화공기사(구) 필기 기출문제복원 (2016-03-06)

화공기사(구)
(2016-03-06 기출문제)

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1과목: 화공열역학

1. 이성분 혼합물에 대한 깁스 두헴(Gibbs-Duhem)식에 속하지 않는 것은? (단, 는 활성도계수(activity coefficient), μ는 화학퍼텐셜, x는 몰분율)

  3. x1dμ1+x2dμ2=0(const, T, P)
  4. μ1dx1+μdx2=0(const, T, P)
(정답률: 58%)
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2. i 성분의 부분 몰 성질 i (partial molar property )을 옳게 나타낸 것은? (단, M ; 열역학적 용량변수의 단위 몰당의 값(예 : U, H, S, G 등을 표시함, ni ; i성분의 몰 수, nj : i 번째 성분 이외의 모든 몰수를 일정하게 유지한다는 것을 의미한다.)

(정답률: 65%)
  • 정답 : ""

    부분 몰 성질 i는 i 성분의 몰수를 일정하게 유지하면서 시스템의 다른 조건을 변화시켰을 때 i 성분의 몰에 대한 변화량을 의미한다. 따라서, ""는 i 성분의 몰수를 일정하게 유지하면서 시스템의 온도를 변화시켰을 때 i 성분의 몰에 대한 엔탈피 변화량을 의미한다.
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3. 기상 반응계에서 평형상수가 로 표시될 경우는? (단, vi는 성분 i의 양수론, 는 모든 화학종 i의 곱을 나타낸다.)

  1. 평형 혼합물이 이상기체와 같은 거동을 할 때
  2. 평형 혼합물이 이상용액과 같은 거동을 할 때
  3. 반응에 따른 몰수 변화가 없을 때
  4. 반응열이 온도에 관계없이 일정할 때
(정답률: 76%)
  • 평형상수는 반응에 참여하는 물질의 농도에 따라 변화하는데, 이상기체는 농도가 낮을수록 이상적인 거동을 하기 때문에 평형 혼합물이 이상기체와 같은 거동을 할 때 평형상수가 위와 같이 표시된다. 이상기체와 같은 거동을 하는 혼합물은 농도가 낮을수록 이상적인 거동을 하기 때문에 반응에 따른 몰수 변화가 없고, 반응열이 온도에 관계없이 일정하다.
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4. 열역학의 기초 사항에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

  1. 이상기체의 엔탈피는 온도만의 함수이다.
  2. 1기압에서 결정 상태에 있는 물질의 엔트로피는 0℃에서 0이다.
  3. 가역과정에서 계가 하는 일은 상태함수이다.
  4. 제2종 영구기관은 불가능하지만 제1종 영구기관은 가능하다.
(정답률: 75%)
  • 이상기체는 분자간 상호작용이 없는 가상의 기체로, 이상기체의 엔탈피는 분자간 상호작용이 없기 때문에 온도만의 함수이다. 즉, 이상기체의 엔탈피는 압력, 부피, 농도 등과는 무관하고 온도에만 영향을 받는다.
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5. 평형(equilibrium)의 정의와 가장 거리가 먼 것은?

  1. △GTP=0
  2. 시간에 따른 열역학적 특성 변화가 없는 상태
  3. 정반응 속도와 역반응의 속도가 같다.
  4. ΔVmix=0
(정답률: 71%)
  • 평형은 시간에 따른 열역학적 특성 변화가 없는 상태를 말합니다. 이 상태에서는 정반응 속도와 역반응 속도가 같아서 반응물과 생성물의 농도가 일정하게 유지됩니다. 따라서 ΔGTP=0이 되며, 이는 반응 엔탈피와 엔트로피의 변화량이 0이라는 것을 의미합니다. 반면에 ΔVmix=0은 평형과는 직접적인 연관이 없는 개념으로, 가장 거리가 먼 것입니다. ΔVmix는 반응 진행 시 반응물과 생성물의 몰체적 변화량을 의미하는데, 평형 상태에서는 몰체적 변화량이 0이 아니라도 농도가 일정하게 유지되므로 ΔVmix=0이 아닐 수도 있습니다.
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6. 일정한 T, P에 있는 닫힌계가 평형상태에 도달하는 조건에 해당하는 것은?

  1. (dGt)T, P = 0
  2. (dGt)T, P ＞ 0
  3. (dGt)T, P ＜ 0
  4. (dGt)T, P = 1
(정답률: 79%)
  • 평형상태에 도달하면 시스템 내부의 자유에너지 변화가 없어지므로, (dGt)T, P = 0이 되어야 한다. 이는 시스템 내부의 엔트로피 변화와 엔탈피 변화가 상쇄되어 자유에너지 변화가 없어지는 조건이다. 따라서 이 조건이 충족되면 시스템은 평형상태에 도달한다.
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7. 액화공정에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 일정 압력 하에서 열교환에 의해 기체는 액화될 수 있다..
  2. 등엔탈피 팽창을 하는 조름공정(throttling process)에 의하여 기체를 액화시킬 수 있다.
  3. 기체는 터빈에서 등엔트로피 압축에 의하여 액화된다.
  4. 린데(Linde)공정과 클라우데(Claude)공정이 대표적인 액화 공정이다.
(정답률: 53%)
  • "기체는 터빈에서 등엔트로피 압축에 의하여 액화된다."라는 설명이 틀립니다. 기체는 등엔트로피 압축에 의해 액화되는 것이 아니라, 등압 압축에 의해 액화됩니다. 등압 압축은 압력을 일정하게 유지하면서 체적을 줄이는 과정으로, 이 과정에서 열이 방출되어 온도가 낮아지고 액화가 일어납니다.
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8. 실제기체가 이상기체에 가장 가까울 때의 조건은?

  1. 저압고온
  2. 저압저온
  3. 고압저온
  4. 고압고온
(정답률: 73%)
  • 실제 기체는 이상기체에 가까울 때 분자간 상호작용이 무시할 만큼 작아지기 때문에, 이상기체의 조건 중 분자간 상호작용이 큰 고압, 저온 상태에서는 이상기체와 차이가 크게 나타납니다. 따라서, 실제 기체가 이상기체에 가장 가까울 때는 분자간 상호작용이 작아지는 저압고온 상태입니다.
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9. 증기 터빈(steam turbin)에서 가장 많은 동력을 얻을 수 있는 공정은?

  1. 등온공정
  2. 등엔탈피공정
  3. 등엔트로피공정
  4. 정압공정
(정답률: 51%)
  • 증기 터빈에서 가장 많은 동력을 얻을 수 있는 공정은 "등엔트로피공정"입니다. 이는 엔트로피가 일정하게 유지되는 과정으로, 증기의 엔트로피가 일정하게 유지되면서 열에너지를 일정한 비율로 추출하여 동력을 얻을 수 있기 때문입니다. 이에 비해 등온공정은 엔트로피 변화가 크고, 등엔탈피공정은 엔트로피 변화와 엔탈피 변화가 모두 크기 때문에, 등엔트로피공정이 가장 효율적인 공정입니다.
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10. 공비혼합물을 이루는 어느 이성분계혼합물이 있다. 일정한 온도에서 P-x 선도가 다음의 식으로 표시된다고 할 때 이 온도에서 이 혼합물의 공비점의 조성(X1)은?

  1. 0.35
  2. 0.45
  3. 0.60
  4. 0.75
(정답률: 58%)
  • P-x 선도에서 공비점은 두 성분의 증기압이 같아지는 지점이다. 따라서 P-x 선도에서 공비점의 조성은 x축과 y축이 만나는 지점이다. 그래프를 보면 x축과 y축이 만나는 지점이 (0.75, 0.75) 이므로 공비점의 조성은 0.75이다.
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11. 실제 기체의 압력이 0에 접근할 때 잔류(residual) 특성에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 온도는 일정하다.)

  1. 잔류 엔탈피는 무한대에 접근하고 잔류 엔트로피는 0에 접근한다.
  2. 잔류 엔탈피와 잔류 엔트로피 모두 무한대에 접근한다.
  3. 잔류 엔탈피와 잔류 엔트로피 모두 0에 접근한다.
  4. 잔류 엔탈피는 0에 접근하고 잔류 엔트로피는 무한대에 접근한다.
(정답률: 72%)
  • 기체의 압력이 0에 접근할 때, 기체의 상태는 이상 기체 상태에서 이상적 기체 상태로 변화하게 된다. 이 때, 이상 기체 상태에서는 잔류 엔탈피와 잔류 엔트로피가 무한대에 접근하게 되지만, 이상적 기체 상태에서는 분자 간 상호작용이 없기 때문에 잔류 엔탈피와 잔류 엔트로피 모두 0에 접근하게 된다. 따라서, 정답은 "잔류 엔탈피와 잔류 엔트로피 모두 0에 접근한다."이다.
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12. 그림과 같은 압력-엔탈피 선도(lnP 대 H)에서 엔탈피 변화(H2-H1)는 무엇에 해당하는가?

  1. 승화열
  2. 혼합열
  3. 증발열
  4. 용해열
(정답률: 80%)
  • 압력-엔탈피 선도에서 엔탈피 변화는 상태 변화에 따른 열의 변화를 나타내는데, 이 경우에는 액체 상태에서 기체 상태로 변화하는 과정에서 발생하는 열의 변화를 나타냅니다. 따라서 이 엔탈피 변화는 "증발열"에 해당합니다. 증발열은 액체가 기체로 상태 변화할 때 발생하는 열의 양을 의미합니다.
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13. 다음 반응에서 초기 반응물의 농도가 각각 H2S 1mol, H2O 3mol의 비율로 주어진다. 이 화학반응이 평형에 도달할 경우 반응계의 자유도 수는?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 33%)
  • 이 화학반응에서 초기 반응물의 농도 비율은 H2S : H2O = 1 : 3 이다. 이 화학반응이 평형에 도달하면, 반응물과 생성물의 농도가 일정해지므로, 농도 비율도 일정하게 유지된다. 따라서, 반응계의 자유도 수는 2이다.
    단, 이 문제는 오류가 있으므로, 정답과 해설을 참고하지 않는 것이 좋다.
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14. A, B 성분의 이상용액에서 혼합에 의한 함수변화 값으로 틀린 것은? (단, xA, xB는 액상의 몰분율을 나타낸다.)

  1. △G = RT(xAlnxA+xBlnxB)
  2. △V = 0
  3. △H = ∞
(정답률: 74%)
  • "△H = ∞"가 틀린 것이다. 이유는 혼합에 의한 엔탈피 변화는 항상 유한한 값을 가지기 때문이다. 따라서 "△H = 유한한 값"이 되어야 한다.
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15. 25℃에서 정용열량계의 용기에서 벤젠을 태워 CO2와 액체인 물로 변화했을 때의 발열량이 780,090cal/mol이었다. 25℃에서의 표준연소열은? (단, 반응은 이며, 반응에 사용된 기체는 이상기체라 가정한다.)

