화공기사(구) 필기 기출문제복원 (2019-09-21)

화공기사(구) 2019-09-21 필기 기출문제 해설

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화공기사(구)
(2019-09-21 기출문제)

목록

1과목: 화공열역학

1. 카르노사이클(Carnot cycle)의 가역 순서를 옳게 나타낸 것은?

  1. 단열 압축 → 단열팽창 → 등온팽창 → 등온압축
  2. 등온팽창 → 등온압축 → 단열팽창 → 단열압축
  3. 단열팽창 → 등온팽창 → 단열압축 → 등온압축
  4. 단열압축 → 등온팽창 → 단열팽창 → 등온압축
(정답률: 70%)
  • 카르노 사이클은 가역적인 4단계 과정으로 구성되며, 열원으로부터 열을 흡수하고 일을 하는 효율적인 순환 과정을 따릅니다. 올바른 순서는 단열압축 $\rightarrow$ 등온팽창 $\rightarrow$ 단열팽창 $\rightarrow$ 등온압축 순으로 진행됩니다.
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2. 기상 반응계에서 평형상수가 로 표시될 경우는? (단, vi는 성분 I의 양론수, 및 는 모든 화학종 i의 곱을 나타낸다.)

  1. 평형혼합물물이 이상기체와 같은 거동을 할 떼
  2. 평형혼합물이 이상용액과 같은 거동을 할 때
  3. 반응에 따른 몰수 변화가 없을 때
  4. 반응열이 온도에 관계없이 일정할 때
(정답률: 77%)
  • 기상 반응계에서 평형상수 $K$가 압력 $P$와 몰분율 $y_i$의 곱으로 표현되는 식은 평형 혼합물이 이상기체와 같은 거동을 한다고 가정할 때 성립합니다.
    $$\text{식: } K = P^v \prod_{i} (y_i)^{v_i}$$
    여기서 $v = \sum v_i$는 반응 전후의 몰수 변화량을 의미합니다.
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3. 다음 중 경로함수(path property)에 해당하는 것은?

  1. 내부에너지(J/mol)
  2. 위치에너지(J/mol)
  3. 열(J/mol)
  4. 엔트로피(J/mol)
(정답률: 81%)
  • 상태함수는 경로에 상관없이 초기와 최종 상태에 의해서만 결정되지만, 열과 일은 상태 변화 과정(경로)에 따라 그 값이 달라지는 경로함수입니다.

    오답 노트
    내부에너지, 위치에너지, 엔트로피: 상태함수
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4. 다음 중 등엔트로피 과정(Isentropeic process)은?

  1. 줄ㆍ톰슨 팽창
  2. 가역등온 과정
  3. 가역등압 과정
  4. 가역단열 과정
(정답률: 76%)
  • 엔트로피 변화량은 가역 과정에서 $dS = \frac{dQ_{rev}}{T}$로 정의됩니다.
    가역단열 과정의 경우 열전달이 없어 $dQ_{rev} = 0$이 되므로, 엔트로피 변화가 없는 등엔트로피 과정이 됩니다.
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5. 내연기관 중 자동차에 사용되는 것으로 흡입행정은 거의 정압에서 일어나며, 단열압축 후 전기 점화에 의해 단열팽창하는 사이클은?

  1. 오토(Otto)
  2. 디젤(Diesel)
  3. 카르노(Carnot)
  4. 랭킨(Rankin)
(정답률: 62%)
  • 오토(Otto) 사이클은 가솔린 엔진과 같은 내연기관에 사용되며, 연료 주입 후 단열압축, 전기 점화에 의한 정적 가열(압력 상승), 단열팽창, 정적 방출의 과정을 거치는 사이클입니다.
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6. 이상용액의 활동도 계수 γ는?

  1. γ＞1
  2. γ＜1
  3. γ=0
  4. γ=1
(정답률: 80%)
  • 이상용액은 성분 분자 간의 상호작용이 동일하여 실제 농도와 활동도가 일치하는 가상의 용액이므로, 활동도 계수 $\gamma$는 1이 됩니다.
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7. 어떤 가스(gas) 1g의 정압비열(Cp)이 온도의 함수로서 다음 식으로 주어질 때 계수 온도를 0℃에서 100℃로 변화시켰다면 이때 계의 가해진 열량은 몇 cal인가? (단, Cp는 cal/gㆍ℃, t는 ℃이며, 계의 압력은 일정하고 온도 범위에서 가스의 상변화는 없다.)

  1. 20.05
  2. 22.31
  3. 24.71
  4. 26.93
(정답률: 56%)
  • 정압비열이 온도의 함수로 주어졌을 때, 가해진 열량은 비열 식을 온도 범위에 대해 적분하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \int_{t_1}^{t_2} C_p dt$
    ② [숫자 대입] $Q = 1 \times \int_{0}^{100} (0.2 + \frac{10}{t + 100}) dt$
    ③ [최종 결과] $Q = 26.93$
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8. 실제 기체 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: 70%)
  • 잔류 특성(Residual property)은 실제 기체의 열역학적 성질과 이상 기체의 성질 간의 차이를 의미합니다.
    압력이 0에 접근하면 실제 기체는 이상 기체와 동일하게 행동하므로, 실제 값과 이상 값의 차이인 잔류 엔탈피와 잔류 엔트로피는 모두 0에 수렴하게 됩니다.
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9. 순환법칙 에서 얻을 수 있는 최종 식은? (단, β는 부피팽창률(Volume expansivity), k는 등온압축률(lsothermal compressebility)이다.)

(정답률: 56%)
  • 열역학의 순환법칙(Cyclic Rule)은 세 변수 $P, V, T$ 사이의 편미분 관계를 나타내며, 그 곱이 $-1$이 된다는 원리입니다.
    ① [기본 공식] $(\partial P / \partial T)_V (\partial T / \partial V)_P (\partial V / \partial P)_T = -1$
    여기서 부피팽창률 $\beta = \frac{1}{V}(\partial V / \partial T)_P$와 등온압축률 $\kappa = -\frac{1}{V}(\partial V / \partial P)_T$를 대입하여 정리하면 다음과 같은 최종 식을 얻을 수 있습니다.
    ② [최종 결과] $(\partial P / \partial T)_V = \frac{\beta}{\kappa}$
    따라서 정답은 입니다.
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10. 흐름열량계(Flow Calorimeter)를 이용하여 엔탈피 변화량을 측정하고자 한다. 열량계에서 측정된 열량이 2000W라면, 입력 흐름과 출력 흐름의 비엔탈피(Specific Enthalpy)의 차이는 몇 J/g인가? (단, 흐름열량계의 입력 흐름에서는 0℃의 물이 5g/s의 속도로 들어가며, 출력 흐름에서는 3기압, 300℃의 수중기가 배출된다.)

  1. 400
  2. 2000
  3. 10000
  4. 12000
(정답률: 55%)
  • 흐름열량계에서 비엔탈피 차이는 단위 질량당 공급된 열량으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta h = \frac{\dot{Q}}{\dot{m}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta h = \frac{2000}{5}$
    ③ [최종 결과] $\Delta h = 400$
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11. 반데르발스(vam der Waals)식에 맞는 실제기체를 등온가역 팽창시켰을 때 행한 일(work)의 크기는? (단, 이며, V1은 초기부피, V2는 최종부피이다.)

(정답률: 60%)
  • 등온가역 팽창 시 행한 일은 압력을 부피에 대해 적분하여 구할 수 있습니다. 반데르발스 상태 방정식 $$P = \frac{RT}{V-b} - \frac{a}{V^2}$$ 를 부피 $V_1$에서 $V_2$까지 적분하면 다음과 같은 결과가 도출됩니다.
    $$W = \int_{V_1}^{V_2} P dV = \int_{V_1}^{V_2} (\frac{RT}{V-b} - \frac{a}{V^2}) dV$$
    $$W = RT \ln(\frac{V_2-b}{V_1-b}) - a(\frac{1}{V_1} - \frac{1}{V_2})$$
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12. 용액 내에서 한 설분의 퓨개시티 계수를 표시한 식은? (단, øi는 퓨개시티 계수, 는 용액 중의 성분 i의 퓨개시티, fi는 순수성분 i의 퓨개시티, 는 용액 중의 성분 i의 퓨개시티 xi는 용액의 몰 분율이다.)

(정답률: 62%)
  • 용액 내 성분 $i$의 퓨개시티 계수 $\hat{\phi}_i$는 실제 퓨개시티 $\hat{f}_i$를 이상 용액의 퓨개시티($x_i P$)로 나눈 값으로 정의합니다.
    따라서 이를 수식으로 나타내면 다음과 같습니다.
    $$\hat{\phi}_i = \frac{\hat{f}_i}{x_i P}$$
    이는 와 일치합니다.
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13. 평형에 대한 다음 조건 중 틀린 것은? (단, øi는 순수성분의 퓨개시티 계수, 는 용액중의 성분 i의 퓨개시티, 는 혼합물에서 성분 i의 퓨개시티, γi는 활동도 계수이며, xi는 액상에서 성분 i의 조성을 나타내며, 상첨자 V는 기상, L은 액상, S는 고상, l과 ll는 두 액상을 나타낸다.)

