화공기사(구) 필기 기출문제복원 (2013-03-10)

화공기사(구) 2013-03-10 필기 기출문제 해설

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화공기사(구)
(2013-03-10 기출문제)

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1과목: 화공열역학

1. 표준디젤사이클의 P-V선도에 해당하는 것은?

(정답률: 77%)
  • 표준 디젤 사이클은 단열 압축 $\rightarrow$ 등압 가열 $\rightarrow$ 단열 팽창 $\rightarrow$ 등적 방열의 4가지 과정으로 구성됩니다. 따라서 P-V 선도에서 상단이 수평선(등압 과정)이고 우측이 수직선(등적 과정)인 $\img{src='https://cbtbank.kr/images/bi/bi20130310/bi20130310m1b3.gif'}$가 정답입니다.
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2. 두 절대온도 T1, T2(T1＜T2)이에서 운전하는 엔진의 효율에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 가역과정인 경우 열효율이 최대가 된다.
  2. 가역과정인 경우 열효율은 (T2-T1)/T2 이다.
  3. 비가역 과정인 경우 열효율은 (T2-T1)/T2보다 크다.
  4. T1이 0K인 경우 열효율은 100%가 된다.
(정답률: 67%)
  • 열역학 제2법칙에 따라 모든 실제 과정은 비가역적이며, 가역 과정일 때 열효율이 최대가 됩니다. 따라서 비가역 과정의 효율이 가역 과정의 효율보다 크다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    가역과정 시 열효율 최대: 이상적인 카르노 사이클의 특성입니다.
    가역과정 효율 $\frac{T_2-T_1}{T_2}$: 카르노 효율 공식입니다.
    $T_1$이 $0\text{ K}$인 경우 효율 $100\%$: 공식에 $T_1=0$을 대입하면 결과값이 $1$이 됩니다.
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3. 기체-액체 평형을 이루는 순수한 물에 대한 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 자유도는 1이다.
  2. 기체의 내부에너지는 액체의 내부에너지 보다 크다.
  3. 기체의 엔트로피가 액체의 엔트로피 보다 크다.
  4. 기체의 깁스에너지가 액체의 깁스에너지보다 크다.
(정답률: 68%)
  • 기체와 액체가 상평형을 이루고 있는 상태에서는 두 상의 화학 퍼텐셜이 동일하며, 이는 온도와 압력이 일정할 때 깁스 에너지가 서로 같음을 의미합니다. 따라서 기체의 깁스 에너지가 액체의 깁스 에너지보다 크다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    자유도는 1이다: 깁스의 상법칙 $F = 2 - P + C$에 의해 $2 - 2 + 1 = 1$이므로 옳음.
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4. 과잉특성과 혼합에 의한 특성치의 변화를 나타낸 상관식으로 옳지 않은 것은? (단, H:엔탈피, V:용적, M:열역학특성치, id:이상 용액 이다.)

  1. HE=△H
  2. VE=△V
  3. ME=M-Mid
  4. △ME=△M
(정답률: 61%)
  • 과잉특성(Excess property)은 실제 용액의 특성치에서 이상 용액(Ideal solution)의 특성치를 뺀 값으로 정의됩니다.
    따라서 $M^{E} = M - M^{id}$가 옳은 정의이며, $\Delta M^{E} = \Delta M$은 과잉특성의 정의와 일치하지 않는 잘못된 상관식입니다.
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5. 이상기체 3mol이 50℃에서 등온으로 10atm에서 1atm까지 팽창할 때 행해지는 일의 크기는 몇 J인가?

  1. 4433
  2. 6183
  3. 18550
  4. 21856
(정답률: 76%)
  • 이상기체의 등온 팽창 시 행해지는 일은 기체 상수, 몰수, 온도 그리고 부피 변화의 로그 값의 곱으로 계산합니다.
    ① $W = nRT \ln \frac{V_2}{V_1}$ 또는 $$W = nRT \ln \frac{P_1}{P_2}$$
    ② $W = 3 \times 8.3145 \times (273 + 50) \times \ln \frac{10}{1}$
    ③ $W = 18550$
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6. 이상용액의 활동도계수 γ는 어느 값을 가지는가?

  1. γ＞1
  2. γ＜1
  3. γ= 0
  4. γ= 1
(정답률: 75%)
  • 이상용액은 성분 분자 간의 상호작용이 동일하여 실제 용액의 거동이 이상적인 상태와 일치하는 용액입니다. 따라서 활동도계수 $\gamma$는 기준 상태의 값인 $1$이 됩니다.
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7. 이상기체에 대하여 일(W)이 다음과 같은 식으로 표현될 때, 이 계는 어떤 과정으로 변화하였는가? (단, Q는 열, V1은 초기부피, V2는 최종부피이다.)

  1. 단열 과정
  2. 등압 과정
  3. 등온 과정
  4. 정용 과정
(정답률: 76%)
  • 이상기체의 등온 과정에서는 내부 에너지 변화가 0이므로, 계가 한 일 $W$는 흡수한 열 $Q$와 크기가 같고 방향이 반대이며, 부피 변화에 따른 로그 함수 형태로 표현됩니다.
    $$\text{W} = -\text{Q} = -\text{RT}\ln\frac{\text{V}_{2}}{\text{V}_{1}}$$
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8. 퓨개시티(Fugacity) fi 및 퓨개시티 계수에 관한 설명으로 틀린 것은? (단, 이다.)

  1. 이상 기체에 대한 fi/P의 값은 1이 된다.
  2. 잔류 깁스(Gibbs) 에너지 의 관계 로 표시 된다.
  3. 퓨개시티 계수 의 단위는 압력의 단위를 가진다.
  4. 주어진 성분의 퓨개시티가 모든 상에서 동일할 때, 접촉하고 있는 상들은 평형상태에 도달할 수 있다.
(정답률: 71%)
  • 퓨개시티 계수 $\phi_i$는 실제 기체의 퓨개시티 $f_i$를 부분 압력 $P$로 나눈 값으로, 두 물리량의 단위가 동일하므로 결과값은 단위가 없는 무차원 수입니다.

    오답 노트
    $\phi_i = \frac{f_i}{P}$ : 퓨개시티 계수의 정의식이며, 분자와 분모의 단위가 상쇄되어 무차원이 됩니다.
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9. 다음 중 잠열에 해당되지 않는 것은?

  1. 반응열
  2. 증발
  3. 융해열
  4. 승화열
(정답률: 71%)
  • 잠열은 물질의 상태가 변할 때 온도는 일정하게 유지되면서 흡수하거나 방출하는 열을 의미합니다.

    오답 노트
    반응열: 화학 반응 시 발생하는 열로, 상태 변화와 무관한 에너지 변화이므로 잠열에 해당하지 않습니다.
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10. 다음 중 에너지 변화를 나타내지 않는 것은? (단, P : 압력 S : 엔트로피 T : 절대온도 V : 부피 m : 질량 Cp: 정압열용량 )

  2. TdS+VdP
  3. △S
  4. mCp△T
(정답률: 66%)
  • 에너지 변화는 열량이나 일의 형태로 나타나야 합니다. $\Delta S$는 엔트로피의 변화량을 의미하며, 이는 에너지 단위가 아닌 상태량의 변화를 나타냅니다.

    오답 노트
    $\img{src='https://cbtbank.kr/images/bi/bi20130310/bi20130310m10b1.gif'}$: 내부 에너지 변화량 표현
    TdS+VdP: 깁스 자유 에너지 변화와 관련된 에너지 항
    mC$_p$Δ T: 정압 조건에서의 엔탈피 변화량(열량)
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11. 0℃로 유지되고 있는 냉장고가 27℃의 방안에 놓여 있다. 어떤 시간동안에 1000cal의 열이 냉장고 속으로 새어 들어 갔다고 한다. 방안의 공기의 엔트로피 변화의 크기는 몇 cal/K인가?

  1. 3
  2. 6
  3. 30
  4. 60
(정답률: 62%)
  • 방 안의 공기 입장에서 엔트로피 변화는 외부(냉장고)로 열을 방출한 것이므로, 방의 온도 $T$에서 방출한 열량 $Q$를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = \frac{Q}{T}$ 엔트로피 변화 = 열량 / 절대온도
    ② [숫자 대입] $\Delta S = \frac{1000}{27 + 273.15}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 3.33$
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12. 다음 중 기-액 상평형 자료의 건전성을 검증하기 위하여 사용하는 것으로 가장 옳은 것은?

  1. 깁스-두헴(Gibbs-Duhem)식
  2. 클라우지우스-클레이페이론(Clausius-Clapeyron) 식
  3. 맥스웰 관계(Maxwell relation)식
  4. 헤스의 법칙(Hess’s Law)
(정답률: 66%)
  • 기-액 상평형 데이터의 열역학적 일관성을 검증하기 위해서는 성분들의 화학 퍼텐셜 변화 사이의 관계를 나타내는 깁스-두헴(Gibbs-Duhem)식을 사용합니다.
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13. 1kWh는 약 몇 kcal에 해당되는가?

  1. 860
  2. 632
  3. 550
  4. 427
(정답률: 72%)
  • 전력량 단위인 $\text{kWh}$를 열량 단위인 $\text{kcal}$로 환산하는 기본 변환 상수를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $1 \text{ kWh} = 3600 \text{ s} \times 1000 \text{ W} = 3.6 \times 10^6 \text{ J}$
    ② [숫자 대입] $3.6 \times 10^6 \text{ J} \div 4184 \text{ J/kcal}$
    ③ [최종 결과] $1 \text{ kWh} \approx 860 \text{ kcal}$
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14. 어떤 기체가 부피는 변하지 않고서 150cal의 열을 흡수하여 그 온도가 30℃로부터 32℃로 상승하였다. 이 기체의 △U는 얼마인가?