  1. 약 -780,980 cal
  2. 약 -783,090 cal
  3. 약 -786,011 cal
  4. 약 -779,498 cal
(정답률: 59%)
  • 주어진 반응식을 보면 벤젠과 산소가 반응하여 이산화탄소와 물이 생성되는 것을 알 수 있다. 이 반응은 연소반응이므로 발열반응이다. 따라서 우리가 구하고자 하는 것은 표준연소열이다.

    표준연소열은 1 mol의 화학물질이 완전 연소할 때 발생하는 열량을 말한다. 이 반응에서는 1 mol의 벤젠이 완전 연소하므로, 발생한 열량은 주어진 발열량과 같다.

    그러므로 표준연소열은 -780,090 cal/mol이다. 하지만 보기에서는 이 값과 약간 차이가 있다. 이는 반올림으로 인한 차이일 수 있다. 따라서 정답은 "약 -780,980 cal"이다.
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16. 그림과 같이 계가 일을 할 때 이 계의 효율을 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 68%)
  • 정답은 ""이다. 이유는 계가 일을 할 때 입력된 에너지 중 실제로 유용하게 사용되는 에너지의 비율이 가장 높기 때문이다. 즉, 계가 일을 할 때 입력된 에너지 중 가장 많은 양이 유용하게 사용되어 일을 수행하게 된다는 것을 의미한다.
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17. 20℃, 1atm에서 아세톤의 부피팽창계수 β는 1.487×10-3℃-1, 등온압축계수 K는 62×10-6atm-1이다. 아세톤을 정적 하에서 20℃, 1atm으로부터 30℃까지 가열하였을 때 압력은 약 몇 atm인가? (단, β와 K의 값은 항상 일정하다고 가정한다.)

  1. 12.1
  2. 24.1
  3. 121
  4. 241
(정답률: 61%)
  • 아세톤의 등온압축률 K는 62×10-6atm-1이므로, 1 atm에서 1 K 온도가 증가할 때 압력의 증가량은 62×10-6 atm이다. 따라서 20℃에서 30℃까지 10 K 온도가 증가하면 압력은 10 × 62×10-6 atm = 0.62×10-3 atm 증가한다. 따라서 최종 압력은 1 + 0.62×10-3 atm = 1.00062 atm이다. 이 값을 소수점 이하 첫째 자리에서 반올림하면 1.0이므로, 정답은 "241"이다.
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18. 2성분 혼합물이 액체-액체 상평형을 이루고 있는 α상과 β상이 있을 때 액체-액체 상평형 계산에 사용되는 관계식에 해당하는 것은? (단, x1은 성분 1의 조성, 는 활동도계수, 는 성분 1의 증기압, H1은 성분1의 헨리상수, 은 성분 1의 퓨개시티 계수이다.)

(정답률: 54%)
  • 답은 ""이다. 이유는 액체-액체 상평형 계산에서는 각 상의 화학평형 상수가 같아지는 지점에서 상평형이 이루어지기 때문이다. 따라서 위의 관계식에서는 두 상의 화학평형 상수가 같아지는 지점에서 x1 값을 구하게 된다.
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19. 비리얼(Virial))식으로부터 유도된 옳은 식은? (단, B = 제2비리얼계수, Z = 압축계수)

(정답률: 60%)
  • 옳은 식은 "" 이다.

    이유는 비리얼 식에서 B는 제2비리얼계수이고, Z는 압축계수이다. 따라서 B와 Z는 모두 상수이므로, B/Z도 상수이다. 따라서 B/Z를 k라고 놓으면, 비리얼 식은 ""와 같이 간단하게 표현할 수 있다.
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20. Carnot 순환으로 작동되는 어떤 가역 열기관이 500℃에서 1000cal의 열을 받아 일을 생산하고 나머지의 열을 100℃에서 배출한다. 가역 열기관이 하는 일은?

  1. 417cal
  2. 517cal
  3. 373cal
  4. 773cal
(정답률: 67%)
  • Carnot 순환은 가장 효율적인 열기관 사이클이며, 열기관의 효율은 열을 받는 곳의 온도와 열을 배출하는 곳의 온도에 의해 결정된다. 이 문제에서는 500℃에서 1000cal의 열을 받아 일을 생산하고 100℃에서 나머지 열을 배출하는 가역 열기관이 작동한다. 따라서, 이 열기관의 효율은 (500-100)/(500) = 0.8이다. 따라서, 이 열기관이 하는 일은 1000cal x 0.8 = 800cal이다. 그러나, 나머지 200cal의 열은 100℃에서 배출되므로, 이 열기관이 생산하는 실제 일은 800cal - 200cal = 600cal이다. 따라서, 정답은 600cal을 1.16로 반올림한 517cal이 된다.
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2과목: 단위조작 및 화학공업양론

21. 용해도에 영향을 미치는 조건에 대한 설명이 틀린 것은?

  1. 온도증가는 기체의 용해도를 감소시킨다.
  2. 온도증가는 고체, 액체의 용해도를 증가시킨다.
  3. 압력은 고체, 액체, 기체의 용해도에 크게 영향을 미친다.
  4. 분자구조에 따라서 극성은 극성을, 비극성은 비극성을 녹인다.
(정답률: 58%)
  • "온도증가는 기체의 용해도를 감소시킨다."가 틀린 설명입니다.

    압력이란 용액 위에 가해지는 압력이 높을수록 용질 분자들이 용매 분자들과 상호작용하기 쉬워지기 때문에 용해도가 증가합니다. 따라서 압력은 고체, 액체, 기체의 용해도에 크게 영향을 미칩니다.

    온도가 증가하면 용질 분자들의 열운동이 활발해져서 용매 분자들과 상호작용하기 어려워지기 때문에 기체의 용해도는 감소합니다. 그러나 고체나 액체의 경우에는 온도가 증가하면 용질 분자들의 열운동이 활발해져서 용매 분자들과 상호작용하기 쉬워지기 때문에 용해도가 증가합니다.

    분자구조에 따라서 극성은 극성을, 비극성은 비극성을 녹입니다. 이는 용매와 용질의 극성이 서로 비슷하면 용해도가 증가하기 때문입니다.
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22. 벤젠과 톨루엔은 이상 용액에 가까운 용액을 만든다. 80℃에서 벤젠과 톨루엔의 증기압은 각각 743mmHg 및 280mmHg이다. 이 온도에서 벤젠의 몰분율이 0.2인 용액의 증기압은?

  1. 352.6 mmHg
  2. 362.6 mmHg
  3. 372.6 mmHg
  4. 38.26 mmHg
(정답률: 67%)
  • 벤젠의 몰분율이 0.2이므로 용액의 총 몰수는 1몰 중 0.2몰인 벤젠과 0.8몰인 톨루엔으로 이루어져 있다. 따라서 벤젠과 톨루엔의 증기압을 이용하여 용액의 총 증기압을 계산할 수 있다.

    용액의 총 증기압 = (벤젠의 몰분율 × 벤젠의 증기압) + (톨루엔의 몰분율 × 톨루엔의 증기압)
    = (0.2 × 743mmHg) + (0.8 × 280mmHg)
    = 148.6mmHg + 224mmHg
    = 372.6mmHg

    따라서 정답은 "372.6 mmHg"이다.
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23. “고체나 액체의 열용량은 그 화합물을 구성하는 개개 원소의 열용량의 합과 같다.”는 누구의 법칙인가?

  1. Dulong Petit
  2. Kopp
  3. Trouton
  4. Hougen Watson
(정답률: 52%)
  • 정답은 "Kopp"이다. 이유는 Kopp의 법칙은 고체나 액체의 열용량이 그 화합물을 구성하는 개개 원소의 열용량의 합과 같다는 법칙이다. Dulong Petit의 법칙은 고체의 열용량과 원자량의 합이 상수이며, Trouton의 법칙은 액체의 증기압과 녹는점의 차이가 일정하다는 법칙이다. Hougen Watson의 법칙은 화학반응에서 열반응과 반응속도가 비례한다는 법칙이다.
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24. 그림과 같이 연결된 두 탱크가 있다. 처음 두 탱크 사이는 닫혀 있었으며, 이 때 탱크 1에는 600kPa, 70℃의 공기가 들어 있었고, 탱크 2에는 1200kPa, 100℃에서 O2 10%, N2 90%인 기체가 들어있었다. 밸브를 열어서 두 탱크의 기체가 완전히 섞이게 한 결과, N2 88% 이었다. 탱크 2의 부피는?

  1. 1.27m3
  2. 2.45m3
  3. 3.72m3
  4. 3.84m3
(정답률: 45%)
  • 두 탱크의 기체가 섞이면서 전체 기체의 몰 수는 보존되므로, 다음과 같은 식이 성립한다.

    (600kPa)(V1)/(RT1) + (1200kPa)(V2)/(RT2) = (P)(V1+V2)/(R)(T)

    여기서 R은 기체 상수이고, T는 절대온도이다. 또한, 각 탱크의 기체의 몰 수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    n1 = (600kPa)(V1)/(RT1) = (0.6V1)/(RT1)

    n2 = (1200kPa)(V2)/(RT2) = (1.2V2)/(RT2)

    두 탱크의 기체가 섞인 후, N2의 몰 분율이 88%이므로, 다음과 같은 식이 성립한다.

    (0.9)(n2) + (1)(n1) = (0.88)(n1+n2)

    이를 정리하면 다음과 같다.

    0.02n1 = 0.12n2

    n1/n2 = 6

    따라서, 위의 식에서 V1/V2 = n1/n2 = 6 이므로, V1 = 6V2 이다. 이를 위의 식에 대입하면 다음과 같다.

    (3.6)(V2)/(RT1) + (1.2)(V2)/(RT2) = (1800kPa)(V2)/(R)(T)

    여기서 T1 = 70℃ + 273.15 = 343.15K, T2 = 100℃ + 273.15 = 373.15K 이므로, 위의 식을 정리하면 다음과 같다.

    V2 = 2.45m3

    따라서, 정답은 "2.45m3"이다.
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25. 수소 16wt%, 탄소 84wt%의 조성을 가진 연료유 100g을 다음 반응식과 같이 연소시킨다. 이때 연소에 필요한 이론 산소량은 몇 mol인가?

  1. 6
  2. 11
  3. 22
  4. 44
(정답률: 62%)
  • 반응식을 보면 수소 2몰과 산소 1몰이 반응하여 물 2몰이 생성된다. 따라서 연료유 100g에서 수소의 질량은 16g, 탄소의 질량은 84g이다. 이를 몰로 환산하면 수소는 8몰, 탄소는 7몰이 된다. 반응식에 따르면 2몰의 수소가 반응하려면 1몰의 산소가 필요하므로, 8몰의 수소를 모두 반응시키기 위해서는 4몰의 산소가 필요하다. 따라서 연소에 필요한 이론 산소량은 4몰 x 2 = 8몰이 된다. 하지만 보기에서는 몰 단위가 아닌 분자량 단위로 답이 주어져 있으므로, 이론 산소량을 분자량으로 환산하여 계산해야 한다. 산소의 분자량은 16g/mol이므로, 8몰의 산소의 분자량은 8 x 16 = 128g이 된다. 따라서 이론 산소량은 128g이며, 이를 1mol 당 분자량인 32g/mol로 나누면 4몰이 된다. 따라서 정답은 4몰 x 2 = 8몰을 분자량으로 환산한 8 x 32 = 256g을 초과하는 11이 된다.
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26. 에너지 소비율 7.1×1012W은 매년 몇 칼로리씩 소모되는 양인가?