  1. 순수성분의 기-액 편형:
  2. 2성분 혼합물의 기-액 평형:
  3. 2성분 혼한물의 액-액 평형:
  4. 2성분 혼합물의 고-기 평형:
(정답률: 43%)
  • 상평형의 기본 조건은 각 상에서 성분 $i$의 퓨개시티가 동일한 것입니다.
    2성분 혼합물의 기-액 평형 조건은 기상의 퓨개시티 $\hat{f}_i^V$와 액상의 퓨개시티 $\hat{f}_i^L$가 같아야 하므로 $\hat{f}_i^V = \hat{f}_i^L$이 되어야 합니다.
    하지만 에서는 $\hat{\phi}_i^V = \hat{\phi}_i^L$로 퓨개시티 계수가 같다고 표현했으므로 틀린 조건입니다.
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14. 평형의 조건이 되는 열역학적 물성이 아닌 것은?

  1. 퓨개시티(fugacity)
  2. 깁스자유에너지(Gibbs free energy)
  3. 화학 포텐셜(Chemical potential)
  4. 엔탈피(Enthalpy)
(정답률: 68%)
  • 열역학적 평형 상태에서는 깁스 자유 에너지, 화학 포텐셜, 퓨개시티가 모든 상에서 동일해야 합니다.
    반면, 엔탈피는 에너지의 상태 함수일 뿐, 그 자체로 상평형의 직접적인 결정 조건이 되지 않습니다.
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15. 3성분계의 기-액 상평형 계산을 위하여 필요한 최소의 변수의 수는 몇 개인가? (단, 반응이 없는 계로 가정한다.)

  1. 1개
  2. 2개
  3. 3개
  4. 4개
(정답률: 77%)
  • 깁스의 상법칙(Gibbs Phase Rule)을 사용하여 계의 자유도를 구합니다.
    자유도 $F = C - P + 2$ 공식을 적용하면, 성분 수 $C=3$, 상의 수 $P=2$(기상, 액상)이므로
    $$F = 3 - 2 + 2 = 3$$
    따라서 계의 상태를 정의하기 위해 필요한 최소 변수의 수는 3개입니다.
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16. 0℃ 1atm의 물 1kg이 100℃ 1atm의 물로 변하였을 때 엔트로피 변화는 몇 kcal/k인가? (단, 물의 비열은 1.0cal/gㆍK이다.)

  1. 100
  2. 1.366
  3. 0.312
  4. 0.136
(정답률: 51%)
  • 정압 과정에서 물질의 엔트로피 변화량은 비열과 온도 변화의 로그 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = m \cdot c \cdot \ln(\frac{T_2}{T_1})$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 1000 \cdot 1.0 \cdot \ln(\frac{373.15}{273.15})$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = 311.8 \text{ cal/K} = 0.312 \text{ kcal/K}$
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17. 부피를 온도와 압력의 함수로 나타낼 때 부피 팽창률(β)과 등온압축률(k) 의 관계를 나타낸 식으로 옳은 것은?

(정답률: 71%)
  • 부피 팽창률 $\beta$는 온도 변화에 따른 부피 변화율을, 등온압축률 $k$는 압력 변화에 따른 부피 변화율을 나타냅니다. 이를 전미분 형태로 나타내면 다음과 같습니다.
    $$\frac{dV}{V} = (\beta)dT - (k)dP$$
    따라서 정답은 입니다.
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18. Cp=5cal/molㆍK인 이상기체를 25℃, 1기압으로부터 단열, 가역 과정을 통해 10기압까지 압축시킬 경우, 기체의 최종 온도는 약 몇 ℃인가?

  1. 60
  2. 470
  3. 745
  4. 1170
(정답률: 55%)
  • 단열 가역 과정에서 온도와 압력의 관계식을 이용합니다. 비열비 $r = \frac{C_p}{C_v}$를 먼저 구한 뒤 최종 온도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{T_2}{T_1} = (\frac{P_2}{P_1})^{\frac{r-1}{r}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{T_2}{298} = (\frac{10}{1})^{\frac{1.659-1}{1.659}}$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 743\text{ K}$
    섭씨온도로 변환하면 $743 - 273 = 470\text{ ℃}$ 입니다.
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19. 설탕물을 만들다가 설탕을 너무 많이 넣어 아무리 저어도 컵 바닥에 설탕이 여전히 남아있을 때의 자유도는? (단, 물의 증발은 무시한다.)

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 72%)
  • 깁스의 자유도 법칙 $F = C - P + 2$를 적용합니다.
    성분 수 $C$는 설탕과 물로 $2$이며, 상의 수 $P$는 설탕물(액체)과 바닥의 설탕(고체)으로 $2$입니다.
    $$F = 2 - 2 + 2 = 2$$
    따라서 자유도는 $2$가 됩니다.
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20. 이상기체가 P1, V1, T1의 상태에서 P2, V2, T2까지 가역적으로 단열팽창되었다. 상관관계로 옳지 않은 것은? (단, γ는 비열비이다.)

(정답률: 56%)
  • 가역 단열 팽창 과정에서 이상기체의 상태 변화는 푸아송 방정식(Poisson's equation)을 따릅니다. 온도와 부피의 관계식은 $T V^{\gamma-1} = \text{constant}$ 입니다. 따라서 의 식은 지수가 $\gamma-1$이 아닌 $\gamma$로 표기되어 있으므로 옳지 않습니다.
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2과목: 단위조작 및 화학공업양론

21. 0.℃. 0.5atm 하에 있는 질소가 있다. 이 기체를 같은 압력 하에서 20℃ 가열하였다면 처음 체적의 몇 %가 증가하였는가?

  1. 0.54
  2. 3.66
  3. 7.33
  4. 103.66
(정답률: 61%)
  • 압력이 일정할 때 기체의 부피는 절대온도에 비례한다는 샤를의 법칙을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$
    ② [숫자 대입] $\frac{V_1}{273} = \frac{V_2}{273 + 20}$
    ③ [최종 결과] $V_2 = 1.0733 V_1$
    따라서 체적 증가율은 $1.0733 - 1 = 0.0733$이며, 이를 백분율로 나타내면 $7.33\%$ 입니다.
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22. CO2 25vol%와 NH3 75vol%의 기체 혼합물 중 NH3의 일부가 산에 흡수되어 제거된다. 이 흡수탑을 떠나는 기체가 37.5vol%의 NH3을 가질 때 처음에 들어있던 NH3의 몇 %가 제거되었는가? (단, CO2의 양은 변하지 않는다고 하며, 산용액의 조금도 증발하지 않는 다고 한다.)

  1. 85%
  2. 80%
  3. 75%
  4. 65%
(정답률: 65%)
  • 변하지 않는 성분인 $\text{CO}_2$를 기준으로 $\text{NH}_3$의 제거율을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $Removal = \frac{n_{in} - n_{out}}{n_{in}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $Removal = \frac{75 - \frac{37.5 \times 25}{100 - 37.5}}{75} \times 100$
    ③ [최종 결과] $Removal = 80$
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23. 정상상태로 흐르는 유체가 유로의 확대된 부분을 흐를 때 변화하지 않는 것은?

  1. 유량
  2. 유속
  3. 압력
  4. 유동단면적
(정답률: 73%)
  • 정상상태(Steady-state) 흐름에서 질량 보존 법칙에 의해 유입되는 유량과 유출되는 유량은 동일하게 유지됩니다.

    오답 노트
    유속: 단면적이 확대되면 속도는 감소함
    압력: 베르누이 원리에 의해 속도가 감소하면 압력은 증가함
    유동단면적: 문제에서 확대된 부분이라고 명시됨
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24. 습한 쓰레기에 71wt% 수분이 포함되어 있었다. 최초 수분이 60%를 증발시키면 증발 후 쓰레기 내 수분의 조성은 몇 %인가?

  1. 40.5
  2. 49.5
  3. 50.5
  4. 59.5
(정답률: 60%)
  • 물질 수지 식을 이용하여 증발 후의 수분 함량을 구하는 문제입니다. 고형분(쓰레기)의 양은 변하지 않는다는 점을 이용합니다.
    ① [기본 공식] $W_{final} = \frac{W_{water, final}}{W_{water, final} + W_{solid}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $W_{final} = \frac{71 \times (1 - 0.6)}{71 \times (1 - 0.6) + (100 - 71)} \times 100$
    ③ [최종 결과] $W_{final} = 49.5$
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25. 1.5wt% NaOH 수용액을 10wt% NaOH 수용액으로 농축하기 위해 농축 증발관으로 1.5wt% NaOH 수용액을 1000kg/h로 공급하면 시간당 증발되는 수문의 양은 몇 kg인가?

  1. 450
  2. 650
  3. 750
  4. 850
(정답률: 63%)
  • 물질 수지 식을 이용하여 증발된 수분의 양을 계산합니다. 공급되는 NaOH의 양은 농축 후에도 변하지 않는다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $W_{evap} = F \times (x_{in} - x_{out} \times \frac{x_{in}}{x_{out}})$ 또는 성분 수지 $$F \times x_{in} = (F - W_{evap}) \times x_{out}$$
    ② [숫자 대입] $1000 \times 0.015 = (1000 - W_{evap}) \times 0.10$
    ③ [최종 결과] $W_{evap} = 850$
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26. 실제기체의 거동을 예측하는 비리얼 상태식에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 제1비리얼 계수는 압력에만 의존하는 상수이다.
  2. 제2비리얼 계수는 조성에만 의존하는 상수이다.
  3. 제3비리얼 계수는 체적에만 의존하는 상수이다,
  4. 제4비리얼 계수는 온도에만 의존하는 상수이다.
(정답률: 63%)
  • 비리얼 상태식에서 각 비리얼 계수는 기본적으로 온도에 의존하는 함수입니다. 따라서 제4비리얼 계수는 온도에만 의존하는 상수라는 설명이 옳습니다.
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27. 37wt% HNO3 용액의 노르말(N) 농도는? (단, 이 용액의 비중은 1.227이다.)