  1. 50cal
  2. 75cal
  3. 150cal
  4. 300cal
(정답률: 62%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 내부 에너지 변화량은 흡수한 열량에서 외부로 한 일을 뺀 값과 같습니다. 부피가 변하지 않는 정적 과정에서는 외부로 한 일이 0이 되므로 흡수한 열량이 곧 내부 에너지 변화량이 됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta U = Q - W$
    ② [숫자 대입] $\Delta U = 150 - 0$
    ③ [최종 결과] $\Delta U = 150 \text{ cal}$
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15. 초기에 1몰의 H2S와 2몰의 O2를 포함하는 계에서 다음 반응이 일어난다. 반응이 일어나는 동안 O2와 H2S의 몰분율을 반응좌표 Є의 함수 로 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 72%)
  • 반응식 $2\text{H}_2\text{S}(g) + 3\text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}(g) + 2\text{SO}_2(g)$에서 반응좌표 $\epsilon$에 따른 각 성분의 몰수 변화를 계산하여 전체 몰수로 나누어 몰분율을 구합니다.
    초기 몰수: $\text{H}_2\text{S} = 1, \text{O}_2 = 2$
    반응 후 몰수: $\text{H}_2\text{S} = 1 - 2\epsilon, \text{O}_2 = 2 - 3\epsilon, \text{H}_2\text{O} = 2\epsilon, \text{SO}_2 = 2\epsilon$
    전체 몰수: $(1 - 2\epsilon) + (2 - 3\epsilon) + 2\epsilon + 2\epsilon = 3 - \epsilon$
    따라서 몰분율은 가 됩니다.
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16. 어떤 연료의 발열량이 10000kcal/kg일 때 이 연료 1kg이 연소해서 30%가 유용한 일로 바뀔수 있다면 500kg의 무게를 들어올릴 수 있는 높이는 약 얼마인가?

  1. 26m
  2. 260m
  3. 2.6km
  4. 26km
(정답률: 70%)
  • 연료의 총 발열량 중 유용한 일로 변환된 에너지가 물체의 위치 에너지와 같다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $E = m \times g \times h$
    ② [숫자 대입] $1 \times 10000 \times 0.3 \times 4.184 \times 1000 = 500 \times 9.8 \times h$
    ③ [최종 결과] $h = 2561.6 \approx 2.6 \text{ km}$
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17. 액상과 기상이 서로 평형이 되어 있을 때에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 두 상의 온도는 서로 같다.
  2. 두 상의 압력은 서로 같다.
  3. 두 상의 엔트로피는 서로 같다.
  4. 두 상의 화학포텐셜은 서로 같다.
(정답률: 72%)
  • 두 상이 평형 상태에 도달하기 위해서는 온도, 압력, 그리고 화학포텐셜이 서로 같아야 합니다. 엔트로피는 물질의 상태나 양에 따라 달라지는 성질이므로 평형 상태에서 반드시 같아야 할 조건이 아닙니다.
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18. 오토(Otto)엔진과 디젤(Diesel)엔진에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 디젤엔진에서는 압축 과정의 마지막에 연료가 주입된다.
  2. 디젤 엔진의 효율이 높은 이유는 오토 엔진보다 높은 압축비로 운전할 수 있기 때문이다.
  3. 디젤 엔진의 연소 과정은 압력이 급격히 변화하는 과정 중에 일어난다.
  4. 오토 엔진의 효율은 압축비가 클수록 좋아진다.
(정답률: 51%)
  • 디젤 엔진의 연소 과정은 연료가 서서히 분사되며 일정한 압력을 유지하며 열이 공급되는 등압 과정으로 진행됩니다. 따라서 압력이 급격히 변화한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    압축 과정 마지막 연료 주입: 디젤 엔진의 전형적인 작동 방식입니다.
    높은 압축비로 효율 향상: 디젤 엔진이 오토 엔진보다 높은 압축비를 가질 수 있어 효율적입니다.
    오토 엔진 효율과 압축비: 압축비가 커질수록 열효율이 증가하는 특성을 가집니다.
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19. 1100K, 1bar에서 2mol의 H2O와 1mol의 CO가 다음과 같이 전이반응한다. 이 반응의 표준 깁스(Gibbs) 에너지 변화는 △G°= 0이다. 혼합물을 이상기체로 가정하면, 반응한 수중기의 분율은?

  1. 0.333
  2. 0.367
  3. 0.500
  4. 0.667
(정답률: 45%)
  • 표준 깁스 에너지 변화 $\Delta G^\circ = 0$이면 평형상수 $K=1$입니다. 반응식 $\text{CO}(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2(g)$에서 $x\text{ mol}$이 반응했다고 가정하면, 평형 상태의 몰수 관계를 통해 $x$를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $K = \frac{x^2}{(2-x)(1-x)} = 1$
    ② [숫자 대입] $x^2 = 2 - 3x + x^2 \rightarrow 3x = 2$
    ③ [최종 결과] $x = \frac{2}{3} \text{ mol} \rightarrow \text{분율} = \frac{x}{2} = \frac{1}{3} \approx 0.333$
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20. 압력 20Pa, 온도 200K의 초기상태의 이상기체가 정용과정(constant volume process)을 통하여 온도 800K까지 가열되었다면 나중 압력은?

  1. 5Pa
  2. 20Pa
  3. 40Pa
  4. 80Pa
(정답률: 78%)
  • 이상기체 상태 방정식에서 부피가 일정한 정용과정일 때, 압력은 절대온도에 비례하여 변화합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}$
    ② [숫자 대입] $\frac{20}{200} = \frac{P_2}{800}$
    ③ [최종 결과] $P_2 = 80\text{ Pa}$
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2과목: 단위조작 및 화학공업양론

21. 도관 내 흐름을 해석할 때 사용되는 베르누이식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 마찰손실이 압력손실 또는 속도수두 손실로 나타나는 흐름을 해석할 수 있는 식이다.
  2. 수평흐름이면 압력손실이 속도수두 증가로 나타나는 흐름을 해석할 수 있는 식이다.
  3. 압력수두, 속도수두, 위치수두의 상관관계 변화를 예측할 수 있는 식이다.
  4. 비점성, 비압축성, 정상상태, 유선을 따라 적용할 수 있다.
(정답률: 57%)
  • 베르누이 방정식은 기본적으로 마찰이 없는 비점성 유체를 가정하는 식입니다. 따라서 마찰손실이 발생하는 실제 흐름을 해석하는 식이라는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    비점성, 비압축성, 정상상태, 유선을 따라 적용: 베르누이 식의 기본 가정 조건입니다.
    압력수두, 속도수두, 위치수두의 상관관계: 에너지 보존 법칙에 따라 세 수두의 합이 일정함을 나타냅니다.
    수평흐름이면 압력손실이 속도수두 증가로 나타남: 높이 변화가 없을 때 압력이 낮아지면 속도가 증가하는 원리를 설명합니다.
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22. 탄산가스 30vol%, 일산화탄소 5vol%, 산소 10vol%, 질소55vol%인 혼합가스의 평균 분자량은? (단, 모두 이상기체로 가정한다.)

  1. 33.2
  2. 43.2
  3. 45.2
  4. 47.2
(정답률: 63%)
  • 이상기체에서 부피비는 곧 몰분율과 같으므로, 각 성분의 분자량에 몰분율을 곱하여 합산한 가중 평균으로 평균 분자량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $M_{avg} = \sum (M_i \times y_i)$
    ② [숫자 대입] $M_{avg} = 44 \times 0.3 + 28 \times 0.05 + 32 \times 0.1 + 28 \times 0.55$
    ③ [최종 결과] $M_{avg} = 33.2$
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23. 1atm, 100℃의 1000kg/h 포화수증기(△H=2676kJ/kg)와 1atm, 400℃의 과열수증기(△H=3278kJ/kg)가 단열 혼합기로 유입되어 1atm, 300℃의 과열수증기(△H=3074kJ/kg)가 배출될때 배출되는 양(kg/h)은?

  1. 2921
  2. 2931
  3. 2941
  4. 2951
(정답률: 43%)
  • 단열 혼합 과정에서의 에너지 수지 식을 세워 유입되는 과열수증기의 양을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $m_1 H_1 + m_2 H_2 = (m_1 + m_2) H_3$
    ② [숫자 대입] $1000 \times 2676 + X \times 3278 = (1000 + X) \times 3074$
    ③ [최종 결과] $X = 2951$
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24. 에탄올 20wt% 수용액 200kg을 증류장치를 통하여 탑 위에서 에탄올 40wt% 수용액 20kg을 얻다. 탑 밑으로 나오는 에탄올 수용액의 농도는 약 얼마인가?

  1. 3wt%
  2. 8wt%
  3. 12wt%
  4. 18wt%
(정답률: 71%)
  • 물질 수지(Material Balance) 원리에 따라 유입된 에탄올의 총량은 유출된 에탄올의 총량과 같아야 합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Total Ethanol In} = \text{Ethanol Out (Top)} + \text{Ethanol Out (Bottom)}$
    ② [숫자 대입] $200 \times 0.2 = 20 \times 0.4 + 180 \times x$
    ③ [최종 결과] $x = 0.1777... \approx 18\text{wt}\%$
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25. 1atm, 비점(78℃)에서 에탄올의 분자증발열은 38580J/mol이다. 70℃에서 에탄올의 증기압은 몇 mmHg인가?

