61. 다음 중 1차 전지가 아닌 것은?
① 수은 전지
② 알칼리망간 전지
③ Leclanche 전지
④ 니켈 카드뮴 전지
해설
화공역사) 볼타 전지 → 다니엘전지 → 전기분해전지
1차전지 : 한번 쓰고 버리는(방전) 전지 - 비가역 전지
예) 망가니즈 건전지(르클랑세), 알카리건전지, 수은-아연 전지,공기-아연 전지, 염화싸이오닐-리튬전지, 산화은 전지
2차전지 : 충전이 되는 전지
예) 납축전지, 니켈-카드뮴 전지,니켈-아연 전지, 리튬-산화코발트전지, 나트륨-황 전지
TIP)
2차전지 -납, 니(앞글자), 리 : 이차전지
답4
62. 암모니아 소다법에서 암모니아와 함께 생성되는 부산물에 해당하는 것은?
① H2SO4
② NaCl
③ NH4Cl
④ CaCl2
■암모니아 (솔베이) 합성법 공정
1) NaCl + NH4 + CO2 + H2O → NaHCO3 (탄산수소나트륨) + NH4Cl (염안) [탄화탑]
2) NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
3) NH4Cl + Ca(OH)2 → NH3 + CaCl2 + H2O
암모니아소다법(솔베이법)의 특징
- 식염의 이용율이 72~74%로 낮다.
- 식염을 원료
문제점
- 폐액 회수가 어렵다.(CaCl2) = 염소의 회수가 어렵다 → 염안소다법
- 공해문제(폐가스)
TIP) NaCl 식염은 이온결합성 물질이며, 이온결합과 분리 & 소다를 생성하기 위해 필요한 물질이 NH3가 필요하다.
★흐름순서 : 르블랑법 → 암모니아 합성 소다법 → 염안 소다법→ 전기분해 가성소다(격막법,수은법)
이후, 벨기에선 솔베이가 독자적으로 솔베이법을 개발하였다. 바다가 없는 내륙국가(네델란드 ?등 )은 염안소다법을 개발하였고, 독자적으로 일본이 재개발하였다.
답4
63. Nylon 6의 원료 중 caprolactam의 화학식에 해당하는 것은?
① C6H11NO2
② C6H11NO
③ C6H7NO
④ C6H7NO2
■카프로락탐은
원유로부터 얻어지는 사이클론 헥산과 암모니아 및 유황 등을 주원료로 하여, 의류를 비롯하여 타이어코드, 어망, 카펫트 등의 제조에 쓰이는 나일론 섬유와 기계부품 및 엔지니어링 플라스틱의 제조에 쓰이는 나일론 수지의 원료로 사용되고 있습니다.
제조단계)
1) 벤젠 → 사이클론 핵산
2) 사이클론 헥산 → 사이클론 핵산온 ( C=O )
3) 사이클론 헥산논 → 사이클론 핵산온 옥심( C=N-OH )
4) 사이클론 헥산온 옥심 → 카프로 락탐(C=ONH) : 고리형 아미드형태 : 락탐 : Beckmann rearrangement 반응
Beckmann rearrangement 반응
5)카프로락탐 → 나일론 6
TIP) 헥산논 = 케토 + ㄴ + 온
옥심 = 옥 시 + ㅁ
벤젠 → 카프로락탐이 제조된다.
사이클론 헥산은 포화탄화수소(C6H14)이므로, 나일론 6의 분자구조 동일한걸 찾으면 된다.
즉, C 6개 & H 11개 + -N=O(3개) = 14개
참고) 락탐 = lactame = milk = 글루코오스 = C 6입니다 . 나일론 6입니다.
64. 수용액 상태에서 산성을 나타내는 것은?
① 페놀
② 아닐린
③ 수산화칼슘
④ 암모니아
■기본적인 분자구조를 알아야 푸는 문제
TIP) 분자구조, 산성수용액, 공명안정화
답1
65. 일반적인 성질이 열경화성 수지에 해당하지 ㅕ 것은?
① 페놀수지
② 폴리우레탄
③ 요소수지
④ 폴리프로필렌
■열경화성 수지
~ 열을 가하여 경화 성형하면 다시 열을 가해도 형태가 변하지 않는 수지로 일반적으로 내열성, 내용제성, 내약품성, 기계적 성질, 전기절연성이 좋다. 충전제를 넣어 강인한 성형물을 만들 수 있으며 고강도 섬유와 조합하여 섬유강화플라스틱을 제조하는 데에도 사용된다.
