【환경화학】 2021 국가공무원 5급(기술) 제4문

2021 국가공무원 5급(기술) 제4문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차

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a. 열역학

b. 기상학

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Q. 산소 분자는 빛 에너지를 받아서 산소 원자로 해리될 수 있으며, 산소 원자는 대기 중의 다양한 기체들과 반응하여 대기 환경에 영향을 준다. 대기 중 산소 원자의 생성과 반응에 대한 다음 물음에 답하시오. 

 

Q1. 산소 원자의 표준생성엔탈피는 249.2 kJ/mol이다. 1기압 25℃의 대기 조건에서 산소 분자의 해리 과정에 수반되는 표준엔탈피 변화량을 구하시오. (단, 단위는 kJ/mol로 나타내고, 유효숫자는 계산 종료 후 4개로 처리한다)

 

A1. 

○ 표준 반응 엔탈피(ΔH°) : 표준 상태에서의 반응 엔탈피 

○ 산소 분자의 해리 반응 : O₂ (g) → 2O∙ 

○ 표준 반응 엔탈피 : ΔH° = 2 × ΔH_f° (O∙) - ΔH_f° (O₂ (g)) = 2 × 249.2 - 0 = 498.4 kJ/mol

 

Q2. 1기압 25 ℃의 대기 조건에서 산소 분자의 해리를 일으키는 데 필요한 빛의 최대 파장을 구하시오. (단, 단위는 nm로 나타내고, 유효숫자는 계산 종료 후 4개로 처리한다. 플랑크 상수 = 6.626 × 10^-34 J∙s, 빛의 속도 = 3.00 × 10⁸ m/s, 아보가드로 수 = 6.023 × 10²³ 개/mol)

 

A2. 

○ 광전효과 실험 : 하나의 분자와 상호작용하는 광자는 기껏해야 1개

○ 반응 엔탈피만큼의 에너지를 갖는 광자가 최대 파장을 갖고, 추가 에너지를 운동에너지로 전달하는 등 더 짧은 파장대 광자도 관여함 

○ E = hν = hc / λ = ΔH° / N_A ⇔ λ = 240.2191 nm

○ 실제로도 100-240 nm 구간의 UV는 산소 분자를 분해시킨다고 함 

 

Q3. 대기 중 산소 원자는 이산화질소의 광분해 반응에 의해서도 생성될 수 있다. 이산화질소의 광분해 반응을 포함하여 3단계로 걸친 이산화질소 순환 과정의 화학 반응식을 기술하시오.

 

A3. 

○ 이산화질소는 오존을 형성하고 광화학 스모그(photochemical smog)를 일으키는 것으로 잘 알려져 있음

○ 1단계. 이산화질소 분해 반응 : NO₂ (nitrogen dioxide, primary pollutant) → NO + O* (radical)

○ 2단계. 오존 생성 반응 : O* + O₂ → O₃ (ozone)

○ 3단계. 이산화질소 생성 반응 : O₃ + NO (nitrogen monoxide, primary pollutant) → NO₂ + O₂ 

 

입력: 2022.08.07 10:35