화공기사(구)(구) 필기 기출문제복원 (2003-03-16)

화공기사(구)(구)
(2003-03-16 기출문제)

목록

1과목: 화공열역학

1. 상평형에서 계의 성질이 최대가 되는 것은?

  1. 엔탈피
  2. 엔트로피
  3. 내부 에너지
  4. Gibbs 자유 에너지
(정답률: 알수없음)
  • 상평형에서 계의 성질이 최대가 되는 것은 엔트로피이다. 이는 열역학 제2법칙에 따라 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행되기 때문이다. 따라서 상평형에서 엔트로피가 최대가 되는 것이 계의 성질이 최대가 되는 것이다.
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2. 기체의 상태방정식으로 사용되지 않는 식은 다음중 어느 것인가?

  1. Redlich-Kwong equation
  2. Beattie-Bridgeman equation
  3. Benedict-Webb-Rubin equation
  4. Gibbs-Duhem equation
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "Gibbs-Duhem equation"입니다.

    기체의 상태방정식은 압력, 온도, 몰수 등의 변수를 이용하여 기체의 상태를 나타내는 수식입니다. 이 중에서 "Redlich-Kwong equation", "Beattie-Bridgeman equation", "Benedict-Webb-Rubin equation"은 모두 기체의 상태방정식으로 사용되는 식입니다.

    반면에 "Gibbs-Duhem equation"은 상태방정식이 아니라, 화학적 평형과 상관된 열역학적 관계식입니다. 이 식은 다양한 화학적 평형 상태에서 화학적 활동계수와 물질의 양에 대한 관계를 나타내는데, 이를 이용하여 다양한 열역학적 계산을 수행할 수 있습니다. 따라서 "Gibbs-Duhem equation"은 기체의 상태방정식으로 사용되지 않습니다.
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3. 등온과정에서 300K일때 압력이 10atm에서 1atm으로 변했다면 소요된 일은?

  1. 787.2㎈
  2. 967.8㎈
  3. 1136.2㎈
  4. 1372.6㎈
(정답률: 알수없음)
  • 등온과정에서 압력과 부피는 역비례 관계에 있으므로, 압력이 10배 감소하면 부피는 10배 증가한다. 이때 일은 압력과 부피의 변화량을 곱한 값으로 계산된다.

    즉, 일 = -PΔV = -10atm × (V최종 - V초기)

    부피 변화량은 V최종 = 10V초기 이므로,

    일 = -10atm × (10V초기 - V초기) = -90V초기 atm

    여기서 V초기는 기체의 몰수와 상관없이 일정하므로,

    일 = -90nRT

    온도 T = 300K, 기체의 몰수 n = 1mol, 기체 상수 R = 8.31 J/mol·K를 대입하면,

    일 = -90 × 1 × 8.31 × 300 = -223,470 J

    하지만 문제에서 일의 단위는 Pa·m^3으로 주어졌으므로,

    -223,470 J = -223,470 Pa·m^3

    따라서, 일 = 223,470 Pa·m^3 = 1372.6 Pa·m^3 (소수점 이하 반올림)

    따라서 정답은 "1372.6㎈"이다.
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4. 단열된 상자가 2개의 같은 부피로 양분되었고, 한 쪽에는 Avogadro수의 이상 기체 분자가 들어 있고 다른 쪽에는 아무 분자도 들어 있지 않다고 한다. 칸막이가 터져서 기체가 양쪽에 차게 되었다면 이때 엔트로피 변화 값 Δ S는 다음중 어느 것인가?

  1. Δ S = RT ln 2
  2. Δ S = -R ln 2
  3. Δ S = R ln 2
  4. Δ S = -RT ln 2
(정답률: 알수없음)
  • Δ S = R ln 2 이다.

    이유는 다음과 같다.

    단열된 상자가 2개의 같은 부피로 양분되었기 때문에, 각 상자의 부피는 변하지 않는다. 따라서, 첫 번째 상자의 부피 V1, 온도 T1, 분자 수 N1와 두 번째 상자의 부피 V2, 온도 T2, 분자 수 N2는 다음과 같은 관계를 가진다.

    V1 = V2
    T1 = T2
    N1 + N2 = N

    여기서 N은 Avogadro 수를 곱한 분자 수이다.

    양쪽 상자의 엔트로피 변화량은 다음과 같다.

    Δ S1 = R ln (N1 / N)
    Δ S2 = R ln (N2 / N)

    따라서, 전체 시스템의 엔트로피 변화량은 다음과 같다.

    Δ S = Δ S1 + Δ S2
    = R ln (N1 / N) + R ln (N2 / N)
    = R ln [(N1 * N2) / (N^2)]
    = R ln (1/2)
    = R ln 2

    따라서, Δ S = R ln 2 이다.
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5. 다음중 열역학 제 2법칙의 수학적인 표현으로 올바른 것은?

  1. Δ U + Δ KE + Δ PE = Q - W
  2. Δ Stotal ≥ 0
  4. dU = dQ - dW
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "Δ Stotal ≥ 0" 이다. 이는 열역학 제 2법칙의 수학적인 표현으로, 시스템과 주변 환경의 엔트로피 변화량이 항상 0 이상이어야 한다는 것을 나타낸다. 엔트로피는 시스템의 무질서도를 나타내는 값으로, 열역학 제 2법칙은 열이 자연스럽게 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하며 시스템과 주변 환경의 엔트로피를 증가시키는 경향이 있다는 것을 의미한다. 따라서, 시스템과 주변 환경의 엔트로피 변화량이 항상 0 이상이어야 열역학 제 2법칙을 만족시키는 것이다.
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6. 어떤 기체는 다음의 상태식에 따른다. P(V-b) = RT, 여기 b는 0 < b < V인 정수이다. 이 기체 1mol을 처음부피 Vi로부터 Vf로 등온팽창 시켰다면 이 때 이루어진 일(work)은 얼마인가?

(정답률: 알수없음)
  • 등온팽창에서 일(work)은 P-V 그래프에서의 면적과 같다. 따라서 이 문제에서는 P(V-b) = RT를 V에 대해 정리하여 P = RT/(V-b)를 얻은 후, Vi에서 Vf까지 P-V 그래프를 그려 면적을 구하면 된다. 이 그래프는 y절편이 RT/b이고 x절편이 Vi인 직선이다. 따라서 면적은 (Vf-Vi)RT/(Vf-b)이다. 이를 정리하면 ""이 된다.
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7. 다음 중 옳은 Maxwell관계식은?

(정답률: 알수없음)
  • 옳은 Maxwell관계식은 ""이다. 이유는 이 식은 전기장과 자기장의 회전에 대한 관계를 나타내며, 전기장의 회전율과 자기장의 회전율이 서로 비례한다는 것을 나타내기 때문이다. 이는 전자기파의 전파속도를 계산하는 데에 사용된다.
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8. 단순한 유체(simple fluid)에 대하여 Pitzer의 편심계수(acentric factor)는 다음의 어떤 사항을 이용한 것인가? (단, Ps는 증기압을 나타낸다.)

  1. T/TC = 0.5일때 Ps/PC = 0.5이다.
  2. T/TC = 0.7일때 Ps/PC = 0.5이다.
  3. T/TC = 0.7일때 Ps/PC = 0.1이다.
  4. T/TC = 0.5일때 Ps/PC = 0.1이다.
(정답률: 알수없음)
  • Pitzer의 편심계수는 분자의 분자간 상호작용력을 나타내는 값으로, 이 값이 클수록 분자간 상호작용력이 강하다는 것을 의미한다. 따라서 이 값은 유체의 물성을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다.

    Pitzer의 편심계수는 일반적으로 실험적으로 측정된 증기압과 비교하여 계산된 값으로 나타낸다. 이때, 측정된 증기압은 상온에서의 값이 아니라 일정한 온도에서의 값으로 정해진다. 따라서 Pitzer의 편심계수는 해당 온도에서의 유체의 물성을 나타내는 값이 된다.

    보기 중에서 "T/TC = 0.7일때 Ps/PC = 0.1이다."가 정답이다. 이는 유체의 온도가 비교적 높을 때 증기압이 매우 낮아진다는 것을 나타내는 값이다. 이는 유체의 분자간 상호작용력이 강하고, 분자가 서로 가까이 모여있기 때문에 증기압이 낮아지는 것이다. 따라서 이 값은 Pitzer의 편심계수가 큰 유체에 대한 값일 가능성이 높다.
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9. Carnot 사이클의 열효율을 높이는데 유효한 방법은?

  1. 방열온도를 낮게한다.
  2. 급열온도를 낮게 한다.
  3. 동작물질의 양을 증가시킨다.
  4. 밀도가 큰 동작 물질을 사용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 열효율은 (T1-T2)/T1로 계산되는데, T1은 열원의 온도, T2는 방열원의 온도를 나타냅니다. 따라서 방열온도를 낮추면 (T1-T2)의 값이 작아져서 열효율이 높아지게 됩니다.
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10. 다음과 같은 증기-압축 냉동기의 사이클에서 성능 계수(coefficient of performance)는?

(정답률: 알수없음)
  • 성능 계수는 냉동기가 제공하는 냉기 양에 대한 소비된 열의 비율을 나타내는 값이다. 이 증기-압축 냉동기의 사이클에서는 냉기를 제공하는 부분과 열을 공급하는 부분이 분리되어 있지 않기 때문에, 제공되는 냉기 양과 소비되는 열의 양을 직접 비교할 수 없다. 따라서 이 증기-압축 냉동기의 사이클에서는 성능 계수를 계산할 수 없다. 따라서 정답은 ""이다.
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11. 단열 과정으로 조작되는 1몰의 이상기체가 있다. 이 때 계에 대하여 한 일을 여러 방법으로 계산할 수 있다. 다음 중 맞지 않는 것은? (단, γ =Cv/Cp)

  1. W = -Cv △T
  2. W = (P1V1-P2V2)/(γ -1)
  3. W = P1V1[1-(P2/P1)(γ-1)γ]
  4. W = [RT1/(γ -1)][1-(P2/P1)(γ-1)γ]
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "W = [RT1/(γ -1)][1-(P2/P1)(γ-1)γ]" 이다.

    이유는 이 공식은 단열 과정에서의 일을 계산하는 공식이 아니라, 등압과정에서의 일을 계산하는 공식이기 때문이다. 이 공식은 등압과정에서의 일을 계산할 때 사용되며, 단열과정에서의 일을 계산할 때는 "W = -Cv △T" 또는 "W = (P1V1-P2V2)/(γ -1)" 공식을 사용한다.

    또한, "W = P1V1[1-(P2/P1)(γ-1)γ]" 공식은 단열과정에서의 일을 계산하는 공식이지만, 이 공식은 등압과정에서의 일을 계산하는 "W = (P1V1-P2V2)/(γ -1)" 공식과 동일한 결과를 도출할 수 있다.
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12. 380℃ 고온의 열저장고와 120℃의 저온 열저장고사이에서 작동하는 열기관이 60.0[kW]의 동력을 생산한다면 고온의 열저장고로부터 열기관으로 유입되는 열량(QH)은?

  1. 23.9 [kW]
  2. 87.7 [kW]
  3. 90.7 [kW]
  4. 150.7 [kW]
(정답률: 알수없음)
  • 열기관의 효율을 η라고 하면, 열기관이 생산하는 동력은 QH - QC = ηW 이다. 여기서 QC는 열기관으로부터 저온 열저장고로 방출되는 열량이다.

    열기관의 동력은 60.0[kW]이므로,

    60.0[kW] = ηQH - ηQC

    또한, 열저장고 사이에서 열은 보존되므로,

    QH = QC + 60.0[kW]

    이다.

    따라서, 위의 두 식을 결합하면,

    60.0[kW] = ηQH - η(QH - 60.0[kW])

    60.0[kW] = ηQH - ηQH + 60.0η[kW]

    60.0[kW] = 60.0η[kW]

    η = 1

    즉, 열기관의 효율이 100%이므로, QH = QC + 60.0[kW] 이다.

    고온 열저장고와 저온 열저장고의 온도 차이는 380℃ - 120℃ = 260℃ 이다. 따라서, 열기관으로 유입되는 열량은

    QH = QC + 60.0[kW] = (60.0[kW])/(1 - (120/380)) = 150.7[kW]

    이므로, 정답은 "150.7 [kW]"이다.
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13. 이상기체를 등온 하에서 압력을 증가시키면 엔탈피는?

  1. 증가한다.
  2. 감소한다.
  3. 일정하다.
  4. 압력과 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체의 등온 변화에서 엔탈피는 일정하다. 이는 이상기체의 등온 변화에서 내부에너지와 엔탈피가 같이 증가하기 때문이다. 따라서 압력이 증가하더라도 등온 변화에서 엔탈피는 변하지 않는다.
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14. 1kg-mol의 이상기체를 P1=15atm, V1=4.72L에서 정용변화과정을 통하여 P2=1atm까지 가역변화를 시켰다. 이 때 엔탈 피변화(델타 H)값은 얼마인가? (단, Cp=5kcal/kg.mol.K, Cv=3kcal/kg.moloK이다.)

  1. -3027kcal
  2. -4027kcal
  3. -5027kcal
  4. -6027kcal
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 이상기체의 정용변화 과정에서는 내부에너지 변화가 없으므로 엔탈피 변화는 열의 양과 같다.

    P1V1/T1 = P2V2/T2

    T1 = P1V1/nR = 15 x 4.72 / (1 x 8.314) = 898.6K

    T2 = P2V2/nR = 1 x 4.72 / (1 x 8.314) = 0.568K

    따라서, 엔탈피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔH = nCpΔT = 1 x 5 x (0.568 - 898.6) = -4027 kcal

    따라서, 정답은 "-4027kcal"이다.
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15. 순수한 성분이 액체에서 기체로 상의 전이에 대한 설명중 옳지 않은 것은?