  1. 558.3
  2. 578.3
  3. 598.3
  4. 618.3
(정답률: 37%)
  • 온도에 따른 증기압의 변화는 클라우지우스-클라페이론 식을 이용하여 계산할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P_2 = P_1 \exp ( \frac{E}{R} ( \frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2} ) )$
    ② [숫자 대입] $P_2 = 760 \exp ( \frac{38580}{8.3145} ( \frac{1}{351} - \frac{1}{343} ) )$
    ③ [최종 결과] $P_2 = 558.3$
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26. 10ppm SO2을 %로 나타내면?

  1. 0.0001%
  2. 0.001%
  3. 0.01%
  4. 0.1%
(정답률: 71%)
  • ppm은 백만분율($10^{-6}$)을 의미하며, %는 백분율($10^{-2}$)을 의미합니다. 따라서 ppm 단위를 %로 변환하려면 $10,000$으로 나누어주면 됩니다.
    ① [기본 공식] $\text{Value}(\%) = \frac{\text{Value}(\text{ppm})}{10000}$
    ② [숫자 대입] $\text{Value}(\%) = \frac{10}{10000}$
    ③ [최종 결과] $\text{Value}(\%) = 0.001\%$
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27. 0℃, 1atm에서 22.4m3의 가스를 정압하에서 3000kcal의 열을 주었을 때 이 가스의 온도는? (단, 가스는 이상기체로 보고 정압 평균분자 열용량은 4.5kcal/kmol*℃이다.)

  1. 500.0℃
  2. 555.6℃
  3. 666.7℃
  4. 700.0℃
(정답률: 67%)
  • 정압 과정에서 가해진 열량과 온도 변화의 관계식을 이용합니다. $0^{\circ}\text{C}, 1\text{ atm}$에서 $22.4\text{ m}^3$의 이상기체는 $1\text{ kmol}$에 해당합니다.
    ① [기본 공식] $Q = n C_p \Delta T$
    ② [숫자 대입] $3000 = 1 \times 4.5 \times (T_2 - 0)$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 666.7^{\circ}\text{C}$
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28. 40℃에서 벤젠과 톨루엔의 혼합물이 기액평형에 있다. Raoult의 법칙이 적용된다고 볼 때 다음 설명 중 옳지 않은 것은? (단, 40℃에서의 증기압은 벤젠 180mmHg, 톨루엔 60mmHg이고, 액상의 조성은 벤젠30mol%, 톨루엔 70mol%이다.)

  1. 기상의 평형분압은 톨루엔42mmHg이다.
  2. 기상의 평형분압은 벤젠54mmHg이다.
  3. 이 계의 평형전압은 240mmHg이다.
  4. 기상의 평형조성은 벤젠56.25mol%, 톨루엔 43.75mol%이다.
(정답률: 70%)
  • 라울의 법칙을 이용하여 각 성분의 분압과 전체 압력을 계산합니다.
    벤젠의 분압: ① [기본 공식] $$P_B = P_B^0 \times x_B$$ ② [숫자 대입] $$P_B = 180 \times 0.3$$ ③ [최종 결과] $$P_B = 54\text{ mmHg}$$
    톨루엔의 분압: ① [기본 공식] $$P_T = P_T^0 \times x_T$$ ② [숫자 대입] $$P_T = 60 \times 0.7$$ ③ [최종 결과] $$P_T = 42\text{ mmHg}$$
    전체 압력: ① [기본 공식] $$P_{total} = P_B + P_T$$ ② [숫자 대입] $$P_{total} = 54 + 42$$ ③ [최종 결과] $$P_{total} = 96\text{ mmHg}$$
    따라서 이 계의 평형전압은 $240\text{ mmHg}$라는 설명은 틀렸습니다.
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29. 이상기체를 T1에서 T2까지 일정압력과 일정 용적에서 가열할 때 열용량에 관한 식 중 옳은 것은? (단, Cp는 정압열용량이고, Cv는 정적열용량이다.)

  1. Cp+Cv=R
(정답률: 69%)
  • 이상기체의 정압열용량($C_p$)과 정적열용량($C_v$)의 관계식인 마이어의 관계식을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $C_p - C_v = R$
    ② [숫자 대입] $C_v = C_p - R$
    ③ [최종 결과] $C_v \Delta T = (C_p - R) \Delta T$
    따라서 가 옳은 식입니다.
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30. 반응에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 강산과 강염기의 중화열은 일정하다.
  2. 수소이온의 생성열은 편의상 0으로 정한다.
  3. 약산과 강염기의 중화열은 강산과 강염기의 중화열과 같다.
  4. 반응전후의 온도 변화가 없을 때 엔탈피 변화는 0이다.
(정답률: 63%)
  • 약산과 강염기의 중화 반응에서는 약산이 완전히 이온화되는 과정에서 에너지가 흡수되므로, 이미 완전히 이온화되어 있는 강산과 강염기의 중화열보다 실제 방출되는 열량이 적습니다. 따라서 약산과 강염기의 중화열은 강산과 강염기의 중화열과 같지 않습니다.
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31. 복사전열에서 총괄교환인자 F12가 다음과 같이 표현되는 경우는? (Є1, Є2는 복사율이다.)

  1. 두면이 무한히 평행한 경우
  2. 한면이 다른면으로 완전히 포위된 경우
  3. 한점이 반구에 의하여 완전히 포위된 경우
  4. 한면은 무한 평면이고 다른 면은 한점인 경우
(정답률: 61%)
  • 복사전열에서 총괄교환인자 $F_{12}$가 다음과 같이 정의되는 경우는 두 면이 무한히 평행하여 서로를 완전히 마주 보고 있을 때입니다.
    $$F_{12} = \frac{1}{\frac{1}{\epsilon_1} + \frac{1}{\epsilon_2} - 1}$$
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32. 그림은 어떤 회분 추출공정의 조성변화를 보여 주고 있다. 평형에 있는 추출 및 추잔상의 조성이 E와 R인 계에 추제를 더 가하면 M점은 그림 a, b, c, d 중 어느 쪽으로 이동하겠는가? (단, F는 원료의 조성이다.)

  1. a
  2. b
  3. c
  4. d
(정답률: 53%)
  • 추출 공정의 삼각 도표에서 M점은 혼합물의 무게 중심을 의미합니다. 계에 추제(S)를 더 가한다는 것은 S점 방향으로 무게 중심이 이동함을 의미하며, 이는 ER 선이 S점 쪽으로 기울어지며 반시계 방향으로 회전하여 d 방향으로 이동하게 만듭니다.
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33. 40%의 수분을 포함하고 있는 고체 1000kg을 수분 10%까지 건조시킬 때 제거한 수분량은 약 몇 kg인가?

  1. 333
  2. 450
  3. 550
  4. 667
(정답률: 62%)
  • 건조 전후의 순수 고체 질량은 변하지 않는다는 원리를 이용하여 제거된 수분량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{W_{water, final}}{W_{total, final}} = 0.1$
    ② [숫자 대입] $\frac{400 - X}{1000 - X} = 0.1$
    ③ [최종 결과] $X = 333$
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34. 증발장치에서 수증기를 열원으로 사용할 때 장점으로 거리가 먼 것은?

  1. 가열을 고르게 하여 국부과열을 방지한다.
  2. 온도변화를 비교적 쉽게 조절할 수 있다.
  3. 열전도도가 작으므로 열원쪽의 열전달 계수가 작다.
  4. 다중효용관, 압축법으로 조작할 수 있어 경제적이다.
(정답률: 64%)
  • 수증기를 열원으로 사용하면 응축 잠열을 이용하므로 가열이 균일하고 온도 조절이 용이하며 경제적입니다. 하지만 수증기의 열전도도 자체가 작아서 열전달 계수가 작아지는 것이 아니라, 오히려 높은 응축 열전달 계수를 통해 효율적인 열전달이 가능하므로 열전달 계수가 작다는 설명은 틀린 내용입니다.
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35. 경사 마노미터를 사용하여 측정한 두 파이프 내 기체의 압력차는?

  1. 경사각의 sin값에 반비례한다.
  2. 경사각의 sin값에 비례한다.
  3. 경사각의 cos값에 반비례한다.
  4. 경사각의 cos값에 비례한다.
(정답률: 65%)
  • 경사 마노미터에서 압력차 $\Delta P$는 액주 높이 $h$와 경사각 $\theta$의 관계식 $\Delta P = \rho g h \sin \theta$로 나타납니다. 따라서 동일한 액주 높이 변화에 대해 측정되는 압력차는 경사각의 $\sin$ 값에 비례하여 결정됩니다.
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36. 2중관 열교환기를 사용하여 500kg/h의 기름을 240℃의 포화수증기를 써서 60℃에서 200℃까지 가열하고자 한다. 이때 총괄전열계수가 500kcal/m2*h*℃, 기름의 정압비열은 1.0kcal/kg*℃이다. 필요한 가열면적은 몇 m2인가?

  1. 3.1
  2. 2.4
  3. 1.8
  4. 1.5
(정답률: 40%)
  • 열전달 기본 식 $Q = U A \Delta T$를 이용하여 필요한 가열 면적을 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$A = \frac{m C_{p} \Delta T}{U \Delta T_{lm}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$A = \frac{500 \times 1.0 \times (200 - 60)}{500 \times (240 - 200)}$$
    ③ [최종 결과]
    $$A = 1.75 \approx 1.5$$
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37. 증발기에서 용액의 비점 상승도가 증가할수록 감소하는 것은?

