공업화학 2023년도 국가공무원 5급(기술) 공개경쟁채용 제2차시험 문제풀이 시험자료

소개글

"공업화학 2023년도 국가공무원 5급(기술) 공개경쟁채용 제2차시험"에 대한 내용입니다.

제 1 문. 전자 산업용 반도체 소재에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 30점)
1) 원소 반도체 Si와 화합물 반도체 GaAs은 밴드 갭(band gap) 속성과 주된 용도가 다르다. 이에 대해 설명하시오. (14점)
2) II－VI 화합물 반도체와 III－V 화합물 반도체의 주요 예를 각각 3개씩 제시하시오. (단, GaAs은 제외한다) (6점)
3) Si는 입방 구조를 갖는다. 입방 구조의 단위 세포를 정의하는 격자 상수(, , , , , ) 조건을 기술하시오. (4점)
4) 입방 구조 결정의 단위 세포 모양을 그리고, Miller 지수 (100)과 (110)에 해당하는 격자 면을 각각 표시하시오. (6점)

제 2 문. 크로뮴 도금에서 도금할 금속을 황산과 크로뮴산(H2CrO4)의 뜨거운 중탕 속에 넣어 전해전지의 환원전극으로 한다. 표면적이 2.08×103cm2인 자동차 범퍼에 금속 크로뮴을 7.00×10－3cm 두께로 도금할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 크로뮴의 밀도는 7.00g/cm3, 크로뮴의 원자량은 52.00, 패러데이 상수는 96,500C/mol이다) (총 20점)
1) 도금에 필요한 크로뮴의 양[g]을 구하시오. (5점)
2) 도금에 필요한 전자의 전하량[C]을 구하시오. (10점)
3) 350A의 전류를 사용할 때, 도금이 완성되기까지 걸리는 시간[min]을 구하시오. (5점)

제 3 문. Hexamethylenediamine(H2N(CH2)6NH2)과 adipic acid(HOOC(CH2)4COOH) 분자 각각 100개가 선형 단계 축합 중합 반응을 일으킬 때, 다음 물음에 답하시오. (단, hexamethylenediamine, adipic acid, H2O의 분자량은 각각 116, 146, 18이다) (총 25점)
1) 반응 중 carboxyl group의 개수가 100개, 50개로 감소되었을 때, 각 지점에서의 전환율()을 구하시오. (5점)
2) 위 반응에서 amine group의 개수가 10개로 되었을 때, 수평균 중합도를 구하시오. (5점)
3) 위 반응에서 amine group의 개수가 2개로 되었을 때, 수평균 분자량()을 구하시오. (단, 말단 작용기의 질량은 무시한다) (5점)
4) 1)〜3)의 결과를 이용하여 전환율이 0.5 이상일 때, 전환율과 수평균 분자량 사이의 관계를 그래프로 나타내시오. (10점)

제 4 문. 올레핀(olefin)으로부터 카복실산(carboxylic acid)을 합성하는 Koch법에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 25점)
1) Koch법으로 카복실산을 얻기 위해서, 올레핀 및 촉매와 함께 반응시켜야 하는 주요 반응물을 모두 제시하시오. (5점)
2) 아이소뷰틸렌(isobutylene)을 사용하여 약 80°C 온도와 2∼10MPa 압력 조건에서 장시간 Koch법으로 반응을 진행하여 카복실산 생성물을 얻었다. 주 생성물의 화학구조를 제시하고, 이 생성물이 생성되는 반응 기작을 설명하시오. (15점)
3) Koch법의 공업적인 프로세스에는 H3PO4/BF3 촉매가 선호된다. 그 이유를 설명하시오. (5점)

본문내용

제 1 문. 전자 산업용 반도체 소재에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 30점)
1) 원소 반도체 Si와 화합물 반도체 GaAs은 밴드 갭(band gap) 속성과 주된 용도가 다르다. 이에 대해 설명하시오. (14점)
2) II－VI 화합물 반도체와 III－V 화합물 반도체의 주요 예를 각각 3개씩 제시하시오. (단, GaAs은 제외한다) (6점)
3) Si는 입방 구조를 갖는다. 입방 구조의 단위 세포를 정의하는 격자 상수(, , , , , ) 조건을 기술하시오. (4점)
4) 입방 구조 결정의 단위 세포 모양을 그리고, Miller 지수 (100)과 (110)에 해당하는 격자 면을 각각 표시하시오. (6점)

1. 원소 반도체 Si와 화합물 반도체 GaAs의 밴드 갭 속성과 주된 용도
원소 반도체 Si의 밴드 갭은 1.12eV로, 실온에서 전자와 정공이 자유롭게 이동할 수 있는 상태가 된다. 따라서 Si는 도체로 사용됩니다. 반면, 화합물 반도체 GaAs의 밴드 갭은 1.42eV로, 실온에서 전자와 정공이 자유롭게 이동할 수 있는 상태가 되지 않습니다. 따라서 GaAs는 반도체로 사용됩니다.
밴드 갭의 크기는 반도체의 특성에 큰 영향을 미칩니다. 밴드 갭이 좁을수록 전자와 정공이 쉽게 생성되어 전류가 잘 흐르므로, 도체에 적합합니다. 반면, 밴드 갭이 넓을수록 전자와 정공이 잘 생성되지 않아 전류가 잘 흐르지 않으므로, 반도체에 적합합니다.
Si는 밴드 갭이 좁아서 전류가 잘 흐르므로, 회로 기판, 메모리, 소자 등에 주로 사용됩니다. GaAs는 밴드 갭이 넓어 전류가 잘 흐르지 않으므로, 레이저, LED, 광통신 등에 주로 사용됩니다.
2. II－VI 화합물 반도체와 III－V 화합물 반도체의 주요 예
II－VI 화합물 반도체는 원자번호가 2인 원소와 원자번호가 6인 원소의 화합물 반도체를 말합니다. 주요 예는 다음과 같습니다.