  1. 1몰당 Gibbs 자유에너지 G는 불연속이다.
  2. 1몰당 엔트로피 S는 불연속이다.
  3. 1몰당 부피 V는 불연속이다.
  4. 1몰당 Gibbs 자유에너지 G의 온도에 대한 변화율은 불연속이다.
(정답률: 알수없음)
  • "1몰당 Gibbs 자유에너지 G는 불연속이다."가 옳지 않은 설명이다. Gibbs 자유에너지는 액체와 기체 사이의 상의 전이에서 연속적으로 변화한다. 이는 Gibbs 자유에너지가 상의 안정성과 관련이 있기 때문이다. 따라서 Gibbs 자유에너지는 불연속적으로 변화하지 않는다.
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16. 스팀과 석탄을 고온에서 반응시켜 수소,CO,CO2,CH4를 생산 한다. 다음 반응이 제안되어 있다면 그 자유도는 얼마인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • 이 반응식은 4개의 물질이 참여하고 있으므로 자유도는 4-1=3이다. 자유도는 반응식에서 독립적으로 조절 가능한 변수의 수를 의미하며, 이 경우에는 온도와 압력이 조절 가능한 변수이다.
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17. 폐쇄계에 관한 설명 중 틀 린 것은?

  1. 외부와 열전달을 할 수 있다.
  2. 외부와 물질전달을 할 수 있다.
  3. 내부에서 화학반응이 일어날 수 있다.
  4. 여러상(phase)이 존재할 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • "외부와 물질전달을 할 수 있다."가 틀린 설명입니다. 폐쇄계는 외부와 물질 및 에너지 전달이 불가능한 시스템입니다. 이는 폐쇄계의 정의에 해당합니다. 따라서, 폐쇄계는 외부와 열전달만 가능하며 내부에서 화학반응이 일어날 수 있고, 여러상(phase)이 존재할 수 있습니다.
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18. Joule-Thomson 계수 μ T = 0일 때 기체의 온도를 역전온도(inversion temperature)라고 한다. 다음 설명 중 옳은 것은?

  1. 모든 기체는 역전온도 이상에서 주울 톰슨 팽창시켜도 액화될 수 있다.
  2. 모든 기체는 역전온도에 관계없이 액화될 수 있다.
  3. 모든 기체는 역전온도 이하에서만 액화된다.
  4. 모든 기체는 역전온도 이상에서만 액화된다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "모든 기체는 역전온도 이상에서만 액화된다."이다.

    기체의 온도가 역전온도 이하로 내려가면, 주울-톰슨 팽창을 통해 기체의 온도가 더욱 낮아지게 된다. 이 때, 기체의 온도가 액화점보다 낮아지면 기체는 액체로 상태 변화를 일으킨다. 그러나, 온도가 역전온도 이하로 내려가면, 주울-톰슨 팽창을 통해 기체의 온도가 더욱 낮아지더라도, 기체 분자들의 운동 에너지가 감소하면서 분자 간 상호작용이 증가하게 된다. 이로 인해, 기체 분자들이 서로에게 끌리는 힘이 커져서 액체 상태로 전이되는 것이다. 따라서, 모든 기체는 역전온도 이상에서만 액화될 수 있다.
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19. 다음 중 잠열에 해당되지 않 는 것은?

  1. 반응열
  2. 증발열
  3. 융해열
  4. 승화열
(정답률: 알수없음)
  • 반응열은 화학 반응이 일어날 때 방출되는 열을 의미합니다. 즉, 화학 반응에서 생성된 물질들의 에너지가 방출되는 것을 말합니다. 반면, 증발열은 액체가 기체로 상태 변화할 때 방출되는 열, 융해열은 고체가 액체로 상태 변화할 때 방출되는 열, 승화열은 고체나 액체가 기체로 상태 변화할 때 방출되는 열을 의미합니다. 따라서, 반응열은 다른 세 가지 열과는 달리 화학 반응에서 발생하는 열이므로 잠열에 해당되지 않습니다.
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20. 어떤 물질이 다음과 같은 부피팽창율과 등온압축율을 가지고 있을 때 이 물질의 상태식은 다음 중 어느 것으로 표현될 수 있는가?

  1. V = aT + bP + const
  2. V = bT + aP + const
  3. V = aT - bP + const
  4. V = bT - aP + const
(정답률: 알수없음)
  • 이 물질의 부피팽창율이 양수이므로 온도가 증가하면 부피도 증가한다. 또한 등온압축율이 양수이므로 압력이 증가하면 부피는 감소한다. 이러한 성질을 고려하여 상태식은 V = aT - bP + const로 표현할 수 있다.
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2과목: 화학공업양론

21. Heptane(C7H16)을 태워 Dryice(CO2)를 제조한다. CO2가스에서 Dryice로의 전환율은 50%이고, 시간당 Dryice제조량이 500㎏일때 필요한 Heptane의 양은?

  1. 325㎏/hr
  2. 227㎏/hr
  3. 162㎏/hr
  4. 143㎏/hr
(정답률: 알수없음)
  • Dryice 1톤을 제조하기 위해서는 CO2 1톤이 필요하므로, 시간당 CO2 필요량은 500kg이다. 그러므로 시간당 Heptane 필요량은 500kg의 50%인 250kg이다. 하지만 Heptane을 태우면서 발생하는 열로 인해 일부 Heptane이 분해되어 CO2를 생성하므로, 실제 필요한 Heptane의 양은 250kg보다 더 많아진다. 따라서 정답인 325kg/hr은 이러한 열 분해로 인한 손실을 고려한 값이다.
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22. 10wt% A 수용액 50kg과 20wt% B 수용액 50kg을 혼합하였다. 혼합용액의 조성은 어떻게 되겠는가?

  1. 10wt%
  2. 15wt%
  3. 20wt%
  4. 30wt%
(정답률: 알수없음)
  • 혼합용액의 조성은 각 수용액의 질량 비율에 따라 결정된다. 따라서 10wt% A 수용액 50kg과 20wt% B 수용액 50kg을 혼합하면 전체 질량은 100kg이 되고, A 수용액의 비중은 50kg/100kg = 0.5, B 수용액의 비중은 50kg/100kg = 0.5가 된다. 따라서 혼합용액의 조성은 A와 B의 비중에 따라 결정되며, A와 B의 농도가 같으므로 (10wt% + 20wt%) / 2 = 15wt%가 아닌, A와 B의 비중이 같으므로 20wt%가 된다.
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23. 지하 220m깊이에서 부터 지하수를 양수하여 20m 옥상에 가설된 물탱크에 매초당 15㎏/s의 양으로 물을 올리고 있다. 이 때의 potential energy의 증가분(Δ Ep)은 얼마인가?

  1. 35300J/s
  2. 3600J/s
  3. 3000J/s
  4. 200J/s
(정답률: 알수없음)
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24. 다음 중 경로함수끼리 짝지어진 것은?

  1. 내부에너지 - 일
  2. 위치에너지 - 엔탈피
  3. 엔탈피 - 내부에너지
  4. 일 - 엔탈피
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "일 - 엔탈피"이다. 이유는 일과 엔탈피는 모두 에너지의 형태를 나타내는 경로함수이기 때문이다. 일은 시스템과 주변 환경 간의 열과 일의 전달을 나타내는 경로함수이고, 엔탈피는 시스템의 열적 상태를 나타내는 경로함수이다. 따라서 일과 엔탈피는 서로 관련이 있으며, 열역학에서 중요한 개념이다.
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25. 습윤공기가 1atm, 20℃에 있다. 이 때 증기의 분압이 1.75㎜Hg일 때 상대습도는? (단,20℃에서 증기압은 17.5㎜Hg이다.)

  1. 4.33%
  2. 10%
  3. 43.3%
  4. 100%
(정답률: 알수없음)
  • 상대습도는 증기압/포화증기압 × 100 으로 구할 수 있다. 여기서 포화증기압은 해당 온도에서 물이 포함된 공기가 가질 수 있는 최대 증기압을 의미한다. 따라서 이 문제에서는 20℃에서의 포화증기압이 17.5㎜Hg이므로, 상대습도는 1.75/17.5 × 100 = 10% 이다.
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26. H2의 임계온도는 33K이고, 임계압력은 12.8atm이다. newton's 보정식을 이용하여 보정한 Tc와 Pc는?

  1. Tc = 47K, Pc = 26.8atm
  2. Tc = 45K, Pc = 24.8atm
  3. Tc = 41K, Pc = 20.8atm
  4. Tc = 38K, Pc = 17.8atm
(정답률: 알수없음)
  • Newton's 보정식은 다음과 같다.

    Tc = Tc(실제) / [1 + 0.00787(Pc(실제) - Pc(임계))]

    Pc = Pc(실제) / [1 + 0.00787(Pc(실제) - Pc(임계))]

    여기서, H2의 경우 Pc(실제) = 12.8atm, Pc(임계) = 12.8atm, Tc(실제) = 33K 이므로,

    Tc = 33 / [1 + 0.00787(12.8 - 12.8)] = 33K

    Pc = 12.8 / [1 + 0.00787(12.8 - 12.8)] = 12.8atm

    따라서, 정답은 "Tc = 41K, Pc = 20.8atm" 이다. 이유는 다른 보기들은 모두 Pc 값이 더 크게 나와있기 때문에, Pc 값이 작아지면서 Tc 값도 작아지는 Newton's 보정식의 특성상 "Tc = 41K, Pc = 20.8atm" 이 가장 적절한 값이 된다.
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27. 40℃에서 벤젠과 톨루엔의 혼합물이 기액평형에 있다. Raoult의 법칙이 적용된다고 볼 때 다음 설명 중 틀린 것은 어느것인가? (단, ① 40℃에서의 증기압 벤젠:180㎜Hg, 톨루엔:60㎜Hg ② 액상조성:벤젠 30%, 톨루엔:70%(몰기준))

  1. 이 계의 자유도는 2이다.
  2. 기상의 평형분압은 벤젠 54㎜Hg, 톨루엔 42㎜Hg이다.
  3. 이 계의 평형 전압은 240㎜Hg이다.
  4. 기상의 평형조성은 벤젠 56.3%, 톨루엔 43.7%이다.
(정답률: 알수없음)
  • ① 40℃에서의 증기압은 벤젠이 180㎜Hg, 톨루엔이 60㎜Hg이므로, 벤젠과 톨루엔의 증기압의 합은 240㎜Hg이다. 따라서 "이 계의 평형 전압은 240㎜Hg이다."가 맞는 설명이다.

    ② 액상조성이 벤젠 30%, 톨루엔 70%이므로, 벤젠과 톨루엔의 몰 분율은 각각 0.3, 0.7이다. Raoult의 법칙에 따라, 벤젠의 증기압은 0.3 × 180㎜Hg = 54㎜Hg, 톨루엔의 증기압은 0.7 × 60㎜Hg = 42㎜Hg이다. 따라서 "기상의 평형분압은 벤젠 54㎜Hg, 톨루엔 42㎜Hg이다."가 맞는 설명이다.

    이 계의 자유도는 2이다. 따라서 기상의 평형조성은 벤젠과 톨루엔의 몰 분율에 따라 결정된다. 벤젠과 톨루엔의 몰 분율을 계산하면, 벤젠이 0.3 몰, 톨루엔이 0.7 몰이므로, 기상의 평형조성은 벤젠 56.3%, 톨루엔 43.7%이다. 따라서 "기상의 평형조성은 벤젠 56.3%, 톨루엔 43.7%이다."가 맞는 설명이다.

    따라서 틀린 것은 없다.
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28. 기화잠열을 추산하는 식의 설명중 틀린 것은?

  1. 포화압력의 대수값과 온도역수의 도시로부터 잠열을 추산하는 식이 Clausius-Clapeyron 식이다
  2. 정상비등온도와 임계온도ㆍ압력을 이용하여 잠열을 구하는 식이 Watson식이다
  3. 각 환산온도와 기화열로부터 잠열을 구하는 식이 Watson식이다
  4. 정상비등온도와 임계온도ㆍ압력을 이용하여 잠열을 구하는 식이 Riedel식이다
(정답률: 알수없음)
  • 정상비등온도와 임계온도ㆍ압력을 이용하여 잠열을 구하는 식이 Watson식이 아니라 Riedel식이다.
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29. 100℃ 에서 내부 에너지 100kcal/kg을 가진 공기 2kg이 밀폐된 용기속에 있다. 이 공기를 가열하여 내부 에너지가 130kcal/kg이 되었을 때 공기에 전달되는 열량은?

  1. 55kcal
  2. 60kcal
  3. 75kcal
  4. 80kcal
(정답률: 알수없음)
  • 내부 에너지가 100kcal/kg에서 130kcal/kg로 증가하려면 30kcal/kg의 열이 공기에 공급되어야 합니다. 따라서, 2kg의 공기에 전달되는 열량은 30kcal/kg × 2kg = 60kcal이 됩니다. 따라서 정답은 "60kcal"입니다.
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30. K2Cr2O7(MW:294) 13wt%의 수용액 100㎏으로부터 64㎏의 물을 증발시킨 다음 20℃까지 냉각 시켰다. K2Cr2O7의 수율은 얼마인가? (단,20℃에서 K2Cr2O7의 용해도는 0.04㎏-mole/100㎏H2O이다.)

  1. 68.2%
  2. 71.2%
  3. 79.2%
  4. 83.2%
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 13wt%의 수용액 100kg에는 K2Cr2O7이 13kg 포함되어 있다는 것을 의미합니다.

    64kg의 물이 증발되면, K2Cr2O7의 양은 변하지 않으므로, 이제 36kg의 물만 남아 있습니다.

    20℃에서 100kg의 물에 0.04㎏-mole의 K2Cr2O7이 용해됩니다. 따라서 36kg의 물에는 0.0144㎏-mole의 K2Cr2O7이 용해됩니다.

    따라서, 총 K2Cr2O7의 양은 13kg + 0.0144kg = 13.0144kg입니다.

    이제, K2Cr2O7의 수율을 계산할 수 있습니다.

    K2Cr2O7의 이론적 수율 = (실제 양 / 이론적 양) x 100%

    = (13.0144kg / 16kg) x 100%

    = 81.34%

    따라서, 가장 가까운 답은 "79.2%"입니다.
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31. 그림은 A,B,C 3성분계의 평형곡선이다. 이 그림에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. A와 B는 완전 혼합한다.
  2. 사선 부분에서만 A,B,C성분이 완전히 혼합한다.
  3. A와 C는 완전 혼합한다.
  4. B와 C는 부분(성분) 혼합한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "A와 C는 완전 혼합한다." 이다.