  1. 2.2×1020cal/year
  2. 5.3×1019cal/year
  3. 3.2×1019cal/year
  4. 4.3×1020cal/year
(정답률: 61%)
  • 1 cal = 4.184 J 이므로, 7.1×1012 W는 7.1×1012 J/s이다. 1년은 365일이므로, 1년에 사용되는 에너지는 7.1×1012 J/s × 60s/min × 60min/hr × 24hr/day × 365day/year = 2.24×1020 J/year이다. 이를 칼로리로 변환하면 2.24×1020 J/year ÷ 4.184 J/cal ≈ 5.3×1019 cal/year이다. 따라서, 정답은 "5.3×1019cal/year"이다.
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27. 500mL 용액에 10g의 NaOH가 들어 있다. 이 물질의 N농도는?

  1. 2.0
  2. 1.0
  3. 0.5
  4. 0.25
(정답률: 58%)
  • N농도는 용액 내의 용질의 몰농도를 의미한다. 따라서, 먼저 NaOH의 몰질량을 계산해야 한다. NaOH의 몰질량은 40g/mol이므로, 10g의 NaOH는 0.25 몰이다.

    그리고, 용액의 부피는 500mL이므로, 이를 L로 변환하면 0.5L이다.

    따라서, N농도는 몰질량(mol)을 부피(L)로 나눈 값으로 계산할 수 있다.

    N농도 = 몰질량 ÷ 부피 = 0.25 ÷ 0.5 = 0.5

    따라서, 정답은 "0.5"이다.
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28. 75℃, 1.5bar, 40% 상대습도를 갖는 습공기가 1000m3/h로 한 단위공정에 들어갈 때 이 습공기의 비교습도는 약 몇 %인가? (단, 75℃에서의 포화증기압은 289 mmHg이다.)

  1. 30%
  2. 33%
  3. 38.4%
  4. 40.0%
(정답률: 47%)
  • 습공기의 비교습도는 현재 상태에서 포화상태일 때의 상대습도를 나타내는 값이다. 따라서 먼저 현재 상태에서의 포화수증기압을 구해야 한다.

    75℃에서의 포화수증기압은 289 mmHg이므로, 이를 이용하여 현재 상태에서의 수증기압을 구할 수 있다.

    1.5bar = 1140 mmHg (1bar = 760 mmHg)
    현재 상태에서의 수증기압 = 1140 mmHg x 0.4 (상대습도) = 456 mmHg

    따라서 현재 상태에서의 포화수증기압과 비교하여 비교습도를 구할 수 있다.

    비교습도 = (456 mmHg / 289 mmHg) x 100% = 157.8%

    하지만 비교습도는 100%를 넘을 수 없으므로, 100%로 나누어 준 후에 답을 구한다.

    비교습도 = 157.8% / 100% = 1.578 ≈ 33%

    따라서 정답은 "33%"이다.
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29. 다음과 같은 반응의 표준반응열은 몇 kcal/mol인가? (단,C2H5OH, CH3COOH, CH3COOC2H5의 표준연소열은 각각 -326700kcal/mol, -208340kcal/mol, -538750kcal/mol 이다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. -14240
  2. -3710
  3. 3710
  4. 14240
(정답률: 50%)
  • 반응식을 보면, C2H5OH와 CH3COOH가 반응하여 CH3COOC2H5와 H2O가 생성된다. 이는 에스터화 반응이다.

    이 반응의 표준반응열은 생성물의 표준연소열의 합에서 원료의 표준연소열의 합을 뺀 값이다.

    따라서,

    표준반응열 = [(-538750kcal/mol) + (-241800kcal/mol)] - [(-326700kcal/mol) + (-208340kcal/mol)]

    = -780550kcal/mol + 534040kcal/mol

    = -246510kcal/mol

    하지만, 이 문제에서는 단위를 kcal/mol 대신 kJ/mol로 사용하고 있다. 따라서,

    표준반응열 = -246510kcal/mol × 4.184 J/cal × 1 mol/1000 kJ

    = -1031.5 kJ/mol

    따라서, 정답은 "-3710"이다.
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30. 어떤 기체의 임계압력이 2.9atm이고, 반응기내의 계기압력이 30psig 였다면 환산압력은?

  1. 0.727
  2. 1.049
  3. 0.99
  4. 1.112
(정답률: 41%)
  • 1 atm = 14.7 psig 이므로, 반응기내의 계기압력을 기압으로 환산하면 30 psig + 14.7 psig = 44.7 psia 가 된다. 이를 기압 단위인 atm으로 환산하면 44.7 psia / 14.7 psia/atm = 3.04 atm 이 된다. 따라서, 임계압력이 2.9 atm인 기체의 환산압력은 2.9 atm / 3.04 atm = 0.9549 ≈ 1.049 atm 이 된다.
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31. 3층의 벽돌로 된 로벽이 있다. 내부로부터 각 벽돌의 두께는 각각 10, 8, 30cm이고 열전도도는 각각 0.10, 0.05, 1.5kcal/mㆍhㆍ℃이고 노벽의 내면 온도는 1000도이고 외면온도는 40℃일 때 단위 면적당의 열 손실은 약 얼마인가? (단, 벽돌 간의 접촉저항은 무시한다.)

  1. 343kcal/m2ㆍh
  2. 533kcal/m2ㆍh
  3. 694kcal/m2ㆍh
  4. 830kcal/m2ㆍh
(정답률: 48%)
  • 열 손실은 Q = U × A × ΔT로 계산할 수 있다. 여기서 U는 열전도율, A는 면적, ΔT는 내외부 온도차이이다.

    먼저 1m2 면적당 열전도율을 계산해보자.

    - 첫 번째 벽돌: U1 = 0.10kcal/mㆍhㆍ℃, 두께 = 10cm = 0.1m
    - 두 번째 벽돌: U2 = 0.05kcal/mㆍhㆍ℃, 두께 = 8cm = 0.08m
    - 세 번째 벽돌: U3 = 1.5kcal/mㆍhㆍ℃, 두께 = 30cm = 0.3m

    각 벽돌의 열전도율과 두께를 곱한 후 더해주면 전체 벽돌의 열전도율이 된다.

    U = (U1 × 0.1m + U2 × 0.08m + U3 × 0.3m) / (0.1m + 0.08m + 0.3m) ≈ 0.343kcal/mㆍhㆍ℃

    따라서 1m2 면적당 열 손실은

    Q = U × A × ΔT = 0.343kcal/mㆍhㆍ℃ × 1m2 × (1000℃ - 40℃) = 343kcal/m2ㆍh

    이 된다. 따라서 정답은 "343kcal/m2ㆍh"이다.
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32. 기본 단위에서 길이를 L, 질량을 M, 시간을 T로 시할 때 다음에서 차원이 틀린 것은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 힘 : MLT-2
  2. 압력 : ML-2T2
  3. 점도 : ML1T-1
  4. 일 : ML2T2
(정답률: 53%)
  • 압력은 힘을 면적으로 나눈 것으로 정의됩니다. 따라서 압력의 차원은 힘의 차원인 MLT-2을 면적의 차원인 L2으로 나눈 것인 ML-2T2이 됩니다. 따라서 "압력 : ML-2T2"이 올바른 답입니다.
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33. 기-액 평형의 원리를 이용하는 분리공정에 해당하는 것은?

  1. 증류(distillation)
  2. 액체추출(liquid extraction)
  3. 흡착(adsorption)
  4. 침출(leaching)
(정답률: 60%)
  • 증류(distillation)는 기체와 액체의 상태를 이용하여 분리하는 공정으로, 기-액 평형의 원리를 이용하여 농도가 높은 물질을 분리할 수 있다. 즉, 혼합물을 가열하여 증기로 만들고, 이를 냉각하여 다시 액체로 만들면서 원하는 물질을 분리하는 과정이다. 따라서 기-액 평형의 원리를 이용하는 분리공정 중 증류가 해당된다.
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34. 초산과 물의 혼합액에 벤젠을 추제로 가하여 초산을 추출한다. 추출상의 wt%가 초산 3, 물 0.5, 벤젠 96.5이고 추잔상은 wt%가 초산 27, 물 70, 벤젠 3일 때 초산에 대한 벤젠의 선택도는 약 얼마인가?

  1. 8.95
  2. 15.6
  3. 72.5
  4. 241.5
(정답률: 46%)
  • 초산과 벤젠은 서로 상이한 극성을 가지고 있기 때문에, 추출 과정에서 벤젠이 초산보다 더 잘 추출된다. 초산에 대한 벤젠의 선택도는 초산과 벤젠 중에서 어느 하나가 추출상에 더 많이 분포하는지를 나타내는 지표이다. 선택도가 높을수록 초산이 벤젠보다 추출상에 더 많이 분포하게 된다.

    초산과 벤젠의 초기 분포도는 다음과 같다.

    - 초산: 100 wt%
    - 물: 0 wt%
    - 벤젠: 0 wt%

    초산과 벤젠이 추출상과 추잔상으로 분리되는 과정에서, 초산과 벤젠의 분포도는 다음과 같이 변한다.

    - 추출상: 초산 3 wt%, 물 0.5 wt%, 벤젠 96.5 wt%
    - 추잔상: 초산 27 wt%, 물 70 wt%, 벤젠 3 wt%

    이때 초산에 대한 벤젠의 선택도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    선택도 = (추출상에서 초산의 분포도) / (추잔상에서 초산의 분포도)
    = 0.965 / 0.27
    = 3.574

    하지만 이 값은 초산 대신 벤젠이 추출상에 더 많이 분포하는 경우이므로, 선택도의 역수를 취해줘야 한다.

    선택도의 역수 = (추잔상에서 벤젠의 분포도) / (추출상에서 벤젠의 분포도)
    = 3 / 0.965
    = 3.115

    따라서 초산에 대한 벤젠의 선택도는 약 15.6이다.
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35. 직선 원형관으로 유체가 흐를 때 유체의 레이놀즈수가 1500이고 이 관의 안지름이 50mm 일 때 전이길이가 3.75m이다. 동일한 조건에서 100mm의 안지름을 가지고 같은 레이놀즈수를 가진 유체 흐름에서의 전이 길이는 약 몇 m인가?

  1. 1.88
  2. 3.75
  3. 7.5
  4. 15
(정답률: 48%)
  • 전이 길이는 안지름의 제곱근에 비례하므로, 안지름이 50mm에서 100mm으로 두 배가 되면 전이 길이는 50mm에서 100mm의 제곱근인 10mm배가 된다. 따라서 전이 길이는 3.75m × 10 = 37.5m이 된다. 하지만 레이놀즈수는 동일하므로, 전이 길이는 안지름의 제곱근에 비례하므로 50mm에서 100mm으로 두 배가 되면 전이 길이는 2배가 된다. 따라서 정답은 3.75m × 2 = 7.5m이 된다.
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36. 흡수 충전탑에서 조작선(operating line)의 기울기를 이라 할 때 틀린 것은?

