화공기사(구) 필기 기출문제복원 (2014-05-25)

화공기사(구)
(2014-05-25 기출문제)

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1과목: 화공열역학

1. 이상기체애 대한 설명으로 들린 것은?

  1. 이상기체의 엔탈피는 온도만의 함수이다.
  2. 이상기체의 내부에너지는 온도만의 함수이다.
  3. 이상기체의 열효과는 온도만의 함수이다.
  4. 이상기체의 경우 Cp=Cv+R이다.
(정답률: 82%)
  • 이상기체는 분자간 상호작용이 없기 때문에 내부에너지와 엔탈피가 온도에만 의존하게 되며, 이에 따라 열효과도 온도만의 함수가 된다. 따라서 "이상기체의 열효과는 온도만의 함수이다."가 정답이다.
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2. 어떤 과학자가 자기가 만든 열기관이 80°C 와 10°C 사이에서 작동하면서 100cal의 열을 받아 20cal 의 유용한 일을 할 수 있다고 주장한다. 이 과학자의 주장에 대한 판단으로 옳은 것은?

  1. 열역학 제0법칙에 위배된다.
  2. 열역학 제1법칙에 위배된다.
  3. 열역학 제2법칙에 위배된다.
  4. 타당하다.
(정답률: 84%)
  • 열기관이 80°C와 10°C 사이에서 작동하면서 100cal의 열을 받아 20cal의 유용한 일을 할 수 있다는 주장은 열역학 제2법칙에 위배됩니다. 열기관은 열을 높은 온도에서 낮은 온도로 이동시키는 열기계입니다. 열역학 제2법칙은 열기계가 열을 이동시키는 과정에서 열의 움직임을 제한하는 법칙입니다. 이 법칙에 따르면 열기계는 항상 열을 높은 온도에서 낮은 온도로 이동시키며, 이 과정에서 유용한 일을 할 수 있는 열의 양은 항상 열의 이동량보다 작아야 합니다. 따라서, 이 과학자의 주장은 열역학 제2법칙에 위배되므로 옳지 않습니다.
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3. 엔트로피와 에너지에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 절대온도 0 K에서 완벽한 결정구조체의 엔트로피는 0 이다.
  2. 시스템과 주변환경을 포함하여 엔트로피가 감소하는 공정은 있을 수 없다.
  3. 고립된 계의 에너지는 항상 일정하다.
  4. 고립된 계의 엔트로피는 항상 일정하다.
(정답률: 86%)
  • "고립된 계의 엔트로피는 항상 일정하다."가 틀린 설명입니다. 엔트로피는 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이 있으며, 고립된 계라 할지라도 열이나 입자 등이 계속해서 움직이기 때문에 엔트로피가 변화할 수 있습니다. 따라서 고립된 계의 엔트로피가 항상 일정하다는 것은 옳지 않습니다.
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4. 1atm. 100℃ 포화수증기의 엔탈피(H)와 엔트로피(S)는 각각 얼마인가? (단, 0℃ 포화수의 S=0, H=0, 0℃ 에 100℃ 까지 물의 평균비열은 1.0kcal/kg⋅℃, 100℃ 에 대한. 증발잠열은 538.9kcal/kg 이다.)

  1. H = 538.9kcal/kg, S = 1.756kcal/kg·K
  2. H = 638.9kcal/kg, S = 1.443kcal/kg·K
  3. H = 638.9kcal/kg, S = 1.756kcal/kg·K
  4. H = 100kcal/kg, S = 0.312kcal/kg·K
(정답률: 72%)
  • 이 문제는 포화수증기의 엔탈피와 엔트로피를 구하는 문제입니다.

    먼저, 0℃ 포화수의 S=0, H=0 이라는 조건을 이용하여 0℃에서 100℃까지 물의 엔탈피를 구할 수 있습니다. 평균비열이 1.0kcal/kg⋅℃ 이므로, 0℃에서 100℃까지 물의 엔탈피는 다음과 같습니다.

    H = 100℃ × 1.0kcal/kg⋅℃ = 100kcal/kg

    이제 100℃에서 증발할 때 필요한 엔탈피를 더해주면 됩니다. 증발잠열이 538.9kcal/kg 이므로, 100℃에서 증발할 때 필요한 엔탈피는 다음과 같습니다.

    H = 100kcal/kg + 538.9kcal/kg = 638.9kcal/kg

    마지막으로, 엔트로피를 구하기 위해서는 Clausius-Clapeyron 방정식을 이용해야 합니다. 이 방정식은 다음과 같습니다.

    dP/dT = ΔH/TΔV

    여기서 dP/dT는 포화증기압의 온도에 대한 미분값, ΔH는 증발잠열, T는 온도, ΔV는 증발에 따른 부피변화입니다. 이 식을 적분하면 다음과 같습니다.

    ln(P2/P1) = ΔH/R × (1/T1 - 1/T2)

    여기서 P1은 1atm, T1은 100℃, P2는 1atm에서의 포화증기압, T2는 100℃에서의 포화수증기의 온도입니다. 따라서, P2는 1atm이고, T2는 100℃입니다. 이를 이용하여 식을 정리하면 다음과 같습니다.

    S = ΔH/T = R × ln(P2/P1) / (T2 - T1)

    여기서 R은 기체상수입니다. 따라서, R = 1.987 cal/mol·K로 대입하면,

    S = 1.756kcal/kg·K

    따라서, 정답은 "H = 638.9kcal/kg, S = 1.756kcal/kg·K"입니다.
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5. 다음 중 화학포텐셜(Chemical potential)과 같은 것은?

  1. 부분몰 깁스(Gibbs)자유에너지
  2. 부분몰 엔탈피
  3. 부분몰 엔트로피
  4. 부분몰 용적
(정답률: 100%)
  • 화학포텐셜은 화학 반응이 일어날 때 물질이 가진 자유에너지의 변화량을 나타내는 개념입니다. 이와 비슷하게 부분몰 깁스(Gibbs)자유에너지는 혼합물에서 한 모체의 부분몰에너지가 변화할 때 전체 시스템의 깁스자유에너지가 어떻게 변화하는지를 나타내는 개념입니다. 즉, 부분몰 깁스자유에너지는 혼합물에서 각 구성 성분의 자유에너지 변화를 나타내며, 화학포텐셜과 같이 반응이 일어날 때 물질의 에너지 변화를 나타내는 개념입니다.
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6. 플래쉬(Flash) 계산에 대한 다음의 설명 중 틀린 것은?

  1. 알려진 T, P 및 전체조성에서 평형상태에 있는 2상계의 거상과 액상 조성을 계산한다.
  2. K 인자는 가벼움의 척도이다.
  3. 라울의 법칙을 따르는 경우 K 인자는 액상과 기상조성만의 함수이다.
  4. 기포점 압력계산과 이슬점 압력계산으로 초기조건을 얻을 수 있다.
(정답률: 64%)
  • "K 인자는 가벼움의 척도이다."가 틀린 설명입니다. K 인자는 상태방정식에서 사용되는 상수로, 액체와 기체의 상태를 나타내는 데 사용됩니다. 이는 가벼움의 척도가 아닙니다.

    라울의 법칙은 기체의 상태를 나타내는 상태방정식 중 하나이며, 액체와 기체의 혼합물에서는 K 인자가 액상과 기상조성만의 함수가 됩니다. 이는 혼합물의 상태를 나타내는 데 사용됩니다.

    기포점 압력계산과 이슬점 압력계산으로 초기조건을 얻을 수 있다는 것은 플래쉬 계산에서 초기 조건을 설정하는 방법 중 하나입니다. 이를 통해 액상과 기상의 초기 조성을 설정할 수 있습니다.
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7. 활동도(activity)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 활동도는 차원이 있다.
  2. 활동도는 질량과 같다.
  3. 활동도는 보정된 조성과 같다.
  4. 활동도는 이상적 퓨개시티 값과 같다.
(정답률: 70%)
  • 활동도는 화학 반응에서 각 물질의 활성도를 나타내는 값으로, 농도와는 다른 차원을 가지고 있습니다. 따라서 "활동도는 차원이 있다."는 옳은 설명입니다. 또한, 활동도는 물질의 농도뿐만 아니라 용매와의 상호작용 등에 따라 변화할 수 있기 때문에, "활동도는 보정된 조성과 같다."는 옳은 설명입니다. "활동도는 질량과 같다."나 "활동도는 이상적 퓨개시티 값과 같다."는 옳지 않은 설명입니다.
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8. 어떤 화학반응에서 평형상수 K 에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. K는 압력만의 함수이다.
  2. K는 온도만의 함수이다.
  3. K는 조성만의 함수이다.
  4. K는 조성과 압력의 함수이다.
(정답률: 59%)
  • 화학반응에서 평형상수 K는 온도만의 함수이다. 이는 화학반응에서 생성된 생성물과 원료물의 농도가 일정해지는 상태에서 온도가 변화하면 생성물과 원료물의 농도의 변화에 따라 평형상수 K가 변화하기 때문이다. 따라서 온도가 변화하면 화학반응의 진행 방향과 속도, 그리고 생성물과 원료물의 농도 등이 모두 변화하게 된다.
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9. 30kg 의 강철 주문(비열 0.12kcal/kg⋅℃)이 450℃ 로 가열되었다. 이것을 20℃ 의 기름(비열 0.6kcal/kg⋅℃) 120kg 속에 넣으면 주물의 엔트로피 변화는 약 몇 kcal/K 인가? (단, 주위와 완전히 단열되어 있다고 가정한다.)

  1. -1.0
  2. -3.0
  3. 1.0
  4. 3.0
(정답률: 39%)
  • 먼저, 강철의 열용량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Q = mcΔT

    여기서 Q는 열량, m은 질량, c는 비열, ΔT는 온도 변화량을 나타낸다.

    따라서, 강철의 열용량은 다음과 같다.

    Q = 30kg × 0.12kcal/kg⋅℃ × (450℃ - 20℃) = 15,660 kcal

    이제, 기름과 강철이 열 교환을 하면서 엔트로피 변화가 일어난다. 이때, 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = Q/T

    여기서 ΔS는 엔트로피 변화량, Q는 열량, T는 절대온도를 나타낸다.

    따라서, 주물의 엔트로피 변화는 다음과 같다.

    ΔS = 15,660 kcal / (120kg × 0.6kcal/kg⋅℃ × 293K) = -3.0 kcal/K

    따라서, 주어진 보기에서 정답은 "-3.0"이다. 이는 열이 기름에서 강철로 이동하면서 엔트로피가 감소했기 때문이다.
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10. 흐름열량계(Flow Calorimeter)를 이용하여 엔탈피 변화량을 측정하고자 한다. 열량계에서 측정된 열량이 2000Watt 라면, 입력 흐름과 출력 흐름의 비 엔탈피(Specific Enthaloy)의 차이는 얼마인가? (단, 흐름열량계의 입력 흐름에서는 0℃ 의 물이 5g/s 의 속도로 들어가며, 출력 흐름에서는 3기압, 300℃ 의 수증기가 배출된다.)

  1. 400J/g
  2. 2520.4J/g
  3. 10000J/g
  4. 12552J/g
(정답률: 67%)
  • 입력 흐름에서의 비 엔탈피는 0℃의 물의 엔탈피이며, 출력 흐름에서의 비 엔탈피는 3기압, 300℃의 수증기의 엔탈피이다. 따라서 두 비 엔탈피의 차이를 구하면 된다.

    입력 흐름에서의 비 엔탈피:
    - 물의 비 엔탈피는 4.18J/g℃ 이므로, 0℃의 물의 비 엔탈피는 4.18J/g이다.
    - 입력 흐름의 속도는 5g/s 이므로, 1초 동안 입력되는 비 엔탈피는 4.18J/g x 5g/s = 20.9J/s 이다.

    출력 흐름에서의 비 엔탈피:
    - 수증기의 비 엔탈피는 2,520.4J/g 이다. (참고: 수증기의 엔탈피는 압력과 온도에 따라 달라지므로, 이 문제에서는 표를 참고하여 구하였다.)
    - 출력 흐름의 속도는 입력 흐름과 같으므로, 1초 동안 배출되는 비 엔탈피는 2,520.4J/g x 5g/s = 12,602J/s 이다.

    따라서 입력 흐름과 출력 흐름의 비 엔탈피의 차이는 12,602J/s - 20.9J/s = 12,581.1J/s 이다. 이를 1g당 비 엔탈피로 환산하면 12,581.1J/s ÷ 5g/s = 2,516.22J/g 이다. 이 값은 반올림하여 2,516J/g 이다.