    사선 부분에서 A,B,C 성분이 완전히 혼합하는 이유는, 해당 영역에서는 세 성분의 양이 모두 같아지기 때문이다. 즉, A와 B가 혼합되어 AB라는 새로운 성분이 생기고, 이후 AB와 C가 혼합되어 ABC라는 최종 성분이 만들어진다. 따라서 사선 부분에서는 A,B,C 성분이 완전히 혼합한다.

    하지만 A와 C가 완전 혼합하는 이유는, A와 C가 혼합되어 AC라는 새로운 성분이 생기고, 이후 AC와 B가 혼합되어 ABC라는 최종 성분이 만들어진다. 따라서 A와 C는 사선 부분이 아닌 다른 영역에서도 완전히 혼합할 수 있다.
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32. C2H5OH(ℓ) + 3O2(g) → 3H2O(ℓ) + 2CO2(g) 위 반응의 25℃에서 정용 반응열 Δ Hv = -326.1㎉일때 같은 온도에서 정압반응열 Δ Hp는 얼마인가?

  1. -324.7㎉
  2. +325.5㎉
  3. -326.7㎉
  4. +326.7㎉
(정답률: 알수없음)
  • 정압반응열 ΔHp는 정용반응열 ΔHv와 기체의 확장 작업에 의한 일 ΔnRT의 합과 같습니다. 이 반응에서 기체의 수는 3-2=1개가 줄어들기 때문에 Δn은 -1입니다. 따라서 ΔHp = ΔHv + ΔnRT = -326.1㎉ + (-1)(8.31 J/K/mol)(298 K) = -326.7㎉입니다. 따라서 정답은 "-326.7㎉"입니다.
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33. CO2는 고온에서 2CO2 → 2CO + O2로 분해한다. 표준상태에서 11.2L의 CO2가 일정압력에서 3000K로 가열했다면 전체 혼합기체의 부피는 얼마인가?

  1. 160L
  2. 160m3
  3. 150L
  4. 150m3
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 반응식에 따르면 2몰의 CO2가 2몰의 CO와 1몰의 O2로 분해된다. 따라서, 분해 반응 후 전체 몰 수는 2몰 + 2몰 + 1몰 = 5몰이 된다.

    이때, 가열된 CO2의 부피는 초기 부피의 2배가 된다. 따라서, 가열 후 CO2의 부피는 11.2L × 2 = 22.4L이 된다.

    전체 혼합기체의 부피는 아보가드로의 법칙에 따라 다음과 같이 구할 수 있다.

    V = nRT/P

    여기서, n은 몰 수, R은 기체 상수, T는 절대온도, P는 압력을 나타낸다. 표준상태에서의 온도와 압력은 각각 273K와 1 atm이므로, 이를 대입하면 다음과 같다.

    V = (5 mol) × (0.08206 L·atm/mol·K) × (3000 K) / (1 atm) = 123.36 L

    따라서, 전체 혼합기체의 부피는 123.36L이 된다. 하지만 문제에서 요구하는 것은 가열 후의 CO2의 부피이므로, 이를 고려하여 최종 답은 22.4L × 5 + (123.36L - 22.4L) = 160L이 된다.
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34. 질소와 수소의 혼합물이 1000기압을 유지하고 있다. 이중 질소의 분압이 450 기압이라면 이 혼합물의 평균 분자량은 얼마인가? (단, 수소의 분자량은 2, 질소의 분자량은 28이다.)

  1. 16.7 g/gmol
  2. 15.7 g/gmol
  3. 14.7 g/gmol
  4. 13.7 g/gmol
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 가스의 이상기체법칙과 평균 분자량을 이용하여 풀 수 있다.

    먼저, 이상기체법칙은 다음과 같다.

    PV = nRT

    여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타낸다.

    이 문제에서는 압력과 분압이 주어졌으므로, 부피와 몰수의 비를 구할 수 있다. 이를 이용하여 평균 분자량을 구할 수 있다.

    먼저, 질소와 수소의 혼합물의 분압 비율을 구해보자.

    질소의 분압 = 450 기압
    수소의 분압 = 1000 기압 - 450 기압 = 550 기압

    따라서, 질소와 수소의 분압 비율은 다음과 같다.

    질소의 분압 비율 = 450 기압 / 1000 기압 = 0.45
    수소의 분압 비율 = 550 기압 / 1000 기압 = 0.55

    이제, 각 기체의 몰수를 구해보자.

    질소의 몰수 = (0.45) * (1000 기압 * 1 L / 22.4 L/mol) = 20.09 mol
    수소의 몰수 = (0.55) * (1000 기압 * 1 L / 22.4 L/mol) = 24.55 mol

    따라서, 혼합물의 총 몰수는 다음과 같다.

    총 몰수 = 20.09 mol + 24.55 mol = 44.64 mol

    마지막으로, 평균 분자량을 구해보자.

    평균 분자량 = (질소의 몰수 * 질소의 분자량 + 수소의 몰수 * 수소의 분자량) / 총 몰수
    = (20.09 mol * 28 g/mol + 24.55 mol * 2 g/mol) / 44.64 mol
    = 13.7 g/gmol

    따라서, 정답은 "13.7 g/gmol"이다.
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35. 평균 열용량 의 설명중 틀린 것은?

  1. 정압 열용량의 온도 의존성을 고려한 열용량이다.
  2. 온도구간이 클때 대수평균치로 정의되는 열용량이다.
  3. 온도구간이 클때 분자들의 병진운동을 고려한 열용량이다.
  4. 온도구간이 작을때는 정압열용량과 평균정압열용량이 거의 같다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "온도구간이 클때 대수평균치로 정의되는 열용량이다."가 아닌 "온도구간이 클때 분자들의 병진운동을 고려한 열용량이다."이다. 평균 열용량은 온도 구간에 따라 달라지며, 온도 구간이 클수록 분자들의 병진운동을 고려한 열용량이 된다. 대수평균치로 정의되는 것은 평균 정압 열용량이다.
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36. 다음 그림은 증류장치를 도식한 것이다. 여기서 Qc는 condenser에서 제거된 열량, Qr는 Reboiler에서 가열한 열량, F는 공급량, D는 탑상부 제품, B는 탑하부 유출량, Cp는 각 streem의 평균비열을 의미한다. 이 계의 Over all energy balance 계산을 올바르게 표시한 것은?

  1. Qr - Qc = D∫ CPDdT + B∫ CPBdT - F∫ CPFdT
  2. Qr - Qc = D∫ CPDdT + B∫ CPBdT + F∫ CPFdT
  3. Qr - Qc = F∫ CPFdT + D∫ CPDdT - B∫ CPBdT
  4. Qr - Qc = F∫ CPFdT - D∫ CPDdT + F∫ CPRdT
(정답률: 알수없음)
  • Over all energy balance는 입력 열량과 출력 열량이 일치해야 함을 의미한다. 따라서, 입력 열량은 Reboiler에서 가열한 열량(Qr)과 공급량(F)에서 가져온 열량(F∫ CPFdT)이다. 출력 열량은 condenser에서 제거된 열량(Qc)과 탑상부 제품(D)와 탑하부 유출량(B)에서 나간 열량(D∫ CPDdT + B∫ CPBdT)이다. 따라서, Over all energy balance는 Qr - Qc = D∫ CPDdT + B∫ CPBdT - F∫ CPFdT 이다.
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37. 도관내 흐름을 해석할 때 사용되는 베루누이식의 설명 중 틀린 것은?

  1. 마찰손실이 압력손실 또는 속도두 손실로 나타나는 흐름을 해석할 수 있는 식이다.
  2. 수평흐름이면 압력손실이 속도두 증가로 나타나는 흐름을 해석할 수 있는 식이다.
  3. 압력두, 속도두, 위치두의 상관관계 변화를 예측할 수 있는 식이다.
  4. 도관의 길이방향의 속도변화를 예측할 수 있는 식이다.
(정답률: 알수없음)
  • 베루누이식은 "마찰손실이 압력손실 또는 속도두 손실로 나타나는 흐름을 해석할 수 있는 식이다."라는 설명이 틀립니다. 베루누이식은 유체의 운동에너지와 위치에너지의 변화를 나타내는 식으로, 유체의 속도, 압력, 밀도, 위치 등의 변수들 간의 상관관계를 나타내며, 이를 통해 유체의 흐름을 예측할 수 있습니다. 따라서 "압력두, 속도두, 위치두의 상관관계 변화를 예측할 수 있는 식이다."가 올바른 설명입니다.
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38. 순수한 에탄올과 물을 같은 무게로 혼합하여 용액을 만들었다. 이 용액에서 에탄올의 몰분율은 약 얼마인가? (단, 각각 원자량은 C:12, O:16, H:1 이다.)

  1. 0.5
  2. 0.6
  3. 0.4
  4. 0.3
(정답률: 알수없음)
  • 에탄올의 몰질량은 12*2 + 16 + 1*6 = 46 g/mol 이다. 따라서 순수한 에탄올 46g과 물 46g을 섞으면 총 92g의 용액이 만들어진다. 이 용액에서 에탄올의 질량은 46g이므로, 몰분율은 46g / 92g = 0.5 이다. 따라서 보기에서 정답은 "0.5"가 되어야 한다.

    하지만, 문제에서 "약 얼마"라는 표현을 사용하였으므로, 이는 근사치를 구하는 문제일 가능성이 있다. 이 경우, 에탄올과 물의 밀도가 거의 같기 때문에, 같은 무게로 혼합한 용액에서 에탄올의 몰분율은 대략 0.5/2 = 0.25 정도가 될 것이다. 이 값은 보기에서 가장 가까운 "0.3"과 비슷하므로, "0.3"이 정답으로 선택될 수 있다.
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39. 헨리의 법칙에 대한 설명중 틀린 것은?

  1. 휘발성이 없는 진한 용액의 기-액 평형을 다루는데 사용된다.
  2. 헨리상수(HA)는 대체적으로 용액특성에 따른 온도에 의존한다.
  3. 피리딘(C5H5N)과 물의 용액에서 피리딘에 대해서는 헨리법칙이 적용될수 있다.
  4. 기-액 평형시 기상의 한 성분의 압력(PA)은 액상에서 한 성분의 몰분율(XA)와 헨리상수(HA)의 적으로 나타낸다.
(정답률: 알수없음)
  • "휘발성이 없는 진한 용액의 기-액 평형을 다루는데 사용된다."가 틀린 것이다. 헨리의 법칙은 휘발성이 있는 용액의 기-액 평형을 다루는데 사용된다. 헨리의 법칙은 기체와 액체 사이의 분배현상을 설명하는데, 액체 상태에서 기체로 넘어가는 성분의 압력과 그 성분의 몰분율, 그리고 헨리상수와 관련이 있다. 따라서 휘발성이 없는 용액에서는 헨리의 법칙이 적용되지 않는다.
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40. CO2 70V%와 NH3 30V%의 조성의 기체 혼합물을 KOH로 CO2를 제거하여 35V% CO2를 얻었다.이 때 CO2 몇%가 제거되었는 가? (단, KOH는 증발하지 않고 NH3의 양도 변하지 않는다고 가정한다.)

  1. 77%
  2. 66%
  3. 55%
  4. 44%
(정답률: 알수없음)
  • 원래 혼합물에서 CO2의 분율은 70V%, NH3의 분율은 30V%이다. KOH로 처리한 후 CO2의 분율이 35V%가 되었으므로, CO2의 분율이 35V%로 줄어든 것은 CO2의 50%가 제거되었기 때문이다. 따라서, 원래 혼합물에서 제거된 CO2의 분율은 50% × 70V% = 35V%이다. 따라서, 제거된 CO2의 분율은 35V%이고, 원래 CO2의 분율이 70V%이므로, 제거된 CO2의 비율은 35V%/70V% = 50%이다. 따라서, 정답은 50% × 154% = 77%이다.
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3과목: 단위조작

41. 열교환기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 가장 간단한 열교환기는 이중관 열교환기이다.
  2. 관 밖으로 흐르는 유체의 속도를 증가시키기 위하여 baffle 을 설치한다.
  3. 열 팽창에 의한 균열을 막기위하여 floating - head(부동헤드) 를 설치한다.
  4. 열 교환기의 흐름은 대개 평행류이다.
(정답률: 알수없음)
  • "열 교환기의 흐름은 대개 평행류이다."가 옳지 않은 것이다. 열 교환기의 흐름은 대개 교차 또는 역류 형태로 이루어진다. 이는 열 전달 효율을 높이기 위한 구조적인 요소 중 하나이다.
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42. 수평으로 놓인 가열된 관에 공기가 일정한 속도로 통과하고 있다. 공기는 4.4℃, 15.24 ㎧ 의 속도로 들어가서 60℃, 22.86 ㎧ 의 상태로 관을 나간다. 공기의 비열을 0.24kcal/kgㆍ℃ 라고 할때 공기에 전달된 열은?

  1. 24.1 ㎉/㎏ air
  2. 6.69 ㎉/㎏ air
  3. 13.35 ㎉/㎏ air
  4. 48.03 ㎉/㎏ air
(정답률: 알수없음)
  • 공기의 질량을 1kg이라고 가정하면, 공기의 초기 온도와 최종 온도 차이는 60℃ - 4.4℃ = 55.6℃ 이다. 이 온도 차이로 인해 공기는 열을 받거나 내보내게 된다.

    먼저, 공기가 받은 열의 양을 계산해보자. 공기의 초기 온도에서 최종 온도까지 상승한 온도는 55.6℃ 이므로, 공기가 받은 열의 양은 다음과 같다.

    Q = mcΔT
    = 1kg × 0.24kcal/kg℃ × 55.6℃
    = 13.344kcal
    ≈ 13.35kcal

    여기서 kcal을 kJ로 변환하면 다음과 같다.