  1. 가열 면적
  2. 유효 온도차
  3. 필요한 수증기의 양
  4. 용액의 비점
(정답률: 54%)
  • 유효 온도차($\Delta T_{eff}$)는 가열 매체(수증기)의 온도와 용액의 비점 사이의 차이입니다. 비점 상승도가 증가하면 용액의 비점이 올라가므로, 수증기 온도와의 차이인 유효 온도차는 감소하게 됩니다.
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38. 다음 중 Drag Coefficient(C0)를 구하고자 할때 사용되는 법칙에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 레이놀즈수가 아주 작을 때 stoke의 법칙을 사용한다.
  2. 레이놀즈수와 관계없이 stoke의 법칙을 사용한다.
  3. 일반적으로 stoke의 법칙을 사용하되 레이놀즈수가 작을 때는 Newton의 법칙을 사용한다.
  4. 점도의 크기에 따라 stoke의 법칙과 Newton의 법칙을 구별하여 사용한다.
(정답률: 43%)
  • 항력 계수($C_{0}$)를 결정할 때, 유체의 흐름이 매우 느려 레이놀즈수가 아주 작을 때(층류 영역)는 점성력이 지배적인 Stokes의 법칙을 적용합니다.
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39. 벤젠과 톨루엔의 2성분계 정류조작에 있어서의 자유도(degrees of freedom)는 얼마인가?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 61%)
  • 깁스의 자유도 공식(Gibbs' Phase Rule)을 사용하여 계산합니다.
    $$\text{F = C - P + 2}$$
    $$\text{F = 2 - 2 + 2}$$
    $$\text{F = 2}$$
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40. 상계점(Plait point)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 추출상과 추잔상의 조성이 같아지는 점이다.
  2. 상계점에서 2상(相)이 1상이 된다.
  3. 추출상과 평형에 있는 추잔상의 대응선(tie line)의 길이가 가장 길어지는 지점이다.
  4. 추출상과 추잔상이 공존하는 점이다.
(정답률: 69%)
  • 상계점(Plait point)은 추출상과 추잔상의 조성이 동일해져서 두 상이 구분되지 않고 하나의 상으로 합쳐지는 지점입니다. 따라서 이 지점에서는 두 상을 연결하는 대응선(tie line)의 길이가 $0$이 됩니다.

    오답 노트
    추출상과 평형에 있는 추잔상의 대응선(tie line)의 길이가 가장 길어지는 지점이다: 대응선의 길이는 상계점에서 $0$이 됩니다.
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3과목: 공정제어

41. 다음 공정에 단위 계단입력이 가해졌을 때 최종치는?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 72%)
  • 단위 계단입력에 대한 시스템의 최종치(Steady-state value)는 최종값 정리를 이용하여 구할 수 있습니다. 최종값은 $s \to 0$일 때 $s R(s) G(s)$의 값과 같습니다.
    $$y(\infty) = \lim_{s \to 0} s \cdot \frac{1}{s} \cdot G(s) = G(0)$$
    $$G(0) = \frac{2}{3(0)^{2} + 0 + 2}$$
    $$G(0) = \frac{2}{2}$$
    $$y(\infty) = 1$$
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42. 다음 공정에 P제어기가 연결된 닫힌루프 제어계가 안정하려면 비례이득 Kc의 범위는? (단, 나머지 요소의 전달함수는 1이다.)

  1. Kc＜1
  2. Kc＞1
  3. Kc＜2
  4. Kc＞2
(정답률: 50%)
  • 닫힌루프 제어계가 안정하려면 특성방정식 $1 + K_{c}G_{p}(s) = 0$의 근 $s$가 음수(좌반평면)에 위치해야 합니다.
    $$1 + K_{c} \frac{1}{2s - 1} = 0$$
    $$(2s - 1) + K_{c} = 0$$
    $$2s = 1 - K_{c}$$
    $$s = \frac{1 - K_{c}}{2}$$
    안정 조건 $s < 0$을 적용하면 다음과 같습니다.
    $$\frac{1 - K_{c}}{2} < 0$$
    $$1 - K_{c} < 0$$
    $$K_{c} > 1$$
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43. 특성방정식이 와 같이 주어지는 시스템에서 제어기 Gc로 비례제어기를 이용할 경우 진동응답이 예상되는 경우는? (단, Kc는 비례이득이다.)

  1. Kc=0
  2. Kc=1
  3. Kc=-1
  4. Kc에 관계없이 진동이 발생된다.
(정답률: 53%)
  • 시스템의 특성방정식을 정리하여 근의 형태를 분석합니다. 비례제어기 $G_{c} = K_{c}$를 대입하여 정리하면 다음과 같습니다.
    $$1 + \frac{K_{c}}{(2s + 1)(5s + 1)} = 0$$
    $$(2s + 1)(5s + 1) + K_{c} = 0$$
    $$10s^{2} + 7s + 1 + K_{c} = 0$$
    진동응답이 발생하려면 특성방정식의 근이 복소근이어야 하며, 이는 판별식 $D = b^{2} - 4ac < 0$일 때 성립합니다.
    $$D = 7^{2} - 4 \times 10 \times (1 + K_{c}) < 0$$
    $$49 - 40 - 40K_{c} < 0$$
    $$9 < 40K_{c}$$
    $$K_{c} > 0.225$$
    제시된 보기 중 이 조건을 만족하며 진동을 유발하는 값은 $K_{c}=1$입니다.
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44. 3개의 안정한 pole들로 구성된 어떤 3차계에 대한 Bode diagram에서 위상각은?

  1. 0° ~ -180° 사이의 값
  2. 0° ~ 180° 사이의 값
  3. 0° ~ -270° 사이의 값
  4. 0° ~ 270° 사이의 값
(정답률: 54%)
  • Bode diagram에서 하나의 pole은 위상을 $90^{\circ}$ 지연시킵니다. 따라서 3개의 안정한 pole로 구성된 3차계의 전체 위상 지연은 $3 \times (-90^{\circ}) = -270^{\circ}$가 되므로, 위상각은 $0^{\circ} \sim -270^{\circ}$ 사이의 값을 갖게 됩니다.
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45. 안정도 판정을 위한 개회로 전달함수가 인 피드백 제어계가 안정할 수 있는 K와 τ의 관계는?

  1. 12K＜(5+2τK)
  2. 12K＜(5+10τK)
  3. 12K＞(5+10τK)
  4. 12K＞(5+2τK)
(정답률: 52%)
  • 제어계의 안정도는 특성방정식 $1 + G(s)H(s) = 0$의 모든 근이 복소평면의 좌반평면에 있어야 합니다. 주어진 개회로 전달함수 를 이용하여 특성방정식을 세웁니다.
    $$S(1+2S)(1+3S) + 2K(1+\tau S) = 0$$
    $$6S^3 + 5S^2 + (1 + 2K\tau)S + 2K = 0$$
    Routh-Hurry 판별법에 의해 $S^1$ 행의 계수가 0보다 커야 하므로:
    $$\frac{(5)(1+2K\tau) - 6(2K)}{5} > 0$$
    $$5 + 10K\tau - 12K > 0$$
    따라서 $12K < (5 + 10\tau K)$ 일 때 시스템은 안정합니다.
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46. 운전자의 눈을 가린 후 도로에 대한 자세한 정보를 주고 운전을 시킨다면 이는 어느 공정제어 기법이라고 볼 수 있는가?

  1. 되먹임제어
  2. 비례제어
  3. 앞먹임제어
  4. 분산제어
(정답률: 70%)
  • 앞먹임제어(Feed-forward control)는 외란이 공정에 영향을 주기 전에 미리 측정하여 제어 입력에 반영함으로써 오차 발생을 사전에 차단하는 방식입니다.
    운전자가 도로 정보(외란)를 미리 알고 대응하는 것은 전형적인 앞먹임제어의 사례입니다.

    오답 노트
    되먹임제어: 출력을 측정하여 오차를 수정하는 사후 제어 방식
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47. 설정값의 계단변화에 대하여 잔류편차가 발생하지 않는 것은?

  1. P제어기
  2. PI제어기
  3. PD제어기
  4. ON/OFF제어기
(정답률: 58%)
  • PI제어기는 비례(P) 동작에 적분(I) 동작을 추가한 것으로, 적분항이 오차의 누적값을 계산하여 정상 상태 오차(잔류편차)를 완전히 제거하는 특성이 있습니다.

    오답 노트
    P제어기: 오프셋(잔류편차)이 발생함
    PD제어기: 응답 속도는 빠르나 잔류편차 제거 능력은 없음
    ON/OFF제어기: 설정값 부근에서 지속적인 진동이 발생함
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48. 일차계 공정에 사인파 입력이 들어갔을 때 시간이 충분히 지난 후의 출력은?

  1. 사인파 입력의 주파수가 커질수록 출력의 진폭은 작아진다.
  2. 공정의 시상수가 클수록 출력의 진폭도 커진다.
  3. 공정의 이득이 클수록 출력의 진폭은 작아진다.
  4. 출력의 진폭은 사인파 입력의 주파수와 공정의 시상수에는 무관하다.
(정답률: 40%)
  • 일차계 공정의 주파수 응답 특성상, 입력 주파수가 높아질수록 시스템의 감쇠 효과가 커져 출력 진폭이 감소하는 저역 통과 필터(Low-pass filter)의 성질을 가집니다.