  1. 6
  2. 7.2
  3. 12.4
  4. 15
(정답률: 59%)
  • 용액의 비중과 중량 퍼센트 농도를 이용하여 노르말 농도를 구하는 문제입니다. $\text{HNO}_3$의 분자량은 $63$이며, 1가 산이므로 당량수도 $1$입니다.
    ① [기본 공식] $N = \frac{10 \times S \times d}{M}$ (여기서 $S$는 중량%, $d$는 비중, $M$은 당량무게)
    ② [숫자 대입] $N = \frac{10 \times 37 \times 1.227}{63}$
    ③ [최종 결과] $N = 7.2$
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28. 반대수(semi-log) 좌표계에서 직선을 얻을 수 있는 식은? (단, F와 Y는 종속변수이고, t와 x는 독립변수이며, a와 b는 상수이다.)

  1. F(t)=atb
  2. F(t)=aebt
  3. y(x)=ax2+b
  4. y(x)=ax
(정답률: 61%)
  • 반대수 좌표계(semi-log plot)는 한 축은 선형 스케일, 다른 한 축은 로그 스케일인 좌표계로, 지수함수 형태의 식을 취하면 직선으로 나타납니다.
    $$F(t) = ae^{bt}$$ 의 양변에 자연로그를 취하면 $\ln F(t) = \ln a + bt$가 되어 $\ln F(t)$와 $t$의 관계가 직선이 됩니다.
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29. Ethylene glycol의 열용량 값이 다음과 같은 온도의 함수일 때, 0℃~100℃ 사이의 온도 범위 내에서 열용량의 평균값은 몇 cal/g ℃인가?

  1. 0.60
  2. 0.65
  3. 0.70
  4. 0.75
(정답률: 62%)
  • 열용량이 온도의 일차함수 형태일 때, 특정 구간의 평균값은 해당 구간의 적분값을 구간 길이로 나누어 구합니다.
    ① [기본 공식] $C_{avg} = \frac{1}{T_2 - T_1} \int_{T_1}^{T_2} (a + bT) dT$
    ② [숫자 대입] $C_{avg} = \frac{1}{100 - 0} \int_{0}^{100} (0.55 + 0.001T) dT$
    ③ [최종 결과] $C_{avg} = 0.60$
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30. 30kg의 공기를 20℃에서 120℃까지 가열하는 데 필요한 열량은 몇 kcal인가? (단, 공기의 평균정압 비열은 0.24kcal/kg℃이다.)

  1. 720
  2. 820
  3. 920
  4. 980
(정답률: 75%)
  • 물질의 온도를 높이는 데 필요한 열량은 질량, 비열, 온도 변화량의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = m \times C_p \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $Q = 30 \times 0.24 \times (120 - 20)$
    ③ [최종 결과] $Q = 720$
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31. 정압비열 0.24kcal/kgㆍ℃의 공기가 수평관 속을 흐르고 있다. 입구에서 공기온도가 21℃, 유속이 90m/s이고, 출구에서 유속은 150m/s이며, 외부와 열교환이 전혀 없다고 보면 출구에서의 공기온도는?

  1. 10.2℃
  2. 13.8℃
  3. 28.2℃
  4. 31.8℃
(정답률: 38%)
  • 에너지 보존 법칙에 따라 유속 증가로 인한 운동에너지의 증가분만큼 내부 에너지가 감소하여 온도가 하강합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta T = \frac{\frac{1}{2}(v_2^2 - v_1^2)}{C_p}$
    ② [숫자 대입] $\Delta T = \frac{\frac{1}{2}(150^2 - 90^2)}{0.24 \times 4184}$
    ③ [최종 결과] $\Delta T = 7.2$
    따라서 출구 온도는 $21 - 7.2 = 13.8^{\circ}C$ 입니다.
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32. 다음 중 국부속도(local velocity) 측정에 가장 적합한 것은?

  1. 오리피스미터
  2. 피토관
  3. 벤츄리미터
  4. 로터미터
(정답률: 62%)
  • 피토관은 유체의 동압과 정압을 측정하여 특정 지점의 속도를 계산하므로, 흐름의 속도 구배가 있을 때 해당 위치의 국부속도를 측정하는 데 가장 적합합니다.
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33. 온도에 민감하여 증발하는 동안 손상되기 쉬운 의약품을 농축하는 방법으로 적절한 것은?

  1. 가열시간을 늘린다.
  2. 증기공간이 절대압력을 낮춘다.
  3. 가열온도를 높인다.
  4. 열전도도가 높은 재질을 쓴다.
(정답률: 66%)
  • 열에 민감한 물질은 낮은 온도에서 증발시켜야 손상을 방지할 수 있습니다. 증기 공간의 절대압력을 낮추면 끓는점이 내려가므로 저온 농축이 가능해집니다.
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34. 고체건조의 항률 건조 단계(constant rate period)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 항률 건조 단계에서 복사나 전도에 의한 열전달이 없는 경우 고체 온도는 공기의 습구온도와 동일하다.
  2. 항률 건조 단계에서 고체의 건조 속도는 고체의 수분함량과 관계가 없다.
  3. 항률 건조 속도는 열전달식이나 물질전달식이나 물질전달식을 이용하여 계산할 수 있다.
  4. 주로 고체의 임계 함수량(critical moisture content) 이하에서 항률 건조를 할 수 있다.
(정답률: 35%)
  • 항률 건조 단계는 고체 표면에 충분한 수분이 있어 증발 속도가 일정하게 유지되는 구간으로, 임계 함수량(critical moisture content) '이상'에서 발생합니다.

    오답 노트
    임계 함수량 이하: 감률 건조 단계가 나타나는 구간입니다.
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35. 추출에서 추료(feed)에 추제(extracting solvent)를 가하여 잘 접촉시키면 2상으로 분리된다. 이 중 불활성 물질이 많이 남아 있는 상을 무엇이라고 하는가?

  1. 추출상(extract)
  2. 추잔상(raffinate)
  3. 추질(solute)
  4. 슬러지(sludge)
(정답률: 74%)
  • 추출 공정에서 용질이 용매로 이동하고 남은, 즉 불활성 물질(원료)이 주로 포함되어 있는 상을 추잔상(raffinate)이라고 합니다.
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36. 증류에서 일정한 비휘발도의 값으로 2를 가지는 2성분 혼합물을 90mol%인 탑위제품과 10mol%인 탑밑제품으로 분리하고자 한다. 이 때 필요한 최소 이론 단수는?

  1. 3
  2. 4
  3. 6
  4. 7
(정답률: 32%)
  • Fenske 식을 이용하여 최소 이론 단수를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $N_{min} = \frac{\log ( \frac{x_{D} (1-x_{B})}{x_{B} (1-x_{D})} )}{\log \alpha}$
    ② [숫자 대입] $N_{min} = \frac{\log ( \frac{0.9 (1-0.1)}{0.1 (1-0.9)} )}{\log 2}$
    ③ [최종 결과] $N_{min} = 5.81 \approx 6$
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37. 노즐흐름에서 충격파에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 급격한 단면적 증가로 생긴다.
  2. 급격한 속도 감소로 생긴다.
  3. 급격한 압력 감소로 생긴다.
  4. 급격한 밀도 증가로 생긴다.
(정답률: 51%)
  • 노즐 흐름에서 초음속 유동이 급격한 압력 변화를 겪을 때, 유동의 성질이 불연속적으로 변하는 충격파가 발생합니다.
    충격파는 주로 급격한 압력 감소 상황에서 유동의 안정성을 유지하기 위해 발생합니다.
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38. 흡수 충전탑에서 조작선(operating line)의 기울기를 L/V이라 할 때 틀린 것은?

  1. L/V의 값이 커지면 탑의 높이는 낮아진다.
  2. L/V의 값이 작아지면 탑의 높이는 높아진다.
  3. L/V의 값은 흥수탑의 경제적인 운전과 관계가 있다.
  4. L/V의 최솟값은 흡수탑 하무에서 기-액 간의 농도차가 가장 클 때의 값이다.
(정답률: 65%)
  • 흡수탑의 조작선 기울기 $L/V$가 커질수록 평형선과의 간격이 넓어져 물질전달 구동력이 커지므로 탑의 높이는 낮아집니다.
    $L/V$의 최솟값은 탑의 어느 지점에서든 조작선과 평형선이 접할 때(핀치 지점) 발생하며, 이때 농도차가 최소가 됩니다.

    오답 노트
    L/V의 최솟값: 농도차가 가장 클 때가 아니라, 최소 농도차가 발생하여 평형선과 접할 때의 값임
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39. 룰 문쇄기에 상당직격 4cm인 원료를 도입하여 상당직경 1cm로 문쇄한다. 문쇄 원료와 롤 사이의 마찰계수가 일 때 롤 지름은 약 몇 cm인가?

  1. 6.6
  2. 9.2
  3. 15.3
  4. 18.4
(정답률: 40%)
  • 롤 문쇄기에서 입자가 미끄러지지 않고 끌려 들어가는 조건과 마찰각의 관계를 이용하여 롤의 지름을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\cos(\alpha) = \frac{R + d}{R + r}$
    ② [숫자 대입] 마찰계수 $\tan(\alpha) = \frac{1}{\sqrt{3}}$이므로 $\cos(\alpha) = 0.8661$이고, 입자 반지름 $d = 0.5\text{cm}$, 원료 반지름 $r = 2\text{cm}$를 대입하면
    $0.8661 = \frac{R + 0.5}{R + 2}$
    ③ [최종 결과] $D = 2R = 18.4\text{cm}$
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40. 운동점도(Kinematic viscosity)의 단위는?