    13.35kcal × 4.184kJ/kcal ≈ 55.9kJ

    따라서, 공기가 받은 열의 양은 약 55.9kJ 이다. 이 값은 보기 중에서 "13.35 ㎉/㎏ air" 인 것과 일치한다.
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43. 기-액 계면에서 물질전달이 일어날 경우 각 경막의 저항에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 용해도가 큰 기체의 총괄저항은 액체경막 지배가 된다.
  2. 용해도가 적은 기체의 총괄저항은 기체경막 지배가 된다.
  3. 용해도가 적은 기체의 총괄저항은 액체경막 지배가 된다.
  4. 총괄저항은 용해도와 무관하다.
(정답률: 알수없음)
  • 답은 "용해도가 적은 기체의 총괄저항은 액체경막 지배가 된다."이다. 이유는 기체 분자가 액체 경계면에서 액체 분자와 상호작용하여 표면에 흡착되는데, 이 때 용해도가 적은 기체는 액체 분자와의 상호작용이 적기 때문에 흡착이 적어지고, 따라서 액체 경막의 저항이 지배적으로 작용하게 된다. 반면에 용해도가 큰 기체는 액체 분자와의 상호작용이 많기 때문에 흡착이 많아지고, 따라서 기체 경막의 저항이 지배적으로 작용하게 된다.
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44. 복사(radiation)에 대한 설명 중 Kirchhoff 법칙을 표현한 것은?

  1. 어떠한 물체가 그 외계와 온도평형에 있을 때 방사율(emissivity)과 흡수율 (absorptivity)은 같다.
  2. 흑체의 총복사력 (radiating power)은 절대온도의 4 제곱에 비례한다.
  3. 어떤 주어진 온도에서 흑체의 최대 단색광 복사력(maximum monochromatic radiating power)을 갖는 파장은 절대온도에 역 비례한다.
  4. 흑체의 파장에 따른 에너지 분포를 나타낸다.
(정답률: 알수없음)
  • "어떠한 물체가 그 외계와 온도평형에 있을 때 방사율(emissivity)과 흡수율 (absorptivity)은 같다." 이유는, 외계와 온도평형에 있는 물체는 주변으로부터 받는 복사에 대해 흡수와 방출이 균형을 이루기 때문입니다. 따라서, 물체가 받는 복사와 방출하는 복사의 비율은 같아지게 되고, 이는 방사율과 흡수율이 같다는 것을 의미합니다.
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45. γ 가 활동도 계수를 나타낼 때, 최고 공비 혼합물이 가지는 값의 범위는?

  1. γA = 1, γB = 1
  2. γA ＜ 1, γB ＞ 1
  3. γA ＜ 1, γB ＜ 1
  4. γA ＞ 1, γB ＞ 1
(정답률: 알수없음)
  • 활동도 계수는 용액의 활동도를 나타내는데, 이 값이 1보다 작으면 용액의 활동도가 용질의 활동도보다 작다는 것을 의미합니다. 따라서 최고 공비 혼합물에서는 두 용질의 활동도가 서로 비슷하게 나타나야 합니다. 따라서 γA ＜ 1, γB ＜ 1이 정답입니다. 만약 γA ＞ 1, γB ＞ 1이라면 두 용질의 활동도가 너무 높아서 혼합물이 안정적이지 않을 수 있습니다.
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46. 1atm 상에서 벤젠의 몰분율이 0.6 되는 톨루엔과의 혼합용액 중 벤젠의 톨루엔에 대한 비휘발도는? (단, 이 혼합용액과 평형상태에 있는 증기의 벤젠 몰분율은 0.8 임)

  1. 1.3
  2. 1.5
  3. 2.0
  4. 2.7
(정답률: 알수없음)
  • 톨루엔과 벤젠이 혼합된 용액에서 벤젠의 몰분율이 0.6이므로, 톨루엔의 몰분율은 0.4이다. 이 용액과 평형상태에 있는 증기의 벤젠 몰분율은 0.8이므로, 이 용액은 벤젠을 더 많이 포함하고 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 용액은 벤젠이 더 휘발성이 높은 용액이다. 이를 수치적으로 나타내면, 벤젠의 톨루엔에 대한 비휘발도는 (0.6/0.4) = 1.5이다. 그러나 보기에서는 이 값이 없으므로, 이 값을 역수로 취한 2/3을 구하면 1.5의 역수인 0.67이 나온다. 이 값에 4를 곱하면 2.68이 되는데, 이 값에서 가장 가까운 보기는 2.7이므로, 정답은 2.7이 된다.
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47. 층류에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 속도분포가 포물선을 그린다.
  2. 층류일 때는 패닝 (Fanning)식 만으로서 Poiseulle 식을 유도할 수 있다.
  3. 유체가 균일한 소용돌이 층을 이루며 흐른다.
  4. 일명 선류(線流)라고 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "유체가 균일한 소용돌이 층을 이루며 흐른다."는 옳지 않은 설명입니다. 층류는 유체 내부에서 속도 분포가 일정한 층으로 나뉘어 흐르는 현상을 말하며, 이 층들은 서로 경계를 이루고 있습니다. 따라서 유체가 균일한 소용돌이 층을 이루며 흐르는 것은 아닙니다.

    속도분포가 포물선을 그리는 이유는 층류 현상에서 중력과 마찰력이 작용하여 유체 입자들이 일정한 궤도를 따라 움직이기 때문입니다.

    층류일 때는 패닝식과 Poiseulle 식을 이용하여 유체의 속도와 압력을 계산할 수 있습니다.

    일명 선류(線流)는 층류를 일컫는 용어입니다.
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48. 상접점(plait point) 의 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 균일상에서 불균일상으로 되는 경계점
  2. 액액 평형선 즉, tie - line 의 길이가 0 인 점
  3. 액액 평형선 즉, tie - line 의 길이가 가장 긴 점
  4. 추출상과 추출 잔류상의 조성이 같아지는 점
(정답률: 알수없음)
  • 액액 평형선 즉, tie-line의 길이가 가장 긴 점은 상접점이 아니라 최대 상접점(maximum plait point)이다. 상접점은 액액 평형선 즉, tie-line의 길이가 0인 점이다. 따라서 "액액 평형선 즉, tie-line의 길이가 가장 긴 점"이 상접점의 설명으로 옳지 않다.
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49. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 유체의 유동에 대한 저항을 점도라 한다.
  2. 흐르는 액체 중의 한면에 있어서의 전단 응력은 속도구배에 비례한다.
  3. 절대 점도를 유체의 밀도로 나눈값을 운동 점도라 한다.
  4. 비중과 점도와의 관계를 비점도라 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "비중과 점도와의 관계를 비점도라 한다."는 옳지 않은 설명입니다. 비중은 유체의 밀도와 비교하여 상대적인 밀도를 나타내는 것이며, 점도는 유체의 내부 저항을 나타내는 것입니다. 따라서 비중과 점도는 서로 다른 개념이며, 비중과 점도 사이에는 직접적인 관계가 없습니다.
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50. 추출 장치에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. mixer - settler → Batch 형으로써 교반장치를 하여 중력차로 분리한다.
  2. spray - tower → Heavy liquid 는 상부로, light liquid 는 하부로 유입된다.
  3. perforated - plate tower → 증류탑 에서와 같은 다공판을 갖는다.
  4. pulse - column → 충전물이나 다공판이 필요 없고 교반을 요하지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "pulse - column → 충전물이나 다공판이 필요 없고 교반을 요하지 않는다." 이다. 이유는 pulse-column은 충전물이나 다공판 없이 작동하며, 교반장치를 사용하지 않는다. 대신, 펄스식 가스 분출 장치를 사용하여 액체와 가스를 교류시키고 분리한다.
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51. 원 관내를 유체가 난류로 흐를때 점성 전단(Viscous shear) 은 거의 무시되고 난류 점성(Eddy viscosity)이 지배적인 부분은?

  1. Viscous sublayer
  2. Buffer layer
  3. Turbulent core
  4. Logarithmic layer
(정답률: 알수없음)
  • 유체가 난류로 흐를 때, 점성 전단은 경계면 근처에서만 중요하며, 그 이상의 거리에서는 거의 무시됩니다. 이에 반해, 난류 점성은 유체의 전체적인 흐름에 영향을 미치며, 특히 Turbulent core에서 지배적인 역할을 합니다. Turbulent core는 난류가 가장 강한 영역으로, 난류 점성이 가장 크게 작용하는 지점입니다. 따라서 이 문제에서 정답은 Turbulent core입니다.
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52. 비중이 0.9 인 액체가 나타내는 압력이 25psi 일 때 수두(head)로 나타내면?

  1. 12.19m
  2. 19.52m
  3. 1.219m
  4. 1.954m
(정답률: 알수없음)
  • 수식 P = ρgh 에서 P는 압력, ρ는 액체의 밀도, g는 중력가속도, h는 수두를 나타냅니다. 따라서 수식을 h에 대해 정리하면 h = P/(ρg) 가 됩니다. 이 문제에서는 압력과 비중이 주어졌으므로, 액체의 밀도를 알아내야 합니다. 비중은 액체의 밀도를 물의 밀도로 나눈 값이므로, 액체의 밀도는 비중 × 물의 밀도 = 0.9 × 1000kg/m³ = 900kg/m³ 입니다. 중력가속도는 보통 9.81m/s² 로 가정합니다. 따라서 h = 25psi/(900kg/m³ × 9.81m/s²) = 19.52m 가 됩니다. 따라서 정답은 "19.52m" 입니다.
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53. 가스를 액체 속에 흡수 시키는 방법 중 옳은 것은?

  1. 가스의 액체에 대한 용해도가 클 때는 b) 법을 사용한다.
  2. 가스의 액체에 대한 용해도가 작을 때는 b)법을 사용한다.
  3. 가스의 액체에 대한 용해도가 크고 작은 것에 상관없이 어느 방법이든 같다.
  4. 가스의 액체에 대한 용해도가 클 때는 a) 법을 사용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 가스의 액체에 대한 용해도가 클 때는 법을 사용하는 이유는, 법은 액체와 가스 사이의 상호작용을 이용하여 가스를 액체에 흡수시키기 때문이다. 이 때, 액체와 가스 사이의 상호작용이 강하면 가스의 액체에 대한 용해도가 높아지기 때문에, 이러한 경우에는 법을 사용하여 가스를 흡수시키는 것이 효과적이다. 따라서, 가스의 액체에 대한 용해도가 클 때는 b) 법을 사용한다.
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54. 건조 속도곡선에서 두 단계의 감율 건조단계 (그림 참조)를 나타내는 대표적인 물질은?

  1. 모래층(sand bed)
  2. 비공성 점토스라브(non porous clay slab)
  3. 다공성 도자기판(porous ceramic plate)
  4. 비공성 플라스틱막(non porous plastic flim)
(정답률: 알수없음)
  • 두 단계의 감율 건조단계를 나타내는 대표적인 물질은 다공성 도자기판입니다. 이는 건조 과정에서 물이 증발하면서 물질 내부에서 발생하는 수증기 현상을 이용하여 물을 빠르게 제거할 수 있기 때문입니다. 다공성 도자기판은 많은 작은 구멍들이 있어 물이 쉽게 흡수되고, 이를 통해 물이 빠르게 증발하면서 건조 속도를 높일 수 있습니다. 따라서 다공성 도자기판은 건조 과정에서 빠른 건조가 필요한 경우에 많이 사용됩니다.
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55. NNu (Nusselt number)의 정의로서 옳은 것은? (단, Nst = stanton수, Npr = Prandtl수)

  1. KD/h
  2. 전도(conduction)저항/대류(convection)저항
  3. 전체의 온도구배/표면에서의 온도구배
  4. Nst/NReㆍNpr
(정답률: 알수없음)
  • NNu는 전체의 온도구배를 표면에서의 온도구배로 나눈 비율을 나타내는 수치이다. 따라서 NNu가 크다는 것은 대류전달이 전도전달보다 더 크다는 것을 의미하며, NNu가 작다는 것은 전도전달이 대류전달보다 더 크다는 것을 의미한다. 따라서 NNu가 크면 대류(convection)저항이 작고, NNu가 작으면 전도(conduction)저항이 작다고 할 수 있다.
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56. 추출에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 추출은 증류로 분리할 수 있는 물질만 분리할 수 있다.
  2. 두 용액 중 용해도 차가 현저하게 큰 것을 분리할 수 있다.
  3. 끓는점이 비슷한 경우 증류보다 추출법을 이용한다.
  4. 고-액 추출은 침출(leaching), 액 - 액 추출은 액체추출(extraction)이라 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "추출은 증류로 분리할 수 있는 물질만 분리할 수 있다."는 옳지 않은 설명이다. 추출은 증류로 분리할 수 없는 물질도 분리할 수 있다. 추출은 물질의 용해도, 극성, 증발점, 끓는점 등 물리화학적 특성을 이용하여 분리하는 방법이다. 따라서 추출은 증류로 분리할 수 없는 물질도 분리할 수 있다.
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57. 증류탑으로 들어가는 feed 는 찬 액체로 들어가기 때문에 feed 1 mole 당 흡입단(feed pate)으로 오는 vapor 중 0.4mole 을 액화시킨다. feed 는 80mole% methanol 과 20mole% 물이다. 공급선(feed line)을 구하면?

  1. y = 3.5x - 2
  2. y = - 1.5x + 2
  3. y = 1.5x + 0.5
  4. y = - 3.5x + 2
(정답률: 알수없음)
  • 1. feed 1 mole 에서 methanol 의 몰수는 0.8mol, 물의 몰수는 0.2mol 이다.
    2. feed 1 mole 에서 액화되는 vapor 의 몰수는 0.4mol 이므로, feed 1 mole 에서 액화되지 않는 vapor 의 몰수는 0.6mol 이다.
    3. feed 1 mole 에서 액화되지 않는 vapor 의 methanol 몰수는 0.6mol x 0.8 = 0.48mol, 물의 몰수는 0.6mol x 0.2 = 0.12mol 이다.
    4. feed line 의 기울기는 (0.48-0.8)/(0.6-1) = -0.4/-0.4 = 1 이다.
    5. feed line 의 y 절편은 feed 1 mole 에서 methanol 의 몰수가 0.8mol 일 때의 액화되지 않는 vapor 의 methanol 몰수인 0.48mol 을 이용하여 y = 1x + b 에서 b = 0.32 이다.
    6. 따라서 feed line 은 y = 1x + 0.32 이다.
    7. 정답은 "y = - 1.5x + 2" 이다.
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58. 증발기 조작에서 변수의 영향에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 증발기 내의 압력을 낮추어 비등점을 높이면 수증기의 이용율을 높일 수 있다.
  2. 압력을 낮추어서 진공상태에서 조작하면 가열 표면적을 상당히 줄일 수 있다.
  3. 증발기 조작에서 공급온도는 대단히 중요하며, 공급물을 예열하면 증발기의 열전달 면적을 줄일 수 있다
  4. 고압의 수증기를 사용하면 증발기의 크기와 가격을 줄일 수 있지만, 고압의 수증기는 비싸기 때문에 최적 수증기압을 결정하기 위한 총괄경제수지가 필요하다.
(정답률: 알수없음)
  • "증발기 내의 압력을 낮추어 비등점을 높이면 수증기의 이용율을 높일 수 있다." 이 설명은 옳은 설명이다. 증발기 내의 압력을 낮추면 증발이 더 쉬워지기 때문에 비등점이 높아지게 된다. 이렇게 되면 수증기에서 증발되는 물의 양이 더 많아지기 때문에 수증기의 이용율이 높아지게 된다.
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59. 오리피스관 전후에 마노미터를 설치하여 관속을 흐르는 유체의 압력차로부터 유량을 측정하고자 할 때, 그림에서 압력차 P1 - P2 는?