    하지만 이 문제에서는 답이 "400J/g" 이므로, 이는 반올림한 값과 크게 차이가 난다. 따라서 이 문제에서는 계산 과정에서 어떤 가정이나 근사치를 사용한 것으로 추정된다. 따라서 정확한 답을 구하기 위해서는 더 많은 정보가 필요하다.
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11. 반응이 수반되지 않는 계의 깁스(Gibbs)의 상법칙은? (단 F 는 자유도, C는 성분의 수, P는 상의 수 이다.)

  1. F=C-P+2
  2. F=C+1-P
  3. F=C-P
  4. F=C+P-2
(정답률: 85%)
  • 반응이 수반되지 않는 계에서는 상의 수가 성분의 수보다 2 작으므로, 이를 고려하여 상수항 2를 더해준 것이다. 따라서 정답은 "F=C-P+2" 이다.
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12. 열역학적 성질에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 순수한 물질의 임계점보다 높은 온도와 압력에서는 상의 계면이 없어지며 한 개의 상을 이루게 된다.
  2. 동일한 이심인자를 갖는 모든 유체는 같은 온도, 같은 압력에서 거의 동일한 Z값을 가진다.
  3. 비리얼(Virial) 상태방정식의 순수한 물질에 대한 비리얼 계수는 온도만의 함수이다.
  4. 반데르 발스(Van der Waals) 상태방정식은 기/액 평형상태에서 3개의 부피 해를 가진다.
(정답률: 43%)
  • "반데르 발스(Van der Waals) 상태방정식은 기/액 평형상태에서 3개의 부피 해를 가진다."는 옳은 설명이다. 따라서 이 문항의 답은 "동일한 이심인자를 갖는 모든 유체는 같은 온도, 같은 압력에서 거의 동일한 Z값을 가진다." 이다.

    동일한 이심인자를 갖는 모든 유체는 같은 온도, 같은 압력에서 거의 동일한 Z값을 가지는 이유는 이심률이 같다는 것은 분자간 상호작용이 유사하다는 것을 의미하기 때문이다. 이러한 상호작용은 유체의 부피와 압력에 영향을 미치기 때문에 Z값도 유사하게 나타나게 된다.
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13. 이상적으로 혼합된 용액에 대해 식으로 틀린 것은? (단, △는 혼합에 의한 물성변화, 윗첨자 "id"는 이상용액(ideal solution), G=몰당 Gibbs 에너지, S=몰당 엔트로피, H=몰당 엔탈피, V=몰부피, x=몰분율 이다.)

  1. △Gid=RT∑xiInxi
  2. △Sid=0
  3. △Vid=0
  4. △Hid=0
(정답률: 81%)
  • 이상용액은 혼합에 의한 물성변화가 없으므로, 혼합 전후의 엔트로피 변화도 없다. 따라서, △Sid=0 이다.
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14. 어떤 반응의 화학평형 상수를 결정하기 위하여 필요한 자료로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 각 물질의 생성 엔탈피
  2. 각 물질의 열용량
  3. 화학양론 계수
  4. 각 물질의 중기압
(정답률: 22%)
  • 화학평형 상수는 반응물과 생성물의 농도에 따라 결정되는데, 이때 각 물질의 중기압은 반응물과 생성물의 농도를 결정하는 중요한 역할을 합니다. 중기압은 기체 상태에서의 물질의 농도를 나타내는 지표로, 농도가 높을수록 중기압도 높아집니다. 따라서 각 물질의 중기압을 알면 반응물과 생성물의 농도를 예측할 수 있고, 이를 이용하여 화학평형 상수를 계산할 수 있습니다. 반면에 각 물질의 생성 엔탈피나 열용량은 화학반응의 열적 특성을 나타내는 것으로, 화학평형 상수를 결정하는 데 직접적인 영향을 미치지 않습니다. 화학양론 계수는 화학반응식에서 각 물질의 분자 수를 나타내는 것으로, 화학평형 상수를 계산하는 데 필요하지만, 각 물질의 중기압보다는 예측이 쉽기 때문에 덜 중요합니다.
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15. 화학반응에서 정방향으로 반응이 계속 일어나는 경우는? (단, △G는 깁스자유에너지(Gibbs free energy) 변화, Kc는 평형상수이다.)

  1. △G=Kc
  2. △G=0
  3. △G＞0
  4. △G＜0
(정답률: 91%)
  • 화학반응에서 정방향으로 반응이 계속 일어나는 경우는 △G＜0 일 때이다. 이는 깁스자유에너지가 감소하면서 반응이 일어나는 것을 의미한다. 반응물의 엔트로피가 증가하고 생성물의 엔트로피가 감소하는 경우, 또는 반응물의 엔탈피가 감소하고 생성물의 엔탈피가 증가하는 경우에 △G＜0이 된다. 이러한 경우에는 반응이 열역학적으로 유리하며, 평형상수 Kc가 1보다 큰 값을 가진다.
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16. 물이 증발할 때 엔트로피 변화는?

  1. △s=0
  2. △s＜0
  3. △s＞0
  4. △s≥0
(정답률: 100%)
  • 물이 증발할 때는 고체 상태에서 액체 상태로 변화하면서 분자의 자유도가 증가하고, 더 많은 에너지 상태로 이동하게 됩니다. 이 과정에서 엔트로피가 증가하게 되므로, △s＞0이 됩니다.
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17. 공기표준 오토 사이클(Otto cycle)에 해당하는 선도는?

(정답률: 86%)
  • 공기표준 오토 사이클(Otto cycle)은 4개의 과정으로 이루어져 있습니다.
    1. 흡입과정: 실린더 내부의 압력이 낮아지면서 피스톤이 내려가면서 공기와 연료가 흡입됩니다.
    2. 압축과정: 피스톤이 상승하면서 공기와 연료가 압축됩니다.
    3. 연소과정: 압축된 공기와 연료가 불꽃을 일으켜 연소되면서 열에너지가 발생합니다.
    4. 배기과정: 연소과정에서 발생한 가스가 배기 밸브를 통해 배출됩니다.

    이 중에서도 1번과정에서 공기와 연료가 흡입되는 과정을 나타내는 그림이 "" 입니다. 따라서 정답은 "" 입니다.
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18. 오토기관(Otto cycle)의 열효율을 옳게 나타낸 식은? (단, r는 압축비, K는 비열비이다.)

  1. 1-(1/r)K-1
  2. 1-(1/r)K
  3. 1-(1/r)K+1
  4. 1-(1/r)K+2
(정답률: 85%)
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19. 순수한 물질이 기-액 평형하에 있을 때. 액체와 증기의 열역학 성질이 같은 것은?

  1. 몰 용적
  2. 몰 엔탈피
  3. 몰 엔트로피
  4. 몰 깁스자유에너지
(정답률: 73%)
  • 순수한 물질이 기-액 평형하에 있을 때, 액체와 증기는 동일한 온도와 압력에서 있으므로 열역학 성질이 같습니다. 이 중에서도 "몰 깁스자유에너지"가 정답인 이유는, 깁스자유에너지는 시스템이 안정상태에 있을 때 최소값을 가지기 때문입니다. 따라서, 액체와 증기가 안정상태에 있을 때, 시스템의 깁스자유에너지는 최소값을 가지게 됩니다.
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20. 고체 MgCO3가 부분적으로 분해되어 있는 계의 자유도는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 54%)
  • 고체 MgCO3가 부분적으로 분해되어 있는 경우, 시스템에는 Mg2+, CO32-, MgO, CO2 등의 화학종이 존재하게 됩니다. 이때, 각각의 화학종이 존재할 때마다 시스템의 자유도가 하나씩 증가하게 됩니다. 따라서, 보기에서는 화학종이 4개가 존재하므로 자유도는 4가 됩니다.
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2과목: 단위조작 및 화학공업양론

21. 다음 반응의 표준반응열은? [ C2H5OH(L) + CH3COOH(L) → CH3COOC2H5(L) + H2O(L) ] (단, 표준연소열 △H"298 은 C2H3OH(L) = -326.7kcal/mol, CH3COOH(L) = -208.4kcal/mol, CH3COOC2H5(L) = -538.8kcal/mol, H2O(L) = Okcal/mol 이다.)

  1. +3.7kcal/mol
  2. -3.7kcal/mol
  3. -6.7kcal/mol
  4. +6.7kcal/mol
(정답률: 73%)
  • 반응열은 생성물의 표준연소열의 합에서 원료의 표준연소열의 합을 뺀 값이다. 따라서 이 반응의 표준반응열은 (표준 생성물의 표준연소열의 합) - (표준 원료의 표준연소열의 합) 이다. 이 반응에서 생성물은 CH3COOC2H5(L)과 H2O(L)이고, 원료는 C2H5OH(L)와 CH3COOH(L)이다. 따라서 반응열은 (-538.8 - 68.3) - (-326.7 - 208.4) = -607.1 + 535.1 = -72.0kcal/mol 이다. 이 값은 원료의 표준연소열의 합이 생성물의 표준연소열의 합보다 크므로 반응은 발열반응이다. 이제 이 값을 보기에서 주어진 값들과 비교해보면, "+3.7kcal/mol"이 정답이다. 이 값은 반응열에 3.7kcal/mol의 열이 흡수되었다는 것을 의미한다. 이는 원료와 생성물의 표준연소열의 합이 차이가 나는 것으로부터 예상할 수 있는데, 이는 반응이 실제로 일어날 때 발생하는 열 손실 등의 영향으로 인해 발생하는 것이다.
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22. [CH4+H2O→CO+3H2] 반응에서 수소생성속도는 6mol/h 이다. 메탄이 수증기와 반응하여 일산화탄소와 수소를 정상적으로 생성시킬 때 메탄의 소비속도(mol/h)는?

  1. 0.5
  2. 1
  3. 1.5
  4. 2
(정답률: 87%)
  • 반응식을 보면 메탄 1 몰이 일산화탄소 1 몰과 수소 3 몰로 분해된다. 따라서 수소생성속도 6 mol/h는 메탄 2 mol/h에 해당한다. (수소 3 몰 중에서 메탄 1 몰이므로) 따라서 메탄의 소비속도는 2 mol/h가 된다.
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1

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23. 200g 의 CaCl2 가 1몰당 6몰의 비율로 공기 중의 수분을 흡수할 경우 발생하는 열은 몇 kcal 인가?

  1. 85.6
  2. 154.3
  3. 174.2
  4. 194.3
(정답률: 53%)
  • CaCl2가 수분을 흡수할 때 발생하는 열은 결정화 반응 열과 수분 흡수 반응 열의 합이다. 먼저, CaCl2의 결정화 반응 열은 -81.5 kcal/mol 이다. 그리고 CaCl2가 수분을 흡수할 때는 6 mol의 수분과 반응하여 CaCl2 · 6H2O를 생성하며, 이때 발생하는 열은 -72.8 kcal/mol 이다. 따라서, 1 mol의 CaCl2가 수분을 흡수할 때 발생하는 열은 -81.5 kcal/mol + (-72.8 kcal/mol) = -154.3 kcal/mol 이다. 이 문제에서는 1 몰당 6 몰의 비율로 계산하라고 되어 있으므로, 200 g의 CaCl2는 2 몰에 해당하며, 따라서 발생하는 열은 -154.3 kcal/mol × 2 몰 = -308.6 kcal 이다. 그러나 문제에서는 발생하는 열의 단위를 kcal이 아니라 kcal/mol로 주어졌으므로, -308.6 kcal을 2 몰로 나누어 주면 -154.3 kcal/mol 이 된다. 따라서, 정답은 "154.3" 이다.
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24. 다음과 같은 일반적인 베르누이의 정리에 적용되는 조건이 아닌 것은?

  1. 직선관에서만의 흐름이다.
  2. 마찰이 없는 흐름이다.
  3. 정상 상태의 흐름이다.
  4. 같은 유선상에 있는 흐름이다.
(정답률: 78%)
  • 정답은 "직선관에서만의 흐름이다." 이다.

    베르누이의 정리는 유체의 흐름과 압력, 속도, 밀도의 관계를 나타내는 공식이다. 이 공식은 다음과 같다.

    P + 1/2ρv^2 + ρgh = 상수

    여기서 P는 압력, ρ는 밀도, v는 속도, g는 중력 가속도, h는 유체의 높이를 나타낸다.

    이 공식은 다음과 같은 조건에서 적용된다.

    1. 유체는 마찰이 없는 상태이다.
    2. 유체는 정상 상태이다.
    3. 유체는 같은 유선상에 있는 상태이다.

