 혼합열 (d) 중화열 (e) 용해열 물음 2) Q, Q1, Q2 의 관계를 나타낸 식으로 바르게 나타낸 식은 어느 것인가? (a) Q = Q1 Q2 (b) Q = Q1 + Q2 (c) Q = Q2 Q1 (d) Q = Q1 Q2 (e) Q > Q1 + Q2 물음 3) 물음 2)의 식이 표현하고 있는 열량에 관한 법칙은 어느 것인가? (a) 샤를의 법칙 (b) 페러데이의 법칙 (c) 르 샤틀리에의 원리 (d) 아레니우스의 정의 (e) 헤스의 법칙 물음 4) 2.0 g 의 고체 수산화 나트륨을 398 g 의 물에 녹였더니, 수용액의 온도가 1.3 K 상승하였다. 이 때 발생한 열 전부가 수용액의 온도 상승에 사용되었다고 하면, Q1 (kj/mol)의 값은 얼마인가? (a) 4.4 (b) 10 (c) 34 (d) 44 (e) 54 물음 5) 수산화 나트륨 0.10 mol 이 포함된 수용액 500 g 과 염화 수소 0.15 mol 이 포함된 수용액 500 g 을 혼합하였더니, 수용액 온도가 1.3 K 상승하였다. Q2 (kj/mol) 및 Q (kj/mol)의 값은 얼마인가? 단, 혼합하기 전의 두 수용액의 온도는 같다고 하자. (a) 13 (b) 27 (c) 36 (d) 42 (e) 47 (f) 55 (g) 59 (h) 71 (i) 76 (j) 80 (k) 98 (l) 109 15