5급 공채 2차

2022년 5급 공채 기술 2차 환경화학

문제 6개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (15점)

폐수에 존재하는 질소와 인은 수환경에 유입될 경우 부영양화(eutrophication)를 발생시키는 주요 인자이다. 폐수 속 질소와 인의 제거에 대하여 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 칼슘 이온(Ca2+)의 농도가 높은 폐수에 포기율을 높게 유지하여 이산화탄소 기체(CO2(g))를 대기 중으로 방출하였다. pH가 높아진 이 폐수에 함유된 인산염의 형태가 모두 HPO42-라고 가정하였을 때, 폐수처리에 따른 인 제거 공정을 화학식으로 표현하시오. (7점)
  2. (2) 폐수에 질소가 암모늄 이온(NH4+)으로 존재할 때, 이를 제거하기 위해 하이포염소산(HOCl)을 투입하여 질소 기체(N2(g))를 발생시키는 반응식을 쓰시오. (8점)

제2문 (15점)

질산염(NO3-)과 산소(O2)는 미생물이 유기오염물질을 분해할 때 사용하는 주요 최종전자수용체이다. 표준상태에서 이들의 표준환원전위는 다음과 같다. 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
\mathrm{O}_{2} \, ( g ) + 4 \mathrm{H}^{+} ( aq ) + 4 \mathrm{e}^{-} \, \rightarrow \, \, 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} ( l )
\mathrm{E} ° = + 1.229 \, \mathrm{V} , \, \, \, \, \, \mathrm{pE} ° = 20.8
2 \mathrm{NO}_{{3}}^{{-}} ( aq ) + 12 \mathrm{H}^{{+}} ( aq ) + 10 \mathrm{e}^{{-}} \, \, - > \, \, \mathrm{N}_{{2}} ( g ) + 6 \mathrm{H}_{{2}} \mathrm{O} ( l )
\mathrm{E} ° = + 1.25 \, \mathrm{V} , \, \, \, \, \, \mathrm{pE} ° = 21.1
  1. (1) pH가 8.0이고, 질산염의 농도가 10-3M인 조건에서 질산염 환원반응의 pE를 계산하시오. (단, 질소 기체의 부분압력은 1atm으로 가정한다) (5점)
  2. (2) pH가 8.0일 때, 산소 환원반응의 pE를 산소기체 부분압력의 함수로 나타내시오. 이 때 산소의 부분압력이 얼마 이상이면 산소를 최종전자수용체로 활용하는 것이 더 유리한지 설명하시오. (10점)

제3문 (15점)

HCN의 산해리상수(K_{a})는 6.2×10-10이다. 0.1M HCN 용액 50.0mL를 0.1M NaOH 용액으로 적정하여 pH를 조절하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 적정 후 용액의 부피는 HCN 용액의 부피와 NaOH 용액의 부피의 합으로 가정한다) (총 15점)
  1. (1) 위 조건에서 0.1M NaOH 용액 8.0 mL를 첨가하였을 때, 반응용액의 pH를 계산하시오. (10점)
  2. (2) 0.1M NaOH 용액을 얼마나 첨가하면 당량점에 도달하는지 그 부피(mL)를 계산하시오. (5점)

제4문 (20점)

물의 안전성에 관한 인류의 관심이 날로 증가하는 이유는 다양한 화학오염물질이 물에 존재할 가능성 때문이다. 수질 오염에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
  1. (1) 호수나 저수지에서 검출되는 화학 물질로, 미국에서 수질 오염 물질로 판명되어 사용이 금지된 MTBE(methyl tertiary-butyl ether)의 유입 경로를 설명하고 구조식을 쓰시오. (7점)
  2. (2) 전 세계 여러 지역의 물, 퇴적물, 어류 및 새의 세포 조직에서 검출되는 환경 오염 물질인 PCB(polychlorinated biphenyl)가 자연환경으로 유출되는 대표적 경로를 두 가지만 기술하고, 염소 원자를 10개 갖는 PCB의 구조식을 쓰시오. (7점)
  3. (3) 대표적인 수질 오염물질인 세탁용 세제에 사용되는 핵심 성분 중 알킬벤젠설포네이트(ABS)와 선형알킬설포네이트(LAS)의 생분해성을 비교하여 설명하시오. (6점)

제5문 (15점)

1.00×10-4M Na2HT를 포함하는 용액을 PbCO3(s)와 접촉시켰다. 반응이 평형에 도달한 후, pH는 7.0, HCO3-의 농도는 1.20×10-3M이었다. 킬레이트제 Na2HT와 PbCO3(s)가 반응하여 만들어진 생성물은 PbT-와 HCO3-이고, 이 알짜 반응의 평형상수(K)는 4.06×10-2이다. 다음 물음에 답하시오. (단, T3-는 나이트릴로트라이아세트산(nitrilotriacetic acid, H3T)이 세 개의 수소 이온을 잃은 음이온이며, PbCO3(s)는 물에 용해되지 않는다) (총 15점)
  1. (1) [PbT-]/[HT2-]를 계산하시오. (5점)
  2. (2) 용액 속에 납이 PbT-형태로만 존재할 때, 용액 중 납 농도(mg/L)를 계산하시오. (단, 납의 원자량은 207이고, pH7.0에서 킬레이트제는 PbT-와 HT2- 형태로만 존재한다) (10점)

제6문 (20점)

지오스민(geosmin)의 화학 구조식은 아래와 같다. 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
[그림]
  1. (1) 수중에서 지오스민의 발생 원인과 환경적 중요성을 설명하시오. (6점)
  2. (2) 지오스민의 분자량을 구하고, 1mM 지오스민용액의 총유기탄소 농도(mg/L)를 계산하시오. (단, 용액 내에 다른 유기화합물들은 없다고 가정한다) (7점)
  3. (3) 1mM의 지오스민을 오존(O3)을 활용하여 제거하고자 한다. 지오스민을 이산화탄소와 물로 완전하게 산화시킬 때 필요한 오존의 이론적인 농도(mg/L)를 계산하시오. (단, 반응물은 지오스민과 오존, 생성물은 이산화탄소와 물만 존재한다) (7점)