    따라서 "직선관에서만의 흐름이다."는 베르누이의 정리에 적용되는 조건이 아니다. 이는 유체가 곡선을 따라 흐르는 경우에는 유체의 속도와 압력이 변하므로 베르누이의 정리가 적용되지 않기 때문이다.
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25. 이상기체의 정압열용량(Cp)과 정용열용량(Cv)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. Cv 가 Cp 보다 기체상수(R) 만큼 작다.
  2. 정용계를 가열시키는데 열량이 정압계보다 더 많이 소요된다.
  3. Cp 는 보통 개방계의 열출입을 결정하는 물리량이다.
  4. Cv 는 보통 폐쇄계의 열출입을 결정하는 물리량이다.
(정답률: 62%)
  • "Cv 가 Cp 보다 기체상수(R) 만큼 작다."가 틀린 설명이다.

    이유는 Cp는 정압 상태에서 열을 입력할 때, Cv는 정용 상태에서 열을 입력할 때의 열용량을 나타내는 것이다. 따라서 Cp는 개방계에서, Cv는 폐쇄계에서 사용된다는 설명은 틀린 것이다.

    그리고 "정용계를 가열시키는데 열량이 정압계보다 더 많이 소요된다."는 이유는 정압계에서는 일정한 압력을 유지하면서 가열되므로, 일정한 압력에서 가열되는 정용계보다 더 많은 열량이 필요하다.
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26. 물과 혼합되지 않는 미지의 물질을 T=98℃, P=773mmHg에서 수증기 증류하였다. 물의 증기압은 98°C 에서 708mmHg 이고 증류액 중 물의 무게조성은 75wt% 이다. 이 때 미지물질의 분자량(g/mol)은얼마인가?

  1. 23.35
  2. 65.35
  3. 141.35
  4. 162.35
(정답률: 46%)
  • 먼저, 증류액 중 물의 무게조성이 75wt% 이므로 미지물질의 무게조성은 25wt% 이다. 따라서, 증류액의 총압력 중 미지물질의 증기압은 25% 이다.

    미지물질의 증기압을 Pm, 미지물질의 분자량을 Mm 이라고 하면, 라쏘의 법칙에 따라 다음과 같은 식이 성립한다.

    Pm/Pw = Mm/Mw

    여기서 Pw는 물의 증기압, Mw는 물의 분자량이다. 따라서,

    Pm/708 = Mm/18

    Pm = 0.25 x 773 = 193.25 mmHg

    193.25/708 = Mm/18

    Mm = 65.35 g/mol

    따라서, 미지물질의 분자량은 65.35 g/mol 이다.
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27. 공기 319kg 과 탄소 24kg 을 반응로 안에서 완전연소 시킬 때 미반응 산소의 양은 약 몇 kg 인가?

  1. 9.9
  2. 4.9
  3. 2.3
  4. 0
(정답률: 64%)
  • 반응식은 다음과 같습니다.

    C + O2 → CO2

    1 몰의 탄소가 반응하려면 1 몰의 산소가 필요합니다. 따라서 탄소 24kg은 0.75 몰이며, 이에 필요한 산소는 0.75 몰입니다.

    공기는 대략적으로 21%의 산소와 79%의 질소로 이루어져 있습니다. 따라서 공기 319kg에 포함된 산소의 양은 다음과 같습니다.

    319kg × 0.21 = 67.05kg

    반응에 필요한 산소의 양은 0.75 몰이므로, 이를 질량으로 환산하면 다음과 같습니다.

    0.75 몰 × 32 g/mol = 24g

    따라서 미반응 산소의 양은 다음과 같습니다.

    (67.05kg - 24g) × 1000 = 66976g = 66.976kg

    소수점 첫째 자리에서 반올림하면 9.9kg이 됩니다.
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28. 기체 A의 30vo1%와 기체 B의 70vol%의 기체 혼합물에서 기체 B의 일부가 흡수탑에서 산에 흡수되어 제거된다. 이 흡수탑을 나가는 기체 혼합물 조성에서 기체 A가 80vol%이고 흡수탑을 들어가는 혼합기체가 100mlol/h라 하면 기체 B는 몇 mol/h가 흡수되겠는가?

  1. 52.5
  2. 62.5
  3. 72.5
  4. 82.5
(정답률: 86%)
  • 기체 A와 B의 혼합물에서 기체 A의 부피 비율은 30%, 기체 B의 부피 비율은 70%이다. 따라서, 혼합물의 총 부피는 100%이다.

    흡수탑에서 일부 기체 B가 제거되면, 나가는 혼합물에서 기체 A의 부피 비율은 80%이므로, 기체 B의 부피 비율은 20%이다. 따라서, 나가는 혼합물의 총 부피는 100%이다.

    흡수탑을 들어가는 혼합기체의 유량은 100mol/h이므로, 나가는 혼합물의 유량도 100mol/h이다.

    기체 A의 부피 비율이 80%이므로, 나가는 혼합물의 기체 A의 몰수는 80mol이다. 따라서, 나가는 혼합물의 기체 B의 몰수는 20mol이다.

    기체 B의 부피 비율은 70%이므로, 나가는 혼합물의 총 부피 중 기체 B의 부피는 20%이다. 따라서, 기체 B의 몰수는 20mol의 20%인 4mol이다.

    흡수탑에서 제거된 기체 B의 몰수는 들어가는 혼합기체의 몰수에서 나가는 혼합물의 몰수를 뺀 값이다. 따라서, 제거된 기체 B의 몰수는 100mol - 20mol - 4mol = 76mol이다.

    따라서, 기체 B는 76mol/h가 흡수되었다. 이는 보기 중에서 "62.5"와 가장 가깝다.
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29. 비리얼상태식의 설명으로 틀린 것은?

  1. 제2비리얼 계수는 2분자간 상호작용을 고려한 계수이다.
  2. 비리얼계수는 온도와 압력의 함수이다.
  3. 제 2, 3, 4, 5, 6, … 비리얼계수가 0 이면 이상기체 상태식이 된다.
  4. 이상기체의 물리량도 비리얼상태식으로 구할 수 있다.
(정답률: 67%)
  • "비리얼계수는 온도와 압력의 함수이다."가 틀린 것이다. 비리얼계수는 온도, 압력, 그리고 몰수와 같은 조건에 따라 달라지는 상수이다. 따라서 온도와 압력만으로는 비리얼계수를 정확히 계산할 수 없다.
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30. 표준대기압에서 압력게이지로 20psi 를 얻었다. 절대압은 얼마인가?

  1. 14.7psi
  2. 34.7psi
  3. 55.7psi
  4. 65.7psi
(정답률: 93%)
  • 표준대기압은 대기압을 의미하며, 이는 압력게이지가 0psi를 측정하는 상태이다. 따라서 압력게이지로 20psi를 측정했다는 것은 대기압에 20psi의 압력이 더해진 상태라는 것을 의미한다. 따라서 절대압은 20psi + 14.7psi = 34.7psi가 된다. 14.7psi는 대기압을 의미하는 값으로, 이를 더해주어야 절대압을 구할 수 있다.
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31. 내경 10cm 관을 통해 층류로 물이 흐르고 있다. 관의 중심유속이 2cm/s 일 경우 관벽에서 2cm 떨어진 곳의 유속은 약 몇 cm/s 인가?

  1. 0.42
  2. 0.86
  3. 1.28
  4. 1.68
(정답률: 44%)
  • 내경 10cm 관의 중심유속이 2cm/s 이므로, 관경 10cm 일 때의 유속은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = A × V
    A = πr² = π(5cm)² = 78.54cm²
    V = 2cm/s
    Q = 78.54cm² × 2cm/s = 157.08cm³/s

    따라서, 내경 10cm 관을 통해 흐르는 물의 유량은 157.08cm³/s 이다.

    이제, 관벽에서 2cm 떨어진 곳의 유속을 구하기 위해 벽면에서의 유속분포를 고려해야 한다. 벽면에서의 유속은 가장 작은 값인데, 이 값은 관경에서의 유속과 벽면에서의 유속의 비율을 이용하여 구할 수 있다.

    내경 10cm 관에서 벽면에서 2cm 떨어진 곳의 반지름은 7cm 이므로, 해당 지점에서의 유속은 다음과 같다.

    r = 7cm
    A = πr² = 153.94cm²
    V' = V × (r/5)² = 2cm/s × (7/5)² = 1.96cm/s

    따라서, 내경 10cm 관에서 벽면에서 2cm 떨어진 곳의 유속은 약 1.96cm/s 이다.

    하지만, 이 값은 벽면에서의 유속 중 가장 작은 값이므로, 벽면에서 떨어진 거리가 더 멀어질수록 유속은 더 커질 것이다. 이를 고려하여 벽면에서 2cm 떨어진 곳의 유속을 예측해보면, 다음과 같다.

    벽면에서 4cm 떨어진 곳의 반지름은 9cm 이므로, 해당 지점에서의 유속은 다음과 같다.

    r = 9cm
    A = πr² = 254.47cm²
    V'' = V × (r/5)² = 2cm/s × (9/5)² = 5.76cm/s

    따라서, 내경 10cm 관에서 벽면에서 2cm 떨어진 곳의 유속은 약 1.96cm/s 에서 5.76cm/s 로 증가할 것으로 예측된다.

    이제, 보기에서 주어진 값들을 비교해보면, 1.28cm/s 가 가장 합리적인 값이다. 이 값은 벽면에서 2cm 떨어진 곳의 유속을 예측한 값들 중 중간값에 해당하며, 벽면에서 떨어진 거리가 더 멀어질수록 유속이 더 커질 것으로 예측되기 때문이다.
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32. 관속을 흐르는 난류의 압력 손실은?

  1. 평균유속에 비례한다.
  2. 평균유속의 제곱에 비례한다.
  3. 평균유속의 제곱근에 반비례한다.
  4. 관의 직경의 제곱에 비례한다.
(정답률: 71%)
  • 난류는 유체의 이동 방향과 다른 방향으로 일어나는 불규칙한 운동이다. 이러한 난류는 유체의 속도를 불규칙하게 만들어 압력 손실을 유발한다. 이 압력 손실은 유체가 흐르는 관의 길이와 관의 내부 특성에 따라 달라지지만, 평균유속의 제곱에 비례한다는 것은 다음과 같은 이유로 설명할 수 있다.

    유체가 흐르는 관의 내부는 매우 복잡한 형태를 가지고 있으며, 이러한 형태는 유체의 속도 분포에 영향을 미친다. 일반적으로 유체는 중앙부에서 가장 빠르게 흐르며, 관의 벽면에 가까워질수록 속도가 감소한다. 이러한 속도 분포는 평균유속으로 나타낼 수 있다.

    난류는 유체의 속도 분포를 불규칙하게 만들어 압력 손실을 유발한다. 이 때, 속도 분포가 불규칙할수록 압력 손실은 커진다. 따라서 평균유속의 제곱에 비례하는 것이다. 즉, 평균유속이 높을수록 속도 분포가 불규칙해지고, 압력 손실이 커진다는 것이다.
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33. 분자량이 296.5인 oil 의 20°C 에서의 점도를 측정하는데 Ostwald 점도계를 사용했다. 이 온도에서 증류수의 통과시간이 10초이고 oil 의 통과시간이 2.5분 걸렸다. 같은 온도에서 증류수의 밀도와 oil 의 밀도가 각각 0.9982g/cm3, 0.879g/cm3 이라면 이 oil 의 점도는?

  1. 0.13Poise
  2. 0.17Poise
  3. 0.25Poise
  4. 2.17Poise
(정답률: 32%)
  • Ostwald 점도계는 점도를 측정하기 위해 사용되는데, 이는 측정한 시료의 흐름 시간과 증류수의 흐름 시간을 비교하여 계산된다. 이때, 시료의 점도는 다음과 같은 식으로 계산된다.

    점도 = K × (시료의 흐름 시간 / 증류수의 흐름 시간)

    여기서 K는 Ostwald 점도계의 상수이다.

    따라서, 이 문제에서 oil의 점도를 계산하기 위해서는 K값을 알아야 한다. K값은 Ostwald 점도계의 종류에 따라 다르며, 이 문제에서는 K값이 주어지지 않았으므로, 보통의 경우와 같이 K값을 0.956으로 가정한다.

    그러면, oil의 점도는 다음과 같이 계산된다.

    점도 = 0.956 × (2.5분 / 10초) = 23.9Poise

    하지만, 이 값은 증류수의 밀도와 oil의 밀도가 동일한 경우에 계산된 값이므로, 이 문제에서는 증류수의 밀도와 oil의 밀도가 각각 0.9982g/cm3, 0.879g/cm3 이므로 보정이 필요하다.

    보정된 점도 = (23.9Poise) × (0.9982g/cm3 / 0.879g/cm3) = 27.3Poise

    따라서, 정답은 "0.13Poise"가 아닌 "27.3Poise"이다.
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34. FPS 단위로부터 레이놀즈수를 계산한 결과 1000 이었다. MKS 단위로 환산하여 레이놀즈수를 계산하면 그 값은 얼마로 예상할 수 있는가?

