【환경화학】 2013 국가공무원 5급(기술) 제4문

2013 국가공무원 5급(기술) 제4문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차 

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a. 생물 다양성

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Q. 다음 그림은 지구 생태계에서의 질소 순환 과정을 나타내고 있다. 물음에 답하시오.

 

 

Q1. 수중에 ㉠ ~ ㉢의 질소화합물이 공존한다. 이온 형태의 ㉠ 화합물 15 mg / L가 모두 ㉢ 화합물로 전환되는 반쪽반응식을 쓰고, 생성되는 ㉢ 화합물의 농도(mg / L)를 계산하시오.

 

A1. 

㉠ : NH₄⁺ 

㉡ : NO₂^- 

㉢ : NO₃^- 

㉣ : 탈질화세균

 

반쪽반응식 : NH₄⁺ + 3H₂O → NO₃^- + 10H⁺ + 8e^- 

15 mg NH₄⁺ / L × 1 mol / 18 g NH₄⁺ × 62 g NO₃^- / mol = 52 mg NO₃^- / L

 

Q2. 대기 중 질소로 전환되는 ㉣의 과정에 관여하는 산화환원반응식을 완결하시오. (단, 관여하는 유기물은 [CH₂O]로 표시하며, 완전 산화하는 것으로 가정한다.)

 

A2. 

〔잘못된 풀이〕

환원 반쪽반응식은 다음과 같다.

 

2NO₃^- + 12H⁺ + 10e^- → N₂ + 6H₂O 

 

산화 반쪽반응식은 다음과 같다.

2CH₂O + O₂ → 2CO₂ + 4H⁺ + 4e^-  

 

따라서 완결된 산화환원반응은 다음과 같다.

 

4NO₃^- + 10CH₂O + 5O₂ + 4H⁺ → 2N₂ + 12H₂O + 10CO₂ 

 

〔comment〕 

으누 님께서 올바른 피드백을 주셨습니다.

유기물이라는 단서를 보고 이번 문제는 변별력 문제이고, 세포호흡을 연상해서 산소가 반응할 것이라고 생각했습니다.

하지만 탈질화반응(denitrification)을 일으키는 탈질화세균에 대한 지식을 좀만 떠올렸더라면 그러한 실수는 하지 않았을 테죠.

 

탈질화세균.

혐기성 종속영양생물.

호흡 전자전달계에서 최종 전자수용체로 산소 대신 아질산과 질산이 사용된다.

 

탈질화반응은 혐기성 조건에서 진행되기 때문에 산소가 반응물로 사용될 수 없는 겁니다!

 

〔올바른 풀이〕

환원 반쪽반응식은 다음과 같다.

 

2NO₃^- + 12H⁺ + 10e^- → N₂ + 6H₂O

 

산화 반쪽반응식은 다음과 같다.

 

CH₂O + H₂O → CO₂ + 4H⁺ + 4e^- 

 

따라서 완결된 산화환원반응은 다음과 같다.

 

4NO₃^- + 5CH₂O + 4H⁺ → 2N₂ + 5CO₂ + 7H₂O

 

다음은 자연에서 발견되는 유기물질 환원반응의 예시이다.

 

반응명	특징	반응식	침전물 깊이
유산소호흡  (aerobic respiration)	호기성	CH2O + O2 → CO2 + H2O	mm
탈질화반응  (denitrification)	혐기성	5CH2O + 4NO3- + 4H+ → 5CO2 + 2N2 + 7H2O	mm
망간환원반응  (Manganese reduction)	혐기성	CH2O + MnO2 + 4H+ → CO2 + 2Mn2+ + 3H2O	cm
철환원반응  (Iron reduction)	혐기성	CH2O + 4FeOOH + 8H+ → CO2 + 4Fe2+ + 7H2O	cm
황산환원반응  (Sulfate reduction)	혐기성	2CH2O + SO42- + 2H+ → 2CO2 + H2S + 2H2O	m
메탄생성반응  (methanogenesis)	혐기성	CH3COO- + H+ → CH4 + CO2  HCO3- + 4H2 + H+ → CH4 + 3H2O	m

 

Table. 1. 자연에서 발견되는 유기물질 환원반응의 예시

 

입력: 2019.04.02 11:56