5급 공채 2차

2018년 5급 공채 기술 2차 환경화학

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

제1문 (25점)

고농도의 용존 알루미늄 이온은 다양한 수생생물에게 유해하다. 특히 용존 알루미늄이 수화반응을 통해 수산화화합물을 형성할 경우 독성이 더욱 높아지는 것으로 알려져 있다. 다음은 용존 알루미늄의 수화반응을 통해 수산화화합물을 형성하는 가역반응과 각 반응의 평형상수이다. 주어진 자료를 참고하여 물음에 답하시오. (단, 용액의 온도는 25°C이고, 기체상수(R)는 8.314J/mol/K이다) (총 25점)
(반응 1) Al3＋＋H2O ⇄ Al(OH)2＋＋H＋ K1＝10－5.0
(반응 2) Al3＋＋2H2O ⇄ Al(OH)2＋＋2H＋ K2＝10－10.1
  1. (1) (반응 1)과 (반응 2)의 표준자유에너지변화값(ΔG0r)을 각각 구하시오. (5점)
  2. (2) 평형상태에서 용존 알루미늄(Al3＋)의 농도가 3.2μM이고 용액의 pH가 4.7일 때, Al(OH)2＋와 Al(OH)2＋의 농도를 각각 구하시오. (10점)
  3. (3) 용액의 pH가 6.4, Al3＋의 농도가 1.5μM이고 Al(OH)2＋의 농도가 7.2nM인 경우, (반응 2)는 평형상태인가? 만약 평형상태가 아니라면, 어느 방향으로 반응이 진행될 것인지 설명하시오. (10점)

제2문 (25점)

원자력발전의 원리는 분자량과 질량이 큰 원소의 핵이 분열하는 반응을 반응속도 조절을 통해 사용할 수 있는 에너지로 변환시키는 것이다. 방사성 붕괴에 대한 다음 물음에 답하시오. (단, 반응물과 생성물의 양성자수와 질량수를 반드시 기재하시오) (총 25점)
  1. (1) 다음 물질의 반응과 생성물에 대해 기술하시오. (단, Ra의 양성자수는 88이다) (10점)
    (가)226Ra의 α붕괴 (나)14C의 β－붕괴 (다)11C의 β＋붕괴
  2. (2) α붕괴, β＋붕괴, β－붕괴에서 각각의 붕괴에너지(Q)를 Mx(어미핵종 질량), My(딸핵종 질량), Mα(α입자 질량), me(전자의 질량)로 나타내시오. (단, E＝mc2식을 적용한다) (10점)
  3. (3) 핵분열과 반대로 가벼운 원자핵 간의 충돌로 보다 무거운 질량수의 원자핵을 만들면서 질량 감소와 에너지 방출을 동반하는 현상을 핵융합이라고 한다. 중수소 두 원자의 핵융합 반응식 두 가지를 기술하시오. (5점)

제3문 (15점)

산화환원전위에 대한 다음 물음에 답하시오. (단, 온도는 25°C이다) (총 15점)
  1. (1) 0.01M Cd2＋용액에 담근 카드뮴 전극의 전위를 구하시오. (단, E0＝－0.403V이다) (5점)
  2. (2) 다음 반응식에서 Fe2＋가 Fe3＋로 30% 산화되었을 때의 전위를 구하시오. (단, E0＝0.771V이다) (5점)
    Fe2＋ ⇄ Fe3＋＋e－
  3. (3) pH가 4.0일 때 다음 반응식의 전위를 구하시오. (단, E0＝1.51V이다) (5점)
    MnO4－(0.001M)＋8H＋＋5e－ ⇄ Mn2＋(0.001M)＋4H2O

제4문 (20점)

어떤 공장에서 트리클로로에틸렌(TCE, CCl2＝CHCl)이 누출되어 주변 토양과 지하수를 오염시켰다. 다음 물음에 답하시오. (단, 트리클로로에틸렌의 옥탄올－물 분배계수(KOW)는 263, 헨리상수(KH)는 11.6atm/M, 토양의 공극률은 0.25, 토양입자밀도는 2.0kg/L, 유기탄소함량은 2%, 기체상수(R)는 0.082atm/K/M이다) (총 20점)
  1. (1) 토양－지하수계에서 트리클로로에틸렌의 지연계수를 산출하고, 산출된 지연계수값의 의미를 설명하시오. (15점)
  2. (2) 트리클로로에틸렌으로 오염된 지하수를 공기 스트리핑법을 이용하여 트리클로로에틸렌을 90% 이상 제거하기 위한 공기－물 비의 값을 구하시오. (단, 운전온도는 25°C이다) (5점)

제5문 (15점)

대기 중의 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)은 우리 건강을 심각하게 위협할 수 있으며 산성비를 생성하는 원인이 되기도 한다. 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 황산화물이 만들어지는 과정을 서술하고, 산성비와의 연관성에 대해 설명하시오. (5점)
  2. (2) 질소산화물이 만들어지는 과정을 서술하고, 산성비와의 연관성에 대해 설명하시오. (5점)
  3. (3) 주변의 토양이 석회암인 호수나 석회암 지대는 산성비가 내려도 pH가 낮아지지 않는 경우가 많다. 그 이유를 설명하시오. (5점)