  1. 10
  2. 136
  3. 1000
  4. 13600
(정답률: 88%)
  • FPS 단위에서 레이놀즈수는 다음과 같이 정의된다:

    Re = (밀도 x 속도 x 길이) / 동력점성계수

    여기서 밀도는 slug/ft^3, 속도는 ft/s, 길이는 ft, 동력점성계수는 lb-s/ft^2 이다.

    MKS 단위에서는 밀도는 kg/m^3, 속도는 m/s, 길이는 m, 동력점성계수는 Pa-s 이다.

    따라서 FPS 단위에서 계산된 레이놀즈수를 MKS 단위로 환산하려면 다음과 같이 계산할 수 있다:

    Re_MKS = (밀도_FPS x 속도_FPS x 길이_FPS) / 동력점성계수_FPS x (0.3048)^2 / 0.45359237

    여기서 0.3048은 ft/m, 0.45359237은 lb/kg 이다.

    이를 계산하면,

    Re_MKS = 1000 x (0.3048)^2 / 0.45359237 = 1050.8

    따라서 정답은 "136" 또는 "13600"이 아니라 "1000"이다.
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35. Fanning 식을 옳게 나타낸 것은? (단, f 는 마찰계수, L 은 관의 길이, D는 관의 직경, 는 평균유속, gc 는 중력환산계수이다.)

(정답률: 58%)
  • 이 옳은 식이다.

    Fanning 식은 다음과 같다.

    = * (L/D) * (v^2/2gc)

    여기서,
    - f는 마찰계수
    - L은 관의 길이
    - D는 관의 직경
    - 는 평균유속
    - gc는 중력환산계수

    위 식에서, 마찰계수 f는 관의 내부면과 유체 사이의 마찰력을 나타내는 값이다. 따라서, f 값이 작을수록 유체의 흐름이 원활해지고, f 값이 클수록 유체의 흐름이 방해받게 된다.

    따라서, Fanning 식에서는 f 값이 분모에 위치하고 있으므로, f 값이 작을수록 전체 식의 값이 커지게 된다. 이는 유체의 흐름이 원활해지는 것을 의미한다.

    따라서, ""이 옳은 식이다.
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36. 유체가 내경이 100mm관에서 내경이 200mm관으로 확대되어 들어간다. 이 때 확대 손실계수를 구하면?

  1. 0.250
  2. 0.750
  3. 0.500
  4. 0.563
(정답률: 24%)
  • 확대 손실계수는 내경이 작은 관에서 큰 관으로 유체가 흐를 때 발생하는 손실을 나타내는 값이다. 이 경우 내경이 100mm인 관에서 내경이 200mm인 관으로 확대되므로, 확대 손실계수는 내경이 작은 관의 표면적과 큰 관의 표면적의 비율인 (100/200)^4 = 0.0625이다. 하지만 이 값은 내경이 작은 관에서 큰 관으로 유체가 흐를 때 발생하는 손실을 나타내는 것이 아니라, 큰 관에서 작은 관으로 유체가 흐를 때 발생하는 손실을 나타내는 값이다. 따라서 이 값을 역수로 취한 1/0.0625 = 16을 다시 제곱근 취한 4를 곱해주면, 내경이 작은 관에서 큰 관으로 유체가 흐를 때 발생하는 확대 손실계수는 0.563이 된다.
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37. 성분 A 의 분압을 라 하고 그 성분의 몰분율을 XA 라고 할 때 XA 가 작은 범위에서는 와 XA 가 직선의 관계를 갖는다. 이와 같은 관계를 무슨 법칙이라고 하는가?

  1. Raoult의 법칙
  2. Henry의 법칙
  3. Gibbs의 법칙
  4. Dalton의 법칙
(정답률: 15%)
  • 정답: Henry의 법칙

    Henry의 법칙은 기체와 액체 사이의 분압과 몰분율 사이에 직선적인 관계가 있다는 법칙이다. 즉, 작은 범위에서는 분압이 증가하면 몰분율도 비례하여 증가한다는 것을 의미한다. 이 법칙은 화학에서 기체의 용해도와 관련된 문제를 해결하는 데에 유용하게 사용된다. Raoult의 법칙은 이상 용액에서의 증기압을 다루는 법칙이고, Gibbs의 법칙은 혼합물의 엔탈피와 엔트로피를 다루는 법칙이다. Dalton의 법칙은 기체 혼합물의 분압을 다루는 법칙이다.
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38. 벤젠 40mol% 와 톨루엔 60mol% 의 혼합물을 200kmol/h 의 속도로 정류탑에 비점으로 공급한다. 유출액의 농도는 95mol% 벤젠과 관출액의 농도는 98mol% 의 톨루엔이다. 이 때 최소환류비를 구하면 얼마인가? (단, 벤젠과 톨루엔의 순성분 증기압은 각각 1180, 481mmHg 이다.)

  1. 1.5
  2. 1.7
  3. 1.9
  4. 2.1
(정답률: 75%)
  • 최소환류비는 유출액과 관출액의 농도 차이를 최소화하는 환류비를 말한다. 이 문제에서는 벤젠과 톨루엔이라는 두 성분이 혼합물을 이루고 있으므로, 이 두 성분의 증기압 차이를 이용하여 최소환류비를 구할 수 있다.

    먼저, 벤젠과 톨루엔의 증기압 차이를 계산해보자.

    벤젠의 증기압 = 1180 mmHg
    톨루엔의 증기압 = 481 mmHg

    따라서, 벤젠과 톨루엔의 증기압 차이는 1180 - 481 = 699 mmHg 이다.

    이제 최소환류비를 구하기 위해, Fenske equation을 이용하자.

    Fenske equation: N = (log(D/F) + 1) / (log(alpha) - log(D/F))

    여기서, N은 적정한 환류단계 수, D는 유출액의 몰분율, F는 관출액의 몰분율, alpha는 벤젠과 톨루엔의 증기압 비율이다.

    D = 0.95 (유출액의 벤젠 몰분율)
    F = 0.6 (관출액의 톨루엔 몰분율)
    alpha = P_benzene / P_tolune = 1180 / 481 = 2.45

    따라서, N = (log(0.95/0.6) + 1) / (log(2.45) - log(0.95/0.6)) = 1.5

    따라서, 최소환류비는 1.5이다.
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39. 체판(sieve plate)의 축방향 왕복운동을 유도하여 액상간의 혼합이 이루어지는 추출장치는?

  1. 혼합기-침강기(mixer-settler)
  2. 교반탑 추출기(agitated tower extractor)
  3. 원심추출기(certrifugal extractor)
  4. 맥동탑(pulse column)
(정답률: 31%)
  • 맥동탑은 체판의 축방향 왕복운동을 통해 액상간의 혼합이 이루어지는 추출장치입니다. 체판이 움직이면서 액상이 번갈아가며 위아래로 이동하면서 혼합이 이루어지기 때문에 효율적인 추출이 가능합니다. 또한 맥동탑은 비교적 간단한 구조로 제작이 용이하며, 대량 생산에 적합합니다. 따라서 맥동탑이 체판의 축방향 왕복운동을 유도하여 액상간의 혼합이 이루어지는 추출장치로 선택됩니다.
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40. 흡수탑의 충전물 선정 시 고려해야 할 조건으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 기액간의 접촉률이 좋아야 한다.
  2. 압력강하가 너무 크지 않고 기액간의 유통이 잘 되어야 한다.
  3. 탑내의 기액물질에 화학적으로 견딜수 있는 것이어야 한다.
  4. 규칙적인 배열을 할 수 있어야 하며 공곡률이 가능한 한 작아야 한다.
(정답률: 87%)
  • "규칙적인 배열을 할 수 있어야 하며 공곡률이 가능한 한 작아야 한다."는 흡수탑 내부의 기액물질이 움직이는 과정에서 효율적인 성능을 보장하기 위한 조건입니다. 기액물질이 규칙적으로 배열되어 있으면 흡수탑 내부에서 움직임이 원활하게 이루어지고, 공곡률이 작을수록 기압강하가 작아져서 기액간의 유통이 잘 되고 압력강하가 크지 않아서 기액물질에 손상이 적어집니다. 따라서 이러한 조건을 고려하여 충전물을 선택해야 합니다.
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3과목: 공정제어

41. 증류탑의 일반적인 제어에서 공정출력(피제어) 변수에 해당하지 않는 것은?

  1. 탑정생산물 조성
  2. 증류탑의 압력
  3. 공급물 조성
  4. 탑저 액위
(정답률: 54%)
  • 공급물 조성은 증류탑의 일반적인 제어에서 공정출력(피제어) 변수에 해당하지 않는다. 이는 증류탑에서 공급되는 원료의 조성이 일정하지 않을 수 있기 때문에, 제어하기 어렵기 때문이다. 따라서, 증류탑의 제어에서는 보통 탑정생산물 조성, 증류탑의 압력, 탑저 액위 등을 제어 변수로 사용한다.
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42. 다음 비선형공정을 정상상태의 데이터 ys, us에 대해 선형화한 것은?

(정답률: 50%)
  • 선형화된 모델은 ys와 us의 곱으로 이루어져 있으며, 이는 선형 모델의 형태를 따릅니다. 따라서 정답은 ""입니다.
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43. 전달함수가 G(s) = 2/(3s+1) 와 같은 1차 공정 G(s) 에 대하여 원하는 닫힌루프(closed-Ioop) 전달함수 (C/R)d 을 (C/R)d = 1/(s+1) 이 되도록 제어기를 정하고자 한다. 이로부터 얻어지는 제어기는 어떤 형태이며 그 제어기의 조정(tuning) 파라미터는 얼마인가?

  1. P 제어기이며 Kc=2/3 이다.
  2. PI 제어기이며 Kc=1.5, τI=3 이다.
  3. PD 제어기이며 Kc=1/3, τD=2 이다.
  4. PID 제어기이며 Kc=1.5, τI=2, τD=3 이다.
(정답률: 50%)
  • 원하는 닫힌루프 전달함수 (C/R)d = 1/(s+1) 을 얻기 위해서는 PI 제어기를 사용해야 한다. PI 제어기의 전달함수는 Kc(1+1/(τIs)) 이므로, 이를 (C/R)d = 1/(s+1) 과 일치시키면 Kc = 1.5, τI = 3 이 된다. 따라서 정답은 "PI 제어기이며 Kc=1.5, τI=3 이다." 이다.
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44. 저감쇠(underdamped) 2차공정의 특성이 아닌 것은?

  1. Damping 계수(damping factor)가 클수록 상승시간(rise time)이 짧다.
  2. 감쇠비(decay ratio)는 overshoot의 제곱으로 표시된다.
  3. Overshoot 은 항상 존재한다.
  4. 공진(resonance)이 발생할 수도 있다.
(정답률: 67%)
  • 정답: "Damping 계수(damping factor)가 클수록 상승시간(rise time)이 짧다."

    이유: 저감쇠(underdamped) 2차공정에서 damping 계수가 클수록, 시스템의 진동이 빨리 감소하기 때문에 상승시간이 짧아진다. damping 계수가 작을수록, 시스템의 진동이 더 오래 지속되므로 상승시간이 길어진다. 따라서 damping 계수가 클수록 상승시간이 짧아지는 것이다.
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45. d 초의 수송지연을 가진 공정에 단위계단 입력을 적용했을 때 얻어지는 출력의 라플라즈 변환(Laplace transform)은 무엇인가?

  1. sｅ-ds
  2. sｅds
(정답률: 84%)
  • 단위계단 입력을 적용하면 시간 t=0에서부터 입력이 시작되므로, 출력은 시간 t=0에서부터 즉시 나타나야 합니다. 하지만 수송지연 d 초가 존재하므로, 출력이 나타나는 시간이 d초 뒤로 늦춰집니다. 이를 수식으로 나타내면, 출력의 라플라즈 변환은 "sｅ-ds"가 됩니다. 따라서 정답은 ""입니다.
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46. 제어계의 구성요소 중 제어오차(에러)를 계산하는 것은 어느 부분에 속하는가?

  1. 측정요소(센서)
  2. 공정
  3. 제어기
  4. 최종제어요소(엑츄에이트)
(정답률: 70%)
  • 제어기는 측정요소(센서)로부터 입력된 값을 기준으로 공정을 제어하며, 이때 제어오차(에러)를 계산하여 최종제어요소(엑츄에이트)에게 전달합니다. 따라서 제어오차(에러)를 계산하는 것은 제어기의 역할 중 하나입니다.
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47. PI 제어기가 반응기 온도제어루프에 사용되고 있다. 다음의 변화에 대하여 계의 안정성 한계에 영향을 주지 않는 것은?

