5급 공채 2차

2020년 5급 공채 기술 2차 환경화학

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

제1문 (25점)

산소(O2), 질산이온(NO3-), 황산이온(SO42-) 성분이 용존해 있는 호수에 유기물이 다량 유입되는 사고가 발생한 후, 시간이 경과함에 따라 호수에 용존해 있던 세 성분이 모두 사라지게 되었다. 다음 물음에 답하시오. (총 25점)
  1. (1) 호수에 용존해 있던 산소, 질산이온, 황산이온의 공통적인 역할 및 유기물과 반응 후 발생한 가스상 생성물에 대하여 설명하시오. (7점)
  2. (2) 호수에 용존해 있던 질산이온이 황산이온보다 먼저 사라지는 이유를 열역학적 개념을 이용하여 설명하시오. (5점)
  3. (3) 호수에서 산소, 질산이온, 황산이온이 유기물과 반응하여 모두 사라진 다음에는 어떤 현상이 발생할 것인지 예측하고, 그때 발생하는 가스상 생성물을 제시하시오. (7점)
  4. (4) 위 과정에서 열거한 유기물과 반응하여 생성된 가스상 물질들이 환경에 미치는 영향을 설명하시오. (6점)

제2문 (15점)

토양의 양이온 교환 능력(cation-exchange capacity, CEC)에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 토양 내 교환성 양이온(exchangeable cation)이 존재하는 이유를 설명하고, CEC를 정의하시오. (5점)
  2. (2) 어떤 건조토양 100g의 CEC가 1.0meq(milliequivalent)를 형성하기 위해서는 건조토양 내 칼슘(Ca2+)과 마그네슘(Mg2+)의 양이 몇 mg인지 계산하시오. (단, 칼슘(Ca2+)과 마그네슘(Mg2+)의 양은 동일하게 존재하고, 원자량은 Ca＝40, Mg＝24이다) (5점)
  3. (3) 토양의 CEC가 5.0meq/100g(건조토양 기준)이라면, 이러한 100g의 건조토양에 교환될 수 있는 H+이온의 최대 개수를 구하시오. (5점)

제3문 (20점)

산업계와 일상생활에서 사용하는 다양한 프레온 가스는 오존층 파괴물질로 간주되고 있다. 이들 물질의 화학식과 그 특성을 정확히 이해한다면 지구의 오존층 파괴 속도를 줄일 수 있을 것이다. 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
  1. (1) 다음 프레온 가스의 화학식을 각각 쓰시오. (4점)
    ①CFC-11
    ② CFC-12
    ③ CFC-13
    ④ CFC-114
  2. (2) 프레온 가스가 오존층을 파괴하는 과정을 설명하시오. (10점)
  3. (3) CFC 대체 물질로 사용하고 있는 HFC와 HCFC 계열 물질의 장점은 무엇인지 설명하시오. (6점)

제4문 (20점)

다음은 ‘국제순수 및 응용화학기구(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) 규약’에 따라 표기한 갈바닉(Galvanic) 전지이다. 물음에 답하시오. (총 20점)
Cu(s) | Cu2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s)
  1. (1) 산화전극, 환원전극에서 자발적으로 일어나는 반응에 대한 반응식과 전체 전지 반응식을 각각 기술하시오. (6점)
  2. (2) 두 전극을 고저항 전압계로 연결하여 전압을 측정하였으며, 사용한 전해질 수용액의 농도는 모두 0.0200M로 동일하였다. 이때 측정된 전압이 ＋0.412V였다면, 이 전지의 표준전지 전위(Standard cell potential, Ecello)를 Nernst식을 이용하여 구하시오. (단, 실험조건은 25°C, 1기압이고, 모든 활동도 계수는 1로 하며, 유효숫자는 최종 계산 종료 후 3개로 처리하고, 계산 값은 V의 단위로 표기한다) (7점)
    ※Nernst식: Ecell＝Ecell°－(RT/nF)lnQ＝Ecell°－(0.0592/n)logQ
  3. (3) 전압 측정 이후, 전류 측정을 위해 전압계 대신 저저항 전류계를 연결하여 시간에 따른 전류량을 측정하였다. 측정되는 전류값이 0이 되었을 때, 측정한 Ag+(aq)의 농도가 2.7×10-9M이었다. 이때 Cu2+(aq)의 몰농도[M]를 구하시오. (단, 실험조건은 25°C, 1기압이고, 전선과 전류계의 저항은 무시하며, 유효숫자는 계산 종료 후 2개로 처리한다) (7점)

제5문 (20점)

휘발성 유기물질을 포함하는 물 시료를 채취하는 과정에 사용한 시료채취병의 유효부피는 40mL이고, 채취병 안에는 1.0g의 활성탄이 포함되어 있다. 이 채취병에 물 시료 25mL를 주입하고 일정 시간이 경과한 후 채취병 내 물에 포함된 휘발성 유기물질의 농도를 측정하여 이로부터 원 물 시료의 휘발성 유기물질 농도를 추정하였다. 다음 조건을 이용하여 물음에 답하시오. (총 20점)
○휘발성 유기물질의 헨리상수: 22.0atm/M
○휘발성 유기물질에 대한 활성탄의 평형흡착 특성은 Freundlich 등온흡착식(q＝KC1/n)을 따르며, 상수 K와 n은 각각 10.5와 2.5이고, q의 단위는 mg/g이다.
○실내온도는 22.5°C, 기체상수는 0.082 L‧atm/mol‧K이다.
  1. (1) 시료채취 후 시료채취병 속에서 휘발성 유기물질의 존재 형태 사이의 평형관계를 기술하고, 평형관계에 영향을 미치는 주요 인자를 설명하시오. (8점)
  2. (2) 실험실에서 채취병 내 물에 존재하는 휘발성 유기물질의 농도를 측정하였더니 55.7mg/L이었다. 측정값이 평형상태의 값이라고 가정하고, 이를 근거로 시료채취 당시 물에서의 농도를 계산하시오. (12점)