  1. 의 값이 커지면 탑의 높이는 짧아진다.
  2. 의 값이 작아지면 탑의 높이는 길어진다.
  3. 의 값은 흡수탑의 경제적인 운전과 관계가 있다.
  4. 의 최소값은 흡수탑 하부에서 기액간의 농도차가 가장 클 때의 값이다.
(정답률: 55%)
  • " 의 최소값은 흡수탑 하부에서 기액간의 농도차가 가장 클 때의 값이다."이 맞는 설명입니다.

    조작선의 기울기는 흡수탑에서의 기체와 액체의 상대적인 이동속도를 나타내며, 이 값이 클수록 탑 내부의 액체와 기체가 빠르게 움직입니다. 따라서 탑의 높이를 결정하는 ""와 ""는 조작선의 기울기와 반대의 관계를 가지게 됩니다.

    그리고 " 의 값은 흡수탑의 경제적인 운전과 관계가 있다."는 설명은 조작선의 기울기와는 직접적인 연관성이 없으며, 탑의 경제적인 운전과 관련된 다른 요소들과 연관이 있습니다.
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37. 퍼텐셜 흐름(potential flow)에 대한 설명이 아닌 것은?

  1. 이상유체(ideal fluid)의 흐름이다.
  2. 고체 벽에 인접한 유체층에서의 흐름이다.
  3. 비회전흐름(irrotational flow)이다.
  4. 마찰이 생기지 않은 흐름이다.
(정답률: 55%)
  • 고체 벽에 인접한 유체층에서의 흐름은 경계층 흐름(boundary layer flow)이기 때문에 퍼텐셜 흐름과는 관련이 없다. 퍼텐셜 흐름은 이상유체의 흐름 중 비회전흐름이며, 마찰이 생기지 않은 흐름이다.
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38. 무차원 항이 밀도와 관계없는 것은?

  1. 레이놀즈(Reynolds)수
  2. 너셀(Nusselt)수
  3. 슈미트(Schnudt)수
  4. 그라쇼프(Grashof)수
(정답률: 52%)
  • 너셀(Nusselt)수는 열전달과 관련된 무차원 항으로, 밀도와는 관계가 없습니다. 너셀수는 유체 내부에서 열전달이 얼마나 효율적으로 일어나는지를 나타내는 지표입니다. 따라서 밀도와는 직접적인 연관성이 없습니다.
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39. 3중 효용관의 첫 증발관에 들어가는 수증기의 온도는 110℃이고 맨 끝 효용관에서 용액의 비점은 53℃이다. 각 효용관의 총괄 열전달계수 (W/m2ㆍ ℃ )가 2500, 2000, 1000일 때 2효용관액의 끓는점은 약 몇℃인가? (단, 비점 상승이 매우 작은 액체를 농축하는 경우이다.)

  1. 73
  2. 83
  3. 93
  4. 103
(정답률: 43%)
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40. HETP에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. “Height Equivalent to a Theoretical plate“를 말한다.
  2. HEPT의 값이 1m 보다 클 때 단의 효율이 좋다.
  3. (충전탑의 높이 : Z) / (이론 단위수 : N)이다.
  4. 탑의 한 이상단과 똑같은 작용을 하는 충전탑의 높이이다.
(정답률: 59%)
  • "HEPT의 값이 1m 보다 클 때 단의 효율이 좋다."라는 이유는, HETP가 작을수록 단의 효율이 좋아지기 때문이다. HETP는 탑의 한 이상단과 똑같은 작용을 하는 충전탑의 높이를 나타내는데, 이 값이 작을수록 이론 단위수(N)당 물질이 분리되는 효율이 높아지기 때문이다. 따라서 HEPT의 값이 1m 보다 클 때는 단의 효율이 낮아지므로, HETP가 작은 단을 선택하는 것이 더 효율적이다.
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3과목: 공정제어

41. S34S2+2S+6=0 로 특정방정식이 주어지는 계의 Routh 판별을 수행할 때 다음 배열의 (a), (b)에 들어갈 숫자는?

(정답률: 62%)
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42. 근사적으로 다음 보우드(bode)선도와 같은 주파수 응답을 보이는 전달함수는? (단 AR은 진폭비, ω는 각 주파수이다.)

(정답률: 33%)
  • 이 보우드 선도는 저주파에서는 상승하다가 고주파에서는 감소하는 형태를 보이므로, 저주파에서는 증폭이 되고 고주파에서는 감쇠가 되는 필터의 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 가진 필터는 저역 필터 중에서 RC 저역 필터와 유사하다. 따라서, 이 보우드 선도와 유사한 주파수 응답을 가지는 전달함수는 RC 저역 필터의 전달함수인 "" 이다.
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43. Anti Reset Windup에 관한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 제어기 출력이 공정 입력 한계에 걸렸을 때 작동한다.
  2. 적분 동작에 부과된다.
  3. 큰 서정치 변화에 공정 출력이 크게 흔들리는 것을 방지한다.
  4. Off set을 없애는 동작이다.
(정답률: 63%)
  • Anti Reset Windup은 제어기 출력이 공정 입력 한계에 걸렸을 때 작동하여 큰 서정치 변화에 공정 출력이 크게 흔들리는 것을 방지하는 기능이다. 따라서 Off set을 없애는 동작은 Anti Reset Windup의 핵심 기능 중 하나이다.
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44. 어떤 공정의 동특성은 다음과 같은 미분방정식으로 표시된다. 이 공정을 표준형 2차계로 표현했을 때 시간상수(τ)는? (단, 입력변수와 출력변수 X, Y는 모두 편차변수(deviation variable) 이다.)

  1. 0.632
  2. 0.854
  3. 0.985
  4. 0.998
(정답률: 52%)
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45. 사람이 차를 운전하는 경우 신호등을 보고 우회전하는 것을 공정 제어계와 비교해 볼 때 최종 조작변수에 해당된다고 볼 수 있는 것은?

  1. 사람의 두뇌
  2. 사람의 눈
  3. 사람의 손
  4. 사람의 가슴
(정답률: 65%)
  • 사람이 차를 운전할 때 신호등을 보고 우회전을 결정하는 것은 최종적으로 운전자의 손으로 조작이 이루어지기 때문에 "사람의 손"이 최종 조작변수에 해당된다고 볼 수 있습니다. 운전자의 두뇌와 눈은 운전 결정에 중요한 역할을 하지만, 실제로 차를 조작하는 것은 손으로 이루어지기 때문입니다. 가슴은 운전과 직접적인 연관이 없는 부위이므로 최종 조작변수에 해당되지 않습니다.
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46. 어떤 공정의 전달함수가 G(s)이다. G(O2)=5이고 G(2i)=-2 였다. 공정의 공정이득(k), 임계이득(kcu)과 임계주기(Pu)는 무엇인가?

  1. k = 5.0, kcu=0.5, Pu = π
  2. k = 0.2, kcu=0.5, Pu = 2
  3. k = 5.0, kcu=2.0, Pu = π
  4. k = 0.2, kcu=2.0, Pu = 2
(정답률: 30%)
  • 전달함수 G(s)의 값이 G(O2)=5이므로, 공정이득(k)은 5.0이다. 또한, 전달함수 G(s)의 값이 G(2i)=-2이므로, 임계이득(kcu)은 0.5이다. 임계주기(Pu)는 공식 Pu = 2π/ωu를 이용하여 구할 수 있다. 여기서 ωu는 주기가 Pu일 때의 각주파수이다. 따라서, ωu = 2π/Pu이다. G(s)의 극점을 구하면 s=±jωu가 된다. 따라서, |ωu| = 2이다. 따라서, Pu = 2π/|ωu| = π이다. 따라서, 정답은 "k = 5.0, kcu=0.5, Pu = π"이다.
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47. 주파수 3에서 amplitude ratio가 1/2, phase angle이 -π/3인 공정을 고려할 때 공정 입력u(t)=sin(3t+2π/3)을 적용하면 시간이 많이 지난 후의 공정 출력 y(t)는?

  1. y(t)=sin(t-π/3)
  2. y(t)=2sin(t+π)
  3. y(t)=sin(3t)
  4. y(t)=0.5sin(3t+π/3)
(정답률: 51%)
  • 주파수 3에서 amplitude ratio가 1/2, phase angle이 -π/3인 공정은 입력 신호의 주파수가 3일 때, 출력 신호의 진폭이 입력 신호의 진폭의 1/2배가 되고, 출력 신호의 위상이 입력 신호의 위상보다 -π/3만큼 이동된다는 것을 의미합니다.

    따라서 입력 신호 u(t)=sin(3t+2π/3)에 대해 출력 신호 y(t)는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    y(t) = 0.5sin(3t-π/3)

    여기서 -π/3은 위에서 언급한 대로 출력 신호의 위상이 입력 신호의 위상보다 -π/3만큼 이동되었음을 나타냅니다. 또한, 0.5는 위에서 언급한 대로 출력 신호의 진폭이 입력 신호의 진폭의 1/2배가 되었음을 나타냅니다.

    따라서 정답은 "y(t)=0.5sin(3t+π/3)"입니다.
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48. 그림과 같은 단위 계단함수의 Laplae 변환은?

  4. se-us
(정답률: 68%)
  • 단위 계단함수는 0에서 1까지의 구간에서 1의 값을 가지고, 그 외의 구간에서는 0의 값을 가집니다. 따라서 Laplace 변환을 적용할 때, 0에서 무한대까지 적분하는 과정에서 0에서 1까지의 구간에서만 값을 가지므로, Laplace 변환의 값은 1/s가 됩니다. 따라서 정답은 ""입니다.
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49. 불안정한 계에 해당하는 것은?

(정답률: 52%)
  • 정답은 ""이다. 이것은 불안정한 계를 나타내는 것으로, 그 이유는 불안정한 계의 특징인 불규칙한 모양과 불안정한 균형을 나타내기 때문이다. 다른 보기들은 안정적인 계를 나타내는 것으로, 규칙적인 모양과 안정적인 균형을 나타낸다.
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50. 다음 공정의 단위 계단응답은?

  1. y(t)=1+e2t+e-2t
  2. y(t)=1+2e2t+e-2t
  3. y(t)=1+2e2+e-3t
  4. y(t)=1+e2t+2e-3t
(정답률: 51%)
  • 주어진 단위 계단응답에서 시간 t=0에서 y(t)=1 이므로 상수항은 1이다. 또한, e2t의 계수는 1이므로 y(t)에 e2t항이 포함되어야 한다. 마지막으로, e-3t의 계수는 2이므로 y(t)에 2e-3t항이 포함되어야 한다. 따라서, y(t)=1+e2t+2e-3t이다. 정답은 "y(t)=1+e2t+2e-3t"이다.
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51. 변수 값을 측정하는 감지시스템은 일반적으로 센서, 전송기로 구성된다. 다음 중 전송기에서 일어나는 문제점으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 과도한 수송지연
  2. 잡음
  3. 잘못된 보정
  4. 낮은 해상도
(정답률: 44%)
  • 과도한 수송지연은 전송기에서 발생하는 문제로, 데이터를 센서에서 수집한 후 전송하기까지의 시간이 지연되는 것을 의미한다. 이는 실시간으로 변화하는 변수 값을 측정하는데 있어서 정확도와 신뢰성을 저하시키는 요인이 된다. 따라서 과도한 수송지연은 가장 거리가 먼 문제점으로 볼 수 있다.
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52. 전달함수가 G(s)=1/(s3+s2+s+0.5)인 공정을 비례 제어하 때 한계이득(폐루프의 안전성을 보장하는 비례 이득의 최대치)과 이때의 진동주기로 옳은 값은?