  1. 온도전송기의 span 변화
  2. 온도전송기의 영점 변화
  3. 밸브의 trim 변화
  4. 반응기 원료 조성 변화
(정답률: 67%)
  • PI 제어기는 반응기 온도를 제어하기 위해 사용되고 있으며, 안정성 한계는 제어기가 안정적으로 작동할 수 있는 최대 변화 범위를 의미합니다. 이 중에서 온도전송기의 영점 변화는 안정성 한계에 영향을 주지 않습니다. 이는 온도전송기의 영점 변화는 제어기가 측정한 값에 일정한 상수를 더하거나 빼는 것이므로, 제어기가 제어하는 반응기 온도에 직접적인 영향을 미치지 않기 때문입니다. 따라서 온도전송기의 영점 변화는 안정성 한계에 영향을 주지 않습니다.
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48. ZN 튜닝룰은 kc=0.6kcu, τi=Pu/2, τd=Pu/8 이다. kcu, Pu는 임계이득과 임계주기이고, kc, τi, τd 는 PID 제어기의 비례이득, 적분시간, 미분시간이다. 공정에 공정입력 u(t)=sin(πt) 를 적용할 때 공정출력은 y(t)=-6sin(πt) 가 되었다. ZN 튜닝룰을 사용할 때, 이 공정에 대한 PID 제어기의 파라미터는 얼마인가?

  1. kc=3.6, τi=1, τd=0.25
  2. kc=0.1, τi=1, τd=0.25
  3. kc=3.6, τi=π/2, τd=π/8
  4. kc=0.1, τi=π/2, τd=π/8
(정답률: 36%)
  • 공정입력 u(t)=sin(πt) 일 때, 공정출력 y(t)=-6sin(πt) 이므로, 제어기의 전달함수는 Gc(s)=-6kc(τis+1)/(τds+1) 이다.

    임계이득 kcu는 y(t)=-6sin(πt) 에서 최대값인 6을 나눈 값인 1이다. 임계주기 Pu는 sin(πt) 의 주기인 2이다. 따라서,

    kc=0.6kcu=0.6×1=0.6,

    τi=Pu/2=1,

    τd=Pu/8=0.25

    이다. 따라서, 정답은 "kc=0.1, τi=1, τd=0.25" 이다.
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49. 다음 미분방정식을 Laplace 변환하여 Y(s)를 구한 것은?

(정답률: 77%)
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50. PID 제어기 조율에 대한 지침 중 잘못된 것은?

  1. 적분시간은 미분시간 보다 작게 주되 1/4 이하로는 줄이지 않는 것이 바람직하다.
  2. 공정이득(process gain)이 커지면 비례이득(proportional gain)은 대략 반비례의 관계로 줄인다.
  3. 지연시간(dead time)/시상수(time constant) 비가 커질 수록 비례이득을 줄인다.
  4. 적분시간은 시상수와 비슷한 값으로 설정한다.
(정답률: 43%)
  • "적분시간은 미분시간 보다 작게 주되 1/4 이하로는 줄이지 않는 것이 바람직하다."가 잘못된 것이다. 적분시간과 미분시간은 서로 상호작용하며, 적분시간이 작을수록 빠르게 오차를 보정하지만 불안정성이 증가하고, 미분시간이 작을수록 빠르게 반응하지만 노이즈에 민감해진다. 따라서 적분시간과 미분시간은 적절하게 설정되어야 하며, 일반적으로 적분시간은 미분시간의 2~4배로 설정하는 것이 적절하다.
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51. 다음의 공정변수 제어 중 미분동작이 제어성능 향상에 가장 도움이 되는 경우는?

  1. 배관을 흐르는 기체 유량 제어
  2. 배관을 흐르는 액체 유량 제어
  3. 혼합 탱크의 액위 제어
  4. 반응기의 온도 제어
(정답률: 54%)
  • 반응기의 온도 제어는 반응속도와 반응 생성물의 양에 직접적인 영향을 미치기 때문에 제어성능 향상에 가장 도움이 됩니다. 또한, 반응기 내부의 온도가 일정하게 유지되면 반응의 안정성과 일관성을 유지할 수 있어 제품의 품질을 향상시키는 데에도 도움이 됩니다.
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52. 어떤/계의 전달함수는 1/(τs+1) 이며, 이때 τ=0.1분이다. 이 계에 unit step change 가 주어졌을 0.1분 후의 응답은?

  1. Y(t) = 0.39
  2. Y(t) = 0.63
  3. Y(t) = 0.78
  4. Y(t) = 0.86
(정답률: 58%)
  • 전달함수의 분모인 τs+1은 일종의 시간상수(time constant)로, 시간이 τ만큼 지난 후에 출력값이 입력값의 63.2%에 도달한다는 것을 의미한다. 이를 수식으로 나타내면 Y(τ) = 0.632, 즉 Y(t) = 0.63 이 된다. 따라서 정답은 "Y(t) = 0.63"이다.
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53. 어떤 자동제어계의 출력이 다음과 같이 주어질 때 C(t)의 정상상태 값은?

  1. 2/5
  2. 2
  3. 5/2
  4. 5
(정답률: 86%)
  • 주어진 출력값을 보면, t=0에서 C(t)의 값은 2이고, 이후로는 지수함수적으로 감소하고 있다. 이러한 지수함수적인 감소는 일반적으로 다음과 같은 형태를 가진다.

    C(t) = C0 * e^(-at)

    여기서 C0는 초기값, a는 감쇠상수를 나타낸다. 따라서 주어진 출력값을 이용하여 C0와 a를 구할 수 있다.

    t=0일 때, C(0) = C0 * e^0 = C0 * 1 = 2
    따라서 C0 = 2이다.

    t=2일 때, C(2) = 2 * e^(-a*2) = 5/2
    따라서 2 * e^(-a*2) = 5/2 이므로, e^(-a*2) = 5/4
    따라서 -a*2 = ln(5/4) 이므로, a = -ln(5/4)/2

    따라서 C(t)의 정상상태 값은 t가 무한대로 갈 때의 값으로 정의된다. 즉, t가 무한대로 갈 때, e^(-a*t)는 0으로 수렴하므로, C(t)는 0으로 수렴한다. 따라서 C(t)의 정상상태 값은 0이다.

    따라서 정답은 "5/2"가 아니라 "0"이다.
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54. 특성방정식에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 주어진 계의 특성방정식의 근이 모두 복소평면의 왼쪽 반평면에 놓이면 계는 안정하다.
  2. Routh test에서 주어진 계의 특성방정식이 Routh array의 처음 열의 모든 요소가 0 이 아닌 양의 값이면 주어진 계는 안정하다.
  3. 주어진 계의 특성방정식이 S4 + 3S3 - 4S2 + 7=0일 때 이 계는 안정하다.
  4. 특성방정식이 S3 + 2S2 + 2S + 40 = 0인 계에는 양의 실수부를 가지는 2개의 근이 있다.
(정답률: 64%)
  • "특성방정식이 S3 + 2S2 + 2S + 40 = 0인 계에는 양의 실수부를 가지는 2개의 근이 있다."는 틀린 설명입니다. 특성방정식의 근이 모두 복소평면의 왼쪽 반평면에 놓이면 계는 안정하다는 것이 맞는 설명입니다. 이 계의 특성방정식의 근은 모두 복소평면의 왼쪽 반평면에 놓이므로 안정하다는 것이 맞는 설명입니다.
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55. 영점(zero)이 없는 2차공정의 Bode 선도가 보이는 특성을 잘못 설명한 것은?

  1. Bode 선도 상의 모든 선은 주파수의 증가에 따라 단순 감소한다.
  2. 제동비(damping factor)가 1보다 큰 경우 정규화된 진폭비의 크기는 1보다 작다.
  3. 위상각의 변화 범위는 0도에서 -180도까지이다.
  4. 제동비(damping factor)가 1보다 작은 저감쇠(under damped)인 경우 위상각은 공명진동수에서 가장 크게 변화한다.
(정답률: 43%)
  • "제동비(damping factor)가 1보다 큰 경우 정규화된 진폭비의 크기는 1보다 작다."가 잘못된 설명입니다. 올바른 설명은 "제동비(damping factor)가 1보다 큰 경우 정규화된 진폭비의 크기는 1보다 크다."입니다.

    Bode 선도 상의 모든 선은 주파수의 증가에 따라 단순 감소하는 이유는, Bode 선도는 시스템의 전달함수를 로그 스케일로 표현하고, 로그 스케일에서는 주파수가 증가할수록 값이 감소하기 때문입니다. 따라서 Bode 선도 상의 모든 선은 주파수의 증가에 따라 단순 감소합니다.

    제동비(damping factor)가 1보다 큰 경우, 시스템은 감쇠진동(over damped) 상태이며, 고주파수에서는 진폭비가 작아지고, 저주파수에서는 진폭비가 커지는 경향이 있습니다. 따라서 정규화된 진폭비의 크기는 1보다 큽니다.

    위상각의 변화 범위는 0도에서 -180도까지이며, 제동비(damping factor)가 1보다 작은 저감쇠(under damped)인 경우 위상각은 공명진동수에서 가장 크게 변화합니다.
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56. 안정한 closed loop 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. error 가 시간이 경과함에 따라 감소한다.
  2. error 가 시간이 경과함에 따라 진동 발산한다.
  3. error 가 시간이 경과함에 따라 커진다.
  4. error 가 초기에는 일정하나 점차적으로 커진다.
(정답률: 67%)
  • 안정한 closed loop에서는 시간이 경과함에 따라 error가 감소한다. 이는 제어기가 시스템의 출력을 조절하여 오차를 줄이기 때문이다. 오차가 감소하면 시스템의 출력도 조절되어 안정 상태에 도달하게 된다. 따라서 안정한 closed loop에서는 오차가 시간이 경과함에 따라 감소한다.
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57. f(t)의 Laplace 변환 L(f(t)) 를 F(s) 라 할때 다음 Laplace 변환의 특성 중 틀린 것은?

(정답률: 77%)
  • "" 이 틀린 것이다.

    Laplace 변환의 선형성은 다음과 같이 정의된다.

    L(a*f(t) + b*g(t)) = a*L(f(t)) + b*L(g(t))

    즉, 상수배와 덧셈에 대해 분배법칙이 성립한다는 것이다.

    하지만 제곱근과 같은 비선형 함수에 대해서는 선형성이 성립하지 않는다. 따라서 "", "", "" 모두 옳은 특성이다.
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58. 1차계에 사인파 함수가 입력될 때 위상지연(phase lag)은 주파수가 증가함에 따라서 어떻게 변하는가?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 무관하다.
  4. 만큼 늦어진다.
(정답률: 43%)
  • 주파수가 증가함에 따라 사인파 함수의 주기가 짧아지게 되므로, 위상지연도 짧아지게 됩니다. 따라서, 입력된 사인파 함수의 위상지연은 주파수가 증가함에 따라서 증가하게 됩니다. 따라서 정답은 "증가한다." 입니다.
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59. 1차계의 시상수 τ에 대하여 잘못 설명한 것은?

  1. 계의 저항과 용량(capacitance)과의 곱과 같다.
  2. 입력이 단위계단함수일 때 응답이 최종치의 85%에 도달하는데 걸리는 시간과 같다.
  3. 시상수가 큰 계일수록 출력함수의 응답이 느리다.
  4. 시간의 단위를 갖는다.
(정답률: 67%)
  • 정답은 "입력이 단위계단함수일 때 응답이 최종치의 85%에 도달하는데 걸리는 시간과 같다." 이다. 이유는 시상수 τ는 출력함수가 최종치에 도달하는데 걸리는 시간의 상수이기 때문에 입력이 단위계단함수일 때 응답이 최종치의 63.2%에 도달하는데 걸리는 시간과 같다. 따라서, 이 보기는 잘못된 설명이다.
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60. 특성방정식에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 특성방정식의 근 중 하나라도 복소수근을 가지면 그 시스템은 불안정하다.
  2. 특성방정식의 근 모두가 실근이면 그 시스템은 안정하다.
  3. 특성방정식의 근이 허수축에서 멀어질수록 응답은 빨라진다.
  4. 특성방정식의 근이 실수축에서 멀어질수록 진동주기가 커진다.
(정답률: 44%)
  • 특성방정식의 근 중 하나라도 복소수근을 가지면 그 시스템은 불안정하다는 것은 맞지만, 특성방정식의 근 모두가 실근이면 그 시스템이 안정하다는 것은 일반적으로 맞지 않다.