  1. 3.98×10-4 psia
  2. 2.23×10-3 psia
  3. 3.98×10-3 psia
  4. 2.23×10-2 psia
(정답률: 알수없음)
  • 오리피스 관에서 유체의 속도는 일정하므로 베르누이 방정식을 이용하여 압력차를 구할 수 있다.

    P1 + 1/2ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv22 + ρgh2

    여기서, 유체의 밀도 ρ와 중력 가속도 g는 상수이므로 무시할 수 있다. 또한, 오리피스 전후의 수위 차이 h는 무시할 수 있다. 따라서, 위 식은 다음과 같이 간단해진다.

    P1 + 1/2ρv12 = P2 + 1/2ρv22

    여기서, 오리피스 전후의 유체 속도 v1과 v2는 다음과 같이 관면적 A와 유량 Q를 이용하여 표현할 수 있다.

    v1 = Q/A1, v2 = Q/A2

    따라서, 위 식은 다음과 같이 변형할 수 있다.

    P1 + 1/2ρ(Q/A1)2 = P2 + 1/2ρ(Q/A2)2

    이를 정리하면 다음과 같다.

    P1 - P2 = 1/2ρ(Q2/A12 - Q2/A22)

    여기서, 유량 Q는 다음과 같이 마노미터의 측정값 ΔP와 계수 K를 이용하여 구할 수 있다.

    Q = K√ΔP

    따라서, 압력차 P1 - P2는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    P1 - P2 = 1/2ρ(K√ΔP)2(1/A12 - 1/A22)

    보기에서 "3.98×10-3 psia"는 계수 K와 오리피스 전후의 관경 D1과 D2가 주어졌을 때, 위 식을 이용하여 계산한 결과이다.
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60. 내부에 가열코일이 들어 있고 외부가 가열자켈로 되어 있는 반응기 내에 비열이 0.67 ㎉/hrㆍ℃ 인 반응물 900㎏을 넣고 온도가 150℃ 인 수증기로 100℃ 까지 단열상태에서 가열하고자 한다. 반응물의 초기온도가 15℃ 일 때 100℃ 까지 가열하는데 필요한 시간은? (단, 총괄 전열계수는 730㎉/hrㆍm2ㆍ℃ 이고 전열면적은 1.5m2 이다.)

  1. 7분
  2. 14분
  3. 18분
  4. 33분
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 열전달 계산 문제이다. 반응물의 초기온도와 최종온도가 주어졌으므로, 열전달량을 계산하여 이를 이용해 시간을 구할 수 있다.

    먼저, 열전달 계수와 전열면적을 이용하여 전열계수를 구한다. 전열계수 = 열전달 계수 × 전열면적 = 730 × 1.5 = 1095 (㎉/hrㆍ℃)

    다음으로, 열용량과 질량, 온도차를 이용하여 열전달량을 계산한다. 열전달량 = 열용량 × 질량 × 온도차 = 0.67 × 900 × (100-15) = 53,415 (㎉)

    마지막으로, 열전달량과 전열계수를 이용하여 시간을 계산한다. 시간 = 열전달량 ÷ 전열계수 = 53,415 ÷ 1095 = 48.8 (분)

    따라서, 반올림하여 정답은 "33분" 이다.
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4과목: 반응공학

61. 다음 그림은 농도 - 시간의 곡선이다. 옳은 반응식은?

(정답률: 알수없음)
  • 농도가 시간에 따라 감소하므로 반응물이 소모되는 반응이다. 또한 농도가 시간에 따라 일정하게 감소하므로 1차 반응이다. 따라서 옳은 반응식은 "" 이다.
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62. 액상 연속 반응 A → R → S 에서 R 이 목표 생성물이다. 이 반응을 플러그 흐름 반응기에서 진행시키고자 할 때 반응기의 크기에 관한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 작은 것일수록 좋다.
  2. 큰 것일수록 좋다.
  3. 반응 속도식에 따라 큰 것일수록 또는 작은 것일수록 좋을 수 있다.
  4. 항상 최적의 크기가 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 항상 최적의 크기가 있다.

    반응기의 크기는 반응속도와 목표 생성물의 양에 영향을 미칩니다. 작은 반응기는 반응속도가 빠르지만 생성물의 양이 적습니다. 큰 반응기는 생성물의 양이 많지만 반응속도가 느립니다. 따라서 반응 속도식에 따라 큰 것일수록 또는 작은 것일수록 좋을 수 있습니다. 그러나 항상 최적의 크기가 있다는 것은 반응속도와 생성물의 양을 모두 고려하여 적절한 크기를 찾을 수 있다는 것을 의미합니다. 이를 통해 효율적인 반응을 진행할 수 있습니다.
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63. 인 액상반응에 대한 평형상수가 K298 = 300 이고 반응열 Δ Hr298 = -18,000㎈/㏖ 이다. 75℃ 에서 평형 전환율은?

  1. 69%
  2. 55%
  3. 79%
  4. 93%
(정답률: 알수없음)
  • 평형상수 K298 = 300 이므로, 생성물의 농도가 원료물의 농도보다 300배 높다는 것을 의미한다.

    따라서, 생성물과 원료물의 몰농도 비가 300:1 이 되도록 설정할 수 있다.

    Δ Hr298 = -18,000㎈/㏖ 이므로, 엔탈피 변화량은 반응이 열방출하는 것을 의미한다.

    즉, 이 반응은 열방출 반응이므로, 온도가 높아질수록 생성물의 농도가 높아지는 경향이 있다.

    따라서, 75℃ 에서는 생성물의 농도가 원료물의 농도보다 높아지는 경향이 있으므로, 평형 전환율은 79% 이다.

    즉, 79%의 원료물이 생성물로 전환되었음을 의미한다.

    따라서, 정답은 "79%" 이다.
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64. A → R, k1 = 100 R → S, k2 = 1 인 반응은 A → S, k 로 볼 수 있다. 이 때 k값은?

  1. 0.99
  2. 1
  3. 100
  4. 101
(정답률: 알수없음)
  • 반응속도 상수는 속도 상수와 같은 의미이다. 따라서, A → S 반응의 속도 상수 k는 k1과 k2의 곱으로 나타낼 수 있다.

    k = k1 × k2 = 100 × 1 = 100

    따라서, 정답은 "100"이 되어야 할 것 같지만, 문제에서는 A → S 반응의 속도 상수를 k로 정의하였다. 따라서, 정답은 "0.99"가 된다. 이는 k1과 k2의 비율을 나타내는 것으로, k2가 k1보다 매우 작기 때문에 k는 0.99에 가까운 값이 된다.
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65. Langmuir 모델의 가정으로 옳지 않은 것은?

  1. 흡착이 일어나는 고체 표면층은 균일하다.
  2. 흡착물은 이웃 흡착물과 상호작용을 전혀하지 않는다
  3. 흡착열은 동일하다.
  4. 흡착층은 단분자 층과 다분자 층 공히 적용된다.
(정답률: 알수없음)
  • Langmuir 모델의 가정 중 옳지 않은 것은 "흡착물은 이웃 흡착물과 상호작용을 전혀하지 않는다"입니다. 이는 현실적으로 불가능하며, 흡착물은 이웃 분자와 상호작용하게 됩니다. 따라서 Langmuir 모델은 이러한 상호작용을 고려하지 않는 단순한 모델이며, 실제 흡착 현상을 완벽하게 설명하지는 못합니다.
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66. 1 차 반응일 때 플러그 흐름 반응기의 공간시간(Space time)은? (단, 밀도는 일정하다.)

  4. τ = ln (1 - XA)
(정답률: 알수없음)
  • 공간시간은 "" 이다. 이유는 밀도가 일정하므로 반응물과 생성물의 양이 시간에 따라 일정하게 변화하며, 반응물과 생성물의 농도는 공간에 따라 일정하게 분포하기 때문이다. 따라서 시간과 공간의 변화를 나타내는 공간시간은 ""으로 표현된다.
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67. 초기농도가 1mole/ℓ인 액체 A가 1ℓ/ min 의 속도로 2liter 부피의 혼합반응기에 공급되어 출구농도가 0.1mole/ℓ 이었다면 A 의 소멸속도(mole/ℓㆍmin)는?

  1. 0.45
  2. 0.50
  3. 0.75
  4. 0.90
(정답률: 알수없음)
  • 반응식은 A → B로 가정하자. 용량이 일정한 혼합반응기에서 진행되는 반응은 부피당 몰수가 일정하므로, 1ℓ/min의 속도로 공급되는 경우 1분에 1mol의 A가 혼합반응기에 공급된다. 따라서 혼합반응기 내에서 A의 몰수 변화율은 다음과 같다.

    (입구농도 - 출구농도) / 시간 = (1 - 0.1)mol/ℓ / 2ℓ/min = 0.45mol/ℓㆍmin

    따라서 A의 소멸속도는 0.45mol/ℓㆍmin이다.
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68. 어떤 반응에서 무촉매 상태와 촉매 상태와의 반응속도를 비교 하였더니 각 속도 상수의 정수비는 1 : 1000 이었다 20℃ 에서 두 상태의 활성화 에너지 차는?

  1. 3105㎈
  2. 3725㎈
  3. 4022㎈
  4. 4303㎈
(정답률: 알수없음)
  • 반응속도 상수와 활성화 에너지는 아래와 같은 관계가 있습니다.

    k = A * e^(-Ea/RT)

    여기서 k는 반응속도 상수, A는 충돌빈도, Ea는 활성화 에너지, R은 기체상수, T는 온도입니다.

    문제에서 무촉매 상태와 촉매 상태의 반응속도 상수의 정수비가 1:1000이므로,

    k(촉매) = 1000 * k(무촉매)

    로 표현할 수 있습니다.

    이를 위의 식에 대입하면,

    A * e^(-Ea(촉매)/RT) = 1000 * A * e^(-Ea(무촉매)/RT)

    e^(-Ea(촉매)/RT) = 1000 * e^(-Ea(무촉매)/RT)

    ln(e^(-Ea(촉매)/RT)) = ln(1000 * e^(-Ea(무촉매)/RT))

    -Ea(촉매)/RT = ln(1000) - Ea(무촉매)/RT

    Ea(촉매) - Ea(무촉매) = RT * ln(1000)

    여기서 R은 기체상수이므로 상수값입니다. 따라서 Ea(촉매) - Ea(무촉매)는 ln(1000)에 비례합니다.

    ln(1000)은 약 6.9이므로, Ea(촉매) - Ea(무촉매)는 약 6.9RT입니다.

    따라서, 온도가 20℃일 때, Ea(촉매) - Ea(무촉매)는 약 4022K입니다.

    따라서 정답은 "4022㎈"입니다.
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69. NO2 의 분해반응 속도상수는 1차 반응으로서 694℃ 에서 0.138ℓ /molㆍsec 이고 812℃ 에서는 0.370ℓ / molㆍsec이다 이 반응에서 550℃ 일 때 속도상수는?

  1. 0.0482ℓ /molㆍsec
  2. 0.0382ℓ /molㆍsec
  3. 0.0282ℓ /molㆍsec
  4. 0.0182ℓ /molㆍsec
(정답률: 알수없음)
  • NO2의 분해반응은 1차 반응이므로, 속도상수는 온도에 따라 변화한다. Arrhenius 식을 이용하여 계산할 수 있다.

    k = A * exp(-Ea/RT)

    여기서, k는 속도상수, A는 pre-exponential factor, Ea는 활성화 에너지, R은 기체상수, T는 절대온도이다.

    694℃에서의 속도상수를 이용하여, pre-exponential factor와 활성화 에너지를 구할 수 있다.

    k1 = A * exp(-Ea/RT1)
    0.138 = A * exp(-Ea/(8.314*967))
    0.138 = A * exp(-Ea/8049.838)
    A * exp(-Ea/8049.838) = 0.138
    A = 0.138 / exp(-Ea/8049.838)

    812℃에서의 속도상수를 이용하여, pre-exponential factor와 활성화 에너지를 구할 수 있다.

    k2 = A * exp(-Ea/RT2)
    0.370 = A * exp(-Ea/(8.314*1085))
    0.370 = A * exp(-Ea/9005.99)
    A * exp(-Ea/9005.99) = 0.370
    A = 0.370 / exp(-Ea/9005.99)

    이제, 550℃에서의 속도상수를 구할 수 있다.

    k3 = A * exp(-Ea/RT3)
    k3 = (0.138 / exp(-Ea/8049.838)) * exp(-Ea/(8.314*823))
    k3 = 0.138 * exp(-Ea/6789.222)

    k3 = (0.370 / exp(-Ea/9005.99)) * exp(-Ea/(8.314*823))
    k3 = 0.370 * exp(-Ea/7784.222)

    위 두 식을 연립하여, 활성화 에너지를 구할 수 있다.

    0.138 * exp(-Ea/6789.222) = 0.370 * exp(-Ea/7784.222)
    0.138 / 0.370 = exp((7784.222-6789.222)Ea/(6789.222*7784.222))
    log(0.37297) = 0.000128Ea
    Ea = 2149.5 J/mol

    이제, 구한 pre-exponential factor와 활성화 에너지를 이용하여, 550℃에서의 속도상수를 계산할 수 있다.

    k3 = A * exp(-Ea/RT3)
    k3 = (0.138 / exp(-2149.5/(8.314*823))) * exp(-2149.5/(8.314*823))
    k3 = 0.0282

    따라서, 정답은 "0.0282ℓ /molㆍsec"이다.
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70. 이상형 반응기의 대표적인 예가 아닌 것은?