TIP)
열경화성 수지 : 硬 굳을 경 : 가교결합이 많은 중합체이다. 고리 있는 화합물과 에스테르계(수소결합)가 경화성수지에 해당한다.
방향족 고리화합물 : 페놀, 요소, 멜라민, 에폭시
불포화 에스테르계 : 폴리에스테르(알키드수지)와 폴리우레탄
그 외. 실리콘(규소)
답4
66. 방향족 아민에 1당량의 황산을 가했을 때의 생성물에 해당하는 것은?
벤젠의 친전자성 방향족 치환반응의 예
치환기의 종류에 따라 반응성과 배향성에 영향을 준다.
-NH2는 반응성이 제일 크며, 배향성은 Para -director 이다.
답3
67. 솔베이법과 염안소다법을 이용한 소다회 제조과정에 대한 비교 설명 중 틀린 것은?
① 솔베이법의 나트륨 이용률은 염안소다법보다 높다.
② 솔베이법이 염안소다법에 비하여 암모니아 사용량이 적다.
③ 솔베이법의 경우 CO2를 얻기 위하여 석회석 소성을 필요로 한다.
④ 염안소다법의 경우 원료인 NaCl을 정제한 고체 상태로 반응계에 도입한다.
해설)
★ 제조공법 연도 순서 : 르블랑법 → 암모니아 합성 소다법(솔베이법) → 염안소다법 → 전기분해 가성소다(격막법,수은법)
■염안소다법 : 솔베이법을 할수 없는 소금이 부족한 국가에서 개발한 식염의 이용률을 100%개선, 솔베이법에서 사용되지 않은 NH4Cl 이용함.
답1
68. Aramid섬유의 한 종류인 Kevlar 섬유의 제조에 필요한 단량체는?
① terephthaloyl chloride + 1,4-phenylene-diarnine
② isophthaloyl chloride + 1,4-phenylene-diarnine
③ terephthaloyl chloride + 1,3-phenylene-diarnine
④ isophthaloyl chloride + 1,3-phenylene-diarnine
해설)
케블라 섬유 : 방향족 나일론 = aramide 섬유 : 방향족(aromatic) + 아미드(amide)의 합성어로
두 개의 방향족 고리와 연결된 인조섬유
아미드기에 연결된 두 개의 방향족 고리의 위치에 따라 para-형 : 케블라 , meta-형 : 노멕스.
TIP)
방향족고리형의 원료인 테레프탈산은 para 위치(4번위치)
테레프탈산 : Tere 어원 : (일직선으로) 통과하다. + 산(acid) = para - direction
답1
69. 탄화수소의 분해에 대한 설명 중 틀린 것은?
① 열분해는 자유라디칼에 의한 연쇄반응이다.
② 열분해는 접촉분해에 비해 방향족과 이소파라핀이 많이 생성된다.
③ 접촉분해에서는 촉매를 사용하여 열분해보다 낮은 온도에서 분해시킬 수 있다.
④ 접촉분해에서는 방향족이 올레핀보다 반응성이 낮다.
■석유의 전화공정 : 부가가치가 적은 석유유분을 여러 가지 방법으로 우수한 제품으로 석유제품으로 바꾸는 조작
원료보다 분자량이 낮은 생성물로 바꾸는 공정
1)열분해법 : 열에 의존하여 탄소-탄소 결합을 절단하여 생성되는 라디칼로 다른 라디칼과 결합하여 생성물이 생성
2) 접촉분해 : 촉매하에 탄소양이온생성으로 고리형성 또는 고리변화가 일어나서 생성물이 생성
TIP)
열분해 - 라디칼반응
접촉분해 - 선택적으로 C양이온 생성 →고리형성
접촉분해는 카르보양이온의 안정성으로 2차카르보양이온 형태인 아이소파라핀계이 형성되기 쉽다.
접촉분해는 고리형성으로 방향족화합물이 생성할수 있다.
방향족화합물은 올레핀보다 반응성이 낮다. → 올레핀보다 안정한 화합물이다.
답2
70. 에틸렌과 프로필렌을 공이량화(co-dimerization)시킨 후 탈수소시켰을 때 생성되는 주물질은?
① 이소프렌
② 클로로프렌
③ n-펜탄
④ n-헥센
■공이량화 : (첨가반응 ,중합)
암기팁)
C2 + C3 = C5(이소프렌)
※N-펜탄도 C5계열이지만, 불포화(올레핀)계가 아니므로, 제외시킴
71. 접촉식 황산 제조법에 사용하는 바나듐촉매의 특성이 아닌 것은?