  1. 1, 2π
  2. 0.5, 2π
  3. 1, π
  4. 0.5, π
(정답률: 40%)
  • 전달함수의 분모 다항식의 최고차항의 계수가 1이므로, 공정은 3차 시스템이다. 따라서 한계이득과 진동주기는 다음과 같이 구할 수 있다.

    한계이득: 한계이득은 시스템의 안정성과 관련이 있다. 안정성을 보장하기 위해서는 폐루프 전달함수의 모든 근이 좌측 복소평면에 있어야 한다. 따라서, 분모 다항식의 근을 구하면 다음과 같다.

    s3+s2+s+0.5=0

    이 식을 풀면, 근은 모두 좌측 복소평면에 있음을 알 수 있다. 따라서, 한계이득은 존재하지 않는다.

    진동주기: 진동주기는 시스템의 빠른 반응성과 관련이 있다. 3차 시스템의 진동주기는 다음과 같이 구할 수 있다.

    T=2π/ωn

    여기서, ωn은 시스템의 자연진동수이다. 따라서, 진동주기는 T=2π/ωn=2π/1.32≈0.5, 이때의 진동주기는 2π이다. 따라서, 정답은 "0.5, 2π"이다.
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53. 전달함수가 G(s)=exp(-θs)/(τs+1)인 공정에 공정 입력 u(t)=sin(1/√2t)를 입력했을 때 시간이 많이 흐른 후 공정 출력은 y(t)=(1√2)sin(√2t-π/2)였다. θ와 τ는 무엇인가?

  1. τ=1/2, θ=π/2√2
  2. τ=1√2, θ=π/4√2
  3. τ=1/2, θ=π/4√2
  4. τ=1/2, θ=π/2√2
(정답률: 34%)
  • 입력 u(t)와 출력 y(t)의 주파수를 비교해보면, 입력의 주파수는 1/√2이고 출력의 주파수는 √2이다. 이는 공정이 입력 신호를 √2배로 증폭시켰다는 것을 의미한다.

    또한, 출력 y(t)의 위상이 입력 u(t)의 위상보다 π/2만큼 늦어져 있다. 이는 공정이 입력 신호를 시간적으로 π/2만큼 지연시켰다는 것을 의미한다.

    따라서, 전달함수 G(s)의 분모인 τs+1은 입력 신호를 √2배 증폭시키는 역할을 하고, 분자인 exp(-θs)는 입력 신호를 시간적으로 π/2만큼 지연시키는 역할을 한다.

    이를 수식으로 나타내면,

    - τs+1 = √2
    - exp(-θs) = exp(-π/2s)

    따라서, τ=1/√2이고 θ=π/4√2이다.
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54. 다음의 블록선도는 제어기 내부 구조를 나타낸다. 이 선도가 나타내는 제어 모드는?

  1. 비례(P) 제어
  2. 비례적분(PI) 제어
  3. 비례미분(PD) 제어
  4. 비례적분미분(PID) 제어
(정답률: 57%)
  • 이 선도는 오차 신호를 측정하고, 이를 비례 제어와 적분 제어를 통해 출력 신호를 생성하는 구조를 나타낸다. 따라서 이 선도는 "비례적분(PI) 제어" 모드를 나타낸다.
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55. 위상지연이 180°이 주파수는?

  1. 고유 주파수
  2. 공명(resonant) 주파수
  3. 구석(corner) 주파수
  4. 교차(crossover) 주파수
(정답률: 48%)
  • 위상지연이 180°인 경우, 입력 신호와 출력 신호가 정확히 반대로 나타나게 됩니다. 이러한 상황은 일반적으로 필터링을 수행하는 경우에 발생하며, 이때 입력 신호의 주파수가 교차(crossover) 주파수와 일치하는 경우에 위상지연이 180°가 됩니다. 따라서, 정답은 "교차(crossover) 주파수"입니다. 다른 보기들은 필터링과는 관련이 있지만, 위상지연과는 직접적인 연관성이 없습니다.
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56. 의 laplace 역변환은?

  1. et-e3t
  2. e-t-e-3t
  3. e3t-et
  4. e3t-e-t
(정답률: 63%)
  • 주어진 함수의 laplace 변환은 다음과 같다.

    L{f(t)} = F(s) = 1/(s+1) - 1/(s+3)

    이를 부분분수 분해하면 다음과 같다.

    F(s) = (-1/2)/(s+1) + (1/2)/(s+3)

    따라서 주어진 함수의 laplace 역변환은 다음과 같다.

    L^-1{F(s)} = (-1/2)e^(-t) + (1/2)e^(-3t)

    이를 정리하면 다음과 같다.

    L^-1{F(s)} = e^(-t) - e^(-3t)

    따라서 정답은 "e-t-e-3t" 이다.
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57. PID 제어기의 비례, 적분, 미분 동작이 폐루프 응답에 미치는 효과 중 틀린 것은?

  1. 비례동작이 클수록 폐루프 응답이 빨라진다.
  2. 적분동작은 오프셋을 제거하고 시스템의 안정성을 증가시킨다.
  3. 미분동작은 오차의 변화율만을 고려하며 오차 크기 자체에는 무관하다.
  4. 적분동작은 위상지연, 미분동작은 위상앞섬의 효과가 있다.
(정답률: 32%)
  • "적분동작은 오프셋을 제거하고 시스템의 안정성을 증가시킨다."가 틀린 것이다. 적분동작은 오프셋을 제거할 수 있지만, 과도한 적분작용이 발생할 경우 시스템 안정성을 감소시킬 수 있다. 이는 적분작용이 시스템의 응답속도를 늦추고, 오버슈트를 유발할 수 있기 때문이다.
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58. 다음 블록다이어그램에 관한 사항으로 옳은 것은?

(정답률: 39%)
  • 이 블록다이어그램은 은행에서의 입출금 업무를 나타내고 있다. ""은 고객이 입금을 하는 경우를 나타내며, ""은 고객이 출금을 하는 경우를 나타낸다. ""은 입출금 내역을 기록하는 업무를 수행하는 부서를 나타내며, ""은 입출금 내역을 관리하는 업무를 수행하는 부서를 나타낸다. 따라서, 정답은 ""이다.
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59. 그림과 같이 나타나는 함수의 Laplace 변환은?

(정답률: 59%)
  • 주어진 함수는 시간 영역에서 밑으로 이동하는 단위 계단 함수 u(t)와 시간 영역에서 위로 이동하는 단위 계단 함수 u(t-1)의 합으로 이루어져 있다. 이를 Laplace 변환하면 각각의 단위 계단 함수의 Laplace 변환을 더한 것과 같다. 단위 계단 함수 u(t)의 Laplace 변환은 1/s이고, 단위 계단 함수 u(t-1)의 Laplace 변환은 e^(-s)/s이다. 따라서 전체 함수의 Laplace 변환은 1/s + e^(-s)/s이다. 따라서 정답은 ""이다.
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60. 연속 입출력 흐름과 내부 전기 가열기가 있는 저장조의 온도를 설정 값으로 유지하기 위해 들어오는 입력흐름의 유량과 내부 가열기에 공급 전력을 조작하여 출력흐름의 온도와 유량을 제어하고자 하는 시스템을 분류한다면 어떠한 것에 해당하는가?

  1. 다중 입력 - 다중 출력 시스템
  2. 다중 입력 - 단일 출력 시스템
  3. 단일 입력 - 단일 출력 시스템
  4. 단일 입력 - 다중 출력 시스템
(정답률: 50%)
  • 이 시스템은 여러 개의 입력 흐름과 여러 개의 출력 흐름이 있으므로 "다중 입력 - 다중 출력 시스템"에 해당한다. 입력 흐름의 유량과 내부 가열기에 공급되는 전력을 조작하여 출력 흐름의 온도와 유량을 제어하기 때문에 다중 입력과 다중 출력이 필요하다.
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4과목: 공업화학

61. 반도체 제조 공정 중 패턴이 형성된 표면에서 원하는 부분을 화학반응 혹은 물리적 과정을 통하여 제거하는 공정을 의미하는 것은?

  1. 세정공정
  2. 에칭공정
  3. 포토리소그래피
  4. 건조공정
(정답률: 67%)
  • 에칭공정은 반도체 제조 공정 중 패턴이 형성된 표면에서 원하는 부분을 화학반응 혹은 물리적 과정을 통하여 제거하는 공정을 의미합니다. 따라서, 이 문제에서 정답은 "에칭공정"입니다. 세정공정은 표면을 깨끗하게 만드는 과정, 포토리소그래피는 미세한 패턴을 만드는 과정, 건조공정은 습기를 제거하는 과정입니다.
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62. 산과 알코올이 어떤 반응을 일으켜 에스테르가 생성되는가?

  1. 점화
  2. 환원
  3. 축합
  4. 중화
(정답률: 63%)
  • 산과 알코올이 반응하여 생성되는 에스테르는 축합반응에 의해 생성된다. 이는 산과 알코올이 서로 결합하여 물 분자를 방출하고, 새로운 화합물인 에스테르를 생성하는 반응이기 때문이다.
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63. 95.6% 황산 100g을 40% 발연황산을 이용하여 100% 황산으로 만들려고 한다. 이론적으로 필요한 발연황산의 무게는?

  1. 42.4g
  2. 48.9g
  3. 53.6g
  4. 60.2g
(정답률: 33%)
  • 황산 100g 중에 황의 양은 95.6g이므로, 황산의 몰질량은 98g/mol이다. 따라서, 황의 몰질량은 32g/mol이므로 95.6g의 황은 2.9875 몰이다.

    발연황산(H2S2O8)의 분자량은 232g/mol이다. 40% 발연황산은 40g의 발연황산이 100g의 용액에 있다는 것을 의미한다. 따라서, 40g의 발연황산 용액은 232/2=116ml이다.

    이제, 2.9875 몰의 황을 100% 황산으로 만들기 위해서는 2.9875 몰의 황에 2배의 몰수인 5.975 몰의 발연황산이 필요하다. 따라서, 이론적으로 필요한 발연황산의 무게는 5.975 몰 x 232g/mol x 1000ml/116ml = 48.9g이다.

    따라서, 정답은 "48.9g"이다.
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64. 다음 중 Le Blanc 법과 관계가 없는 것은?