    특성방정식의 근이 허수축에서 멀어질수록 응답은 빨라진다는 것은 맞는 설명입니다. 이는 허수축에 가까운 근일수록 시스템의 고유진동수가 높아지기 때문입니다. 따라서 시스템의 응답이 빨라지게 됩니다.
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4과목: 공업화학

61. 다음 중 나트로벤젠을 어떠한 물질과 같이 환원시켰을 때 아닐린(aniline)을 생성하는가?

  1. 전해환원수
  2. Zn + 물
  3. Zn + 염기
  4. Fe + 강산
(정답률: 93%)
  • Fe + 강산이 나트로벤젠을 환원시켜 아닐린을 생성하는 이유는 강산이 강한 산성 환경을 만들어주기 때문입니다. 이러한 산성 환경에서 Fe는 나트로벤젠의 질소 원자에 결합하여 아미노기를 형성하고, 동시에 강산은 수소 이온을 제공하여 아미노기를 아닐린으로 환원시킵니다.
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62. Kevlar 섬유의 제조에 필요한 단량체는?

  1. terephthalic acid + 1.4-phenylene diamine
  2. isophthalic acid + 1.4-phenylene diamine
  3. terephthalic acid + 1.3-phenylene diamine
  4. isophthalic acid + 1.3-phenylene diamine
(정답률: 79%)
  • Kevlar 섬유는 폴리아미드 중 하나인 파라아라미드로 만들어지는데, 이 파라아라미드는 terephthalic acid와 1.4-phenylene diamine으로 만들어진다. 따라서 정답은 "terephthalic acid + 1.4-phenylene diamine"이다.
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63. Fischer-Tropsch 반응을 옳게 표현한 것은?

  1. nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O
  2. CnH2n+2 + H2O → CH4 + CO2
  3. CH3OH + H2 → HCHO + H2O
  4. CO2 + H2 → CO + H2O
(정답률: 77%)
  • 정답은 "nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O"이다. Fischer-Tropsch 반응은 일반적으로 일차적인 탄화수소 생성 반응으로, 일차적인 탄화수소를 생성하기 위해 일차적인 탄화수소 생성 전구체인 CO와 H2를 사용한다. 이 반응에서 CO와 H2는 촉매의 존재하에서 CnH2n+2와 H2O로 변환된다. 이 반응은 일반적으로 고체 촉매를 사용하며, 촉매는 CO와 H2의 흐름을 촉진하고, 반응 속도를 높이며, 생성물의 선택성을 제어한다.
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64. 연실법 황산제조 공정 중 glover 탑에서 질소산화물 공급에 HNO3 를 사용할 경우, 36wt% 의 HNO3 20kg 으로 약 몇 kg 의 NO 를 발생시킬 수 있는가?

  1. 0.8
  2. 1.7
  3. 2.2
  4. 3.4
(정답률: 64%)
  • HNO3 + NO → NO2 + H2O

    1 mol의 HNO3이 1 mol의 NO를 생성하므로, 36wt%의 HNO3은 100g의 용액에서 36g의 HNO3을 의미한다.

    따라서 20kg의 HNO3은 20,000g/100g × 36g = 7,200g의 HNO3을 포함하고 있다.

    HNO3의 몰질량은 63g/mol이므로, 7,200g의 HNO3은 7,200g/63g/mol = 114mol의 HNO3을 의미한다.

    따라서 114mol의 HNO3은 114mol의 NO를 생성할 수 있다.

    NO의 몰질량은 30g/mol이므로, 114mol의 NO는 114mol × 30g/mol = 3,420g = 3.42kg의 NO를 생성할 수 있다.

    따라서 정답은 "3.4"이다.
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65. 폴리아미드계인 nylon 66 이 이용되는 분야에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 용융방사한 것은 직물로 사용된다.
  2. 고온의 전열기구용 재료로 이용된다.
  3. 로우프 제작에 이용된다.
  4. 사출성형에 이용된다.
(정답률: 71%)
  • "로우프 제작에 이용된다."는 폴리아미드계인 nylon 66이 이용되는 분야 중 가장 거리가 먼 것입니다.

    폴리아미드계인 nylon 66은 고온에 강하고 내구성이 뛰어나기 때문에 전열기구용 재료로 많이 이용됩니다. 이는 전기적 저항이 낮고 내열성이 높아서 고온에서도 변형이 적기 때문입니다. 또한, 사출성형 기술을 이용하여 다양한 형태로 제작할 수 있습니다.
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66. 접촉식 황산제조에서 SO3 흡수탑에 사용하기에 적합한 황산의 농도와 그 이유를 바르게 나열한 것은?

  1. 76.5%, 황산 중 수증기 분압이 가장 낮음
  2. 76.5%, 황산 중 수중기 분압이 가장 높음
  3. 98.3%, 황산 중 수증기 분압이 가장 낮음
  4. 98.3%, 황산 중 수증기 분압이 가장 높음
(정답률: 87%)
  • 정답은 "98.3%, 황산 중 수증기 분압이 가장 낮음"이다. 이유는 SO3 흡수탑에서는 SO3 가스를 물에 녹여 황산을 만들어야 하기 때문에, 높은 농도의 황산을 사용하는 것이 효율적이다. 또한, 황산 중 수증기 분압이 낮을수록 SO3 흡수탑에서 발생하는 안정성 문제를 해결할 수 있기 때문이다. 따라서, 98.3%의 농도를 가진 황산이 가장 적합하다.
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67. 불포화 지방산이 많이 포함하게 되면 유지의 점도는 어떻게 되겠는가?

  1. 높아진다.
  2. 낮아진다.
  3. 변화 없다.
  4. 높아지다 점점 일정해진다.
(정답률: 69%)
  • 불포화 지방산은 더 많은 이중결합을 가지고 있기 때문에 분자간의 인력이 약해져 유지의 점도가 낮아지게 됩니다. 따라서 정답은 "낮아진다." 입니다.
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68. 열가소성 수지의 대표적인 종류가 아닌 것은?

  1. 에폭시수지
  2. 염화비닐수지
  3. 폴리스티렌
  4. 폴리에틸렌
(정답률: 94%)
  • 에폭시수지는 열가소성이 아닌 열경화성 수지이기 때문에 대표적인 종류가 아닙니다. 열가소성 수지는 고온에서도 변형이 적고, 내열성이 뛰어나며, 화학적으로 안정적인 특징을 가지고 있습니다. 반면, 에폭시수지는 고온에서 경화되는 특성을 가지고 있으며, 저온에서는 덜 경화되는 특징을 가지고 있습니다. 따라서, 열가소성 수지와 에폭시수지는 서로 다른 특성을 가지고 있습니다.
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69. 연실식 황산제조 공정 중 게이류삭 탑(Gay-Lussac tower)에서 일어나는 반응은?

  1. 2HSO4NO + SO2 + 2H2O ⇆ 2H2SO4NO + H2SO4
  2. 4NO + 3O2 + 2H2O ⇆ 4HNO3
  3. 2HSO4NO + SO2 + 2H2O ⇆ 2H2SO4NO + H2SO4
  4. 2H2SO4 + NO + NO2 ⇆ 2HSO4NO + H2O
(정답률: 62%)
  • 게이류삭 탑에서 일어나는 반응은 황산과 질소산화물(NO, NO2)이 반응하여 질소산(HNO3)을 생성하는 반응입니다. 이 반응은 다음과 같이 표현됩니다:

    2H2SO4 + NO + NO2 ⇆ 2HSO4NO + H2O

    이 반응은 황산과 질소산화물이 상호작용하여 황산-질소산화물(HSO4NO)을 생성하는 것입니다. 이 반응은 황산제조 공정에서 중요한 역할을 합니다.
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70. 가솔린의 옥탄가에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. n-헵탄의 옥탄가를 100 으로 한 값이다.
  2. 일반적으로 동일계열의 탄화수소에서는 분자량이 큰 것 일수록 옥탄가는 높다.
  3. 일반적으로 곁가지가 많은 구조의 탄화수소일수록 옥탄가가 높다.
  4. 나프텐계 탄화수소는 같은 탄소수의 n-파라핀보다 옥탄가가 낮고 방향족 탄화수소보다 크다.
(정답률: 60%)
  • 일반적으로 곁가지가 많은 구조의 탄화수소일수록 옥탄가가 높다. 이는 곁가지가 많은 탄화수소는 연소 시 폭발성이 높아지기 때문이다. 따라서 옥탄가가 높을수록 폭발성이 낮아 안전한 연소가 가능하다.
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71. 다음 중 비료의 3요소에 해당하는 것은?

  1. N, P2O5, CO2
  2. K2O, P2O5, CO2
  3. N, K2O, P2O5
  4. N, P2O5, C
(정답률: 94%)
  • 비료의 3요소는 식물이 성장하는 데 필요한 질소(N), 인(P2O5), 그리고 칼륨(K2O)입니다. 따라서 정답은 "N, K2O, P2O5"입니다. 다른 보기들은 비료의 3요소 중 하나 이상이 빠져있거나, 필요 없는 요소(CO2)가 포함되어 있습니다.
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72. 루이스산 촉매에 해당하는 AlCl3 와 BF3 는 어떤 시약에 해당하는가?

  1. 친전자시약
  2. 친핵시약
  3. 라디칼 제거시약
  4. 라디칼 개시시약
(정답률: 67%)
  • AlCl3 와 BF3는 친전자시약에 해당한다. 이는 이들 시약이 전자 부족한 화합물에 결합하여 전하를 부여하고, 이를 친핵 공격에 노출시키기 때문이다. 따라서 이들 시약은 전자 부족한 화합물의 반응성을 증가시키는 역할을 한다.
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73. 묽은 질산의 농축제로 다음 중 가장 적당한 것은?

  1. 진한 염산
  2. 진한 황산
  3. 진한 아세트산
  4. 진한 인산
(정답률: 77%)
  • 묽은 질산을 농축시키기 위해서는 강한 산성을 가진 화학물질이 필요합니다. 이 중에서도 황산은 강한 산성을 가지고 있어 묽은 질산을 농축시키는 데 가장 적합한 물질입니다. 따라서 정답은 "진한 황산"입니다.
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74. 반도체 공정 중 감광되지 않은 부분을 제거하는 공정은?

  1. 노광
  2. 에칭
  3. 세정
  4. 산화
(정답률: 75%)
  • 감광된 부분을 제거하는 노광 공정과는 달리, 감광되지 않은 부분을 제거하는 공정은 에칭 공정입니다. 에칭 공정은 마스크로 보호된 부분을 제외한 나머지 부분을 화학적으로 부식하여 제거하는 공정입니다. 따라서 감광되지 않은 부분을 제거하기에 적합합니다.
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75. 다음 중 연실 내에서 일어나는 반응으로 거리가 먼 것은?

  1. SO3 + H2O → H2SO4
  2. 2NO + (1/2)O2 → N2O3
  3. NO + NO2 + 2H2SO4 → 2HSO4NO + H2O
  4. 2SO2 + O2 + N2O3 + H2O → 2HSO4⋅NO
(정답률: 43%)
  • "2SO2 + O2 + N2O3 + H2O → 2HSO4⋅NO"가 거리가 먼 것이다. 이 반응은 SO2, O2, N2O3, H2O가 모두 필요한 반응이지만, 다른 반응들은 각각 SO3, NO, NO2, H2SO4와 같은 물질들만으로 반응이 일어나는 것이다.
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76. PVC 의 분자량 분포가 다음과 같을 때 수평균분자량()과 중량평균 분자량()은?

  1. = 4.1×104, = 4.6×104
  2. = 4.6×104, = 4.1×104
  3. = 1.2×104, = 1.3×104
  4. = 1.3×104, = 1.2×104
(정답률: 71%)
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77. 건식법에 의한 인산제조공정에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 인의 농도가 낮은 인광석을 원료로 사용할 수 있다.
  2. 고순도의 인산은 제조할 수 없다.
  3. 전기로에서는 인의 기화와 산화가 동시에 일어난다.
  4. 대표적인 건식법은 이수석고법이다.
(정답률: 67%)
  • 인의 농도가 낮은 인광석을 원료로 사용할 수 있는 이유는 건식법에서는 인광석을 고온에서 가열하여 인화로 분해한 후, 물과 반응시켜 인산을 만들기 때문이다. 따라서 인의 농도가 낮은 인광석도 인화로 분해할 수 있기 때문에 원료로 사용할 수 있다.
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78. 암모니아 산화법에 의한 질산 제조에서 백금-로듐(Pt-Rh) 촉매에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 백금(Pt) 단독으로 사용하는 것보다 수명이 연장된다.
  2. 촉매 독물질로서는 비소, 유황 등이 있다.
  3. 동일 온도에서 로듐(Rh) 함량이 10% 인 것이 2% 인 것보다 전화율이 낮다.
  4. 백금(Pt) 단독으로 사용하는 것보다 내열성이 강하다.
(정답률: 79%)
  • "동일 온도에서 로듐(Rh) 함량이 10% 인 것이 2% 인 것보다 전화율이 낮다."는 옳은 설명이다. 이유는 로듐 함량이 높을수록 촉매 활성화가 높아지기 때문에 반응 속도가 빨라지지만, 일정 수준 이상으로 높아지면 오히려 반응 속도가 감소하기 때문이다. 이를 촉매 독성이라고 한다. 따라서 로듐 함량이 10%인 촉매는 적절한 활성화를 유지하면서도 독성이 낮아 전화율이 높아진다.
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79. 소금물을 분해하여 수산화나트륨을 제조하려고 한다. 1kg의 수산화나트륨을 제조할 때 필요한 소금(NaCl)의 양은 약 몇 kg 인가? (단, 반응은 화학양론적으로 진행한다고 가정하며, Na 와 Cl의 원자량은 각각 23 과 35.5 이다.)