    오답 노트
    공정의 시상수가 클수록: 응답 속도가 느려져 진폭이 작아짐
    공정의 이득이 클수록: 출력 진폭이 커짐
    주파수와 시상수 무관: 주파수 응답은 시상수에 직접적인 영향을 받음
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49. 다음 블록선도에서 서보 문제(servo problem)의 전달함수는?

(정답률: 51%)
  • 전달함수는 입력 대비 출력의 비를 나타내며, 폐루프 시스템에서 전체 전달함수는 전향 경로 이득을 1 더하기 루프 이득의 합으로 나눈 값입니다.
    제시된 블록선도 에서 전향 경로 이득은 $G_c G_I$이고, 피드백 경로가 단위 피드백이므로 전달함수는 가 됩니다.
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50. Anti Reset Windup에 관한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 제어기 출력이 공정 입력 한계에 걸렸을 때 작동한다.
  2. 적분 동작에 부과된다.
  3. 큰 설정치 변화에 공정 출력이 크게 흔들리는 것을 방지한다.
  4. Offset을 없애는 동작이다.
(정답률: 64%)
  • Anti Reset Windup은 제어기 출력이 포화(Saturation)되었을 때 적분항이 과도하게 누적되어 오버슈트가 발생하는 것을 방지하는 기법입니다.

    오답 노트
    Offset을 없애는 동작: 이는 적분 제어(Integral Action) 자체의 기본 목적이며, Anti Reset Windup의 목적이 아닙니다.
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51. 현대의 화학공정에서 공정제어 및 운전을 엄격하게 요구하는 주요 요인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 공정 간의 통합화에 따른 외란의 고립화
  2. 엄격해지는 환경 및 안전 규제
  3. 경쟁력 확보를 위한 생산공정의 대형화
  4. 제품 질의 고급화 및 규격의 수시 변동
(정답률: 55%)
  • 현대 화학공정은 대형화, 통합화 추세에 있으며, 이로 인해 한 공정의 외란이 다른 공정으로 전파되는 상호 영향이 커지므로 외란의 고립화가 아니라 외란의 전파를 막는 제어가 중요해집니다.

    오답 노트
    환경 및 안전 규제, 공정 대형화, 제품 고급화: 모두 엄격한 공정제어가 필요한 실제 요인입니다.
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52. 다음 공정의 단위 임펄스응답은?

  1. y(t)=2et+e-t+2e-2t
  2. y(t)=et+2e-t+e-2t
  3. y(t)=et+e-t+2e-2t
  4. y(t)=2et+2e-t+e-2t
(정답률: 54%)
  • 전달함수 $G(s)$를 부분분수 전개한 후 역라플라스 변환을 통해 단위 임펄스 응답 $y(t)$를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$G(s) = \frac{4s^2 + 5s - 3}{(s-1)(s+1)(s+2)} = \frac{A}{s-1} + \frac{B}{s+1} + \frac{C}{s+2}$$
    ② [숫자 대입]
    $$A = \frac{4(1)^2 + 5(1) - 3}{(1+1)(1+2)} = 1, \quad B = \frac{4(-1)^2 + 5(-1) - 3}{(-1-1)(-1+2)} = 2, \quad C = \frac{4(-2)^2 + 5(-2) - 3}{(-2-1)(-2+1)} = 1$$
    ③ [최종 결과]
    $$y(t) = e^t + 2e^{-t} + e^{-2t}$$
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53. 에서 X(t)의 Laplace 변환은? (단, X(0)=X’(0)=0)

  1. 2s/(s2+2s)
  2. 2/(s+2)s
  3. 2/(s3+2s2)
  4. 2s/(s3-2s)
(정답률: 57%)
  • 미분 방정식의 라플라스 변환 성질을 이용하여 $X(t)$의 변환 식을 도출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\frac{d^2X}{dt^2} \rightarrow s^2X(s), \quad \frac{dX}{dt} \rightarrow sX(s), \quad 2 \rightarrow \frac{2}{s}$$
    ② [숫자 대입]
    $$s^2X(s) + 2sX(s) = \frac{2}{s}$$
    $$X(s)(s^2 + 2s) = \frac{2}{s}$$
    ③ [최종 결과]
    $$X(s) = \frac{2}{s(s^2 + 2s)} = \frac{2}{s^3 + 2s^2}$$
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54. 다음 block선도로부터 전달함수 Y(s)/X(s)를 구하면?

(정답률: 61%)
  • 제시된 블록선도는 다중 피드백 루프를 포함하고 있습니다. 전체 전달함수는 전향 경로 이득을 1 + 모든 루프 이득의 합으로 나눈 형태로 계산됩니다.
    전향 경로는 $G_a G_b G_c$이며, 피드백 루프는 $G_a G_b$와 $G_b G_c$가 존재합니다. 이를 정리하면 가 도출됩니다.
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55. 여름철 사용되는 일반적인 에어콘(air conditioner)의 동작에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 온도 조절을 위한 피드백 제어 기능이 있다.
  2. 희망온도가 피드백 제어의 설정값에 해당 된다.
  3. 냉각을 위하여 에어콘으로 흡입되는 공기의 온도변화가 외란에 해당된다.
  4. 사용되는 제어방법은 주로 On/Off제어이다.
(정답률: 54%)
  • 에어컨은 설정 온도와 현재 온도를 비교하여 작동하는 피드백 제어 시스템이며, 주로 설정 온도에 도달하면 꺼지고 낮아지면 켜지는 On/Off 제어 방식을 사용합니다. 냉각을 위해 흡입되는 공기의 온도 변화는 제어 대상의 상태를 변화시키는 외란이 맞으므로, 해당 설명은 틀린 것이 아니라 옳은 설명입니다.
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56. 다단제어에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 종속제어기 출력이 주제어기의 설정점으로 작용하게 된다.
  2. 종속제어루프 공정의 동특성이 주제어루프 공정의 동특성보다 충분히 빠를수록 바람직하다.
  3. 주제어루프를 통하여 들어오는 외란을 조기에 보상하는 것이 주 목적이다.
  4. 종속제어기는 빠른 보상을 위하여 피드포워드 제어알고리즘을 사용한다.
(정답률: 55%)
  • 다단제어(Cascade Control)는 내부 루프(종속제어루프)가 외부 루프(주제어루프)보다 훨씬 빠르게 응답하여 외란을 신속하게 제거해야 전체 시스템의 안정성과 성능이 향상됩니다.

    오답 노트
    설정점: 주제어기의 출력이 종속제어기의 설정점이 됨
    외란 보상: 주로 종속제어루프 내에서 발생하는 외란을 조기에 보상함
    알고리즘: 종속제어기는 일반적으로 피드백 제어 알고리즘을 사용함
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57. 순수한 적분공정에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 진폭비(Amplitude ratio)는 주파수에 비례 한다.
  2. 입력으로 단위임펄스가 들어오면 출력은 계단형 신호가 된다.
  3. 작은 구멍이 뚫린 저장탱크의 높이와 입력흐름의 관계는 적분공정이다.
  4. 이송지연(transportation lag) 공정이라고 부르기도 한다.
(정답률: 53%)
  • 적분공정은 입력 신호를 시간에 대해 적분하여 출력하는 특성을 가집니다. 따라서 순간적인 충격인 단위임펄스 입력이 들어오면 이를 적분한 결과인 계단형 신호가 출력으로 나타납니다.

    오답 노트
    진폭비: 주파수에 반비례함
    저장탱크: 구멍이 뚫려 있으면 유출이 발생하므로 1차 공정임
    이송지연: 시간 지연 공정을 의미함
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58. 측정 가능한 외란(measurable disturbance)을 효과적으로 제거하기 위한 제어기는?

  1. 앞먹임 제어기(Feedforward Controller)
  2. 되먹임 제어기(Feedback Controller)
  3. 스미스 예측기(Smith Predictor)
  4. 다단 제어기(Cascade Controller)
(정답률: 65%)
  • 앞먹임 제어기는 측정 가능한 외란이 공정에 영향을 주기 전에 미리 감지하여 이를 상쇄하는 제어 입력을 가함으로써 외란을 효과적으로 제거하는 방식입니다.
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59. 초기상태가 공정입출력이 0이고 정상상태일때, 어떤 선형 공정에 계단 입력 u(t)=1을 입력했더니, 출력 y(t)는 y(1)=0.1, y(2)=0.2, y(3)=0.4이었다. 입력 u(t)=0.5를 입력할 때 출력은 각각 얼마인가?

  1. y(1)=0.1, y(2)=0.2, y(3)=0.4
  2. y(1)=0.05, y(2)=0.1, y(3)=0.2
  3. y(1)=0.1, y(2)=0.3, y(3)=0.7
  4. y(1)=0.2, y(2)=0.4, y(3)=0.8
(정답률: 65%)
  • 선형 공정의 핵심은 중첩의 원리가 적용되어 입력값의 크기에 따라 출력값이 정비례한다는 점입니다. 입력이 $1$에서 $0.5$로 $0.5$배 감소했으므로, 출력값 또한 기존 값의 $0.5$배가 됩니다.
    ① [기본 공식] $y_{new}(t) = y_{old}(t) \times \frac{u_{new}}{u_{old}}$
    ② [숫자 대입] $y(1) = 0.1 \times 0.5, y(2) = 0.2 \times 0.5, y(3) = 0.4 \times 0.5$
    ③ [최종 결과] $y(1) = 0.05, y(2) = 0.1, y(3) = 0.2$
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60. 어떤 항온조에서 항온조 내의 온도계가 나타내는 온도와 항온조 내의 실제 유체온도 사이의 관계는 이득이 1인 1차계로 나타낼 수 있으며 이때 시간상수는 0.2min이다. 평형상태에 도달한 후 항온조의 유체온도가 1℃/min의 속도로 평형상태의 값에서 시간에 따라 선형적으로 증가하기 시작하였다. 이 경우 1min경과 후 온도계의 온도와 항온조 내 실제 유체온도 사이의 온도차는 얼마인가?