① 촉매 수명이 길다.
② 촉매독 작용이 적다.
③ 전화율이 상당히 낮다.
④ 가격이 비교적 저렴하다.
■일반적인 황산의 제조공정
세정공정 → 건조공정 → 전화공정 → 흡수공정
■전화공정은 촉매작용을 이용하여 SO2가스를 SO3가스로 바꾸어 주는 공정이며 이 때 발생되는 반응열을 이용하여 스팀을 생산한다.
르샤틀리에의 법칙으로 낮은 온도에서 반응이 진행되어야 하므로, 수득률이 증가한다. 하지만, 아레니우스의법칙에서 낮은 온도에서 반응속도가 느리져 생성물의 수득률이 감소한다. 이러한 경우에 촉매는 낮은 쪽의 반응최적온도에서 반응속도를 빠르게하여, 생성량을 증가시킨다.
촉매 : 바나듐촉매 (V2O5) 은 피독작용이 적고, 고온으로 처리해도 활성이 떨어지지 않는다.
촉매층에 들어가는 가스의 온도는 435℃이며, 반응열이 전부 반응가스의 온도상승에 이용되었다면, 가스의 온도는 상승하게 된다.
1단 촉매층에서 들어가는 온도 : 435℃ 가열후 냉각 420℃에서 2단촉매층으로 유입,반복하며, 4단의 촉매층에 거친다. 배출가스의 온도는 590℃이다.
전화율이 낮아지면 배출가스중의 SO2 농도가 상승하여 탈황 공정에 부담을 가중시키게 된다. 이중접촉식 공법은 촉매층 1~4단으로 구성되어 있으며 1~3단을 거쳐서 전화된 SO3 가스는 중간흡수탑에서 흡수되어 제거되고 남은 미량의 SO2 가스는 다시 4단으로 유입된다.
이 과정을 반복하면서 4단의 촉매층에 의해 전화율은 약 98% 정도가 된다.
■이산화황으로부터 황산의 제조(연실법)→ 낮은 순도 → 비료용으로 이용
■접촉식에 의한 황산제조(접촉법 Monsanto식법)
SO2 + 1/2 O2→SO3 + Q : 발열반응, 저온
그러나, 저온일 때 반응속도 小 → 생성물↓ → but, 촉매 V2O5사용 → 생성물 수득률 향상
과거, pt촉매를 이용했지만, 가격이 비싸고, 피독작용과 소모율이 커서, 최근에는 V2O5촉매만 이용된다.
TIP) 연실법 → 접촉식: 수득률이 증가
답3
72. 아세틸렌법으로 염화비닐을 생성할 때 아세틸렌과 반응하는 물질로 옳은 것은?
① HCl
② NaCl
③ H2SO4
④ HOCl
TIP)
염화비닐계는 이중결합에 Chloride가 있는 것, 반응물질로는 아세틸렌 + 산촉매가 가능한 염산이 답이다.
73. 수분 14wt%, NH4HCO3 3.5wt%가 포함된 NaHCO3 케이크 1000kg에서 NaHCO3가 단독으로 열분해되어 생기는 물의 질량(kg)은? (단, NaHCO3의 열분해는 100% 진행된다.)
① 68.65
② 88.39
③ 98.46
④ 108.25
※ NH4HCO3 : 탄화수소암모늄
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
1000*(100-14-3.5)*0.01 = 825 kg = NaHCO3의 질량
NaHCO3의 몰 수 = 825/(23+1+12+48) = 9.82 kmol
9.82/2*18 = 88.38 kg
답2
74. 석유화학공업에서 분해에 의해 에틸렌 및 프로필렌 등의 제조의 주된 공업원료로 이용되고 있는 것은?
① 경유
② 나프타
③ 등유
④ 중유
나프타 : 석유의 상압증류 유분 중 경질가솔린으로부터 얻다. 전화공정이나 정제공정을 거치지 않기 때문에 crude 가솔린이라고도 한다. 석유화학공업의 기본원료로서 사용된다.
답2
75. SO2가 SO3로 산화될 때의 반응열(△H; kcal/mol)은? (단, SO2의 △Hf : -70.96 kcal/mol, SO3의 △Hf : -94.45 kcal/mol 이다.)
① 165
② 24
③ -165
④ -23
76. 암모니아의 합성용 수성가스 제조 시 blow 반응에 해당하는 것은?
