5급 공채 2차

2017년 5급 공채 기술 2차 환경화학

문제 5개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (20점)

어느 정수장으로 들어가는 관망 내 물의 pH가 5.8이고, 알칼리도(alkalinity)가 0.2meq/L로 측정되었다. 관망 내 물은 25°C이며 외부에 대해 닫혀 있다. 정수장에서는 pH가 약산성이고 알칼리도가 낮아 물의 pH 및 알칼리도를 높이기 위해 화합물을 첨가하고 있다. 탄산의 화학평형식이 아래와 같을 때, 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
H2CO3＝HCO3－＋H＋ K1＝10－6.35
HCO3－＝CO32-＋H＋ K2＝10－10.33
  1. (1) 알칼리도가 무엇인지를 간략히 설명하고, 탄산이 용해된 물에서 알칼리도를 구하는 식을 제시하시오. (5점)
  2. (2) 정수장으로 들어가는 관망 내 물에 존재하는 총 탄산이온 농도(mM)를 구하시오. (단, 총 탄산이온 농도 CT＝[H2CO3]＋[HCO3－]＋[CO32－]로 정의한다) (5점)
  3. (3) 정수장 물 1L 당 0.5mmol의 NaHCO3를 주입하면 pH와 알칼리도는 어떻게 변화될 지 예측하시오. (10점)

제2문 (20점)

수중 유기물 농도를 나타내는 지표로 사용되는 생물학적 산소요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD) 및 총유기탄소(TOC)에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
  1. (1) 아래와 같은 방류수의 탄소계 7일 BOD 값(CBOD7)을 mg/L 단위로 구하시오. (단, 원자량 C＝12, N＝14이다) (10점)
    분석값, mg/L0일7일
    DO8.11.0
    NO2－－N0.00.1
    NO3－－N0.30.7
  2. (2) 알라닌(C3H7O2N) 100mg/L를 포함하는 폐수의 탄소계 5일 BOD값(BOD5)과 이론적 COD값(Th-COD) 및 TOC 값을 각각 mg/L 단위로 구하시오. (단, 상용로그 기준 탈산소계수 k＝0.2/day, 원자량 C＝12, O＝16, H＝1, N＝14이다) (5점)
  3. (3) COD 측정 시, 적정용액으로 사용되는 황산암모늄제일철(Fe(NH4)2(SO4)2) 용액 1mL가 산소 1mg에 대응하도록 조제하려면, 몇 g/L의 황산암모늄제일철이 필요한지 구하시오. (단, 원자량 Fe＝55.8, S＝32, O＝16, H＝1, N＝14이다) (5점)

제3문 (20점)

물이 수소로 환원되는 반쪽 반응은 아래와 같다. 이 반응을 통해서 물이 안정하게 존재할 수 있는 환경조건을 얻을 수 있다고 할 때, 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
2H2O＋2e－ → H2(g)＋2OH－ E°＝－0.828V
  1. (1) 표준상태(298K, 1기압)에서 이 반응의 자유에너지 변화(ΔG°)와 pE°를 구하시오. (단, 패러데이상수＝96,485C/mol, 기체상수＝8.314J/mol․K이다) (10점)
  2. (2) 수소기체의 부분압력이 10－4 기압인 혐기성 조건에서 물이 환원되지 않고 안정하게 존재할 수 있는 열역학적 평형상태의 조건을 pH와 pE를 이용하여 나타내시오. (5점)
  3. (3) pH가 8.0인 해양 퇴적물에서 미생물의 혐기성 분해작용에 의해 수소의 부분압력이 10－4 기압으로 유지된다고 가정할 때, 가능한 pE의 최솟값을 구하시오. (5점)

제4문 (20점)

음식물 쓰레기 및 하수슬러지 등의 유기성 폐기물은 혐기성 소화를 통해 메탄가스화되어 에너지원으로 활용될 수 있다. 유기성 폐기물의 혐기성 분해에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
  1. (1) C8H32O4N8의 분자식을 가지는 유기화합물 1몰이 혐기소화를 통해 발생시킬 수 있는 메탄과 이산화탄소의 이론적 몰수를 구하시오. (10점)
  2. (2) 해당 유기화합물이 혐기성으로 분해되는 과정에서 발생하는 중간 및 최종 생성물이 각각 pH에 미치는 영향을 설명하고, 최종생성물만을 고려할 때 소화를 마친 용액의 pH는 소화 전에 비하여 어떻게 변화될 지 예측하시오. (10점)

제5문 (20점)

약산 HA와 약염기 B의 이온화(해리) 상수가 각각 아래와 같이 표시될 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 계산시 활동도 보정은 무시한다) (총 20점)
\mathrm{HA} ＝ \mathrm{H}^{{+}} ＋ \mathrm{A}^{{-}} \frac{{[ H^{{+}} ] [ A^{{{}_{{-}}}} ]}}{{[ HA ]}} = 1.8 \times 10^{{- 5}}
\mathrm{BH}^{{+}} ＝ \mathrm{H}^{{+}} ＋ \mathrm{B} \frac{{[ H^{{+}} ] [ B ]}}{{[ BH^{{+}} ]}} = 1.0 \times 10^{{- 9}}
  1. (1) 0.20M HA 용액의 pH 값을 구하시오. (5점)
  2. (2) 0.20M HA 용액과 0.18M B 용액을 1:1의 부피비로 혼합한 용액의 pH 값을 구하시오. (15점)