  1. 0.2℃
  2. 0.8℃
  3. 1.5℃
  4. 2.0℃
(정답률: 18%)
  • 1차계 시스템에서 입력이 램프 함수(선형 증가)일 때, 실제 온도와 측정 온도 사이의 오차(온도차)는 시간상수와 입력 변화율의 곱으로 나타납니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T = \tau \times R$ (온도차 = 시간상수 $\times$ 온도 변화율)
    ② [숫자 대입] $\Delta T = 0.2 \times 1$
    ③ [최종 결과] $\Delta T = 0.2$
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4과목: 공업화학

61. H2와 Cl2의 직접결합에 의한 합성염산법에서 사용되는 장치가 아닌 것은?

  1. 촉매실
  2. 연소실
  3. 냉각기
  4. 흡수기
(정답률: 47%)
  • 합성염산법은 수소와 염소가 직접 반응하는 연소 반응을 이용하므로, 연소실에서 반응시킨 후 냉각기와 흡수기를 통해 염산을 회수하며 별도의 촉매실은 필요하지 않습니다.
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62. 아닐린에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 무색, 무취의 액체이다.
  2. 니트로벤젠은 아닐린으로 산화될 수 있다.
  3. 비점이 약 184℃이다.
  4. 알코올과 에테르에 녹지 않는다.
(정답률: 62%)
  • 아닐린은 비점이 약 $184^{\circ}\text{C}$인 무색 또는 연한 노란색의 유성 액체입니다.

    오답 노트
    무색, 무취의 액체: 특유의 냄새가 있음
    니트로벤젠은 아닐린으로 산화: 환원되어야 함
    알코올과 에테르에 녹지 않는다: 잘 녹음
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63. 접촉식 황산제조 방법에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 백금, 바나듐 등의 촉매가 이용된다.
  2. SO3는 물에만 흡수시켜야 한다.
  3. 촉매층의 온도는 410~420℃로 유지하면 좋다.
  4. 주요 공정별로 온도 조절이 중요하다.
(정답률: 70%)
  • $\text{SO}_3$를 물에 직접 흡수시키면 격렬한 반응으로 인해 안개가 발생하여 회수가 어렵기 때문에, 주로 진한 황산에 흡수시켜 발연황산을 만든 후 희석하는 방법을 사용합니다.
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64. 다음 중 Nylon 6 제조의 주된 원료로 사용되는 것은?

  1. 카프로락탐
  2. 세바크산
  3. 아디프산
  4. 헥사메틸렌디아민
(정답률: 68%)
  • Nylon 6는 단일 단량체인 카프로락탐이 고리 열림 중합 반응을 통해 생성되는 폴리아미드 수지입니다.
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65. 니트로벤젠을 환원시켜 아닐린을 얻고자 할 때 사용하는 것은?

  1. Fe, HCl
  2. Ba, H2O
  3. C, NaOH
  4. S, NH4Cl
(정답률: 64%)
  • 니트로벤젠의 니트로기($-NO_2$)를 아미노기($-NH_2$)로 환원시켜 아닐린을 합성하기 위해서는 철(Fe) 가루와 염산(HCl)과 같은 강한 환원제를 사용합니다.
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66. 분자량 1.0× 104g/mol인 고분자 100g과 분자량 2.5×104 g/mol인 고분자 50g, 그리고 분자량 1.0×105g/mol인 고분자 50g이 혼합되어 있다. 이 고분자 물질의 수평균 분자량은?

  1. 16000
  2. 28500
  3. 36250
  4. 57000
(정답률: 57%)
  • 수평균 분자량은 각 성분의 분자량과 몰수의 곱의 합을 전체 몰수로 나눈 값입니다.
    $$\text{수평균 분자량 } M_n = \frac{\sum N_i M_i}{\sum N_i} = \frac{\sum W_i}{\sum \frac{W_i}{M_i}}$$
    $$\text{수평균 분자량 } M_n = \frac{100 + 50 + 50}{\frac{100}{1.0 \times 10^4} + \frac{50}{2.5 \times 10^4} + \frac{50}{1.0 \times 10^5}}$$
    $$\text{수평균 분자량 } M_n = 16000$$
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67. 다음 중 고분자의 유리전이온도를 측정하는 방법이 아닌 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. differential scanning calorimetry
  2. dilatometry
  3. thermal gravimetric analysis
  4. dynamic mechanical analysis
(정답률: 53%)
  • 유리전이온도($T_g$)는 시료의 비열 변화(DSC), 부피 변화(Dilatometry), 점탄성 변화(DMA) 등을 통해 측정할 수 있습니다.

    오답 노트
    thermal gravimetric analysis: 질량 변화를 측정하여 열분해 온도를 분석하는 방법으로, 유리전이온도를 측정할 수 없습니다.
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68. 인광석을 가열처리하여 불소를 제거하고 아파 타이트 구조를 파괴하여 구용성인 비료로 만든 것은?

  1. 메타인산칼슘
  2. 소성인비
  3. 과린산석회
  4. 인산암모늄
(정답률: 57%)
  • 인광석을 고온으로 가열처리(소성)하면 불소가 제거되고 결정 구조가 파괴되어 수용성이 증가하는데, 이렇게 만들어진 비료를 소성인비라고 합니다.
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69. 무수염산의 제법에 속하지 않는 것은?

  1. 직접합성법
  2. 농염산증류법
  3. 염산분해법
  4. 흡착법
(정답률: 50%)
  • 무수염산은 직접합성법, 농염산증류법, 흡착법 등을 통해 제조하며, 염산분해법은 무수염산을 제조하는 일반적인 제법에 해당하지 않습니다.
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70. 다음 중 중과린산 석회의 반응은?

  1. Ca(PO4)2+2H2SO4+5H2O⇔CaH4(PO4)2∙H2O+2[CaSO4∙2H2O]
  2. Ca3(PO4)2+4H3PO4+3H2O⇔2[CaH4(PO4)2∙H2O]
  3. Ca3PO4+4HCl⇔CaH4(PO4)2+2CaCl2
  4. CaH4(PO4)2+NH3⇔NH4H2PO4+CaHPO4
(정답률: 59%)
  • 중과린산 석회는 인산칼슘과 인산이 반응하여 생성되는 물질로, 그 화학 반응식은 다음과 같습니다.
    $$\text{Ca}_{3}(\text{PO}_{4})_{2} + 4\text{H}_{3}\text{PO}_{4} + 3\text{H}_{2}\text{O} \Leftrightarrow 2[\text{CaH}_{4}(\text{PO}_{4})_{2} \cdot \text{H}_{2}\text{O}]$$
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71. 다음 중 황산암모늄의 제조법이 아닌 것은?

  1. 합성황안법
  2. 순환황안법
  3. 변성황안법
  4. 부생황안법
(정답률: 47%)
  • 황산암모늄의 제조법에는 합성황안법, 변성황안법, 부생황안법 등이 있으며, 순환황안법은 해당 제조 공정에 포함되지 않습니다.
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72. 석유정제에 사용되는 용제가 갖추어야 하는 조건이 아닌 것은?

  1. 선택성이 높아야 한다.
  2. 추출할 성분에 대한 용해도가 높아야 한다.
  3. 용제의 비점과 추출성분의 비점의 차이가 적어야 한다.
  4. 독성이나 장치에 대한 부식성이 적어야 한다.
(정답률: 71%)
  • 효율적인 추출을 위해서는 용제와 추출 성분을 분리하기 쉽도록 두 물질의 비점 차이가 충분히 커야 합니다.

    오답 노트
    선택성 높음: 특정 성분만 골라내야 함
    용해도 높음: 추출 성분이 잘 녹아야 함
    부식성/독성 적음: 안전 및 장치 보호 필요
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73. 산과 알코올이 어떤 반응을 일으켜 에스테르가 생성되는가?

  1. 검화
  2. 환원
  3. 축합
  4. 중화
(정답률: 66%)
  • 산과 알코올이 반응하여 물 분자가 빠져나오면서 에스테르가 생성되는 반응은 두 분자가 결합하며 작은 분자가 빠져나오는 축합 반응의 대표적인 예입니다.
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74. 암모니아 소오다법에서 NH3회수에 사용하는 것은?

  1. CaCO3
  2. CaCl2
  3. Ca(OH)2
  4. H2O
(정답률: 52%)
  • 암모니아 소오다법에서 반응 후 남은 암모니아를 회수하기 위해 수산화칼슘 $\text{Ca(OH)}_2$를 가하여 암모니아 가스를 분리해냅니다.
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75. HNO3 14.5%, H2SO4 50.5%, HNOSO4 12.5%, H2O 20.0%, nitrobody 2.5%의 조성을 가지는 혼산을 사용하여 toluene으로부터 mono nitrotoluene을 제조하려고 한다. 이때 1700kg의 toluene을 12000kg의 혼산으로 니트로화했다면 DVS(dehydrating value of sulfuric acid)는?