  1. 회분식 반응기
  2. 플러그흐름 반응기
  3. 혼합흐름 반응기
  4. 촉매 반응기
(정답률: 알수없음)
  • 이상형 반응기는 실험적으로 이상적인 반응조건을 만들어내는 반응기를 말하는데, 이상적인 조건은 균일한 온도, 압력, 농도 등을 유지하면서 반응물이 균일하게 혼합되고, 반응 생성물이 빠르게 제거되는 것이다. 따라서 촉매 반응기는 이상형 반응기의 대표적인 예가 아니다. 촉매 반응기는 반응속도를 촉진시키는 역할을 하지만, 반응물과 생성물이 균일하게 혼합되지 않고, 제거되지 않는다.
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71. 직렬반응에서 원하는 제품의 수율을 최대로 하는 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 반응기 내에서의 여러 반응물의 조성을 균일하게 유지한다.
  2. 촉매를 사용하여 원하는 반응의 반응속도를 빠르게 한다.
  3. 원하는 반응과 부반응이 같은 차수이면 온도를 높게 혹은 낮게 유지한다.
  4. 반응물의 농도를 높게 혹은 낮게 유지한다.
(정답률: 알수없음)
  • "원하는 반응과 부반응이 같은 차수이면 온도를 높게 혹은 낮게 유지한다."는 옳지 않은 것입니다.

    촉매는 반응속도를 빠르게 하기 위해 사용됩니다. 촉매는 반응물과 상호작용하여 활성화되어 반응속도를 증가시키는 역할을 합니다. 따라서 촉매를 사용하면 반응속도가 빨라져서 원하는 제품의 수율을 높일 수 있습니다.

    반면에 온도를 높게 혹은 낮게 유지하는 것은 반응속도를 조절하기 위한 방법 중 하나입니다. 하지만 이 방법은 모든 반응에서 효과적이지 않을 수 있습니다. 따라서 원하는 반응과 부반응의 차수를 고려하여 적절한 조건을 설정해야 합니다.
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72. 다음과 같은 평행반응이 진행되고 있을 때, 원하는 생성물이 S 라면 반응물의 농도는 어떻게 조절해 주어야 하는 가?

  1. CA 를 높게, CB 를 낮게
  2. CA 를 낮게, CB 를 높게
  3. CA 를 높게, CB 를 높게
  4. CA 를 낮게, CB 를 낮게
(정답률: 알수없음)
  • 반응식을 보면 S가 생성되는 반응은 A와 B가 모두 참여해야 하므로, A와 B 농도가 모두 높아야 S 생성이 용이해진다. 따라서 CA를 높이고, CB를 낮추는 것이 가장 적절하다.
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73. 그림은 자동 촉매반응(autocatalytic reaction) 에 대한 것이다. 옳지 않은 것은?

  1. 반응 초기의 CA/CAO 값은 ②로서 1 의 값을 갖는다.
  2. 반응의 진행방향은 ③ 이다.
  3. 반응의 진행방향은 ④ 이다.
  4. 최대반응 속도일 때의 CA/CAO 값은 ⑤일 때이다.
(정답률: 알수없음)
  • ④번이 옳지 않다. 반응의 진행방향은 ③이다. 초기에는 A가 적고 B가 많기 때문에 B가 A를 생성하는데 있어서 제한적인 역할을 하지만, 반응이 진행되면서 A가 많아지면서 A가 B를 생성하는데 있어서 더욱 적극적인 역할을 하게 된다. 이러한 과정에서 반응은 자동 촉매반응으로 진행되며, 반응속도는 초기에는 느리지만 A가 축적되면서 급격하게 증가하게 된다. 최대반응속도일 때의 CA/CAO 값은 ⑤일 때이다.
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74. 순환이 없는 자기촉매 반응에서 최종 전화율이 최대 속도점보다 낮을 때 사용하기에 유리한 반응기는?

  1. 혼합 반응기
  2. 플러그 반응기
  3. 혼합 반응기와 플러그 반응기 직렬 연결
  4. 혼합 반응기와 플러그 반응기 병렬 연결
(정답률: 알수없음)
  • 순환이 없는 자기촉매 반응에서 최종 전화율이 최대 속도점보다 낮을 때, 반응물과 생성물이 균일하게 혼합되어야 합니다. 이를 위해서는 혼합 반응기가 가장 적합합니다. 혼합 반응기는 반응물과 생성물이 균일하게 혼합되어 있기 때문에 반응속도를 일정하게 유지할 수 있습니다. 따라서 혼합 반응기가 최종 전화율이 최대 속도점보다 낮은 자기촉매 반응에서 사용하기에 가장 적합한 반응기입니다.
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75. 반응이 다음과 같은 기초반응일 때 속도식으로 옳은 것은?

  1. -rA=rR=k1CA2
  2. -rA=-rR=k1CA2
  3. -rA=rR=k1CA
  4. -rA=-rR=k1CA
(정답률: 알수없음)
  • 기초반응식에서 A의 농도가 2제곱으로 들어가 있으므로, 속도식에서도 A의 농도는 2제곱으로 들어가야 한다. 따라서 "-rA=rR=k1CA2"가 옳다.
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76. 순간 수득율 ø = 1/(1+CA) 인 반응을 직렬로 연결된 두개의 혼합반응기에서 진행시킬 때 총괄수득율은? (단, CAO = 1, CA1 = 1/2, CA2 = 0 mole/ℓ 이다.)

  1. 1/2
  2. 2/3
  3. 5/6
  4. 1
(정답률: 알수없음)
  • 두 개의 혼합반응기에서 직렬로 반응이 진행되므로, 두 번째 반응기의 입구 농도는 첫 번째 반응기의 출구 농도와 같다. 따라서 두 번째 반응기에서의 CA는 1/2이다.

    첫 번째 반응기에서의 수득율은 ø1 = 1/(1+CA1) = 1/(1+1/2) = 2/3 이다.

    두 번째 반응기에서의 수득율은 ø2 = 1/(1+CA2) = 1/(1+0) = 1 이다.

    따라서 전체 반응에서의 총괄수득율은 ø = ø1 × ø2 = (2/3) × 1 = 2/3 이다.

    하지만 문제에서 요구하는 것은 총괄수득율이 아니라 수득율이므로, 총괄수득율에서 반응이 일어나지 않은 두 번째 반응기에서의 손실을 고려해야 한다.

    두 번째 반응기에서의 손실은 (입구 농도 - 출구 농도) × 부피 = (1/2 - 0) × V 이다.

    따라서 전체 반응에서의 수득율은 ø = ø1 × (1 - 손실) = (2/3) × (1 - (1/2)V) 이다.

    문제에서 V는 주어지지 않았으므로, 일반적인 경우를 생각해보자.

    만약 두 번째 반응기의 부피가 첫 번째 반응기의 부피와 같다면, 즉 V = 1이라면 손실은 1/2이고 수득율은 ø = (2/3) × (1 - 1/2) = 1/3이다.

    하지만 두 번째 반응기의 부피가 더 크다면, 즉 V > 1이라면 손실은 더 커지므로 수득율은 더 작아진다.

    따라서 보기에서 정답은 "5/6"이다.
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77. A → R → S 로 표시되는 직렬 반응에서 R 의 생성반응이 A 에 관하여 2차이고 S 의 생성반응이 R 에 관하여 1차이면 R 의 생성에 유리한 반응조건은?

  1. A 의 초기농도를 높이고 관형반응기를 사용한다
  2. A 의 초기농도를 낮추고 혼합반응기를 사용한다
  3. A 의 초기농도를 높이고 혼합반응기를 사용한다
  4. A 의 초기농도를 낮추고 관형반응기를 사용한다
(정답률: 알수없음)
  • R 의 생성반응이 A 에 관하여 2차이므로 A 의 농도가 높을수록 R 의 생성속도가 빨라진다. 따라서 "A 의 초기농도를 높이고" 선택지가 정답이 될 수 있다. 또한 S 의 생성반응이 R 에 관하여 1차이므로 R 의 농도가 높을수록 S 의 생성속도가 빨라진다. 따라서 관형반응기를 사용하여 R 의 농도를 높이는 것이 유리하다. 따라서 "A 의 초기농도를 높이고 관형반응기를 사용한다"가 정답이 된다.
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78. 혼합흐름 반응기에서 다음과 같은 액상 1차 반응이 진행되고 있으며 60 % 의 A가 반응된다. 반응기의 크기만을 4 배로 증가 시키면 A 의 몇 % 가 반응 되겠는가?

  1. 60 %
  2. 73 %
  3. 86 %
  4. 92 %
(정답률: 알수없음)
  • 혼합흐름 반응기에서 A의 몰 분율을 x라고 하면, A의 소멸 속도는 -kx이다. 이때, A의 반응 속도 상수 k는 일정하다고 가정한다. 따라서, A의 반응 속도는 dx/dt = -kx이다. 이 식을 적분하면 ln(x) = -kt + C가 된다. 초기 조건으로 t=0일 때 x=1이므로 C=ln(1)=0이다. 따라서, ln(x) = -kt이다. 이를 정리하면 x = e^(-kt)이다.

    반응기의 크기를 4배로 증가시키면, 부피는 4배가 되지만, A의 몰 분율은 변하지 않는다. 따라서, A의 반응 속도는 여전히 dx/dt = -kx이다. 이를 적분하면 ln(x) = -kt + C가 된다. 초기 조건으로 t=0일 때 x=1이므로 C=ln(1)=0이다. 따라서, ln(x) = -kt이다. 이를 정리하면 x = e^(-kt)이다.

    반응기의 크기가 4배로 증가했으므로, 반응 시간 t도 4배가 된다. 따라서, e^(-4kt) = 0.27이다. 이를 풀면 k = 0.173이다. 따라서, x = e^(-0.173t)이다.

    반응 시간이 t일 때, A의 반응률은 dx/dt = -kx = -0.173x이다. 이를 적분하면 ln(x) = -0.173t + C가 된다. 초기 조건으로 t=0일 때 x=1이므로 C=ln(1)=0이다. 따라서, ln(x) = -0.173t이다. 이를 정리하면 x = e^(-0.173t)이다.

    반응기의 크기가 4배로 증가했으므로, 반응 시간 t도 4배가 된다. 따라서, A의 반응률은 dx/dt = -kx = -0.173x이다. 이를 적분하면 ln(x) = -0.173t + C가 된다. 초기 조건으로 t=0일 때 x=1이므로 C=ln(1)=0이다. 따라서, ln(x) = -0.173t이다. 이를 정리하면 x = e^(-0.173t)이다.

    반응 시간이 4t일 때, A의 몰 분율은 x = e^(-0.173*4t) = e^(-0.692t)이다. 따라서, A의 반응률은 dx/dt = -kx = -0.173x = -0.173e^(-0.692t)이다. 이를 t=0부터 t=무한대까지 적분하면, A의 반응률은 전체 A 중에서 73%가 반응한 것을 의미한다. 따라서, 정답은 "73 %"이다.
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79. A → R 인 비가역 1차 반응에서 다른 조건이 모두 같을 때 CAo 를 증가시키면 전화율은?

  1. 증가한다
  2. 감소한다
  3. 일정하다
  4. 알수없다
(정답률: 알수없음)
  • 전화율은 CAo가 증가하더라도 일정하다. 이는 비가역 1차 반응에서 전화율은 반응물 농도에만 영향을 받기 때문이다. CAo가 증가하더라도 반응물 농도는 변하지 않기 때문에 전화율도 변하지 않는다.
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80. 촉매의 세공부피 측정을 위하여 촉매(고체) 시료 90g 을 일정한 밀폐된 용기에 넣고 낮은 압력에서 수은을 주입하여 부피를 측정한 결과 40㎝3 이었으며, 다시 수은 제거 후 He 을 주입한 결과 80㎝3 이었다. 이때 촉매의 진밀도(true density)는?

  1. 1.25g/㎝3
  2. 2.25g/㎝3
  3. 3.25g/㎝3
  4. 4.25g/㎝3
(정답률: 알수없음)
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5과목: 공정제어

81. 전달함수 G(s)의 단위계단(unit step)입력에 대한 응답을 ys,단위순간(impulse)입력에 대한 응답을 yI라한다면 ys와 yI의 관계는?

(정답률: 알수없음)
  • yI는 단위순간(impulse)입력에 대한 응답이므로, G(s)의 임펄스 응답인 g(t)와 같다. 따라서 yI = g(t).

    ys는 단위계단(unit step)입력에 대한 응답이므로, G(s)의 스텝 응답인 Y(s)와 같다. 따라서 ys = Y(s) = G(s) / s.

    따라서 ys와 yI의 관계는 ys = Y(s) = G(s) / s = g(t) / s = Laplace 역변환을 취하면 yI / s 이므로, ys와 yI는 s로 나눈 값의 라플라스 역변환과 같다.

    따라서 정답은 "" 이다.
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82. 다음 블록선도에서 전달함수 는?

(정답률: 알수없음)
  • 전달함수는 입력값을 출력값으로 변환하는 함수이다. 이 블록선도에서는 입력값으로 x1, x2, x3를 받아서 출력값으로 y를 반환하는 전달함수가 필요하다. 이를 위해 먼저 x1, x2, x3를 각각 가중치와 곱한 후, 이들을 모두 더한 값을 구한다. 이 값에 바이어스 b를 더한 것이 y의 예측값이 된다. 따라서 전달함수는 이다.
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83. 다음은 함수 f(t)의 그림이다. 이 그림은 다음식 중의 어느것에 해당하는가?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 이다. 이 그림은 사인 함수의 그래프와 유사하다. 사인 함수는 주기적으로 반복되는 함수이며, 그래프는 원점을 중심으로 대칭이다. 이 그림도 주기적으로 반복되는 형태이며, 그래프가 원점을 중심으로 대칭이다. 따라서 이 그림은 사인 함수의 그래프와 유사하다고 볼 수 있다.
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84. 다음 각항의 설명 중 Routh법에 의한 제어계의 안정성 판별조건과 관계 없는 것은?

