5급 공채 2차

2019년 5급 공채 기술 2차 환경화학

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

제1문 (20점)

메탄(CH4)은 온실가스로서 온실효과가 이산화탄소의 72배에 달한다. 메탄은 지표환경에서 미생물들의 메탄생성반응에 의해 생성되어 대기로 방출되고, 최종적으로 산소에 의해 이산화탄소로 산화된다. 대기에서 측정된 메탄의 분압(PCH4)은 10－5.7atm이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 대기 중 각 기체분자의 표준생성에너지값(ΔG0f)은 CH4(g)＝－50.7kJ/mol; CO2(g)＝－394.4kJ/mol; H2O(g)＝－228.6kJ/mol이며, ΔGr＝ΔG0r＋RTlnQ이다. 여기서 기체상수 R＝8.314J/mol․K이다) (총 20점)
  1. (1) 대기 중에서 메탄이 산소에 의해 이산화탄소로 산화되는 아래 반응식을 완성하시오. (5점)
    CH4(g)→CO2(g)
  2. (2) 대기 중 이산화탄소의 분압(PCO2)이 10－3.4atm이고 25°C에서 포화수증기의 분압(PH2O)은 0.031atm이며, 산소의 분압(PO2)은 0.21atm이다. 이때, 대기 중 평형상태에 있는 메탄의 분압을 구하시오. (10점)
  3. (3) 위에서 구한 메탄의 평형분압과 실제 대기에서 측정된 분압을 비교하면 이 중 한 값이 매우 큰 것을 알 수 있다. 그 주된 이유를 메탄의 생성과 산화반응의 차이로 설명하시오. (5점)

제2문 (15점)

경도는 비누의 사용량에 큰 영향을 미치며 물의 공업적 이용 및 식수로서의 이용에 많은 문제점을 일으킨다. 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 경도를 간단히 정의하고 물에 경도물질이 존재할 경우 비누 사용량이 증가하는 이유를 설명하시오. (5점)
  2. (2) 다음과 같은 이온들이 물에 용해되어 있을 때 경도를 구하시오. (단위:mg/L as CaCO3) (5점)
    이온농도(mg/L)원자량
    Sr2+25.087.6
    Mg2+50.024.3
    Ca2+65.040.1
    Na+80.023.0
    K+30.039.1
    SO42-35.0S: 32.1; O: 16.0
  3. (3) 탄산경도와 비탄산경도를 정의하고, 다음의 조건에서 탄산경도와 비탄산경도를 구하시오. (단위:mg/L as CaCO3) (5점)
    이온농도(mg/L)
    Mg2+75.0
    Ca2+82.0
    CO32-60.0
    HCO3-30.5
    SO42-35.0

제3문 (15점)

25°C에서 오염되지 않은 공기와 평형을 이루는 순수한 물에 대한 다음 물음에 답하시오. (단, 건조한 공기 중 CO2의 농도는 350ppm(0.035%)이며, [H+]＝[HCO3-] 라고 가정한다) (총 15점)
H2O(l)↔H+(aq)＋OH-(aq) Kw＝1×10-14
CO2(aq)＋H2O(l) ↔ HCO3-(aq)＋H+(aq) Ka1＝4.45×10-7
HCO3-(aq)↔CO32-(aq)＋H+(aq) Ka2＝4.69×10-11
CO2(g)↔CO2(aq) KH＝3.38×10-2(M atm-1)
  1. (1) 물의 pH값을 계산하시오. (10점)
  2. (2) 공기 중 CO2의 농도가 5배가 되었을 경우 순수한 물의 pH값을 구하시오. (5점)

제4문 (25점)

어느 호소수에 가수분해가 일어나는 오염물질 A가 있다. pH7의 조건에서는 오염물질 A의 가수분해 반응의 반감기는 10일이고, pH8의 조건에서는 오염물질 A의 가수분해 반응의 반감기가 5일이다. 다음 물음에 답하시오. (총 25점)
  1. (1) pH값이 7과 8인 호소수에서 오염물질 A의 겉보기 가수분해 속도상수(1차반응 속도상수)를 각각 구하시오. (단위: day－1) (5점)
  2. (2) 오염물질 A의 가수분해는 동시에 일어나는 아래 두 반응에 의한 것으로 밝혀졌다.
    (1)
    A＋H2O B
    k1

    (2)
    A＋OH－ B
    k2

    반응식 (1)과 (2)의 2차반응 속도상수(k1, k2)를 각각 구하시오. (단위: M－1 day－1) (10점)
  3. (3) pH가 7.5인 호소수에서 오염물질 A의 반감기를 구하시오. (10점)

제5문 (25점)

소규모 저수지(저수량 12,000m3)에 인근 축사로부터 폐수가 유입되어 BOD가 급증하는 사고가 발생하였다. 다음 물음에 답하시오. (단, 폐수의 유입은 일시적 사고로 밝혀졌으며, 초기 저수지 물의 평균 BOD는 5ppm, 폐수의 BOD는 50,000ppm 이다. 또한, 저수지 내에서 오염물질은 완전히 혼합되었고 BOD 감소속도는 탈산소계수 0.2/day인 1차반응 속도식을 따른다고 가정한다) (총 25점)
  1. (1) 유출사고 3일 후 저수지에서 채취한 물의 BOD 농도는 320ppm이었다. 저수지에 유입된 폐수의 양을 구하고, BOD가 95% 이상 제거되는 데 필요한 시간을 구하시오. (단, 저수지로 유출입되는 물은 없으며 축산폐수 외에 추가 오염원은 없다고 가정한다) (10점)
  2. (2) 저수지 상류에서 1,200m3/day의 하천수가 유입되어 완전 혼합된 후 동일한 유량으로 유출되는 조건에서 BOD가 95% 이상 제거되는 데 걸리는 시간을 구하시오. (단, 유입되는 하천수의 BOD 농도는 무시한다) (8점)
  3. (3) 저수지 하류 어떤 지점의 하천수를 조사하였더니 DO가 2.8ppm, 산소 소비율이 분당 0.74ppm임을 알 수 있었다. 이 하천수의 DO 농도가 정상상태를 유지하고 있다고 가정하고 포화 DO 농도가 8.5ppm일 경우 총괄산소전달계수를 구하시오. (7점)