  1. Nㆍs/m2
  2. m2/s
  3. cP
  4. m2/sㆍN
(정답률: 54%)
  • 운동점도는 절대점도를 밀도로 나눈 값으로, 단위 시간당 이동하는 면적의 개념을 가집니다.
    따라서 단위는 $\text{m}^2/\text{s}$가 됩니다.
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3과목: 공정제어

41. 전류식 비례제어기가 20℃에서 100℃까지의 범위로 온도를 제어하는 데 사용된다. 제어기는 출력전류가 4mA에서 20ma까지 도달하도록 조정되어 있다면 제어기의 이득(mA/℃)은?

  1. 5
  2. 0.2
  3. 1
  4. 10
(정답률: 68%)
  • 제어기 이득(Gain)은 입력 변화량에 대한 출력 변화량의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Gain = \frac{\Delta Output}{\Delta Input}$
    ② [숫자 대입] $Gain = \frac{20\text{ mA} - 4\text{ mA}}{100\text{ }^\circ\text{C} - 20\text{ }^\circ\text{C}} = \frac{16}{80}$
    ③ [최종 결과] $Gain = 0.2$
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42. PD 제어기에서 다음과 같은 입력신호가 들어올 경우, 제어기 출력 형태는? (단, Kc는 1이고 τD는 1이다.)

(정답률: 64%)
  • PD 제어기의 출력은 비례항($K_c e$)과 미분항($K_c \tau_D \frac{de}{dt}$)의 합으로 결정됩니다.
    주어진 조건에서 $K_c = 1, \tau_D = 1$이므로 출력은 $u(t) = e(t) + \frac{de}{dt}$입니다.
    1. $0 \le t < 1$ 구간: $e(t)$가 $0$에서 $1$까지 선형 증가하므로 $e(t) = t$이고, 미분값 $\frac{de}{dt} = 1$입니다. 따라서 출력은 $t + 1$로 $1$에서 $2$까지 증가합니다.
    2. $t \ge 1$ 구간: $e(t) = 1$로 일정하므로 미분값 $\frac{de}{dt} = 0$입니다. 따라서 출력은 $1 + 0 = 1$이 됩니다.
    이 결과와 일치하는 그래프는 입니다.
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43. Anti Reset Windup에 관한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 제어기 출력이 공정 입력 한계에 결렸을 때 작동한다.
  2. 적분 동장에 부과된다.
  3. 큰 설정치 변화에 공정 출력이 크게 흔들리는 것은 방지한다.
  4. Offset을 없애는 동작이다.
(정답률: 66%)
  • Anti Reset Windup은 제어 출력이 포화(Saturation)되었을 때 적분항이 계속 누적되어 오버슈트가 크게 발생하는 현상을 방지하는 기법입니다.
    제어기 출력이 공정 입력 한계에 결렸을 때 작동하며, 적분 동작에 부과되어 큰 설정치 변화 시 공정 출력이 크게 흔들리는 것을 방지합니다.

    오답 노트
    Offset을 없애는 동작이다: 이는 적분 제어(I 제어) 자체의 기본 목적이며, Anti Reset Windup의 특수 목적이 아닙니다.
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44. 다음과 같은 2차계의 주파수 응답에서 감쇄 계수 값에 관계없이 위상의 지연이 90°가되는 경우는? (단, τ는 시정수이고, ω는 주파수이다.)

  1. ωτ-1일 때
  2. ω=τ일 때
  3. ωτ=√2 일 때
  4. ω=τ2 일 때
(정답률: 50%)
  • 2차계 전달함수 $G(s) = \frac{K}{(\tau s)^2 + 2\zeta\tau s + 1}$에서 주파수 응답을 분석하는 문제입니다.
    위상각 $\phi$는 $\tan \phi = \frac{-2\zeta\tau\omega}{1 - (\tau\omega)^2}$로 표현됩니다. 여기서 분모인 $1 - (\tau\omega)^2$가 $0$이 되면 위상 지연은 감쇄 계수 $\zeta$ 값에 관계없이 $90^\circ$가 됩니다.
    따라서 $\tau\omega = 1$일 때 위상 지연이 $90^\circ$가 됩니다.
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45. 인 계에서 y(t) 의 최종값(ultimate value)은?

  1. 10
  2. 2.5
  3. 2
  4. 1
(정답률: 64%)
  • 최종값 정리를 이용하여 $t \to \infty$일 때의 $y(t)$ 값을 구하는 문제입니다.
    $$\lim_{t \to \infty} y(t) = \lim_{s \to 0} s Y(s)$$
    주어진 전달함수 $\frac{Y(s)}{X(s)} = \frac{10}{s^2 + 1.6s + 4}$와 입력 $X(s) = \frac{4}{s}$를 대입하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $y(\infty) = \lim_{s \to 0} s \cdot \frac{10}{s^2 + 1.6s + 4} \cdot \frac{4}{s}$
    ② [숫자 대입] $y(\infty) = \lim_{s \to 0} \frac{40}{s^2 + 1.6s + 4} = \frac{40}{4}$
    ③ [최종 결과] $y(\infty) = 10$
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46. 다음 그림과 같은 액위제어계에서 제어밸브는 ATO(Air To-Opeen)형이 사용된다고 가정할 때에 대한 설명으로 옳은 것은? (단,Ditect는 공정출력이 상승할 때 제어출력이 상승함을, Revetse는 제어출력이 하강함을 의미한다.)

  1. 제어기 이득의 부호에 관계없이 제어기의 동작 방향은 Revetse이어야 한다.
  2. 제어기 동장방향은 Direct, 즉 제어기 이득은 음수이어야 한다.
  3. 제어기 동작뱡향은 Direct, 즉 제어기 이득은 양수이어야 한다.
  4. 제어기 동작뱡향은 Revetse, 즉 제어기 이득은 음수이어햐 한다.
(정답률: 48%)
  • 액위가 상승할 때 액위를 낮추기 위해서는 유출량을 늘려야 합니다. ATO(Air To Open) 밸브는 제어 출력이 상승할 때 밸브가 열려 유출량이 증가하므로, 공정 출력(액위) 상승 시 제어 출력도 상승하는 Direct 동작이 필요하며, 이때 제어기 이득은 음수($-$)가 되어야 전체 루프가 음의 피드백을 형성하여 안정됩니다.
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47. 다음과 같은 특성식(characteristic eauation)을 갖는 계가 있다면 이 께는 Routh 시험 법에 의하여 다음의 어느 경우에 해당하는가?

  1. 안정(stable)하다.
  2. 불안정(unstable)하다.
  3. 모든 근(root)이 허수축의 우특반면에 존재한다.
  4. 감쇠진동을 일으킨다.
(정답률: 57%)
  • Routh-Hurwitz 안정도 판별법을 사용하여 특성식 $s^{4} + 3s^{3} + 5s^{2} + 4s + 2 = 0$의 안정성을 분석합니다.
    Routh 배열을 작성했을 때, 제1열의 모든 계수가 양수이며 부호 변화가 없으므로 모든 근이 복소평면의 좌반면에 존재하게 됩니다. 따라서 이 계는 안정(stable)합니다.
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48. 동적계(Dynamic System)를 전달함수로 표현하는 경우를 옳게 설명한 것은?

  1. 선형계의 동특성을 전달할 수 없다.
  2. 비선형계를 선형화하고 전달함수로 표현하면 비선형 동특성을 근사할 수 있다.
  3. 비선형계를 선형화하고 전달함수로 표현하면 비선형 동특성을 정확히 표현할 수 있다.
  4. 비선형계의 동특성을 선형화하지 않아도 전달함수로 표현할 수 있다.
(정답률: 69%)
  • 전달함수는 기본적으로 선형 시불변 시스템(LTI system)을 전제로 합니다. 따라서 비선형계를 그대로 표현할 수는 없으나, 특정 동작점 부근에서 선형화(Linearization) 과정을 거치면 비선형 동특성을 근사적으로 표현할 수 있습니다.
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49. 다음 그림과 같은 제어계의 제어게의 전달함수 는?

(정답률: 59%)
  • 제시된 제어계의 블록선도를 전달함수로 변환하면, 전방 경로 이득과 피드백 루프를 고려하여 다음과 같이 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $G = \frac{G_{f}}{1 + G_{f}H}$
    ② [숫자 대입] $ \frac{Y(s)}{X(s)} = \frac{G_{a}G_{b}G_{c}(1 + 1)}{1 + G_{b}G_{c}} $ (피드백 구조 분석 적용)
    ③ [최종 결과]
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50. 온도 측정장치인 열전대를 반응기 탱크에 삽입한 접점의 온도를 Tm 유체와 접점 사이의 총열전달 계수(overall heat transfer coefficient)를 U, 접점의 표면적을 A, 탱크의 온도를 T, 접점의 질량을 m, 접점의 비열을 Cm이라고 하였을 때 접점의 에너지 d수지식은? (단, 열전대의 시간상우 )

(정답률: 37%)
  • 열전대 접점의 에너지 수지식은 (축적되는 열량) = (유입되는 열량)으로 세울 수 있습니다. 접점의 열용량 $m C_m$과 총열전달 계수 $U A$를 이용하여 미분방정식을 세우면 $\tau \frac{dT_m}{dt} = T - T_m$ 형태가 됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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51. 다음 블록선도의 닫힌 루프 전달함수는?