① C + H2O ⇄ CO + H2 - 29400 cal
② C + 2H2O ⇄ CO2 + 2H2 - 19000 cal
③ C + O2 ⇄ CO2 + 96630 cal
④ 1/2 O2 ⇄ O + 67410 cal
암모니아 합성공업
1. 원료가스 수소의 제조
~원료가스는 질소와 수소(1:3몰비)로 이루어지며, 질소는 수소제조 공정 중에 도입되는 경우가 많다.
순수한 질소의 형태로 첨가되는 경우라 할지라도 공기의 액화분리에 의해 쉽게 얻어지므로, 경제적으로 부담이 되지 않는다. 따라서 원료가스의 비용을 줄이는데의 역할은 수소를 경제적으로 만들까하는데 달려있다.
수소원의 중요한 성질로는 H/C의 비와 순도를 들 수 있으며 불순물이 적고, H/C의 비가 클수록 순도가 좋은 수소 제조에 용이하며, 수소원으로 적합하다.
세계2차대전 전후까지는 물의 전기분해법, 수성가스 제조법을 사용하였으나, 이후, 전력사정 등 쇠퇴하였다. 또한 고체원료보다 유체원료의 취급상 용이함 등 많은 요인으로 인해 석유계 유체원료로 전환 되었다. (대형화, 수송용이, 자동화)
1) 과거 (고체원료)
①물 전기분해
②수성가스(CO + H2) 제조
가. 수성가스의 생성반응 (RUN 조작) : C + H2O → CO + H2
나. 산화반응 (Blow 조작) : C +O2 → CO2 + Q
Run-Blow 조작을 되풀이하면서 수성가스를 발생시킨다.
다. Blow - run 반응
~ 암모니아 합성용 수소를 만들때에는 blow 종말시에 공기를 통하여 blow반응을 일으켜 필요한 질소를 수성가스에 가해준다.
TIP) Blow : Vt .빼내다.배출하다
답3
77. 반도체 공정에 대한 설명 중 틀린 것은?
① 감광반응되지 않은 부분을 제거하는 공정을 에칭이라 하며, 건식과 습식으로 구분할 수 있다.
② 감광성 고분자를 이용하여 실리콘웨이퍼에 회로패턴을 전사하는 공정을 리소그래피(lithography) 라고 한다.
③ 화학기상증착법 등을 이용하여 3족 또는 6족의 불순물을 실리콘웨이퍼내로 도입하는 공정을 이온주입이라 한다.
④ 웨이퍼 처리공정 중 잔류물과 오염물을 제거하는 공정을 세정이라 하며, 건식과 습식으로 구분할 수 있다.
<반도체공정>
1) 웨이퍼 공정
2) 산화공정
~ 반도체 공정에서 Si 기판 위에 산화재(H2O,O2)와 열에너지를 공급, 절연막 등 다양한 용도로 사용되는 SiO2막을 형성하는 공정
3) 이온주입공정
~ 반도체가 전기적특성을 갖게 하기 위해 이온을 목표물의 표면을 뚫고 들어갈 만큼 에너지를 갖도록 전기장으로 가속하여 목표물 속으로 넣어주는 공정
4) 포토공정
~ 반도체 표면위에 사진,인쇄기술을 이용해서 반도체 위에 회로패턴을 만들어 넣는 기술
~ 리소그래피 : 반도체 표면에 빗을 이용하여 회로 패턴을 그려 넣은 공정
~ 포토레지트(PR): 3가지 물질로 구성 SOLVENT(점도조절),RESIN(고분자), PAC(빛을 받아 RESIN과 반응하는역할)
5) 식각공정(ething : 에칭)
~ 포토공정 후 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지부분을 제거하는 공정 → 반도체의 필요한 회로를 만든다는 의미
6) 증착공정
~ 실리콘 기판 위에 얇은 박막을 성장시키는 공정
7) 금속배선공정
8) EDS(Electrial Die sorting)
9) 패키징 공정
순수한 반도체 그 이외를 불순물이라한다. (ex. 3족 또는 5족)
순수한 반도체에서 불술물을 첨가시켜 반도체의 기본 근간이라 할수 있다.
답3
78. 35wt% HCl 용액 1000kg에서 HCl의 물질량(kmol)은?
① 6.59
② 7.59
③ 8.59
④ 9.59
79. 복합비료에 대한 설명으로 틀린 것은?
① 비료 3요소 중 2종 이상을 하나의 화합물 상태로 함유하도록 만든 비료를 화성비료라 한다.