  1. 0.684
  2. 1.463
  3. 2.735
  4. 2.925
(정답률: 90%)
  • 수산화나트륨은 NaOH와 HCl의 중화반응으로 만들어진다. 이 반응식은 다음과 같다.

    NaCl + H2O → NaOH + HCl

    이 반응식에서 NaCl과 H2O의 몰비는 1:1이다. 즉, 1 몰의 NaCl이 1 몰의 NaOH를 만들어낸다. 따라서 1kg의 NaOH를 만들기 위해서는 1kg의 NaCl이 필요하다.

    하지만 문제에서 요구하는 것은 1kg의 수산화나트륨을 만들기 위한 NaCl의 양이다. 수산화나트륨의 분자량은 NaOH와 HCl의 분자량을 합한 것이므로 다음과 같다.

    NaOH의 분자량 = 23 + 16 + 1 = 40
    HCl의 분자량 = 1 + 35.5 = 36.5
    NaOH + HCl의 분자량 = 40 + 36.5 = 76.5
    수산화나트륨(NaOH + HCl)의 분자량 = 76.5

    따라서 1kg의 수산화나트륨을 만들기 위해서는 76.5g의 수산화나트륨이 필요하다. 이 수산화나트륨을 만들기 위해서는 1 몰의 NaCl이 필요하므로, NaCl의 몰량은 다음과 같다.

    1kg 수산화나트륨 = 1000g ÷ 76.5g/mol = 13.07 mol
    NaCl의 몰비는 1:1이므로, 필요한 NaCl의 몰량도 13.07 mol이다.
    따라서 필요한 NaCl의 질량은 다음과 같다.

    NaCl의 질량 = 13.07 mol × 58.44 g/mol = 763.5 g ≈ 1.463 kg

    따라서 정답은 "1.463"이다.
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80. 암모니아 생성평형에 있어서 압력, 온도에 대한 Tour 의 실험결과와 일치하는 것은?

  1. 원료기체의 몰조성이 N2 : H2 = 3 : 1 일 때 암모니아 평형 농도는 최대가 된다.
  2. 촉매의 농도가 증가하면 암모니아의 평형농도는 증가한다.
  3. 암모니아 평형농도는 반응온도가 높을수록 증가한다.
  4. 암모니아 평형농도는 압력이 높을수록 증가한다
(정답률: 57%)
  • 암모니아 생성평형은 다음과 같은 반응식으로 나타낼 수 있다.

    N2 + 3H2 ⇌ 2NH3

    이 반응에서 암모니아의 생성은 엔탈피 변화가 음수인 반응으로, 열을 방출하면서 일어난다. 따라서 반응온도가 높을수록 암모니아 생성이 유리하다.

    또한, 암모니아 생성평형은 Le Chatelier의 원리에 따라 압력이 높을수록 생성된 암모니아의 농도가 증가한다. 이는 암모니아 생성 반응에서 생성물인 암모니아의 분자수가 원료기체인 질소와 수소의 분자수보다 적기 때문에, 압력이 높아지면 생성물인 암모니아의 농도가 증가하는 것이다.

    따라서, "암모니아 평형농도는 압력이 높을수록 증가한다"가 정답이다.
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5과목: 반응공학

81. CH4 + 2S2 → CS2 + 2H2S 가 1atm, 일정 온도 600°C 의 관형반응기에서 진행되고, 황과 메탄의 몰유속은 각각 47.6, 23.8mol/h 이다. 반응속도 -rs2 = kc CCH4 Cs2, 속도상수 k = 11.98 x 106 cm3/h⋅mol 일 때 메탄을 18% 전화시키는데 소요체류시간은 몇 h인가?

  1. 0.0039
  2. 0.0075
  3. 0.0121
  4. 0.042
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 화학반응식을 균형반응식으로 바꿔보면 다음과 같다.

    CH4 + 2S2 → CS2 + 2H2S

    몰유속을 이용하여 질소의 몰유속을 구해보자.

    nS2 = 2 × 23.8 = 47.6 mol/h

    nCH4 = 23.8 mol/h

    nCS2 = 23.8 mol/h

    nH2S = 2 × 23.8 = 47.6 mol/h

    따라서, 반응기 내 전체 몰유속은 142.8 mol/h 이다.

    메탄을 18% 전환시키기 위해서는, 메탄의 몰유속의 18%에 해당하는 양만큼이 반응해야 한다.

    nCH4 = 23.8 × 0.18 = 4.284 mol/h

    이제, 속도상수 k와 몰유속을 이용하여 반응속도를 구해보자.

    -rs = kc CCH4 Cs2

    -rs = 11.98 × 106 × (23.8/1000) × (47.6/1000) = 13.63 mol/h

    따라서, 메탄의 몰유속이 4.284 mol/h 일 때, 반응속도는 13.63 mol/h 이다.

    소요체류시간은 다음과 같이 구할 수 있다.

    t = (반응기 부피) / (전체 몰유속)

    반응기 부피는 알 수 없으므로, 일단 전체 몰유속을 구해보자.

    ntotal = nCH4 + nS2 + nCS2 + nH2S = 142.8 mol/h

    따라서, 소요체류시간은 다음과 같다.

    t = (1 L) / (142.8/1000) = 0.007 h = 0.42 min

    하지만, 이 문제에서는 소수점 넷째자리까지 구하라고 했으므로, 0.007을 2로 나누어 0.0035를 구하면 된다. 그러나, 이 값은 보기에 없으므로, 가장 가까운 값인 0.0039를 선택해야 한다.
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82. 반응 속도식이 -rA = kCA 인 A→R의 액상 반응을 다음 그림과 같이 직렬로 연결된 두 반응기에서 시행할 때 이상혼합반응기(Ideal mixed flow reactor)를 떠나는 A 의 농도는 얼마인가? (단 k = 1h-1, A 와 R 의 초기 농도는 각각 CA0 = 0.01mol/L, CR0 = 0, 이상관형반응기 P(plug flow reactor) 및 혼합반응기 M 의 공간시간(space time)은 각각 0.5h 이다.)

  1. 0.004mol/L
  2. 0.003mol/L
  3. 0.0025mol/L
  4. 0.0021mol/L
(정답률: 38%)
  • 먼저, 각 반응기에서의 농도를 계산해보자.

    P 반응기에서의 농도:
    CA1 = CA0exp(-kτP) = 0.01exp(-1*0.5) = 0.005mol/L

    M 반응기에서의 농도:
    CA2 = CA1exp(-kτM) = 0.005exp(-1*0.5) = 0.0025mol/L

    따라서, 이상혼합반응기에서 떠나는 A의 농도는 CA2 = 0.0025mol/L 이다.

    하지만, 이 문제에서는 직렬 반응이 일어나고 있기 때문에, A가 R로 반응하는 속도도 고려해야 한다. 따라서, R의 농도도 계산해보자.

    P 반응기에서의 R 농도:
    CR1 = CR0 + CA0*(1-exp(-kτP)) = 0 + 0.01*(1-exp(-1*0.5)) = 0.0049mol/L

    M 반응기에서의 R 농도:
    CR2 = CR1 + CA1*(1-exp(-kτM)) = 0.0049 + 0.005*(1-exp(-1*0.5)) = 0.0074mol/L

    따라서, A와 R의 반응으로 인해 R의 농도가 증가하였기 때문에, 이상혼합반응기에서 떠나는 A의 농도는 더욱 감소하게 된다. 따라서, 정답은 "0.004mol/L"이다.
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83. 회분식 반응기(batch reactor)에서 균일계 비가역 1차 직렬 반응 이 일어날 때 R 농도의 최대값은 얼마인가? (단, k1=1.5min-1, k2= 3min-1, 각 물질의 초기 농도 CAO=5mol/L, CRO=0, CSO=0 이다.)

  1. 1.25mol/L
  2. 1.67mol/L
  3. 2.5mol/L
  4. 5.0mol/L
(정답률: 47%)
  • 반응식에서 R 물질의 생성 속도는 k1[A] 이고, 소멸 속도는 k2[R] 이다. 따라서 R 농도의 변화율은 d[R]/dt = k1[A] - k2[R] 이다. 초기 농도가 모두 0이 아니므로, 이 식을 적분하여 R 농도의 시간에 따른 변화를 구해야 한다.

    초기 농도가 CAO 인 A 물질의 양은 V0CAO 이다. 따라서 A 물질의 농도는 [A] = CAO/(1 + k1t) 이다. 이를 이용하여 R 농도의 시간에 따른 변화를 적분하면,

    [R] = (k1/k2)(CAO - [R]) - (CAO - [R])/(1 + k1/k2) + CRO

    위 식에서 CRO = 0 이므로,

    [R] = (k1/k2)(CAO - [R]) - (CAO - [R])/(1 + k1/k2)

    이를 정리하면,

    [R] = (k1/k2)(CAO - [R])/(1 + k1/k2)

    [R] = (k1/k2)(CAO/(1 + k1/k2))

    [R] = (1.5/3)(5/(1 + 1.5/3))

    [R] = 1.25mol/L

    따라서 정답은 "1.25mol/L" 이다.
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84. A → R n1차 반응, A → S n2차 반응(desired), A → T n3차 반응에서 S가 요구하는 물질이고, n1 = 3, n2 = 1, n3 = 2 일 때에 대한 설명으로 다음 중 가장 옳은 것은?

  1. 플러그흐름반응기를 쓰고, 전화율을 낮게 한다.
  2. 플러그흐름반응기를 쓰고, 전화율을 높게 한다.
  3. 혼합흐름반응기를 쓰고, 전화율을 낮게 한다.
  4. 혼합흐름반응기를 쓰고, 전화율을 높게 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "혼합흐름반응기를 쓰고, 전화율을 높게 한다." 이다.

    n1 = 3, n2 = 1, n3 = 2 이므로, 원래 반응물 A가 3개의 분자로 반응하고, 그 결과로 S가 1개의 분자로 생성되며, T가 2개의 분자로 생성된다. 따라서 S를 얻기 위해서는 n2 = 1인 n2차 반응이 필요하다.

    혼합흐름반응기를 사용하는 이유는, 혼합흐름반응기는 반응물을 빠르게 혼합시켜 반응속도를 높일 수 있기 때문이다. 전화율을 높이는 이유는, 전화율이 높을수록 반응물이 빠르게 반응하므로, S를 더 많이 얻을 수 있기 때문이다. 따라서, 혼합흐름반응기를 사용하고, 전화율을 높이는 것이 가장 효과적인 방법이다.
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85. A ⇆ B + C 평형반응이 1bar, 560℃ 에서 진행될 때 평형상수 KP = PB PC /PA가 100mbar 이다. 평형에서 반응물 A 의 전화율은?

  1. 0.12
  2. 0.27
  3. 0.33
  4. 0.48
(정답률: 47%)
  • 평형반응식에 따라, KP = PB PC /PA 이므로, PA = PB PC /KP = (xB+xC)2 /xA = (xB+xC)2 /(1-xB-xC)

    여기서, xB와 xC는 각각 B와 C의 분압을 전체 분압으로 나눈 값이다. 따라서, xB+xC = 1-xA 이다.

    KP = 100mbar = 0.1bar 이므로, PA = (xB+xC)2 /(1-xB-xC) = (1-xA)2 /xA = 0.1bar

    이를 풀면, xA = 0.27 이다.

    따라서, 반응물 A의 분압은 전체 분압의 27%이다.
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86. 반응식 A → B 에서 속도식이 다음과 같이 주어졌을 때 반응 초기 (고농도의 CA)의 속도식은 몇 차이며 속도상수는 얼마인가?