(정답률: 65%)
  • 전달함수는 $\frac{전방경로이득}{1 + 루프이득}$으로 계산합니다. 제시된 블록선도에서 전방경로는 $G_c G_p$이며, 루프이득은 $G_c(G_p - G_m)$이 됩니다. 따라서 닫힌 루프 전달함수는 가 됩니다.
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52. 1차계의 단위계단응답에서 시간 t가 2τ일 때 퍼센트 응답은 약 얼마인가? (단, τ는 1차계시간상수이다.)

  1. 50%
  2. 63.2%
  3. 86.5%
  4. 95%
(정답률: 61%)
  • 1차계의 단위계단응답은 시간 $t$에 따라 $1 - e^{-t/\tau}$의 형태로 나타납니다. $t = 2\tau$일 때의 응답률을 계산하면 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $Response = (1 - e^{-t/\tau}) \times 100$
    ② [숫자 대입] $Response = (1 - e^{-2\tau/\tau}) \times 100 = (1 - e^{-2}) \times 100$
    ③ [최종 결과] $Response = 86.5\%$
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53. Y = P1X± P2X의 블록선도로 옳지 않은 것은?

(정답률: 64%)
  • 주어진 식 $Y = P_1 X \pm P_2 X$는 입력 $X$가 두 경로 $P_1$과 $P_2$를 거쳐 합산되는 병렬 구조를 의미합니다. 의 경우, 출력 $Y$가 다시 입력단으로 돌아와 뺄셈되는 피드백 루프 구조를 가지고 있어 주어진 식과 일치하지 않습니다.
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54. 어떤 2차계의 damping ratio(ξ)가 1.2일 때 unit step response는?

  1. 무감쇠 진동응답
  2. 진동응답
  3. 무진동 감쇠응답
  4. 입계 감쇠응답
(정답률: 50%)
  • 2차계의 응답은 감쇠비 $\xi$의 값에 따라 결정됩니다. $\xi > 1$인 경우 시스템은 진동 없이 목표값에 수렴하는 과감쇠(Overdamped) 상태가 되며, 이를 무진동 감쇠응답이라고 합니다.
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55. 아날로그 계장의 경우 센서 전송기의 출력신호, 제어기의 출력신호는 흔히 4~20mA의 전류로 전송된다. 이에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 전류신호는 전압신호에 비하여 장거리 전송시 전자기적 잡음에 덜 민감하다.
  2. 0%를 4mA로 설정한 이유는 신호선의 단락여부를 쉽게 판단하고, 0% 신호에서도 전자 기적 잡음에 덜 민감하게 하기 위함이다.
  3. 0~150℃ 범위를 측정하는 전송기의 이득은 20/150mA/℃이다.
  4. 제어기 출력으로 ATC(Air-To-cloce)밸브를 동작시키는 경우 8mA에서 밸브 열림도(valve position)는 0.75가 된다.
(정답률: 61%)
  • 전송기의 이득(Gain)은 출력 신호의 범위(Span)를 입력 측정 범위(Span)로 나눈 값입니다.
    전류 신호의 범위는 $20\text{mA} - 4\text{mA} = 16\text{mA}$이고, 측정 범위는 $150\text{℃} - 0\text{℃} = 150\text{℃}$입니다.
    $$Gain = \frac{16}{150} \text{mA/℃}$$
    따라서 이득이 $20/150\text{mA/℃}$라고 설명한 내용은 틀린 설명입니다.
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56. 다음 함수를 Laplace 변환할 때 올바른 것은?

(정답률: 70%)
  • 미분방정식의 라플라스 변환 성질을 이용하여 풀이합니다. 초기값이 $X(0)=0, X'(0)=0$인 경우, $\frac{d^2X}{dt^2}$는 $s^2X(s)$로, $\frac{dX}{dt}$는 $sX(s)$로 변환되며, 상수 $2$는 $\frac{2}{s}$로 변환됩니다.
    이를 식에 대입하면 $s^2X(s) + 2sX(s) + 2X(s) = \frac{2}{s}$가 되며, $X(s)$에 대해 정리하면 다음과 같습니다.
    $$X(s) = \frac{2}{s(s^2 + 2s + 2)}$$
    따라서 정답은 입니다.
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57. 다음과 같은 블록선도에서 정치제어(regulatory control)일 때 옳은 상관식은?

  1. C=GcG1G2A
  2. M=(R+B)GcG1
  3. C=GcG1G2(-B)
  4. M=GcG1(-B)
(정답률: 40%)
  • 정치제어(regulatory control)는 설정값 $R$이 일정하여 $R=0$인 상태에서 외란 $U$에 의한 영향을 제거하는 제어입니다. 블록선도 에서 $R=0$일 때, 제어점 $M$으로 들어오는 신호는 피드백 경로를 통해 들어오는 $-B$가 컨트롤러 $G_C$와 공정 $G_1$을 거친 결과입니다.
    따라서 $M = G_C G_1 (-B)$가 성립합니다.
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58. 다음 중 캐스케이드제어를 적용하기에 가장 적합한 동특성을 가진 경우는?

  1. 부제어루프 공정: , 주제어루프 공정:
  2. 부제어루프 공정: 주제어루프 공정:
  3. 부제어루프 공정: 주제어루프 공정:
  4. 부제어루프 공정: 주에어루프 공정:
(정답률: 60%)
  • 캐스케이드 제어(Cascade Control)가 효과적이려면 부제어루프(Inner loop)의 응답 속도가 주제어루프(Outer loop)의 응답 속도보다 훨씬 빨라야 합니다. 즉, 부제어루프의 시정수($\tau$)가 주제어루프의 시정수보다 충분히 작아야 합니다.
    부제어루프 공정 $\frac{2}{2s+1}$의 시정수는 $2$이고, 주제어루프 공정 $\frac{6}{10s+1}$의 시정수는 $10$이므로, 부제어루프가 훨씬 빠르게 반응하는 구조입니다.
    $$\tau_{inner} = 2 < \tau_{outer} = 10$$
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59. 어떤 공정에 대하여 수동모드에서 제어기 출력을 10% 계단 증가시켰을 때 제어변수가 초기에 5%만큼 증가하다가 최종적으로는 원래 값보다 10%만큼 줄어들었다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 공정입력의 상승이 고정출력의 상승을 초래하면 정동작 공저이고, 공정출력의 상승이 제어출력의 상승을 초래하면 정동작 제어기이다.)

  1. 공정이 정동작 공저이므로 PlD 제어기는 역동작으로 설정해야한다.
  2. 공정이 역동작 공정이므로 PlD 제어기는 정동작으로 설정해야한다.
  3. 공정 이득값은 제어변수 과도응답 변화 폭을 기준하여 -1.5이다.
  4. 공정 이득값은 과도 응답 최대치를 기준하여 0.5이다.
(정답률: 50%)
  • 제어기 출력을 증가시켰을 때 최종적으로 제어변수가 감소했다면, 입력과 출력의 방향이 반대인 역동작 공정입니다. 제어 루프의 전체 안정성을 확보하기 위해서는 공정과 제어기의 동작 방향이 서로 반대여야 하므로, 역동작 공정에는 정동작 제어기를 설정해야 합니다.
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60. 인 신호의 최종값(fimal value)은?

  1. 2
  2. ∞
  3. 0
  4. 1
(정답률: 68%)
  • 라플라스 변환된 함수 $F(s)$의 최종값 정리를 이용하여 $s \to 0$일 때의 극한값을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\lim_{t \to \infty} f(t) = \lim_{s \to 0} sF(s)$
    ② [숫자 대입] $\lim_{s \to 0} s \times \frac{4(s+2)}{s(s+1)(s+4)}$
    ③ [최종 결과] $\frac{4(0+2)}{(0+1)(0+4)} = \frac{8}{4} = 2$
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4과목: 공업화학

61. NaOH 제조에 사용하는 격박법과 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 품질의 품질은 격막법이 좋다.
  4. 전류밀도는 수은법이 크고, 제품의 품질은 수은법이 좋다.
(정답률: 61%)
  • 수은법은 격막법에 비해 전류밀도가 5~6배 정도 크며, 염화물 등의 불순물이 적어 제품의 순도와 품질이 우수합니다.
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62. 무기화학물과 비교한 유기화합물의 일반적인 특성으로 옳은 것은?

  1. 가연성이 있고, 물에 쉽게 용해되지 않는다.
  2. 가연성이 없고, 물에 쉽게 용해되지 않는다.
  3. 가연성이 없고, 물에 쉽게 용해된다.
  4. 가연성이 있고, 물에 쉽게 용해된다.
(정답률: 62%)
  • 유기화합물은 탄소(C)와 수소(H)를 기본 골격으로 하며, 일반적으로 가연성이 있고 물에는 잘 녹지 않는 소수성 특성을 가집니다.
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63. 카프로락탐에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 나일론 6,6의 원료이다.
  2. cyclohexanone oxime을 황산처리하면 생성된다.
  3. cyclohexanone과 암모니아의 반응으로 생성된다.
  4. cyclohoxanone 및 초산과 아민의 반응으로 생성된다.
(정답률: 55%)
  • 카프로락탐은 cyclohexanone oxime을 황산으로 처리하여 생성되며, 이는 나일론 6의 원료가 됩니다.

    오답 노트
    나일론 6,6의 원료: 아디프산
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64. 석유정제에 사용된느 용제가 갖추어야 하는 조건이 아닌 것은?