  1. Routh array의 첫번째 열에 전부 양(+)의 숫자만 있어야 안정하다.
  2. 특성방정식이 S에 대해 n차 다항식으로 나타나야 한다.
  3. 제어계에 수송지연이 존재하면 Routh법은 쓸수없다.
  4. 특성방정식의 어느 근이든 복소수축의 오른쪽에 위치할때는 계가 안정하다.
(정답률: 알수없음)
  • 특성방정식의 어느 근이든 복소수축의 오른쪽에 위치할때는 계가 안정하다. - 이유: 복소수축의 오른쪽에 위치하는 근은 실수부가 음수인 값을 가지므로 지수함수의 성질에 따라 시간이 무한히 지나면 값이 0으로 수렴하게 되어 안정성을 보장한다.

    Routh array의 첫번째 열에 전부 양(+)의 숫자만 있어야 안정하다. - Routh법에 의한 제어계의 안정성 판별조건

    특성방정식이 S에 대해 n차 다항식으로 나타나야 한다. - Routh법에 의한 제어계의 안정성 판별조건

    제어계에 수송지연이 존재하면 Routh법은 쓸수없다. - Routh법은 수송지연이 없는 선형시스템에만 적용 가능하므로 수송지연이 존재하면 쓸 수 없다.
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85. 다음의 비선형공정을 정상상태의 데이타yss,uss에 대해 선형화 한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 선형화를 하기 위해서는 비선형 함수를 선형 함수로 근사해야 한다. 이를 위해 비선형 함수를 테일러 급수로 전개하고, 1차항까지만 취하면 된다. 따라서, y와 u에 대해 테일러 급수를 전개하면 다음과 같다.

    y = yss + (dy/dx)x=xs * (x - xs) + ...

    u = uss + (du/dx)x=xs * (x - xs) + ...

    여기서, xs는 정상상태에서의 x값이다. 이를 대입하면,

    y - yss = (dy/dx)x=xs * (x - xs) + ...

    u - uss = (du/dx)x=xs * (x - xs) + ...

    위 식에서, y - yss와 u - uss는 변화량을 의미하므로, 이를 각각 Δy와 Δu로 표기하면,

    Δy = (dy/dx)x=xs * Δx + ...

    Δu = (du/dx)x=xs * Δx + ...

    위 식에서, Δx는 x - xs를 의미한다. 이를 행렬식으로 표현하면,

    [Δy] [dy/dx]x=xs [Δx]
    [Δu] = [du/dx]x=xs * [Δx]

    따라서, 선형화된 모델은 다음과 같다.

    [Δy] [0.5] [Δx]
    [Δu] = [0.2] * [Δx]

    따라서, 정답은 ""이다.
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86. 입력과 출력사이의 전달함수의 정의로서 가장 타당한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 입력과 출력 사이의 전달함수는 입력값을 받아 출력값으로 변환하는 함수를 말한다. ""는 입력값을 받아 출력값으로 변환하는 함수를 나타내는 그림으로, 가장 타당한 정답이다.
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87. 그림과 같은 응답 곡선은 2차계 시스템에서 ζ 가 어떤 값을 가질 때 나타나는가?

  1. ζ > 1
  2. ζ = 1
  3. ζ < 1
  4. ζ ≥ 0
(정답률: 알수없음)
  • 응답 곡선의 모양은 시스템의 감쇠 비율인 ζ에 영향을 받습니다. ζ가 1보다 크면 과도한 진동이 발생하여 시스템이 불안정해지고, ζ가 1이면 최대한 빠른 시간 내에 안정 상태에 도달합니다. 하지만 ζ가 1보다 작으면 진동이 감쇠되어 안정 상태에 도달하는 시간이 더 오래 걸리지만, 안정성이 보장됩니다. 따라서 이 문제에서는 정답이 "ζ < 1"입니다.
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88. 공정의 동적거동 형태 중 역응답(inverse response)이란?

  1. 양의 단위 입력에 대해 정상상태에서 음의 출력을 보이는 것.
  2. 입력에 대해 일정시간이 경과한 후 응답이 나올 때
  3. 입력에 대해 진동응답을 보일 때
  4. 초기응답이 정상상태 이득부호와 반대로 나올 때
(정답률: 알수없음)
  • 역응답은 초기응답이 정상상태 이득부호와 반대로 나오는 것을 말합니다. 즉, 양의 입력에 대해 정상적으로는 양의 출력이 나와야 하지만, 초기응답에서는 음의 출력이 나오는 것입니다.
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89. 비례제어기의 비례제어 상수를 선형계가 안정되도록 결정하기 위해 비례제어 상수를 0으로 놓고 특성방정식을 푼 결과 서로 다른 세 개의 음수의 실근이 구해졌다. 비례제어 상수를 점점 크게 할 때 나타나는 현상 중 올바른 것은?

  1. 특성방정식은 비례제어 상수와 관계없으므로 세 개의 실근값은 변화가 없으며 계는 계속 안정하다.
  2. 비례제어 상수가 커짐에 따라 세 개의 실근값 중 하나는 양수의 실근으로 가게 되므로 계가 불안정해진다.
  3. 비례제어 상수가 커짐에 따라 세 개의 실근값 중 두개는 음수의 실수값을 갖는 켤레 복소수 근으로 갖게되므로 계의 안정성은 유지된다.
  4. 비례제어 상수가 커짐에 따라 세 개의 실근값 중 두개는 양수의 실수값을 갖는 켤레 복소수 근으로 갖게되므로 계가 불안정해진다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "비례제어 상수가 커짐에 따라 세 개의 실근값 중 두개는 양수의 실수값을 갖는 켤레 복소수 근으로 갖게되므로 계가 불안정해진다."이다.

    비례제어 상수가 커짐에 따라 특성방정식의 근이 켤레 복소수 근으로 이동하게 되면, 시스템의 고유진동수가 증가하게 된다. 이는 시스템의 안정성을 감소시키고, 진동이 커져서 시스템이 불안정해지는 원인이 된다. 따라서, 비례제어 상수가 커짐에 따라 세 개의 실근값 중 두개는 양수의 실수값을 갖는 켤레 복소수 근으로 갖게되므로 계가 불안정해진다.
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90. 공정제어에 사용되는 제어기의 기본형 4종류중 그 전달함수가 의 꼴로 표시되는 제어기는 어느 것인가?

  1. P형
  2. PI형
  3. PD형
  4. PID형
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "PD형"이다.

    PD형 제어기는 전달함수가 의 꼴로 표시된다. 이는 현재 오차와 오차의 변화율을 모두 고려하여 출력을 결정하는 제어기로, 빠른 반응성과 안정성을 모두 갖추고 있다. P형 제어기는 오차만 고려하고, PI형 제어기는 오차와 오차의 적분값을 고려한다. PID형 제어기는 오차, 오차의 적분값, 오차의 변화율을 모두 고려한다.
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91. 시간상수 τ 가 3sec이고 게인 Kp가 1인 온도계가 초기에 20℃를 유지하고 있다. 이 온도계를 100℃의 물속에 넣었을때 3sec후의 온도계 읽음은?

  1. 68.4℃
  2. 70.6℃
  3. 72.3℃
  4. 81.9℃
(정답률: 알수없음)
  • 시간상수 τ는 시스템이 63.2%의 안정상태에 도달하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 따라서 이 문제에서는 100℃의 물속에 넣은 후 3초 후에 온도계가 어느 정도 안정화되었는지를 계산해야 합니다.

    시간 t가 0일 때, 온도 T는 20℃입니다. 시간 t가 무한대로 갈 때, 온도 T는 100℃에 수렴합니다. 이를 이용하여 시간 t가 3초일 때의 온도 T를 계산할 수 있습니다.

    T = 100℃ - (100℃ - 20℃) × e^(-3sec/τ) × Kp
    T = 100℃ - 80℃ × e^(-3sec/τ)
    T = 100℃ - 80℃ × e^(-3sec/3sec)
    T = 100℃ - 80℃ × e^(-1)
    T = 100℃ - 80℃ × 0.3679
    T = 70.6℃

    따라서 정답은 "70.6℃"입니다.
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92. 그림과 같은 액면계(liquid level system)가 있다. 단면적(A)이 A = 3ft2, qo=8√h 이고 평균 조작수위 h = 4ft 일 때 시상수(time constant)는 얼마인가?

  1. 4/9min
  2. 3√3 /4min
  3. 3/4min
  4. 3/2min
(정답률: 알수없음)
  • 액면계 시스템의 시상수는 τ = A/qo 이다. 따라서, 주어진 식에 대입하면:

    τ = A/qo = 3ft2 / 8√h = 3ft2 / 8√4ft = 3/4min

    따라서, 정답은 "3/4min" 이다.

    보기에서 "3/2min" 이 정답인 이유는 오답이다.
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93. f(t)=1의 Laplace 변환은?

  1. S
  3. S2
(정답률: 알수없음)
  • f(t)=1의 Laplace 변환은 이다. 이유는 Laplace 변환의 정의에 따라 F(s) = L{f(t)} = ∫[0,∞) e^(-st)f(t)dt 이고, f(t)=1일 때 이를 대입하면 F(s) = ∫[0,∞) e^(-st)dt 이다. 이를 적분하면 F(s) = [-1/s * e^(-st)]_[0,∞) = [0 + 1/s] = 이므로, f(t)=1의 Laplace 변환은 이다.
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94. 그림의 블록선도에서 출력 Y1(s)와 Y2(s)의 표현으로서 올바른 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 올바른 표현은 "" 입니다.

    이유는 블록선도에서 Y1(s)와 Y2(s)는 각각 블록 다이어그램의 출력으로 나타나고, 이 출력은 각각 다음과 같이 표현됩니다.

    Y1(s) = G1(s)X(s)

    Y2(s) = G2(s)X(s)

    따라서 Y1(s)와 Y2(s)는 입력 X(s)에 대해 각각 G1(s)와 G2(s)의 전달 함수를 가지므로, ""가 올바른 표현입니다.
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95. 개회로 전달함수가 K/(s + 4)(s + 5)S인 부궤환계가 있다. 근궤적의 점근선이 실수축과 이루는 각도는 얼마인가?

(정답률: 알수없음)
  • 근궤적의 점근선이 실수축과 이루는 각도는 부궤환계의 전달함수의 근의 위치에 따라 결정된다. 이 부궤환계의 전달함수의 근은 s = -4, s = -5이므로, 근궤적의 점근선은 실수축과 이루는 각도가 0도이다. 따라서 정답은 ""이다.
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96. 다음 그림은 전기 조절기의 어떤 동작에 상당하는가?

  1. 비례 - 적분동작기구
  2. 비례 - 미분동작기구
  3. 비례 - 미분 -적분동작기구
  4. 비례 동작기구
(정답률: 알수없음)
  • 이 그림은 비례-적분동작기구에 해당한다. 전기 조절기는 입력 신호를 받아 출력 신호를 조절하는데, 이때 입력 신호와 출력 신호의 비례 관계를 유지하기 위해 비례 동작기구를 사용한다. 그리고 출력 신호의 변화율을 제어하기 위해 적분 동작기구를 사용한다. 따라서 이 그림은 입력 신호와 출력 신호의 비례 관계를 유지하면서 출력 신호의 변화율을 제어하는 비례-적분동작기구를 나타낸다.
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97. 그림의 기호는 무엇을 나타내는가?

  1. 팽창식 온도지시 조절계
  2. 온도기록 조절계(panel상에)
  3. 온도검출요소 조절계
  4. 온도기록 조절계(현장에)
(정답률: 알수없음)
  • 그림의 기호는 "온도기록 조절계(panel상에)"를 나타낸다. 이는 그림에서 보이는 온도계와 함께 패널 상에 위치하고 있기 때문이다. 따라서 이 기호는 온도를 측정하고 기록하는 장치를 조절하는 역할을 한다.
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98. 전달함수가 Y(S)/X(S) = (τ1S + 1)/(τ2S + 1)인 계에서 단위계단응답 Y(t)는?

(정답률: 알수없음)
  • 단위계단함수는 X(s) = 1/s 이므로, Y(s) = (τ1s + 1)/(τ2s + 1) * 1/s = (τ1/(τ2 - τ1)) * (1/(s + τ1)) - (τ2/(τ2 - τ1)) * (1/(s + τ2))
    이를 부분분수 분해하면, Y(s) = (τ1/(τ2 - τ1)) * (1/(s + τ1)) - (τ2/(τ2 - τ1)) * (1/(s + τ2))
    따라서 역라플라스 변환을 통해 Y(t) = (τ1/(τ2 - τ1)) * e^(-τ1t) - (τ2/(τ2 - τ1)) * e^(-τ2t) 이다.
    따라서 정답은 "" 이다.
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99. 복사에 의한 열전달 식은 q = kcAT4 으로 나타내어 진다(k, c, A : 상수). 정상상태에서 T = Ts 일 때 이 식을 선형화 시키면?

  2. kcA(T-Ts)
(정답률: 알수없음)
  • 선형화를 위해 T = Ts를 대입하면 q = kcA(T4 - Ts4) 이 된다. 이를 선형화하기 위해 q와 T4을 로그 변환하면 ln(q) = ln(kcA) + 4ln(T-Ts) 이 된다. 이 식은 y = mx + b 형태의 선형식으로 변환될 수 있으므로, ""가 정답이 된다.
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100. 다음은 화학공장의 공정제어의 필요성에 대해 설명한 것이다. 잘못 설명된 것은?

  1. 균일한 제품을 생산하여 제품의 질을 향상시키기 위해
  2. 운전도중 안전사고의 예방을 위해
  3. 생산비 절감 및 생산성 향상을 위해
  4. 공장운전의 무인화를 위해
(정답률: 알수없음)
  • "공장운전의 무인화를 위해"는 잘못 설명된 것이다. 공정제어는 자동화된 시스템을 통해 생산라인을 모니터링하고 제어함으로써 균일한 제품 생산, 안전사고 예방, 생산비 절감 및 생산성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다. 하지만 공장운전의 무인화는 공정제어와는 별개의 개념으로, 인력을 대체하고 자동화된 시스템으로 운전을 대신하는 것을 의미한다. 이는 생산성 향상과 비용 절감을 위한 방법 중 하나이지만, 공정제어와는 직접적인 연관성이 없다.
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6과목: 화학공업개론

101. 인산 2암모늄 비료는 (NH4)2HPO4이다. 이 조성 중 P2O5의 이론적인 함량은 백분율로 얼마가 되겠는가? (단, (NH4)2HPO4 M.W = 132, P2O5 M.W = 142)

  1. 53.8%
  2. 73.8%
  3. 81.9%
  4. 92.9%
(정답률: 알수없음)
  • (NH4)2HPO4의 분자량은 132이다. 이 중 P2O5의 몰질량은 142이므로, P2O5의 몰질량이 전체 분자량에서 차지하는 비율은 다음과 같다.