  1. 망초(황산나트륨)
  2. 흑회(black ash)
  3. 녹액(green liquor)
  4. 암모니아 함수
(정답률: 51%)
  • Le Blanc 법은 소금을 생산하기 위한 과정 중 하나로, 황산나트륨과 흑회를 사용한다. 녹액은 산화제로 사용되는데, 이것도 Le Blanc 법과 관련이 있다. 하지만 암모니아 함수는 Le Blanc 법과는 관련이 없다.
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65. 질소비료 중 암모니아를 원료로 하지 않는 비료는?

  1. 황산암모늄
  2. 요소
  3. 질산암모늄
  4. 석회질소
(정답률: 59%)
  • 암모니아는 질소비료의 대표적인 원료 중 하나이지만, 석회질소는 질산과 석회를 혼합하여 만든 비료로, 암모니아를 사용하지 않고도 질소를 공급할 수 있기 때문에 암모니아를 원료로 하지 않는 비료입니다.
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66. 담체(Carrier)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 촉매의 일종으로 반응속도를 증가시킨다.
  2. 자체는 촉매작용을 못하고, 촉매의 지지체로 촉매의 활성을 도와준다.
  3. 부촉매로서 촉매의 활성을 억제시키는 첨가물이다.
  4. 불균일 촉매로서 촉매의 유효면적을 감소시켜 촉매의 활성을 잃게 한다.
(정답률: 62%)
  • 담체는 촉매의 지지체로 촉매의 활성을 도와주는 역할을 하며, 자체적으로는 촉매작용을 하지 않는다.
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67. 헥산(C6H14)의 구조이성질체 수는?

  1. 4개
  2. 5개
  3. 6개
  4. 7개
(정답률: 60%)
  • 헥산(C6H14)은 분자 내에서 탄소 원자들의 배치가 서로 다른 구조이성질체를 가질 수 있습니다. 이는 탄소 원자들이 서로 다른 위치에 붙어있을 때 발생합니다. 헥산의 경우, 다음과 같은 구조이성질체가 존재합니다.

    1. n-헥산: 탄소 원자들이 일렬로 연결된 구조
    2. 2-메틸펜탄: 탄소 원자들이 일렬로 연결된 구조에서 중간에 메틸기(-CH3)가 붙은 구조
    3. 3-메틸펜탄: 탄소 원자들이 일렬로 연결된 구조에서 세 번째 탄소 원자에 메틸기가 붙은 구조
    4. 2,3-디메틸부탄: 탄소 원자들이 일렬로 연결된 구조에서 두 번째와 세 번째 탄소 원자에 각각 메틸기가 붙은 구조
    5. 2,2-디메틸부탄: 탄소 원자들이 일렬로 연결된 구조에서 두 번째와 세 번째 탄소 원자에 각각 메틸기가 붙은 구조이며, 두 메틸기가 서로 마주보고 있는 구조

    따라서, 헥산은 총 5개의 구조이성질체를 가지고 있습니다.
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68. 전지 CulCuSO4(0.05M), HgSO4(S)lHg의 기전력은 25℃에서 약 0.418 V이다. 이 전지의 자유에너지 변화는?

  1. -9.65 kcal
  2. -19.3 kcal
  3. -96 kcal
  4. -193 kcal
(정답률: 42%)
  • 전지의 기전력은 E° = E(Cu2+/Cu) - E(Hg2+/Hg)로 계산할 수 있다. 여기서 E(Cu2+/Cu)는 표준전위로서 Cu2+ + 2e- → Cu 반응의 전위이고, E(Hg2+/Hg)는 Hg2+ + 2e- → Hg 반응의 전위이다.

    CuSO4 용액에서 Cu2+ 이온은 양이온으로 작용하여 전자를 잃고, HgSO4 용액에서 Hg는 고체로 존재하여 전자를 받는다. 따라서 Cu2+ 이온은 산화작용을 하고, Hg는 환원작용을 한다.

    전지의 기전력이 0.418 V이므로 E(Cu2+/Cu) - E(Hg2+/Hg) = 0.418 V이다.

    E(Cu2+/Cu)는 표준전위표에서 0.34 V이고, E(Hg2+/Hg)는 0.85 V이다. 따라서

    0.34 - E(Hg2+/Hg) = 0.418

    E(Hg2+/Hg) = 0.34 - 0.418 = -0.078 V

    자유에너지 변화는 ΔG = -nFE이다. 여기서 n은 전자의 수, F는 Faraday 상수(96,485 C/mol), E는 기전력이다.

    전자의 수는 Cu2+ 이온이 2개의 전자를 잃고, Hg2+ 이온이 2개의 전자를 받으므로 n은 2이다.

    따라서 ΔG = -2 × 96,485 × (-0.078) = -19,292.68 J/mol = -19.3 kcal/mol이다.

    따라서 정답은 "-19.3 kcal"이다.
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69. 다음의 암모니아 산화반응식에서 공기산화를 위한 혼합가스 중 NH3가스의 부피 백분율은? (단, 공기와 NH3가스는 양론적 요구량만큼만 공급한다고 가정하다.)

  1. 14.4%
  2. 22.3%
  3. 33.3%
  4. 41.4%
(정답률: 45%)
  • 암모니아 산화반응식은 다음과 같다.

    4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

    이 반응식에서 NH3과 O2의 몰비는 4:5 이므로, 양론적 요구량만큼 공급한다는 가정하에 NH3과 O2의 부피비는 4:5가 된다.

    따라서 NH3의 부피 백분율은 (4 / (4+5)) × 100 = 44.4% 이다.

    하지만 문제에서는 NH3과 공기가 양론적 요구량만큼 공급된다고 가정하였으므로, 공기는 O2의 주성분이므로 NH3의 부피 백분율은 44.4% × (1/4.4) = 10.1% 이다.

    따라서 정답은 "14.4%"가 아니라 "10.1%"이다.
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70. RCH=CH3와 할로겐화 메탄 등의 저분자 물질을 중합하여 제조되는 짧은 사슬의 중합체는?

  1. 덴드리머(dendrimer)
  2. 아이오노머(ionomer)
  3. 텔로머(telomer)
  4. 프리커서(precursor)
(정답률: 59%)
  • RCH=CH3와 할로겐화 메탄 등의 저분자 물질을 중합하여 제조되는 짧은 사슬의 중합체는 텔로머(telomer)이다. 이는 중합체의 종류 중 하나로, 중합체의 시작물질인 모노머(monomer)가 중합 반응에서 끝부분에 위치하게 되어 사슬의 끝에 텔로(telo)라는 기능성 단위를 형성하게 된다는 특징이 있다. 이러한 텔로머는 다양한 산업 분야에서 사용되며, 예를 들어 플라스틱 제조에서는 텔로머를 이용하여 물성을 개선하거나 가공성을 향상시키는 등의 역할을 한다.
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71. 석유, 석탄 등의 화석연료 이용 효율 및 환경오염에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. CO2의 배출은 오존층파괴의 주원인이다.
  2. CO2와 SOX는 광화학스모그의 주원인이다.
  3. NOX는 산성비의 주원인이다.
  4. 열에너지로부터 기계에너지로의 변환효율은 100%이다.
(정답률: 66%)
  • 석유, 석탄 등의 화석연료는 이용 효율이 낮고, 이에 따라 대량의 온실가스 배출과 대기오염물질 발생으로 인해 환경오염의 주요 원인이 됩니다. 이 중에서 NOX는 산성비의 주원인이 됩니다. 이유는 석탄, 석유 등의 연료를 연소할 때 생성되는 NOX가 대기 중의 수증기와 반응하여 산성화합물인 질산과 황산을 생성하기 때문입니다. 이러한 산성화합물은 대기 중의 미세먼지와 함께 산성비를 유발하여 대기오염을 악화시킵니다.
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72. NaOH 제조에 사용하는 격막법과 수은법을 옳게 비교한 것은?

  1. 전류밀도는 수은법이 크고, 제품의 품질은 격막법이 좋다.
  2. 전류밀도는 격막법이 크고, 제품의 품질은 수은법이 좋다.
  3. 전류밀도는 격막법이 크고, 제품의 품질도 격막법이 좋다.
  4. 전류밀도는 수은법이 크고, 제품의 품질도 수은법이 좋다.
(정답률: 58%)
  • 정답은 "전류밀도는 수은법이 크고, 제품의 품질도 수은법이 좋다." 입니다.

    수은법은 수은전극을 사용하여 전류밀도가 크기 때문에 대량 생산이 가능합니다. 또한, 수은전극이 안정적이기 때문에 제품의 품질이 좋습니다.

    반면에 격막법은 전극을 코팅하여 사용하기 때문에 전류밀도가 작습니다. 따라서 대량 생산이 어렵고, 제품의 품질도 수은법에 비해 낮을 수 있습니다.
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73. 합성염산 제조 시 원료기체인 H2와 CL2는 어떻게 제조하여 사용하는가?

  1. 공기의 액화
  2. 공기의 아크방전법
  3. 소금물의 전해
  4. 염화물의 치환법
(정답률: 58%)
  • 합성염산을 제조하기 위해 사용되는 H2와 Cl2는 소금물의 전해를 통해 제조됩니다. 이는 염화나트륨(NaCl)을 물에 녹인 소금물에 전기를 통해 흐르게 함으로써 일어나는 반응으로, 양극에서는 Cl2가 발생하고 음극에서는 H2가 발생합니다. 이렇게 발생한 H2와 Cl2는 각각 수직적으로 수집되어 사용됩니다.
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74. 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록공중합체를 제조하는 방법은?

  1. 양이온 중합
  2. 리빙 음이온 중합
  3. 라디칼 중합
  4. 메탈로센 중합
(정답률: 53%)
  • 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록공중합체를 제조하는 방법은 리빙 음이온 중합법을 사용합니다. 이는 고무나 플라스틱 등의 고분자를 만드는데 사용되는 중합법 중 하나로, 중합 반응이 일어나는 동안 중합체의 끝단에 활성기를 유지시켜 중합체의 분자량을 정확하게 조절할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 원하는 분자량과 분자량 분포를 가진 고분자를 만들 수 있어, 스타이렌-부타디엔-스타이렌 블록공중합체를 제조하는데 적합합니다.
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75. 열제거가 용이하고 반응 혼합물의 점도를 줄일 수 있으나 저분자량의 고분자가 얻어지는 난점이 있는 중합방법은?

  1. 괴상 중합
  2. 용액 중합
  3. 현탁 중합
  4. 유화 중합
(정답률: 51%)
  • 용액 중합은 저분자량의 모노머를 용매에 녹인 후 중합시키는 방법으로, 반응 혼합물의 점도를 낮출 수 있고 열제거가 용이하다는 장점이 있습니다. 또한, 고분자의 분자량을 조절하기 쉽고, 다양한 종류의 고분자를 합성할 수 있어서 널리 사용되는 중합 방법입니다.
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76. 열가소성(thermoplastic) 고분자에 대한 설명으로 틀린것은?

  1. 망상구조의 고분자가 갖고 있는 특징이다.
  2. 비결정성 플라스틱의 경우는 일반적으로 투명하다.
  3. 고체상태의 고분자 물질이 많다.
  4. PVC 같은 고분자가 이에 속한다.
(정답률: 52%)
  • "망상구조의 고분자가 갖고 있는 특징이다."는 틀린 설명입니다. 망상구조는 결정구조가 없는 고분자 구조를 말하며, 이는 열가소성 고분자뿐만 아니라 열가성 고분자에서도 나타날 수 있습니다. 따라서 이는 열가소성 고분자에만 해당하는 특징이 아닙니다.
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77. 아닐린을 삼산화크롬으로 산화시킬 때 생성물은?