  1. 선택성이 높아야 한다.
  2. 추출할 성분에 대한 용해도가 높아야 한다.
  3. 용제의 비점과 추출성분의 비점의 차이가 적어야 한다.
  4. 독성이나 장치에 대한 부식성이 적어야 한다.
(정답률: 74%)
  • 추출 후 용제와 추출 성분을 증류를 통해 쉽게 분리하기 위해서는 두 물질의 비점(끓는점) 차이가 충분히 커야 합니다.
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65. 암모니아 산화법에 의하여 질산을 제조하면 상압에서 순도가 약 65% 내외가 되어 공업적으로 사용하기 힘들다. 이럴 경우 순도를 높이기 위한 일반적인 방법으로 옳은 것은?

  1. H2SO4의 흡수제를 첨가하여 3성분계를 만들어 농축한다.
  2. 온도를 높여 끓여서 물을 날려 보낸다.
  3. 촉매를 첨가하여 부가반응을 일으킨다.
  4. 계면활성제를 사용하여 물을 제거한다.
(정답률: 59%)
  • 질산의 순도를 높이기 위해 $H_{2}SO_{4}$와 같은 흡수제를 첨가하여 3성분계를 형성함으로써, 물을 효과적으로 제거하고 농축하는 방법을 사용합니다.
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66. 질소비료 중 이론적으로 질소함유량이 가장 높은 비료는?

  1. 황산암모늄(황안)
  2. 염화암모늄(염안)
  3. 질산암모늄(질안)
  4. 요소
(정답률: 65%)
  • 질소비료의 이론적 질소 함유량 순서는 요소 > 질산암모늄 > 염화암모늄 > 석회질소 > 황산암모늄 > 질산칼슘 순으로, 요소가 가장 높습니다.
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67. 일반적으로 고분자 합성을 단계 성장 중합(축합중합)과 사슬 성장 중합(부가중합) 반응으로 분리될 수 있다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 단계 성장 중합은 작용기를 가진 분자들 사이의 반응으로 일어난다.
  2. 단계 성장 중합은 중간에 반응이 중지될 수 없고, 중간체도 사슬 성장 중합과 마찬가지로 분리될 수 없다.
  3. 사슬 성장 중합은 중합 중에 일시적이지만 분리될 수 없는 중간체를 가진다.
  4. 사슬 성장 중합은 탄소-탄소 이중 경합을 포함한 단량체를 기본으로 하여 중합이어진다.
(정답률: 55%)
  • 성장 중합(축합 중합)은 작용기를 가진 단량체들이 반응하여 이량체, 삼량체 등으로 점진적으로 성장하는 방식으로, 반응 중간 단계의 생성물(중간체)을 분리할 수 있는 특징이 있습니다.

    오답 노트
    사슬 성장 중합: 활성 중심(라디칼 등)을 통해 매우 빠르게 진행되며, 반응 중인 활성 중간체는 분리할 수 없습니다.
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68. 가성소다 전해법 중 수은법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 양극은 흑연, 음극은 수은을 사용한다.
  2. Na+는 수은에 녹아 엷은 아말감을 형성한다.
  3. 아말감은 물과 반응시켜 NaOH와 H2를 생성한다.
  4. 아말감 중 Na 함량이 높으면 분해 속도가 느려지므로 전해질 내에서 H2가 제거된다.
(정답률: 62%)
  • 수은법에서 아말감 중 Na 함량이 높아지면 유동성이 저하되어 굳어지며, 분해되어 수소가 생성됩니다. 따라서 분해 속도가 느려지거나 수소가 제거된다는 설명은 틀린 것입니다.
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69. 분자량이 5000, 10000, 15000, 20000, 25000 g/mol로 이루어진 다섯 개의 고분자가 각각 50, 100, 150, 200, 250kg이 있다. 이 고분자의 다분산도(polydispersity)는?

  1. 0.8
  2. 1.0
  3. 1.2
  4. 1.4
(정답률: 38%)
  • 다분산도는 수평균분자량($M_n$) 대비 중량평균분자량($M_w$)의 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $PDI = \frac{M_w}{M_n} = \frac{\sum w_i M_i / \sum w_i}{\sum w_i / \sum M_i}$ (또는 중량평균/수평균)
    ② [숫자 대입] $M_n = \frac{750}{0.05+0.1+0.15+0.2+0.25} = 10000, M_w = \frac{50\times 5000 + \dots + 250\times 25000}{750} = 12000$
    ③ [최종 결과] $PDI = \frac{12000}{10000} = 1.2$
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70. 프로필렌(CH2=CH-CH2)에서 쿠멘( )을 합성 반응으로 옳은 것은?

  1. 산화반응
  2. 알킬화반응
  3. 수화공정
  4. 중합공정
(정답률: 58%)
  • 벤젠과 프로필렌이 Friedel-Crafts 촉매 하에 반응하여 $\text{C}_6\text{H}_5\text{CH}(\text{CH}_3)_2$ 형태의 쿠멘($\text{C}_9\text{H}_{12}$)을 합성하는 반응은 알킬화반응에 해당합니다.
    $\text{Benzene} + \text{Propylene} \rightarrow \text{Cumene}$
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71. 감압 종류 공정을 거치지 않고 생산된 석유화학제품으로 옳은 것은?

  1. 유활유
  2. 아스팔트
  3. 나프타
  4. 벙커C유
(정답률: 58%)
  • 원유의 상압증류 공정에서는 끓는점이 낮은 성분부터 순차적으로 분리됩니다. 나프타는 상압증류탑의 상부에서 분리되는 저비점 성분으로, 감압 증류 공정을 거치지 않고 생산되는 제품입니다.
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72. 부식 전류가 커지는 원인이 아닌 것은?

  1. 용존 산소 농도가 낮을 때
  2. 온도가 높을 때
  3. 금속이 전도성이 큰 전해액과 접촉하고 있을 때
  4. 금속 표면의 내부 응력의 차가 클 때
(정답률: 66%)
  • 부식 전류는 전해액의 전도도가 높을수록, 온도가 높을수록, 금속 표면의 응력 차이가 클수록 증가합니다. 반면, 용존 산소 농도가 낮아지면 산화 반응을 돕는 산화제가 부족해지므로 부식 전류는 오히려 감소하게 됩니다.
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73. 황산 제조 방법 중 연실법에서 장치의 능률을 높이고 경제적으로 조업하기 위하여 개량된 방법 또는 설비는?

  1. 소량응축법
  2. Pertersen Tower법
  3. Reynold법
  4. Monsanto법
(정답률: 68%)
  • 연실법은 황산 제조 공정 중 하나로, 장치의 능률을 높이고 경제적인 조업을 위해 개량된 설비가 Pertersen Tower법입니다.
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74. 에폭시 수지에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 접착제, 도료 또는 주형용 수지로 만들어지면 금속 표면에 잘 접착한다.
  2. 일반적으로 비스페놀A와 에피클로로히드린의 반응으로 제조한다.
  3. 열에는 안정하지만 강도가 좋지 않은 단점이 있다.
  4. 에폭시 수지 중 hydroxy기도 epoxy기와 반응하여 가교 결합을 형성할 수 있다.
(정답률: 66%)
  • 에폭시 수지는 기계적 강도가 매우 우수하고 접착력이 뛰어난 것이 특징입니다. 따라서 강도가 좋지 않다는 설명은 틀린 내용입니다.
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75. 화학비료를 토양시비 시 토양이 산성화가 되는 주된 원인으로 옳은 것은?

  1. 암모늄 이온(종)
  2. 토양콜로이드
  3. 황산 이온(종)
  4. 질산화미생물
(정답률: 58%)
  • 화학비료의 성분 중 황산 이온(종)이 포함된 비료를 시비할 경우, 토양 내에서 산성 물질을 생성하거나 염기성 성분을 용출시켜 토양을 산성화시키는 주된 원인이 됩니다.
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76. 인 31g을 완전 연소시키기 위한 산소의 부피는 표준상태에서 몇 L인가? (단, P의 원자량은 31이다.)

  1. 11.2
  2. 22.4
  3. 28
  4. 31
(정답률: 48%)
  • 인의 연소 반응식( $4P + 5O_{2} \rightarrow 2P_{2}O_{5}$)을 통해 인 1몰당 필요한 산소의 몰수를 계산하여 표준상태의 부피를 구합니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{m}{M} \times \frac{a}{b} \times 22.4$ (m: 질량, M: 원자량, a/b: 계수비)
    ② [숫자 대입] $V = \frac{31}{31} \times \frac{5}{4} \times 22.4$
    ③ [최종 결과] $V = 28$ L
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77. 일반적으로 니트로화 반응을 이용하여 벤젠을 니트로벤젠으로 합성할 때 많이 사용하는 것은?

  1. AICI3+HCI
  2. H2SO4+HNO3
  3. (CH3CO)2O2+HNO3
  4. HCI+HNO3
(정답률: 55%)
  • 벤젠의 니트로화 반응은 진한 질산과 진한 황산의 혼합물을 사용하여 진행됩니다. 이때 황산은 질산으로부터 니트로늄 이온($$NO_{2}^{+}$$)을 생성시키는 촉매 역할을 하여 반응을 촉진합니다.
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78. 인광석을 산분해하여 인산을 제조하는 방식 중 습식법에 해당하지 않는 것은?

  1. 황산 분해법
  2. 염산 분해법
  3. 질산 분해법
  4. 아세트산 분해법
(정답률: 63%)
  • 인광석을 산분해하여 인산을 제조하는 습식법은 강산인 황산, 염산, 질산을 사용하는 분해법이 대표적입니다.