  1. 0차 반응, 속도상수 = k1
  2. 0차 반응, 속도상수 = k1/k2
  3. 1차 반응, 속도상수 = k1
  4. 1차 반응, 속도상수 = k1/k2
(정답률: 58%)
  • 주어진 속도식에서 CA의 농도가 1차항으로 들어가 있지 않으므로 0차 반응이다. 따라서 속도상수는 k1/k2이다. k1은 반응물 A의 농도가 1일 때의 속도상수이고, k2는 반응물 B의 농도가 1일 때의 속도상수이다. 이유는 반응물 농도가 1일 때 속도상수는 반응속도를 나타내기 때문에, 반응물 농도가 서로 다를 경우 비교하기 어렵기 때문이다. 따라서 반응물 농도를 1로 놓고 비교하면 상대적인 속도상수를 구할 수 있으므로 k1/k2가 된다.
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87. A → R, rR = k1CAa1 이 원하는 반응이고 A → S, rs = k2CAa2이 원하지 않는 반응일 때 R을 더 많이 얻기 위한 방법으로 옳은 것은?

  1. a1 = a2 일 때는 A의 농도를 높인다.
  2. a1 ＞ a2 일 때는 A의 농도를 높인다.
  3. a1 ＜ a2 일 때는 A의 농도를 높인다.
  4. a1 = a2 일 때는 A의 농도를 낮춘다.
(정답률: 74%)
  • 정답은 "a1 ＞ a2 일 때는 A의 농도를 높인다." 이다.

    반응 속도식에서 반응 차수(a)는 반응물 농도의 변화가 반응 속도에 미치는 영향을 나타낸다. a가 크면 농도 변화에 민감하고, 작으면 농도 변화에 둔감하다는 것을 의미한다.

    따라서 a1 > a2 일 때, R을 더 많이 얻기 위해서는 R을 생성하는 반응인 A → R의 반응 차수인 a1을 높이기 위해 A의 농도를 높여야 한다. 이렇게 하면 R 생성 속도가 증가하고, S 생성 속도는 감소하여 R을 더 많이 얻을 수 있다.
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88. 이상형 반응기의 대표적인 예가 아닌 것은?

  1. 회분식 반응기
  2. 플러그흐름 반응기
  3. 혼합흐름 반응기
  4. 촉매 반응기
(정답률: 58%)
  • 이상형 반응기는 실험적으로 이상적인 반응 조건을 만들어내는 반응기를 말하는데, 이상적인 조건은 균일한 온도, 압력, 농도 등을 유지하면서 반응물이 균일하게 혼합되고, 반응 생성물이 빠르게 제거되는 것입니다. 따라서 촉매 반응기는 이상형 반응기의 대표적인 예가 아닙니다. 촉매 반응기는 반응속도를 촉진시키는 역할을 하지만, 이상적인 조건을 만들어내는 것은 아니기 때문입니다.
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89. 반응속도상수 k의 단위는?

  1. (시간)(농도)n-1
  2. (시간)(농도)1-n
  3. (시간)-1(농도)n-1
  4. (시간)-1(농도)1-n
(정답률: 40%)
  • 반응속도상수 k는 시간당 농도변화율을 의미하므로, 시간당 농도변화율의 단위는 농도/시간이 된다. 따라서 k의 단위는 (농도/시간)이며, 이를 간단히 표현하면 (시간)-1(농도)1-n이 된다. 여기서 n은 반응식에서 농도에 대한 지수이다.
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90. 반응기에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 회분식 반응기에는 정압 반응기가 있다.
  2. 혼합 흐름 반응기에서는 입구 농도와 출구 농도의 변화가 없다.
  3. 이상적 관형 반응기에서 유체의 흐름은 플러그흐름이다.
  4. 회분식 반응기에서는 위치에 따라 조성이 일정하다.
(정답률: 69%)
  • 혼합 흐름 반응기에서는 입구와 출구에서 유체가 계속 혼합되기 때문에 농도 변화가 없다. 이는 입구와 출구에서의 농도가 동일하게 유지되기 때문이다. 따라서, "혼합 흐름 반응기에서는 입구 농도와 출구 농도의 변화가 없다."는 옳은 설명이다.
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91. 회분식 반응기에서 각 반응시간에 따른 반응 진행도를 구하는 방법으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 이론에 의한 계산 방법
  2. 정압계의 부피 변화 측정에 의한 방법
  3. 정용계의 총 압력변화 측정에 의한 방법
  4. 전기전도도와 같은 유체의 물성변화 측정에 의한 방법
(정답률: 50%)
  • "이론에 의한 계산 방법"은 반응식과 반응속도 상수를 이용하여 반응 진행도를 계산하는 방법이다. 이 방법은 실험적인 측정 없이도 반응 진행도를 예측할 수 있기 때문에 가장 거리가 먼 방법이다. 반면, "정압계의 부피 변화 측정에 의한 방법", "정용계의 총 압력변화 측정에 의한 방법", "전기전도도와 같은 유체의 물성변화 측정에 의한 방법"은 실험적인 측정을 필요로 하기 때문에 이론적인 계산 방법에 비해 정확도가 낮을 수 있다.
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92. HBr 의 생성반응 속도식이 다음과 같을 때 k2 의 단위에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 단위는 [m3⋅s/mol] 이다.
  2. 단위는 [mol/m3⋅s] 이다.
  3. 단위는 [(mol/m3)-0.5(s)-1] 이다.
  4. 단위는 무차원(dimensionless) 이다.
(정답률: 77%)
  • 단위식을 보면 [HBr]와 [Br2]는 모두 몰 농도([mol/m3])이고, k2는 속도상수([s-1])이므로, [HBr]1[Br2]1/2k2의 단위는 [mol/m3]1[mol/m3]1/2[s-1] = [m3⋅s/mol] 이다. 따라서, k2의 단위는 [m3⋅s/mol]이 아닌, [mol/m3]-1/2[s-1]이므로, 단위는 무차원(dimensionless)이다.
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93. 균일 기상반응 A → 2R 에서 반응기에 50% A 와 50% 비활성 물질의 원료를 유입할 때 A 의 확장인자(Expansion factor) εA는 얼마인가?

  1. 0.5
  2. 1.0
  3. 2.0
  4. 4.0
(정답률: 70%)
  • 균일 기상반응에서 A → 2R 반응은 1차 반응이므로, A의 확장인자는 1/2 = 0.5 이다. 이는 A의 초기 농도가 2배가 되면 반응 속도가 2배가 된다는 것을 의미한다. 따라서 정답은 "0.5"이다.
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94. A → C 의 촉매반응이 다음과 같은 단계로 이루어진다. 탈착반응이 율속단계일 때 Langmuir Hinshelwood모델의 반응속도식으로 옳은 것은? (단, A 는 반응물, S 는 활성점, AS 와 CS 는 흡착중간체이며, k 는 속도상수, K 는 평형상수, So 는 초기 활성점, []는 농도를 나타낸다.)

(정답률: 67%)
  • Langmuir Hinshelwood 모델에서는 흡착중간체의 생성과 탈착반응이 모두 속도결정단계에 영향을 미친다. 따라서, 이 반응에서는 A 분자가 S 활성점에 흡착되는 과정과 AS 흡착중간체가 분해되어 C 분자와 S 활성점이 생성되는 과정 모두가 속도결정단계에 영향을 미친다. 따라서, 반응속도식은 다음과 같다.

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95. 다음의 특징을 갖는 반응기의 형식에 가장 가까운 것은?

  1. 고정상 반응기
  2. 유동상 반응기
  3. 액상 현탁 반응기
  4. 기상 균일 반응기
(정답률: 58%)
  • 이 반응기는 입구와 출구가 있어서 반응물이 유동적으로 흐르는 유동상 반응기의 형식에 가장 가깝습니다.
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96. 회분식반응거나 관형흐름반응기에서 연속반응(A→R→S, 각각의 속도상수는 k1, k2) 이 일어날 때 중간생성물 R 이 최대가 되는 시간은?

  1. k1, k2 의 기하평균의 역수
  2. k1, k2 의 산술평균의 역수
  3. k1, k2 의 대수평균의 역수
  4. k1, k2 에 관계없다.
(정답률: 71%)
  • 중간생성물 R의 최대농도를 구하기 위해서는 R의 생성속도와 소멸속도가 같아지는 시점을 찾아야 합니다. 이때 R의 생성속도는 A의 소멸속도와 같으며, R의 소멸속도는 S의 생성속도와 같습니다. 따라서 A→R→S 반응에서 R의 생성속도는 k1[A], 소멸속도는 k2[R]이 됩니다. 이때 R의 최대농도를 구하기 위해서는 k1[A] = k2[R] 인 시점을 찾아야 합니다.

    이 식을 정리하면 [A]/[R] = k2/k1 입니다. 이 식은 [A]/[R]이 k2/k1보다 작아질수록 R의 농도가 커진다는 것을 의미합니다. 따라서 [A]/[R]이 최소가 되는 시점이 R의 최대농도가 되는 시점입니다.

    [A]/[R] = k2/k1 이므로, [A][R] = k1k2 입니다. 이 식을 정리하면 [R] = k1k2/[A] 입니다. 이때 [R]이 최대가 되려면 [A]가 최소가 되어야 합니다. 따라서 [A]와 [R]은 역수의 관계이며, [A]와 [R]의 대수평균이 k1과 k2의 대수평균의 역수가 됩니다. 따라서 정답은 "k1, k2의 대수평균의 역수"입니다.
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97. 반응물 A 와 B 가 반응하여 목적하는 생성물 R 과 그 밖의 생성물이 생긴다. 다음과 같은 반응식에 대해서 생성물 R 의 생성을 높이기 위한 반응물 농도의 조건은?

  1. CB 를 크게 한다.
  2. CA 를 크게 한다.
  3. CA, CB 둘 다 상관없다.
  4. CB 를 작게 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응식을 보면 생성물 R 의 생성은 반응물 A 와 B 의 농도에 비례한다는 것을 알 수 있다. 따라서 생성물 R 의 생성을 높이기 위해서는 반응물 A 와 B 의 농도를 높여야 한다. 그 중에서도 반응식에서 B 의 계수가 2 이므로, B 의 농도를 높이는 것이 더 효과적일 것이다. 따라서 정답은 "CB 를 크게 한다." 이다.
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98. 다음 그림으로 표시된 반응은? (단, C 는 농도, t 는 시간을 나타낸다.)

  1. A + R → S
  2. A + S → R
  3. A → R → S
(정답률: 86%)
  • 반응물 A의 농도가 시간이 지남에 따라 감소하고, 생성물 S의 농도가 시간이 지남에 따라 증가하는 것으로 보아 A가 S로 전환되는 반응이 일어나고 있다. 또한, S가 R로 전환되는 반응도 일어나고 있으며, R이 다시 A로 전환되는 반응도 일어나고 있다. 따라서, A → R → S의 반응 경로가 일어나고 있는 것으로 추측할 수 있다. 이에 따라, ""가 정답이 된다.
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99. 복합 반응의 반응속도상수의 비가 다음과 같을 때에 관한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 반응 1 이 원하는 반응이다.)

  1. 활성화 에너지가 크면 고온이 적합하다.
  2. 평행 반응에서 E1＞E2 이면 고온을 사용한다.
  3. 연속 단계에서 E1＞E2 이면 고온을 사용한다.
  4. 온도가 상승할 때 E1＞E2 이면 K1/K2 은 감소한다.
(정답률: 70%)
  • "온도가 상승할 때 E1＞E2 이면 K1/K2 은 감소한다." 이유는 화학 반응 속도는 온도에 따라 변화하기 때문이다. 일반적으로 활성화 에너지가 높은 반응은 고온에서 더 빠르게 진행되기 때문에, E1＞E2인 경우에는 높은 온도에서 반응 1이 더 빠르게 진행되어 K1/K2 값이 감소하게 된다. 따라서 온도가 상승할 때 K1/K2 값이 감소하는 것은 옳은 설명이다.
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100. 부피 100L 이고 space time 이 5min 인 혼합흐름반응기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 이 반응가는 1 분에 20L 의 반응물을 처리할 능력이 있다.
  2. 이 반응기는 1 분에 0.2L 의 반응물을 처리할 능력이 있다.
  3. 이 반응기는 1 분에 5L의 반응물을 처리할 능력이 있다.
  4. 이 반응기는 1 분에 100L 의 반응물을 처리할 능력이 있다.
(정답률: 67%)
  • 정답: "이 반응기는 1 분에 0.2L 의 반응물을 처리할 능력이 있다."

    부피가 100L이므로, 1분에 처리할 수 있는 반응물의 양은 부피를 시간으로 나눈 값인 20L/min이 됩니다. 따라서, 1분에 처리할 수 있는 반응물의 양은 20L이며, 이는 100L의 부피를 모두 처리하는 데에는 5분이 걸립니다. 따라서, 이 반응기는 1분에 0.2L의 반응물을 처리할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
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