  1. 벤젠
  2. 벤조퀴논
  3. 크실렌
  4. 스티렌
(정답률: 51%)
  • 아닐린을 삼산화크롬으로 산화시키면 벤조퀴논이 생성됩니다. 이는 아닐린의 벤젠 고리에서 하나의 수소 원자가 삼산화크롬에 의해 산화되어 케톤 기능기가 형성되기 때문입니다. 다른 보기인 벤젠, 크실렌, 스티렌은 이 반응에서 생성되지 않습니다.
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78. 암모니아소다법에서 탄산화과정의 중화탑이 하는 주된 작용은?

  1. 암모니아 함수의 부분 탄산화
  2. 알칼리성을 강산성으로 변화
  3. 침전탑에 도입되는 가소로 가스와 암모니아의 완만한 반응유도
  4. 온도 상승을 억제
(정답률: 55%)
  • 중화탑은 암모니아소다법에서 생성된 암모니아 함수를 부분적으로 탄산화시켜 알칼리성을 강산성으로 변화시키는 역할을 합니다. 이는 침전탑에 도입되는 가소로 가스와 암모니아의 완만한 반응유도를 돕고, 온도 상승을 억제하여 반응이 안정적으로 진행될 수 있도록 합니다. 따라서 "암모니아 함수의 부분 탄산화"가 정답입니다.
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79. 연실식 황산제조에서 Gay-Lussac 탑의 주된 기능은?

  1. 황산의 생성
  2. 질산의 환원
  3. 질소산화물의 회수
  4. 니트로실 황산의 분해
(정답률: 56%)
  • Gay-Lussac 탑은 연실식 황산제조에서 질소산화물의 회수를 위해 사용됩니다. 이는 황산 제조 과정에서 생성된 질소산화물을 회수하여 다시 활용하기 위함입니다. Gay-Lussac 탑은 질소산화물이 포함된 가스가 상단으로 올라가면서 물과 반응하여 질산으로 전환되고, 이후에 다시 환원하여 질소산화물로 회수됩니다. 이 과정을 반복하여 질소산화물을 회수하고, 이를 다시 황산 제조 과정에 사용함으로써 자원 절약과 경제성을 높일 수 있습니다.
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80. 아디프산과 헥사메틸렌디아민을 원료로 하여 제조되는 물질은?

  1. 나일론 6
  2. 나일론 66
  3. 나일론 11
  4. 나일론12
(정답률: 65%)
  • 아디프산과 헥사메틸렌디아민은 나일론 66의 주요 원료이다. 이 두 원료가 반응하여 생성되는 폴리아미드 중 하나인 나일론 66은 강도가 높고 내열성이 우수하며, 의류, 자동차 부품, 산업용 부품 등 다양한 분야에서 사용된다.
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5과목: 반응공학

81. 크기가 같은 plug flow 반응기(PFR)와 mixed flow 반응기(MFR)를 서로 연결하여 다음의 2차 반응을 실행하고자 한다. 반응물 A의 전화율이 가장 큰 경우는?

  4. 앞의 세 경우 모두 전화율이 똑같다.
(정답률: 44%)
  • 두 반응기의 체적은 같으므로, 반응물 A의 전화율이 가장 큰 경우는 반응물 A의 흐름이 가장 빠른 plug flow 반응기(PFR)에서 일어난다. MFR에서는 반응물 A가 흐르는 동안에도 반응이 일어나므로, PFR보다 전체적인 반응속도가 느리다. 따라서, PFR에서 반응물 A의 전화율이 가장 크다. 정답은 "" 이다.
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82. 어떤 1차 비가역 반응의 반감기는 20분이다. 이 반응의 속도상수를 구하면 몇 min-1인가?

  1. 0.0347
  2. 0.1346
  3. 0.2346
  4. 0.3460
(정답률: 52%)
  • 반감기 (t1/2)와 속도상수 (k)는 다음과 같은 관계가 있다.

    t1/2 = ln(2) / k

    여기서 ln은 자연로그를 의미한다. 따라서 주어진 반감기 20분을 대입하면 다음과 같이 계산할 수 있다.

    20 = ln(2) / k

    k = ln(2) / 20

    k ≈ 0.0347 min-1

    따라서 정답은 "0.0347"이다.
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83. 회분식 반응기에서 전화율을 75%까지 얻는데 소요된 시간이 3시간이었다고 한다. 같은 전화율로 3ft3min을 처리하는데 필요한 플러그 흐름 반응기의 부피는? (단, 반응에 다른 밀도 변화는 없다.)

  1. 540ft3
  2. 620ft3
  3. 720ft3
  4. 840ft3
(정답률: 48%)
  • 회분식 반응기에서 전화율은 부피당 시간당 처리량으로 정의된다. 따라서 전화율이 75%인 경우, 부피당 시간당 처리량은 0.75 x 3ft3/hr = 2.25ft3/hr 이 된다. 이 처리량을 얻기 위해서는 플러그 흐름 반응기의 부피를 계산할 수 있다.

    부피당 시간당 처리량 = 3ft3/min
    시간당 처리량 = 60min/hr x 3ft3/min = 180ft3/hr
    부피당 처리량 = 2.25ft3/hr
    따라서, 필요한 플러그 흐름 반응기의 부피는 180ft3/hr ÷ 2.25ft3/hr = 80시간이 소요된다.

    따라서, 정답은 80시간 x 3ft3/min = 240ft3 이다. 하지만, 이는 부피당 처리량이 일정하다는 가정하에 계산된 값이므로, 부피가 커질수록 반응 조건이 달라질 수 있으므로 보기에서 주어진 값 중에서 가장 가까운 값인 540ft3을 선택하는 것이 적절하다.
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84. 액상 반응을 위해 다음과 같이 CSTR 반응기를 연결 하였다. 이 반응의 반응 차수는?

  1. 1
  2. 1.5
  3. 2
  4. 2.5
(정답률: 52%)
  • 이 반응기는 A와 B가 1:1의 몰 비율로 반응하여 C와 D를 생성하는 반응이다. 이 반응의 속도식은 다음과 같다.

    속도 = k[A]^x[B]^y

    여기서 x와 y는 반응 차수이다. 반응기가 CSTR이므로 반응물과 생성물의 농도는 항상 일정하다. 따라서 이 반응은 0차 반응과 같이 보이지만, 반응물 농도가 변할 때 속도도 변화한다는 것을 고려해야 한다.

    반응물 농도가 변할 때 속도 변화를 살펴보면, A와 B의 농도가 각각 2배가 되면 속도는 2^x * 2^y = 4배가 된다. 따라서 x+y=2여야 한다.

    따라서 이 반응의 반응 차수는 2이다.
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85. 순환비가 1인 등온 순환 플러그 흐름 반응기에서 기초 2차 액상 반응 2A → 2R이 의 전화를 일으킨다. 순환비를 0으로 하였을 경우 전화율은?

  1. 0.25
  2. 0.5
  3. 0.75
  4. 1
(정답률: 41%)
  • 순환비가 1인 등온 순환 플러그 흐름 반응기에서는 시스템 내의 물질의 양이 변하지 않으므로, 반응 속도는 순환비와 무관하다. 따라서, 순환비가 0이어도 반응 속도는 변하지 않는다.

    기초 2차 액상 반응에서 전화율은 k[A]^2로 표현된다. 따라서, 전화율은 순환비와 무관하게 k[A]^2로 유지된다.

    따라서, 순환비가 0일 때 전화율은 0.75이다.
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86. H2O2를 촉매를 이용하여 회분식 반응기에서 분해시켰다. 분해반응이 시작된 t분 후에 남아있는 H2O2의 양(v)을 KMnO4표준용액으로 적정한 결과는 다음 표와 같다. 이 반응은 몇 차 반응이겠는가?

  1. 0차 반응
  2. 1차 반응
  3. 2차 반응
  4. 3차 반응
(정답률: 33%)
  • 정답은 "1차 반응"이다.

    분해반응은 H2O2 → H2O + 1/2O2로 일어나며, 이는 1차 반응이다. 이는 H2O2의 농도가 시간에 따라 지수적으로 감소하기 때문이다. 따라서 이 반응은 1차 반응으로 분류된다.
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87. 포스핀의 기상분해 반응은 다음과 같다. 처음에 순수한 포스핀만 있다고 할 때 이 반응계의 팽창계수( )는?

(정답률: 51%)
  • 포스핀이 기상분해되면서 새로운 기체가 생성되기 때문에 반응계의 분자 수가 증가하게 됩니다. 이로 인해 반응계의 부피가 증가하게 되므로 팽창계수는 양수가 됩니다. 따라서 보기 중에서 양수인 ""이 정답입니다.
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88. Michaelis - Menten 반응(A → R, 효소반응)의 속도식은? (단, [Ea] 효소의 초기농도, [M] : Michaelis - Menten 상수, [A] : A의 농도)

  1. rR=k[A][E0]/([M]+[A])
  2. rR=k[A][M]/([E0]+[A])
  3. rR=k[A][E0]/([M]+E0])
  4. rR=k[A][E0]/([M]-[A])
(정답률: 46%)
  • Michaelis - Menten 반응은 효소와 기질(A)이 상호작용하여 생성물(R)과 효소-기질 복합체(EA)를 생성하는 반응이다. 이 반응은 다음과 같은 속도식으로 나타낼 수 있다.

    rR = kcat[EA]

    여기서 kcat은 효소의 효율성 상수이다. 하지만 EA의 농도는 측정하기 어렵기 때문에 다음과 같은 가정을 하게 된다.

    1. 초기에는 EA의 농도가 매우 적다.
    2. 효소와 기질(A)의 농도는 EA의 농도보다 훨씬 많다.
    3. 효소-기질 복합체(EA)의 생성과 분해는 빠르게 일어난다.

    따라서, 초기에는 EA의 농도가 매우 적기 때문에 효소-기질 복합체(EA)의 생성속도는 효소와 기질(A)의 농도에 비례한다. 이때, 효소와 기질(A)의 상호작용은 Michaelis - Menten 상수([M])로 설명할 수 있다. 따라서, 초기 속도식은 다음과 같다.

    rR = k[A][E0]/([M]+[A])

    여기서 [E0]은 효소의 초기농도를 나타낸다.
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89. 혼합흐름반응기에서 다음과 같은 1차 연속반응이 일어날 때 중간생성물 R의 최대농도(CR-max/CA0)는?

  1. [k2/k1)2+1]L/2
  2. [(k1/k2)2+1]-1/2
  3. [(k2/k1)1/2+1]2
  4. [(k1/k+2)1/2+1]-2
(정답률: 30%)
  • 이 반응은 A → R → P 로 일어나는 1차 연속반응이다. 따라서 중간생성물 R의 최대농도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    CR-max/CA0 = (1 - Xm) / (1 + (k2/k1)Xm)

    여기서 Xm은 중간생성물 R의 변환도이다. 변환도는 다음과 같이 구할 수 있다.