    오답 노트
    아세트산 분해법: 아세트산은 약산이므로 일반적인 인광석 산분해 공정의 습식법에 해당하지 않습니다.
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79. 다음 중 III-V 화합물 반도체로만 나열된 것은?

  1. SiC, SiGe
  2. AlAs, AISb
  3. CdS, CdSe
  4. Pbs, PbTe
(정답률: 63%)
  • III-V 화합물 반도체는 주기율표의 13족(III족) 원소와 15족(V족) 원소가 결합한 물질입니다.
    13족 원소: $B, Al, Ga, In$ / 15족 원소: $P, As, Sb$
    따라서 $AlAs$와 $AlSb$가 이에 해당합니다.

    오답 노트
    SiC, SiGe: IV-IV 화합물
    CdS, CdSe: II-VI 화합물
    PbS, PbTe: IV-VI 화합물
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80. 일반적인 공정에서 에틸렌으로부터 얻는 제품이 아닌 것은?

  1. 에틸벤젠
  2. 아세트알데히드
  3. 에탄올
  4. 염화알릴
(정답률: 65%)
  • 에틸렌은 에틸벤젠, 아세트알데히드, 에탄올 등의 합성 원료로 널리 사용됩니다.

    오답 노트
    염화알릴: 에틸렌이 아닌 프로필렌($C_3H_6$)을 원료로 하여 제조합니다.
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5과목: 반응공학

81. 다음과 같은 평행반응이 진행되고 있을 때 원하는 생성물이 S라면 반응물의 농도는 어떻게 조절해 주어야 하는가?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. CA를 높게, CB를 낮게
  2. CA를 낮게, CB를 높게
  3. CA와 CB를 높게
  4. CA와 CB를 낮게
(정답률: 61%)
  • 원하는 생성물 $S$의 선택도를 높이려면 $R$에 대한 $S$의 생성 속도 비를 최대화해야 합니다.
    두 반응의 속도식을 비교하면 다음과 같습니다.
    $$\frac{dC_S / dt}{dC_R / dt} = \frac{k_2 C_A C_B^{0.3}}{k_1 C_A^{0.5} C_B^{1.8}} = \frac{k_2}{k_1} C_A^{0.5} C_B^{-1.5}$$
    위 식에서 $C_A$의 지수는 양수($0.5$)이고 $C_B$의 지수는 음수($-1.5$)이므로, $C_A$를 높게 유지하고 $C_B$를 낮게 유지할 때 생성물 $S$의 선택도가 가장 높아집니다.
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82. 어느 조건에서 Space time이 3초이고, 같은 조건 하에서 원료의 공급률이 초당 300L일 때 반응기의 체적은 몇 L인가?

  1. 100
  2. 300
  3. 600
  4. 900
(정답률: 69%)
  • 공간 시간(Space time)은 반응기의 체적을 원료의 부피 공급률로 나눈 값입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\tau = \frac{V}{v}$$
    ② [숫자 대입]
    $$3 = \frac{V}{300}$$
    ③ [최종 결과]
    $$V = 900$$
    따라서 반응기의 체적은 $900\text{ L}$ 입니다.
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83. 평균 체류시간이 같은 관형반응기와 혼합흐름 반응기에서 A→R로 표시되는 화학반응이 일어날 때 전환율이 서로 같다면 이 반응의 차수는?

  1. 0차
  2. 1/2차
  3. 1차
  4. 2차
(정답률: 54%)
  • 일반적으로 반응 차수가 1차 이상이면 PFR의 전환율이 MFR보다 높고, 1차 미만이면 MFR의 전환율이 더 높습니다. 하지만 반응 차수가 0차인 경우에는 반응 속도가 농도에 무관하여 일정하므로, 체류 시간이 같다면 반응기 형태(PFR, MFR)와 상관없이 전환율이 동일하게 나타납니다.
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84. 회분계에서 반응물 A의 전화율, XA를 옳게 나타낸 것은? (단, NA는 A의 몰수, NAO는 초기 A의 몰수이다.)

(정답률: 63%)
  • 회분계에서 반응물 A의 전환율은 초기 공급된 A의 몰수 대비 반응하여 사라진 A의 몰수 비율로 정의합니다.
    $$\text{전환율} = \frac{\text{반응한 몰수}}{\text{초기 몰수}}$$
    $$\text{반응한 몰수} = N_{A0} - N_A$$
    따라서 이를 수식으로 나타내면 가 됩니다.
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85. 촉매 작용의 일반적인 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 활성화 에너지가 촉매를 사용하지 않을 경우에 비해 낮아진다.
  2. 촉매 작용에 의하여 평형 조성을 변화시킬 수 있다.
  3. 촉매는 여러 반응에 대한 선택성이 높다.
  4. 비교적 적은 양의 촉매로도 다량의 생성물을 생성시킬 수 있다.
(정답률: 61%)
  • 촉매는 반응 경로를 변경하여 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 빠르게 할 뿐, 열역학적 상태 함수인 Gibbs 자유 에너지에는 영향을 주지 않습니다. 따라서 촉매 작용에 의하여 평형 조성을 변화시킬 수 있다는 설명은 틀린 내용입니다.
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86. A+B→R인 비가역 기상 반응에 대해 다음과 같은 실험 데이터를 얻었다. 반응 속도식으로 옳은 것은? (단, t1/2은 B의 반감기이고, PA 및 PB는 각각 A 및 B의 초기 압력이다.)

(정답률: 45%)
  • 반감기 $t_{1/2}$와 초기 농도(압력) $P_B$의 관계를 통해 반응 차수를 결정합니다. 실험 3과 4를 비교하면 $P_A$가 일정할 때 $P_B$가 2배($10 \rightarrow 20$)가 되면 $t_{1/2}$가 $1/2$배($160 \rightarrow 80$)가 되므로, $B$에 대해 2차 반응입니다. 또한 실험 1과 3을 비교하면 $P_B$가 일정할 때 $P_A$가 2배($250 \rightarrow 500$)가 되면 $t_{1/2}$가 $1/2$배($160 \rightarrow 80$)가 되므로, $A$에 대해 1차 반응입니다. 따라서 전체 반응 속도식은 가 됩니다.
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87. 크기가 같은 plug flow 반응기(PFR)와 mixed flow 반응기(MFR)를 서로 연결하여 다음의 2차 반응을 실행하고자 한다. 반응물 A의 전환율이 가장 큰 경우는?

  4. 전환율은 반응기의 연결 방법, 순서와 상관없이 동일하다.
(정답률: 60%)
  • 제시된 반응식 $A \to B, r_A = C_A^2$는 반응 차수가 $n=2$인 2차 반응입니다. 반응 차수가 1보다 큰 경우($n > 1$), 반응 속도-농도 곡선이 오목한 형태를 띠므로 PFR의 효율이 MFR보다 높습니다. 따라서 고농도 영역에서 효율이 좋은 PFR을 먼저 배치하고, 이후 MFR을 연결하는 순서로 구성했을 때 전체 전환율이 가장 큽니다.
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88. 불균질(heterogeneous) 반응 속도에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 불균질 반응에서 일반적으로 반응 속도식은 화학 반응항에 물질 이동항이 포함된다.
  2. 어떤 단계가 비선형성을 띠면 이를 회피하지 말고 충괄 속도식에 적용하여 문제를 해결해야 한다.
  3. 여러 과정의 속도를 나타내는 단위가 서로 같으면 총괄 속도식을 유도하기 편리하다.
  4. 총괄 속도식에는 중간체의 농도항이 제거되어야 한다.
(정답률: 58%)
  • 불균질 반응의 총괄 속도식을 유도할 때는 계산의 편의성과 해석을 위해 복잡한 비선형 항을 적절히 근사하거나 단순화하여 회피하는 전략을 주로 사용합니다. 따라서 어떤 단계가 비선형성을 띠면 이를 회피하지 말고 총괄 속도식에 적용하여 문제를 해결해야 한다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    화학 반응항과 물질 이동항 포함: 불균질 반응의 일반적 특징
    단위 일치: 총괄 속도식 유도의 기본 조건
    중간체 농도 제거: 측정 가능한 변수로만 식을 구성해야 함
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89. 균일계 가역 1차 반응 이 회분식 반응기에서 순수한 A로부터 반응이 시작하여 평형에 도달했을 때 A의 전환율이 85%이었다면 이 반응의 평형상수는 KC는?

  1. 0.18
  2. 0.85
  3. 5.67
  4. 12.3
(정답률: 55%)
  • 가역 1차 반응 $A \rightleftharpoons R$에서 평형 상태의 전환율 $X_{eq}$와 평형상수 $K_C$의 관계를 이용하여 계산합니다. 순수한 A로부터 시작했으므로 평형 시 $C_A = C_{A0}(1 - X_{eq})$이고 $C_R = C_{A0} X_{eq}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $K_C = \frac{X_{eq}}{1 - X_{eq}}$
    ② [숫자 대입] $K_C = \frac{0.85}{1 - 0.85}$
    ③ [최종 결과] $K_C = 5.67$
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90. A+B→ R, rR=1.0CA1.5CB0.3과 A+B→S, rS=1.0CA0.5CB1.3에서 R이 요구하는 물질일 때 A의 전화율이 90%이면 혼합흐름반응기에서 R의 총괄수율(overall fractional yield)은 얼마인가? (단, A와 B의 농도는 각각 20mol/L이며 같은 속도로 들어간다.)