  1. 1.87
  2. 2.21
  3. 3.04
  4. 3.52
(정답률: 48%)
  • DVS(황산의 탈수값)는 니트로화 반응 시 생성되는 물을 흡수하기 위해 필요한 황산의 양과 실제 투입된 황산의 비율을 나타내는 지표입니다.
    ① [기본 공식] $DVS = \frac{W_{\text{H}_2\text{SO}_4}}{W_{\text{H}_2\text{O, produced}}}$
    ② [숫자 대입] $DVS = \frac{12000 \times 0.505}{1700 \times \frac{63.5}{92.1}}$
    ③ [최종 결과] $DVS = 2.21$
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76. 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록공중합체를 제조하는 방법은?

  1. 양이온 중합
  2. 리빙 음이온 중합
  3. 라디칼 중합
  4. 메탈로센 중합
(정답률: 60%)
  • 스타이렌-부타디엔-스타이렌(SBS)과 같은 블록공중합체는 사슬 끝의 활성이 유지되어 성장을 계속할 수 있는 리빙 음이온 중합법을 통해 정밀하게 제조합니다.
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77. 황산 공업의 원료가 될 수 없는 것은?

  1. 섬아연광
  2. 자류철광
  3. 황화철광
  4. 자철광
(정답률: 58%)
  • 황산 공업의 원료는 황(S) 성분을 함유한 광석이어야 합니다. 자철광은 주성분이 $\text{Fe}_3\text{O}_4$로 황 성분이 없으므로 원료로 사용할 수 없습니다.

    오답 노트
    섬아연광, 자류철광, 황화철광: 황화물 형태의 황을 포함하고 있어 원료로 가능함
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78. 중질유의 점도를 내릴 목적으로 중질유를 약 20기압과 약 500℃에서 열분해시키는 공정은?

  1. Coking process
  2. Hydroforming process
  3. Reforming process
  4. Visbreaking process
(정답률: 63%)
  • 중질유의 점도를 낮추기 위해 고온($500^{\circ}C$)과 고압($20\text{atm}$) 조건에서 열분해하여 유동성을 높이는 공정은 Visbreaking process입니다.
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79. 질산의 직접 합성 반응이 다음과 같을 때 반응 후 응축하여 생성된 질산 용액의 농도는 얼마인가?

  1. 68%
  2. 78%
  3. 88%
  4. 98%
(정답률: 69%)
  • 화학 양론적 계수를 바탕으로 생성물인 질산과 물의 질량비를 계산하여 농도를 구합니다.
    반응식: $NH_3 + 2O_2 \Leftrightarrow HNO_3 + H_2O$
    질산($HNO_3$)의 분자량은 $63$, 물($H_2O$)의 분자량은 $18$입니다.
    $$\text{농도} = \frac{\text{질산 질량}}{\text{질산 질량} + \text{물 질량}} \times 100$$
    $$\text{농도} = \frac{63}{63 + 18} \times 100$$
    $$\text{농도} = 77.77... \approx 78\%$$
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80. 장치재료의 선택에는 재료가 사용되는 환경에서의 안정성이 중요한 변수가 된다. 다음의 재료 변화에 대한 설명 중 반응기구가 다른 것은?

  1. PbS로부터 Pb의 석출
  2. Fe 표면위에 녹 [Fe(OH)3] 생성
  3. Al 표면위에 Al2O3 생성
  4. 산용액 내에서 Cu와 Zn금속이 접할 때 Zn의 용출
(정답률: 51%)
  • PbS로부터 Pb의 석출은 환원 반응에 의한 금속 회수 과정인 반면, 나머지 보기들은 금속 표면에 산화막이 형성되거나 전위차에 의한 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)이 일어나는 산화/부식 반응 기구입니다.
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5과목: 반응공학

81. 그림과 같이 직렬로 연결된 혼합 흐름 반응기에서 액상 1차 반응이 진행될 때 입구의 농도가 C0이고 출구의 농도가 C2일 때 부피가 최소로 되기 위한 조건이 아닌 것은?

  4. V1=V2
(정답률: 54%)
  • 직렬로 연결된 동일한 액상 1차 반응기에서 전체 부피가 최소가 되기 위해서는 각 반응기의 부피가 동일해야 하며, 중간 농도 $C_1$은 입구 농도 $C_0$와 출구 농도 $C_2$의 기하평균 값이어야 합니다.

    오답 노트
    $$\frac{d(\tau_1 + \tau_2)}{dC_1} = 1$$ : 부피 최소화 조건인 미분값이 0이 되어야 함과 일치하지 않는 식입니다.
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82. 무차원 반응속도상수(dimensionless reaction rate group)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 전화율(conversion)에 대한 공간시간(space time)의 도표에서 매개변수 (parameter)로 중요하다.
  2. 1차 반응에서는 k 이다.
  3. 2차 반응에서는 kt이다.
  4. 3차 반응에서는 kCA0t이다.
(정답률: 44%)
  • 무차원 반응속도상수는 반응의 차수와 상관없이 전화율과 공간시간의 관계를 나타내는 도표에서 시스템의 특성을 결정짓는 중요한 매개변수로 활용됩니다.
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83. CNBr(A)과 메틸아민(B)와의 액상반응은 2차 반응으로 알려져 있으며 10℃에서 k=2.22L/s*mol 이다. 플러그흐름 반응기에서 체류시간이 4초이고 CA0=CB0=0.1mol/L일 때 반응기를 나가는 반응생성물 중의 CNBr 농도 CA는 약 얼마인가?

  1. 0.021
  2. 0.032
  3. 0.045
  4. 0.053
(정답률: 28%)
  • 동일한 초기 농도를 가진 2차 반응의 플러그흐름 반응기(PFR)에서 나가는 농도는 다음의 적분 속도식을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{C_A} = \frac{1}{C_{A0}} + k \tau$
    ② [숫자 대입]- $\frac{1}{C_A} = \frac{1}{0.1} + 2.22 \times 4$
    ③ [최종 결과] $C_A = \frac{1}{10 + 8.88} = 0.0529 \approx 0.053 \text{mol/L}$
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84. 단일 이상형 반응기(single ideal reactor)에 해당하지 않는 것은?

  1. 플러그흐름 반응기(plug flow reactor)
  2. 회분식 반응기(batch reactor)
  3. 매크로유체 반응기(macro fluid reactor)
  4. 혼합흐름 반응기(mixed flow reactor)
(정답률: 71%)
  • 이상형 반응기는 반응기 내의 혼합 상태를 단순화하여 모델링한 것으로, 플러그흐름 반응기(PFR), 회분식 반응기(Batch), 혼합흐름 반응기(CSTR)가 이에 해당합니다. 매크로유체 반응기는 이상형 반응기의 분류에 포함되지 않습니다.
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85. CSTR에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 비교적 온도 조절이 용이하다.
  2. 약한 교반이 요구될 때 사용된다.
  3. 높은 전화율을 얻기 위해서 큰 반응기가 필요하다.
  4. 반응기 부피당 반응물의 전화율은 흐름 반응기들 중에서 가장 작다.
(정답률: 64%)
  • CSTR(연속 교반 탱크 반응기)은 반응기 내부의 농도와 온도가 균일하게 유지되어야 하므로, 매우 강력한 교반이 필수적으로 요구됩니다.

    오답 노트
    약한 교반이 요구될 때 사용된다: 강력한 교반이 필요함
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86. 비가역 직렬반응 A → R →S에서 1단계는 2차반응, 2단계는 1차반응으로 진행되고 R이 원하는 제품일 경우 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. A의 농도를 높게 유지할수록 좋다.
  2. 반응 온도를 높게 유지할수록 좋다.
  3. 혼합 반응기가 플러그 반응기보다 성능이 더 좋다.
  4. A의 농도는 R의 수율과 직접 관계가 없다.
(정답률: 67%)
  • 직렬반응 $A \rightarrow R \rightarrow S$에서 중간 생성물 R의 수율을 높이려면, R의 생성 속도는 높이고 R이 S로 분해되는 속도는 억제해야 합니다. 1단계가 2차 반응이므로 A의 농도를 높게 유지할수록 R의 생성 속도가 비약적으로 증가하여 수율 향상에 유리합니다.
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87. 다음과 같은 액상 등온반응이 순수한 A로부터 출발하여 혼합반응기에서 전화율 XAf=0.90, R의 총괄수율 0.75로 진행된다면 반응기를 나오는의 농도는 몇 mol/L인가? (단, CA0=5.0mol/L이다.)

  1. 0.75
  2. 3.38
  3. 3.75
  4. 4.5
(정답률: 36%)
  • 총괄수율은 반응한 A의 양 대비 생성된 R의 양으로 정의됩니다. 주어진 조건에서 $C_{A0} = 5.0 \text{mol/L}$, 전화율 $X_{Af} = 0.90$, 총괄수율 $S = 0.75$를 이용하여 생성물 R의 농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $S = \frac{C_{Rf} - C_{R0}}{C_{A0} - C_{Af}} = \frac{C_{Rf} - C_{R0}}{C_{A0} X_{Af}}$
    ② [숫자 대입] $0.75 = \frac{C_{Rf} - 0}{5.0 \times 0.90}$
    ③ [최종 결과] $C_{Rf} = 3.375 \approx 3.38 \text{mol/L}$
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88. 균일상 1차 반응을 이용하여 그림과 같이 크기가 다른 두 개의 연속 혼합류 반응기에서 어떤 생성물을 얻고자 한다. 다음 중 1호 반응기의 공간시간 τ1을 가장 옳게 표현한 식은? (단, FA0은 반응물의 몰 공급속도, CA0는 반응물 중 A의 초기농도, V1은 반응기 부피이다.)