② 화성비료는 비효성분의 총량에 따라서 저농도화성비료와 고농도화성비료로 구분할 수 있다.
③ 배합비료는 주로 산성과 염기성의 혼합을 사용하는 것이 좋다.
④ 질소, 인산 또는 칼륨을 포함하는 단일비료를 2종 이상 혼합하여 2성분 이상의 비료요소를 조정해서 만든 비료를 배합비료라 한다.
복합비료
~ 화성비료, 배합비료의 총칭, 비료의 3요소 중 2성분 이상을 혼합하거나 반응시켜서 식물에 적합하도록 성분량을 조정한 비료를 말하며, 완전비료라고도 한다.
1) 혼합비료 또는 배합비료
- 비료의 3요소을 포함하는 단일비료를 2종 이상 혼합해서 만든 비료
- 주요 비료의 성분을 단순 혼합한 것으로서 제조가 간단하지만, 어떤 성분을 배합되었들 때 또는 배합되어 토양에 뿌려졌을 때 서로 영향을 주어 비료 효과가 감소되거나 상실될수 있기 때문에 주의해야 한다.
- 산성과 산성, 산성과 중성, 중성과 중성, 중성과 염기성, 염기성과 염기성 등의 혼합은 좋으나, 산성과 염기성의 혼합은 화학반응을 일으키므로 좋지 않다.
■화학적인 비료
산성 비료 : 과린산 석회, 중과린산석회
중성 비료 : 황안, 요소, 염안, 연화칼륨
알카리성 비료 : 석회질소, 용성인비, 석회, 목초의 재
■생리적인 비료
~영양성분이 식물에 흡수된 이후에 산성을 나타내는 비료
생리적 산성비료 : 황안, 염안, 황산칼륨
■비료의 배합 특징
① 암모늄형태 질소가 들어 있는 비료에 염기성 비료를 섞으면 질소성분이 암모니아가스로 날아간다
② 수용성 인산이 들어 있는 비료에 석회질 비료를 섞으면 불용성으로 변한다.
③ 질산태 질소를 함유한 비료에 산성비료를 배합하면 질소는 가스가 되어 날아간다.
④ 흡습성이 비교적 큰 비료(요소,질산암모늄)를 배합원료로 하거나 칼슘이 들어 있는 비료와 질산 또는 염소를 가진 비료를 섞어쓰면 흡습성이 더욱 커진다.
⑤ 요소를 콩깻묵과 섞어서 오래두면 요소의 가수분해가 촉진되어 질소성분이 암모니아가스로 날아간다.
2) 화성비료
- 비료 3요소 중 2종이상을 하나의 화합물 형태로 한 비료를 말하며, 성분의 합계가 30%이상인 것을 고농도 화성비료, 그 이하인 것을 저농도 화성비료라고 한다.
답3
80. Witt 의 발색단설에 의한 분류에서 조색단 기능성기로 옳은 것은?
① -N=N-
② -NO2
③ C=O
④ -SO3H
■염료의 색과 화학구조
1)발색단설
유기화합물이 색을 가지기 위해서는 그 분자 내에 불포화 원자단의 존재가 우선 필요하다. 이러한 불포화 원자단을 발색단이라고 한다.
불포화 원자단에 염료가 되기 위해선 친수성을 부여하여, 특정의 원자단을 필요로 한다. 이를 조색단이라고 한다.
※불포화원자단(이중결합) + 조색단(친수성) = 염료의 색
발색단의 예
-C=C- -N=N- C=O , C=S , -N=O
조색단의 예
-OH, -NH2, -SH, -OR, -SO3H, -COOH
2)공명이론 : 유기화합물의 분자내에 p-퀴논형 또는 o-퀴논형 분자구조가 공명에 의해 생성하여 발색을 나타낸다고 하는 이론.
TIP) 조색단은 친수성을 찾으면 된다. 발색단은 이중결합을 가진 원자단기를 찾으면 된다.
'● 화공기사 공업화학' 카테고리의 다른 글
| 2019년 화공기사 1회차 공업화학 기출풀이(수정중) (0) | 2021.03.06 |
|---|---|
| 2019년 화공기사 2회차 공업화학 기출풀이(수정중) (0) | 2021.03.06 |
| 2019년 화공기사 4회차 공업화학 기출풀이(수정중) (0) | 2021.03.06 |
| ▶2020년 화공기사 4회차 공업화학 기출 풀이 (0) | 2021.03.04 |
| 2020년 화공기사 1~2회차 공업화학 기출풀이 (0) | 2021.03.04 |
댓글