  1. 0.225
  2. 0.45
  3. 0.675
  4. 0.9
(정답률: 31%)
  • A와 B의 초기 농도가 같고 동일한 속도로 공급되므로, 반응 전 과정에서 $C_A = C_B$가 유지됩니다. 이때 R의 생성 속도 $r_R = 1.0 C_A^{1.5} C_A^{0.3} = 1.0 C_A^{1.8}$이고, S의 생성 속도 $r_S = 1.0 C_A^{0.5} C_A^{1.3} = 1.0 C_A^{1.8}$로 두 생성 속도가 동일하므로 반응한 A의 절반은 R로, 절반은 S로 생성됩니다.
    총괄수율은 한정 반응물 A의 초기 농도 대비 생성된 R의 양으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Yield = \frac{C_{A0} \times X_A \times 0.5}{C_{A0}}$
    ② [숫자 대입] $Yield = \frac{20 \times 0.9 \times 0.5}{20}$
    ③ [최종 결과] $Yield = 0.45$
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91. 다음 반응이 회분식 반응기에서 일어날 때 반응시간이 t이고 처음에 순수한 A로 시작하는 경우, 가역 1차 반응을 옳게 나타낸 식은? (단, A와 B의 농도는 CA, CB이고, CAeq는 평형상태에서 A의 농도이다.)

(정답률: 44%)
  • 가역 1차 반응 $A \rightleftharpoons B$가 회분식 반응기에서 일어날 때, 시간 $t$에 따른 농도 변화 식은 적분형 속도식을 통해 유도됩니다. 평형 농도 $C_{Aeq}$를 기준으로 한 농도 차이가 지수함수적으로 감소하는 형태를 띠게 됩니다.
    따라서 정답은 $\frac{C_A - C_{Aeq}}{C_{A0} - C_{Aeq}} = e^{-(k_1 + k_2)t}$가 포함된 입니다.
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92. 1차 반응인 A→R, 2차 반응(desired)인 A→S, 3차 반응인 A→T에서 S가 요구하는 물질일 경우에 다음 중 옳은 것은?

  1. 플러그흐름반응기를 쓰고 전화율을 낮게 한다.
  2. 혼합흐름반응기를 쓰고 전화율을 낮게 한다.
  3. 중간수준의 A농도에서 혼합흐름반응기를 쓴다.
  4. 혼합흐름반응기를 쓰고 전화율을 높게 한다.
(정답률: 41%)
  • 원하는 생성물 S의 반응 차수(2차)가 다른 부반응들(1차, 3차)의 중간 차수일 때, 선택도를 최대화하기 위해서는 반응물의 농도를 중간 수준으로 유지하는 것이 유리합니다. 따라서 중간 수준의 A 농도에서 혼합흐름반응기를 사용하는 것이 가장 적절합니다.
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93. C3H5CH3+H2→C5H6+CH4의 톨루엔과 소수의 반응은 매우 빠른 반응이며 생성물은 평형 상태로 존재한다. 톨루엔의 초기 농도가 2mol/L, 수소의 초기농도가 4mol/L이고 반으을 900K에서 진행시켰을 때 반응 후 수소의 농도는 약 몇 mol/L인가? (단, 900K에서 평형상수 KP=227이다.)

  1. 1.89
  2. 1.95
  3. 2.01
  4. 4.04
(정답률: 47%)
  • 평형 상태에서 생성물과 반응물의 농도 관계를 이용하여 수소의 최종 농도를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $ K = \frac{x^2}{(2-x)(4-x)} $
    ② [숫자 대입] $ 227 = \frac{x^2}{8 - 6x + x^2} $
    ③ [최종 결과] $ x = 1.99 \rightarrow \text{수소 농도} = 4 - 1.99 = 2.01 $
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94. 그림에 해당되는 반응 형태는?

(정답률: 53%)
  • 제시된 그래프에서 반응물 A가 감소하며 중간 생성물 R이 증가했다가 다시 감소하고, 최종 생성물 S가 서서히 증가하는 전형적인 연속 반응의 형태를 보입니다. 따라서 반응 경로는 와 같이 A에서 R을 거쳐 S로 진행되는 가역 반응 형태가 적절합니다.
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95. 온도가 27℃에서 37℃로 될 때 반응속도가 2배로 빨라진다면 활성화 에너지는 약 몇 cal/mol인가?

  1. 1281
  2. 1376
  3. 12810
  4. 13760
(정답률: 65%)
  • 온도 변화에 따른 반응 속도 상수의 변화는 아레니우스 식을 통해 활성화 에너지를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $ \ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{E_a}{R} ( \frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2} ) $
    ② [숫자 대입] $ \ln 2 = \frac{E_a}{1.987} ( \frac{1}{300} - \frac{1}{310} ) $
    ③ [최종 결과] $ E_a = 12810 $
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96. 반응물 A는 1차 반응 A→R에 의해 분해된다. 사로 다른 2개의 플러그흐름반응기에 다음과 같이 반응물의 주입량을 달리하여 분해 실험을 하였다. 두 반응기로부터 동일한 전화율 80%를 얻었을 경우 두 반응기의 부피비 V2/V1은 얼마인가? (단, FA0 공급물 속도이고, CA0는 초기 농도이다.)

  1. 0.5
  2. 1
  3. 1.5
  4. 2
(정답률: 54%)
  • 플러그흐름반응기(PFR)에서 1차 반응의 부피는 공급물 속도와 초기 농도, 그리고 전화율에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{F_{A0}}{k C_{A0}} \ln \frac{1}{1-X}$
    ② [숫자 대입] $ \frac{V_2}{V_1} = \frac{\frac{2}{k \cdot 1} \ln \frac{1}{1-0.8}}{\frac{1}{k \cdot 1} \ln \frac{1}{1-0.8}} $
    ③ [최종 결과] $ \frac{V_2}{V_1} = 2 $
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97. 플러그흐름반응기를 다음과 같이 연결할 때 D와 같이 연결할 때 D와 E에서 같은 전화율을 얻기 위해서는 D쪽으로의 공급속도 분율 D/T 값은 어떻게 되어야 하는가?

  1. 2/8
  2. 1/3
  3. 5/8
  4. 2/3
(정답률: 66%)
  • PFR의 전화율은 체류 시간(부피/유량)에 비례하므로, 두 경로의 총 부피와 유량의 곱이 같아야 동일한 전화율을 얻습니다.
    ① [기본 공식] $V_D \times \frac{D}{T} = V_E \times \frac{E}{T}$
    ② [숫자 대입] $(30+50+20) \times \frac{D}{T} = (40+20) \times (1 - \frac{D}{T})$
    ③ [최종 결과] $\frac{D}{T} = \frac{60}{100+60} = \frac{60}{160} = \frac{3}{8}$
    ※ 정답지 5/8은 계산상 오류가 있으나, 제시된 정답 5/8을 따를 경우 $100 \times \frac{D}{T} = 60 \times (1 - \frac{D}{T})$가 되어 $\frac{D}{T} = \frac{60}{160}$이 아닌 다른 조건이 필요합니다. 하지만 주어진 정답 5/8에 맞춘 식은 다음과 같습니다.
    $$100 \times \frac{D}{T} = 60 \times \frac{E}{T} \implies \frac{D}{E} = \frac{60}{100} = \frac{3}{5}$$
    공급 분율 $D/T$를 구하면 $D+E=T$이므로 $\frac{D}{D+E} = \frac{3}{3+5} = \frac{3}{8}$ 입니다. 문제의 정답 5/8은 $E/T$ 값으로 판단됩니다.
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98. Thiele 계수에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. Thiele 계수는 가속도와 속도의 비를 나타내는 차원수이다.
  2. Thiele 계수의 클수록 입자 내 농도는 저하된다.
  3. 촉매입자 내 유효농도는 Thiele 계수의 값에 의존한다.
  4. Thiele 계수는 촉매표면과 내부의 효율적 이용의 척도이다.
(정답률: 44%)
  • Thiele 계수는 촉매 입자 내부의 확산 속도와 화학 반응 속도의 비를 나타내는 무차원 수입니다.

    오답 노트
    가속도와 속도의 비: 확산 속도와 반응 속도의 비임
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99. 우유를 저온살균할 때 63℃에서 30분이 걸리고, 74℃에서는 15초가 걸렸다. 이 때 활성화 에너지는 약 몇 kJ/mol인가?

  1. 365
  2. 401
  3. 422
  4. 450
(정답률: 57%)
  • 아레니우스 식을 이용하여 두 온도에서의 반응 속도 상수의 비로 활성화 에너지를 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $\ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{E_a}{R} (\frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2})$
    ② [숫자 대입] $\ln \frac{30 \times 60}{15} = \frac{E_a}{8.314} (\frac{1}{(63+273.15)} - \frac{1}{(74+273.15)})$
    ③ [최종 결과] $E_a = 422 \text{ kJ/mol}$
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100. 1차 직렬반응이 일 경우 볼 수 있다. 이 때 k의 값은?

  1. 11.00 s-1
  2. 9.52 s-1
  3. 0.11 s-1
  4. 0.09 s-1
(정답률: 51%)
  • 1차 직렬반응 $A \xrightarrow{k_1} R \xrightarrow{k_2} S$에서 $k_1 \gg k_2$인 경우, 전체 반응 속도는 느린 단계인 $k_2$에 의해 결정되지만, 일반적인 유효 속도 상수 $k$는 다음의 관계식을 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{k} = \frac{1}{k_1} + \frac{1}{k_2}$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{k} = \frac{1}{200} + \frac{1}{10}$
    ③ [최종 결과] $k = 9.52$
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