(정답률: 61%)
  • 공간시간 $\tau$는 반응기의 부피를 단위 시간당 유입되는 부피 유량으로 나눈 값입니다. 몰 공급속도 $F_{A0}$와 초기농도 $C_{A0}$의 관계를 통해 부피 유량 $v_0 = F_{A0} / C_{A0}$로 정의할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\tau_1 = \frac{V_1}{v_0}$
    ② [숫자 대입] $\tau_1 = \frac{V_1}{F_{A0} / C_{A0}}$
    ③ [최종 결과] $\tau_1 = \frac{C_{A0}V_1}{F_{A0}}$
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89. 다음 반응에서 -ln(CA/CA0)를 t로 plot하여 직선을 얻었다. 이 직선의 기울기는? (단, 두 반응 모두 1차 비가역반응이다.)

  1. k1
  2. k2
  3. k1/k2
  4. k1+k2
(정답률: 57%)
  • 제시된 반응식 $A \xrightarrow{k_1} R$ 및 $A \xrightarrow{k_2} S$는 $A$가 두 가지 경로로 동시에 소모되는 병렬 1차 반응입니다. $A$의 전체 소모 속도는 두 반응 속도 상수의 합에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $-\ln(\frac{C_A}{C_{A0}}) = (k_1 + k_2)t$
    ② [숫자 대입] 기울기는 $t$의 계수인 $k_1 + k_2$가 됩니다.
    ③ [최종 결과] $k_1 + k_2$
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90. 플러그흐름반응기 또는 회분식 반응기에서 비가역 직렬 반응 A → R → S, k1=2min-1, k2=1min-1이 일어날 때 CR이 최대가 되는 시간은?

  1. 0.301
  2. 0.693
  3. 1.443
  4. 3.332
(정답률: 50%)
  • 비가역 직렬 반응에서 중간 생성물 $R$의 농도가 최대가 되는 시간은 반응 속도 상수 $k_1$과 $k_2$의 관계식으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $t_{max} = \frac{\ln(k_2 / k_1)}{k_2 - k_1}$
    ② [숫자 대입] $t_{max} = \frac{\ln(1 / 2)}{1 - 2}$
    ③ [최종 결과] $t_{max} = 0.693$
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91. 유동층 반응기에 대한 설명 중 가장 거리가 먼 내용은?

  1. 유동층에서의 전화율은 고정층 반응기에 비하여 낮다.
  2. 유동화 물질은 대부분 고체이다.
  3. 석유나프타의 접촉분해 공정에 적합하다.
  4. 작은 부피의 유체를 처리하는데 적합하다.
(정답률: 40%)
  • 유동층 반응기는 대량의 유체를 처리하기에 적합하며, 고체 촉매 입자가 유체에 의해 부유하여 유동화되는 특성을 가집니다. 따라서 작은 부피의 유체를 처리하는데 적합하다는 설명은 유동층의 목적과 거리가 멉니다.
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92. 다음 그림에 해당하는 반응 형태는?

(정답률: 39%)
  • 제시된 그래프 를 보면 반응물 $A$가 감소하고 중간체 $R$이 생성되었다가 다시 감소하며, 최종 생성물 $S$가 증가하는 전형적인 직렬 반응의 농도 변화를 보입니다. 또한 최종적으로 평형 상태에 도달하는 가역 반응의 특성을 가지므로, 정답은 형태의 가역 직렬 반응입니다.
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93. 다음 중 Damkohler가 화학반응속도론에 기여한 내용은?

  1. 전이상태(transition state)에 대한 양자 통계론적인 취급법이 화학반응 속도론에 적용된다는 사실을 지적하였다.
  2. Langmuir의 활성화 흡착설을 촉매반응 등의 불균일계 반응에 적용, 해석하였다.
  3. 유체역학적 인자들과 경계층 현상 등이 화학반응 속도에 영향을 미친다는 사실을 지적하였다.
  4. 연쇄반응(chain reaction)에 대한 이론을 확립하였다.
(정답률: 42%)
  • Damkohler는 화학 반응 공정에서 반응 속도뿐만 아니라 유체역학적 인자와 경계층 현상(물질 전달 제한)이 전체 반응 속도에 결정적인 영향을 미친다는 점을 체계적으로 지적하였습니다.
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94. 1차 직렬반응 일 경우 로 볼 수 있다. 이 때 k 값은?

  1. 11.00S-1
  2. 9.52S-1
  3. 0.11S-1
  4. 0.09S-1
(정답률: 42%)
  • 1차 직렬반응 $A \xrightarrow{k_1} R \xrightarrow{k_2} S$에서 전체 반응을 $A \xrightarrow{k} S$로 간주할 때, 전체 속도상수 $k$는 가장 느린 단계(속도 결정 단계)에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{k} = \frac{1}{k_1} + \frac{1}{k_2}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{k} = \frac{1}{200} + \frac{1}{10}$
    ③ [최종 결과] $k = 9.52\text{ s}^{-1}$
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95. Arrhenius법칙에서 속도상수 k와 반응온도 T의 관계를 옳게 설명한 것은?

  1. k와 T는 직선관계가 있다.
  2. ln K와 1/T은 직선관계가 있다.
  3. ln K와 ln(1/T)은 직선관계가 있다.
  4. ln K와 T는 직선관계가 있다.
(정답률: 67%)
  • Arrhenius 법칙은 속도상수 $k$와 절대온도 $T$의 관계를 $\ln k = \ln A - \frac{E_a}{RT}$로 나타냅니다. 이 식은 $\ln k$와 $\frac{1}{T}$ 사이의 선형 관계(직선 관계)를 가짐을 의미합니다.
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96. A →3R인 반응에서 A만으로 시작하여 완전히 전화되었을 때 계의 부피변화율은 얼마인가? (단, 기상반응이며, 반응압력은 일정하다.)

  1. 0.5
  2. 1.0
  3. 1.5
  4. 2.0
(정답률: 60%)
  • 기상 반응에서 반응 압력이 일정할 때, 부피 변화율은 반응 전후의 전체 몰수 변화 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{V_{final} - V_{initial}}{V_{initial}} = \frac{n_{final} - n_{initial}}{n_{initial}}$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \frac{3 - 1}{1}$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 2.0$
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97. 다음은 단열 조작선의 그림이다. 그림의 기울기는 로 나타내는데 이 기울기가 큰 경우에는 어떤 형태의 반응기가 가장 좋겠는가? (단, Cp는 정압열용량, △Hr은 반응열이다.)

  1. 플러그흐름(plug flow)
  2. 혼합흐름(mixed flow)
  3. 교반형
  4. 순환형
(정답률: 64%)
  • 단열 조작선의 기울기인 $\frac{C_p}{-\Delta H_r}$가 크다는 것은 온도 변화에 따른 전환율의 변화가 완만함을 의미합니다. 이 경우 반응기 내에서 농도와 온도가 연속적으로 변화하며 반응이 진행되는 플러그흐름(plug flow) 반응기가 가장 효율적입니다.
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98. 어떤 물질의 분해반응은 1차반응으로, 99%까지 분해하는데 6646초가 소요되었다고 한다면, 50%까지 분해하는데 몇 초가 걸리겠는가?

  1. 100초
  2. 500초
  3. 1000초
  4. 1500초
(정답률: 65%)
  • 1차 반응에서 반응 속도 상수를 먼저 구한 뒤, 반감기(50% 분해 시간)를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k}, \quad k = \frac{-\ln(1-X)}{t}$
    ② [숫자 대입] $k = \frac{-\ln(1-0.99)}{6646}, \quad t_{1/2} = \frac{0.693}{0.000693}$
    ③ [최종 결과] $t_{1/2} = 1000$
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99. 방사성 물질의 감소는 1차반응 공정을 따른다. 방사성 Kr-89(반감기 = 76min)을 1일 동안 두면방사능은 처음 값의 약 몇 배가 되는가?

  1. 1×10-6
  2. 2×10-6
  3. 1×10-5
  4. 2×10-5
(정답률: 53%)
  • 1차 반응의 반감기를 이용하여 시간 경과에 따른 잔류량의 비율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{N}{N_0} = (\frac{1}{2})^{\frac{t}{t_{1/2}}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{N}{N_0} = (\frac{1}{2})^{\frac{24 \times 60}{76}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{N}{N_0} = 2 \times 10^{-6}$
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100. 균일계 액상 병렬반응이 다음과 같을 때 R의 순간 수율은?

  1. 1/(1+CB)
  3. 1/(1+CA)
(정답률: 57%)
  • 순간 수율은 원하는 생성물 R의 생성 속도를 전체 반응 속도(R의 생성 속도 + S의 생성 속도)로 나눈 값입니다.
    주어진 반응식은 다음과 같습니다.
    $$A + B \rightarrow R, \frac{dC_R}{dt} = 1.0 C_A^{0.5} C_B^{0.5}$$
    $$A + B \rightarrow S, \frac{dC_S}{dt} = 1.0 C_A^{0.5} C_B^{1.5}$$
    ① [기본 공식] $\text{Yield} = \frac{\frac{dC_R}{dt}}{\frac{dC_R}{dt} + \frac{dC_S}{dt}}$
    ② [숫자 대입] $\text{Yield} = \frac{1.0 C_A^{0.5} C_B^{0.5}}{1.0 C_A^{0.5} C_B^{0.5} + 1.0 C_A^{0.5} C_B^{1.5}}$
    ③ [최종 결과] $\text{Yield} = \frac{1}{1 + C_B}$
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