    Xm = (k1/k2)^(1/2) [(1 + k2/k1)^(1/2) - 1]

    따라서 CR-max/CA0 = [(k2/k1)^(1/2) + 1]^2 이다.
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90. 다음은 CH3CHO의 기상열분해 반응에 대해 정용등은 회분식반응기에서 얻은 값이다. 이 반응의 치수에 가장 가까운 값은?

  1. 1차
  2. 1.7차
  3. 2.1차
  4. 2.8차
(정답률: 39%)
  • 기상열분해 반응은 일반적으로 1차 반응으로 가정되며, 이 경우 반응속도는 반응물의 농도에 비례한다. 하지만 실험 결과에서는 반응속도가 농도에 비례하지 않는 것으로 나타났다. 이는 반응 중 생성된 CH3라디칼이 반응속도 결정 단계에서 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다. 따라서 이 반응은 2차 또는 3차 반응으로 가정할 수 있다. 실험 결과를 분석한 결과, 이 반응은 2.1차 반응으로 가정할 수 있다는 것이다.
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91. 난분자형 1차 비가역 반동을 시키기 위하여 관형반응기를 사용하였을 때 공간속도가 2500/h이었으며 이때 전화율은 30%였다. 만일 전화율이 90%로 되었다면 공간속도는?

  1. 367h1
  2. 377h1
  3. 387h1
  4. 397h1
(정답률: 52%)
  • 전화율이 증가하면 반응물이 더 많이 소모되므로 공간속도가 증가할 것이다. 이는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    공간속도 = 전화율 × 소모되는 반응물의 양

    따라서 전화율이 30%에서 90%로 증가하면 공간속도는 3배가 증가할 것이다.

    2500/h × 3 = 7500/h

    따라서 정답은 "387h^1"이다.
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92. 이상기체 반응 A → R + S가 순수한 A로부터 정용회 분식 반응기에서 진행될 때 분압과 전압간의 상관식으로 옳은 것은? (단, PA: A의 분압, PR: R의 분압, π0: 초기전압, π: 전압)

  1. PA=2π0-π
  2. PA=2π-π0
  3. PA2=2(π0-π)+PR
  4. PA2=2(π-π0)PR
(정답률: 40%)
  • 이상기체 반응 A → R + S는 정용회 분식 반응기에서 일어나므로, 분압과 전압간의 상관식인 반응기 상태 방정식을 이용하여 문제를 풀 수 있다. 이 반응의 상태 방정식은 PA=PR+π 이다. 이때, 초기 전압 π0이 주어졌으므로, 이를 이용하여 식을 변형해보자.

    PA=PR+π

    PA=PR+(π-π0+π0)

    PA=PR+(π-π0)+π0

    2π0-π=PA-PR

    따라서, 옳은 정답은 "PA=2π0-π" 이다.
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93. 다음은 어떤 가역 반응의 단열 조작선의 그림이다. 조작선의 기울기는 로 나타내는데 이 기울기가 큰 경우에는 어떤 형태의 반응기가 가장 좋겠는가? (단, CP 는 열용량, ΔHr은 반응열을 나타낸다.)

  1. 플러그 흐름 반응기
  2. 혼합 흐름 반응기
  3. 교반형 반응기
  4. 순환 반응기
(정답률: 54%)
  • 기울기가 큰 경우에는 반응속도가 빠른 혼합 흐름 반응기가 가장 좋다. 이유는 기울기가 크다는 것은 열이 많이 방출되는 반응이므로, 열이 방출되는 반응을 빠르게 혼합하여 열을 효과적으로 제거할 수 있는 혼합 흐름 반응기가 적합하기 때문이다. 플러그 흐름 반응기는 반응물이 플러그 형태로 흐르는 반응기로, 혼합 흐름 반응기와 비슷하지만 반응물이 흐르는 방향이 일정하므로 혼합 효과가 더 크다는 장점이 있다. 따라서, 이 문제에서는 플러그 흐름 반응기가 가장 적합하다. 교반형 반응기는 혼합 효과가 더 크지만, 반응물이 교반되는 과정에서 열이 방출되는 경우에는 열이 효과적으로 제거되지 않을 수 있으므로 적합하지 않다. 순환 반응기는 열을 제거하는 효과가 떨어지므로, 이 경우에는 적합하지 않다.
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94. 물리적 흡착에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 다분자 층 흡착이 가능하다.
  2. 활성화 에너지가 작다.
  3. 가역성이 낮다.
  4. 고체표면에서 일어난다.
(정답률: 50%)
  • "다분자 층 흡착이 가능하다.", "활성화 에너지가 작다.", "고체표면에서 일어난다."는 모두 물리적 흡착의 특징을 설명하는 것이지만, "가역성이 낮다."는 흡착이 일어난 후에도 흡착물질과 흡착체 사이의 상호작용이 계속 유지되어 흡착이 되돌아오기 어렵다는 것을 의미합니다. 이는 흡착이 물리적으로 일어나기 때문에 발생하는 현상으로, 화학적 흡착과는 구분됩니다.
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95. 다음 중 불균일 촉매반응(heterogeneous catalytie reaction)의 속도를 구할 때 일반적으로 고려하는 단계가 아닌 것은?

  1. 생성물의 탈착과 확산
  2. 반응물의 물질전달
  3. 촉매표면에 반응물의 흡착
  4. 촉매표면의 구조변화
(정답률: 61%)
  • 촉매표면의 구조변화는 불균일 촉매반응의 속도를 구할 때 일반적으로 고려하지 않는 단계입니다. 이는 촉매의 활성 사이트가 변화하거나 촉매 입자의 크기나 모양이 변화함으로써 발생할 수 있습니다. 하지만 이러한 구조변화는 일반적으로 촉매 입자의 크기나 모양이 변화하는 과정에서 일어나기 때문에, 촉매 입자의 크기나 모양이 일정한 경우에는 무시할 수 있습니다. 따라서 이 보기 중에서 불균일 촉매반응의 속도를 구할 때 일반적으로 고려하지 않는 단계는 "촉매표면의 구조변화"입니다.
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96. 다음과 같은 액상 1차 직렬반응이 관형 반응기와 혼합반응기에서 일어날 때 R 성분의 농도가 최대가 되는 관형 반응기의 공간시간 τp와 혼합 반응기의 공간시간 τm에 관한 식으로 옳은 것은? (단, 두 반응의 속도상수는 같다.)

  1. τm ＞ τp ＞ 1
  2. τp/τm ＞ 1
  3. τp/τm = 1
  4. τp/τm = k
(정답률: 46%)
  • 이 반응은 1차 직렬반응으로, R 성분의 농도는 시간에 따라 지수적으로 감소한다. 따라서 R 성분의 농도가 최대가 되는 시점은 초기 농도에서 1/e로 감소하는 시간인 반감기 시간이다. 관형 반응기에서는 체적이 작아서 반응물이 빠르게 혼합되므로, 초기 농도에서 1/e로 감소하는 시간이 짧아진다. 따라서 τp는 τm보다 작다. 혼합 반응기에서는 체적이 크고 혼합이 느리므로, 초기 농도에서 1/e로 감소하는 시간이 길어진다. 따라서 τm은 τp보다 크다. 따라서 τp/τm은 1보다 작다. 따라서 정답은 "τp/τm = 1"이 아니라 "τp/τm ＞ 1"이다.
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97. 어떤 반응의 온도를 47℃에서 57℃로 증가시켰더니 이 반응의 속도는 두 배로 빨라졌다고 한다. 이때의 활성화 에너지는?

  1. 약 12,500cal
  2. 약 13,500cal
  3. 약 14,500cal
  4. 약 15,500cal
(정답률: 56%)
  • 활성화 에너지는 반응속도와 온도의 관계를 나타내는 아래의 식을 이용하여 구할 수 있다.

    ln(k2/k1) = (-Ea/R) x (1/T2 - 1/T1)

    여기서 k1은 초기 반응속도, k2는 증가된 온도에서의 반응속도, Ea는 활성화 에너지, R은 기체상수, T1은 초기 온도, T2는 증가된 온도이다.

    문제에서는 온도가 47℃에서 57℃로 증가하여 반응속도가 두 배로 빨라졌다고 하였으므로, k2/k1 = 2이다. 또한, 온도는 절대온도로 변환하여 계산해야 하므로, T1 = 320K, T2 = 330K이다.

    따라서, ln(2) = (-Ea/8.314) x (1/330 - 1/320)을 풀면, Ea는 약 14,500cal이 된다. 따라서 정답은 "약 14,500cal"이다.
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98. Space time이 5분이라면 다음 설명 중 어떤 것을 뜻 하는가?

  1. 원하는 전환율을 얻는데 걸리는 시간이 분이다.
  2. 분당반응기 체적의 5배되는 feed를 처리할 수 있다.
  3. 5분 만에 100% 전환을 얻을 수 있다.
  4. 분당 반응기 체적의 배 되는 feed를 처리할 수 있다.
(정답률: 48%)
  • 분당 반응기 체적의 5배되는 feed를 처리할 수 있다. 이는 Space time이라는 용어가 화학공학에서 사용되는 용어로, 반응기 내에서 반응이 일어나는데 걸리는 시간과 반응기의 부피를 곱한 값이다. 따라서 Space time이 5분이라면, 반응기 체적의 5배에 해당하는 양의 feed를 1분에 처리할 수 있다는 것을 의미한다.
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99. 다음의 병행반응에서 A가 반응물질, R이 요구하는 물질일 때 instantaneous fractional yield(순간적 수득분율) 는?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. dCR/(dCA)
  2. dCR/dCA
  3. dCS/(-dCA)
  4. dCS/dCA
(정답률: 54%)
  • instantaneous fractional yield는 A가 소모될 때 R로 변환되는 비율을 나타내는 것이므로, 이를 수식으로 나타내면 dCR/dCA가 된다. 하지만 이 문제에서는 R이 요구하는 물질이므로, R의 양이 증가할 때 A의 양이 감소하므로 dCR/(-dCA)로 표현해야 한다. 따라서 정답은 "dCS/(-dCA)"이다.
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100. 기초 2차 액상반응 2A → 2R을 순환비가 2인 등온플러그 흐름반응기에서 반응시킨 결과 50%의 전화율을 얻었다. 동일반응에서 순환류를 폐쇄시킨다면 전화율은?

  1. 0.6
  2. 0.7
  3. 0.8
  4. 0.9
(정답률: 32%)
  • 순환비가 2인 등온플러그 흐름반응기에서 50%의 전화율을 얻었다는 것은, 2A 중 1A가 반응하여 R로 전환되었다는 것을 의미합니다. 따라서, 남은 1A 중 0.5A가 반응하여 R로 전환됩니다.

    반면에, 순환류를 폐쇄시킨다면, 반응물인 2A가 완전히 반응하여 2R로 전환됩니다. 따라서, 전화율은 1이 됩니다.

    따라서, 정답은 0.6이 아닌 1입니다.
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