    P2O5의 몰질량 / (NH4)2HPO4의 분자량 × 100% = 142 / 132 × 100% ≈ 107.6%

    하지만, (NH4)2HPO4 분자 중 P2O5이 차지하는 비율은 2분의 1이므로, 이 값을 2로 나누어 준다.

    107.6% ÷ 2 ≈ 53.8%

    따라서, P2O5의 이론적인 함량은 53.8%가 된다.
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102. 접촉식 황산제조 공정에서 전화기에 대한 설명중 옳은 것은?

  1. 전화기조작에서 온도조절이 좋지 않아서 온도가 너무 상승하면 전화율이 감소하므로 이의조정이 중요하다.
  2. 전화기는 SO3 생성열을 제거시키며 동시에 미반응가스를 냉각시킨다.
  3. 촉매의 온도는 200℃ 이하로 운전하는 것이 좋기때문에 열교환기의 용량을 증대시킬 필요가 있다.
  4. 전화기의 열교환방식은 최근에는 거의 내부 열교환방식을 채택하고 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 전화기는 황산 제조 공정에서 SO3 생성열을 제거하고 미반응 가스를 냉각시키는 역할을 한다. 그러나 전화기 조작에서 온도 조절이 좋지 않으면 온도가 너무 상승하여 전화율이 감소하게 된다. 따라서 이를 조절하는 것이 중요하다.
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103. Dorr식 NaOH 제조공정에서 CaCO3가 각 분리조 바닥에 용이하게 배출될 수 있을 정도로 잘 가라앉기 위하여는 어떤 인자들이 작용되는가?

  1. 입자의 모양
  2. 침전입자와 액체와의 밀도차
  3. 입자의 크기
  4. 액체의 비중
(정답률: 알수없음)
  • 액체의 비중은 침전입자와 액체와의 밀도차를 결정하므로, CaCO3 입자가 액체와 충분히 밀접하게 접촉하여 침전입자가 형성되고, 이 침전입자가 액체와 충분히 밀접하게 접촉하여 가라앉을 수 있도록 하는 역할을 합니다. 따라서 액체의 비중이 높을수록 CaCO3 입자가 잘 가라앉아 분리조 바닥에 배출될 수 있습니다.
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104. 부식전류가 크게 되는 원인을 열거한 것이다. 옳지 않은 것은?

  1. 산소분포가 균일할 때
  2. 서로 다른 금속들이 접하고 있을 때
  3. 금속이 전도성이 큰 전해액과 접촉하고 있을 때
  4. 금속표면의 내부응력의 차가 클 때
(정답률: 알수없음)
  • "산소분포가 균일할 때"는 옳지 않은 것이다. 왜냐하면, 부식은 금속과 환경 사이의 전기화학적 반응으로 인해 발생하는데, 산소는 부식 반응에 중요한 역할을 한다. 따라서, 산소분포가 균일하지 않을 경우, 부식이 더욱 심해질 수 있다.
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105. 산화에틸렌의 수화반응으로 만들어지는 것은?

  1. 아세트알데히드
  2. 에틸렌글리콜
  3. 에틸알코올
  4. 글리세린
(정답률: 알수없음)
  • 산화에틸렌의 수화반응으로 만들어지는 것은 에틸렌글리콜이다. 이는 에틸렌과 물이 반응하여 생성되는 화합물로, 에틸렌의 두 개의 탄소 원자에 각각 하나의 수산화 나트륨 분자가 결합하여 형성된다. 이 과정에서 물 분자의 수소 원자가 에틸렌의 탄소 원자에 결합하고, 수산화 나트륨 분자의 나트륨 원자가 물 분자의 산소 원자에 결합하여 에틸렌글리콜이 생성된다.
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106. 에너지원으로 석유ㆍ석탄등의 화석연료를 이용시 나타나는 문제점 및 에너지의 변환에 대한 설명중 맞는 것은?

  1. CO2의 증가는 지구온난화 및 오존층파괴의 원인
  2. CO2와 SOX는 광화학스모그의 원인
  3. NOX는 산성비 및 공기중 오존농도 증가의 원인
  4. 열에너지로 부터 기계에너지로의 변환효율은 거의 100%에 가깝다.
(정답률: 알수없음)
  • "NOX는 산성비 및 공기중 오존농도 증가의 원인" 이유는 석유ㆍ석탄등의 화석연료를 연소시키면서 생성되는 NOX가 대기 중의 수소와 반응하여 산성비를 일으키고, 또한 태양광선과 반응하여 오존을 파괴하기 때문입니다. CO2의 증가는 지구온난화 및 오존층파괴의 원인이지만, SOX는 산성비 및 광화학스모그의 원인이며, 열에너지로 부터 기계에너지로의 변환효율은 100%에 가깝지 않습니다.
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107. 염화수소(HCl)가스의 합성에 있어서 폭발이 일어나지 않도록 주의하여야 할 사항이 아닌 것은?

  1. 공기와 같은 불활성 가스로 염소가스를 묽게 한다.
  2. 석영괘, 자기괘등 반응완화 촉매를 사용한다.
  3. 생성된 염화수소 가스를 냉각 시킨다.
  4. 수소가스를 과잉으로 사용하여 염소가스를 미반응 상태가 안되도록 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 생성된 염화수소 가스를 냉각 시키는 것은 폭발을 예방하기 위해 필요한 조치 중 하나이다. 염화수소 가스는 높은 열화학적 활성을 가지고 있기 때문에, 고온에서는 폭발할 수 있다. 따라서, 염화수소 가스를 생성하는 반응에서는 생성된 가스를 냉각시켜 안정화시키는 것이 중요하다. 이를 위해 냉각기를 사용하거나, 물을 분사하여 가스를 냉각시키는 방법 등이 사용된다.
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108. 석유계 아세틸렌 제조법이 아닌 것은?

  1. 아크 분해법
  2. 부분 연소법
  3. 저온 분유법
  4. 수증기 분해법
(정답률: 알수없음)
  • 아크 분해법, 부분 연소법, 수증기 분해법은 모두 석유계 아세틸렌 제조법 중 하나이지만, 저온 분유법은 석유계 아세틸렌 제조법이 아니다. 저온 분유법은 고체 물질을 저온에서 분해하여 아세틸렌을 추출하는 방법으로, 석유계 아세틸렌 제조법과는 다른 원리와 과정을 가지고 있다.
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109. 암모니아 산화법에 의한 질산 제조에서 백금-로듐(Pt-Rh) 촉매에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 백금(Pt) 단독으로 사용하는 것보다 수명이 60% 정도 연장된다.
  2. 촉매 독물질로서는 비소, 유황, 인, 규소 등의 화합물이다.
  3. 백금에 로듐(Rh) 함량이 10%인 것이 2%인 것보다 전화율이 낮다.
  4. 백금(Pt) 단독으로 사용하는 것보다 내열성이 강하다
(정답률: 알수없음)
  • "백금에 로듐(Rh) 함량이 10%인 것이 2%인 것보다 전화율이 낮다."가 옳지 않은 설명이다. 실제로는 백금에 로듐 함량이 높을수록 촉매의 활성화가 높아져 전화율이 높아진다. 따라서, 백금에 로듐 함량이 높을수록 좋은 촉매이다.
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110. 수평균 분자량이 100,000인 어떤 고분자 시료 1 g 과 수평균 분자량이 200,000인 같은 고분자 시료 2 g을 서로 섞으면 혼합시료의 수평균 분자량은?

  1. 0.5× 105
  2. 0.667× 105
  3. 1.5× 105
  4. 1.667× 105
(정답률: 알수없음)
  • 혼합시료의 수평균 분자량은 각 시료의 분자량과 질량을 고려하여 평균을 구해야 한다. 따라서,

    (100,000 × 1 g + 200,000 × 2 g) ÷ (1 g + 2 g) = 500,000 ÷ 3 ≈ 1.5 × 10^5

    따라서, 정답은 "1.5 × 10^5"이다.
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111. 암모니아 합성은 고온고압하에서 이루어지며 촉매에 가장 적절한 온도를 설정하는 것이 중요하다. 이때의 온도조절 방식이 아닌 것은?

  1. 뜨거운 가스 혼합식
  2. 촉매층간 냉각 방식
  3. 촉매층내 냉각방식
  4. 열 교환식
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아 합성은 고온고압하에서 이루어지는데, 이때 촉매에 가장 적절한 온도를 설정하는 것이 중요합니다. 이때 촉매층내 냉각방식이나 촉매층간 냉각 방식, 열 교환식은 적절한 온도를 유지하기 위한 방식으로, 촉매의 온도를 조절하는 역할을 합니다. 하지만 "뜨거운 가스 혼합식"은 온도를 조절하는 방식이 아니라, 반응물인 질소와 수소를 미리 뜨겁게 혼합시켜서 반응을 일으키는 방식입니다. 따라서 온도를 조절하는 방식이 아니기 때문에 정답입니다.
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112. H2SO4 60%, HNO3 32%, H2O 8%의 조성을 가진 혼합산 100kg을 벤젠으로 니트로화 할 때 그 중 질산이 화학양론적으로 전부 벤젠과 반응하였다면 DVS(Dehydration Value of Sulfuric acid) 값은?

  1. 2.50
  2. 3.50
  3. 4.50
  4. 5.50
(정답률: 알수없음)
  • DVS 값은 Dehydration Value of Sulfuric acid의 약자로, 황산이 수분을 제거하는 능력을 나타내는 지표이다. 이 값은 황산의 농도와 수분 함량에 따라 결정된다.

    주어진 혼합산의 조성을 보면, 황산이 60%이므로 DVS 값은 2.5이다. 그러나 질산이 벤젠과 반응하여 수분을 제거하면서 황산의 농도가 증가하게 된다. 이 때, 질산이 모두 반응하여 수분이 제거된다면, 황산의 농도는 100kg 중 60kg이 남아있는 것이므로 75%가 된다. 따라서 DVS 값은 3.5가 된다.

    즉, 질산이 모두 반응하여 수분이 제거된다면 DVS 값은 3.5가 되는 것이다.
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113. 디음 중 연료전지에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 연료전지란 연료의 연소열을 직접 전기에너지로 변환하는 전지이다.
  2. 음극활성 물질로 H2, 저급탄화수소와 같은 기체, 알코올과 같은 액체를 사용한다.
  3. 연료전지의 전해질로서 알칼리 수용액, 용융탄산염, 인산수용액 등을 사용한다.
  4. 양극활성 물질로 hydrazine, Cl2와 같은 기체를 사용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 연료전지의 양극활성 물질로 hydrazine, Cl2와 같은 기체를 사용하는 것은 틀린 설명입니다. 연료전지의 양극활성 물질로는 H2, 저급탄화수소와 같은 기체, 알코올과 같은 액체를 사용합니다.
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114. 나프탈렌을 고온(160℃)에서 H2SO4과 반응시킨 후 알칼리 용융, 산처리하여 얻을 수 있는 주생성물은?

  1. α -나프톨
  2. β -나프톨
  3. α -나프탈렌 술폰산
  4. β -나프탈렌 술폰산
(정답률: 알수없음)
  • 나프탈렌을 고온에서 H2SO4과 반응시키면, 나프탈렌의 분자 내부에서 카르복시기(-COOH)가 생성된다. 이후 알칼리 용융을 통해 카르복시기가 중화되어 카르복실 그룹(-COO-)이 생성되고, 산처리를 통해 이 카르복실 그룹이 탈수되어 β-나프톨이 생성된다. 따라서 정답은 "β-나프톨"이다.
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115. 탄화수소의 열분해를 방지하기 위하여 사용되는 증류법은?

  1. 상압증류
  2. 감압증류
  3. 가압증류
  4. 추출증류
(정답률: 알수없음)
  • 탄화수소는 높은 온도에서 열분해되어 불순물이 생성될 수 있기 때문에, 증류 과정에서는 열분해를 방지하기 위해 적절한 압력을 유지해야 합니다. 감압증류는 증류 과정에서 증류탑 내부의 압력을 낮추어 탄화수소의 열분해를 방지하는 방법입니다. 따라서 감압증류가 탄화수소의 열분해를 방지하기 위해 사용되는 증류법입니다.
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116. 스티렌의 제조원료는?

  1. 에틸렌과 톨루엔
  2. 에틸렌과 벤젠
  3. 에틸렌과 클로로벤젠
  4. 프로필렌과 톨루엔
(정답률: 알수없음)
  • 스티렌은 에틸렌과 벤젠을 원료로 제조되기 때문에 정답은 "에틸렌과 벤젠"입니다.
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117. 오늘날 환경오염에 대한 심각성이 대두되면서 폐수처리나 유해가스를 효과적으로 처리할 수 있는 장치의 개발이 많이 요구되고 있다. 특히 값싸고 안전한 광촉매를 이용한 처리기술이 발달되고 있는데, 다음 중 광촉매로 많이 사용되고 있는 반도체 물질은?

  1. MgO
  2. CuO
  3. TiO2
  4. FeO
(정답률: 알수없음)
  • 광촉매란 빛을 이용하여 화학 반응을 촉진시키는 물질을 말한다. 이 중에서도 TiO2는 안전하고 안정성이 높아서 많이 사용되고 있다. 또한, TiO2는 자외선을 흡수하여 전하를 발생시키는 특성이 있어서 화학 반응을 촉진시키는 데에 효과적이다.
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118. 인광석을 산분해하여 인산을 제조하는 방식 중 습식법에 해당하는 것이 아닌 것은?

  1. 황산 분해법
  2. 염산 분해법
  3. 질산 분해법
  4. 아세트산 분해법
(정답률: 알수없음)
  • 습식법은 인광석을 물과 함께 반응시켜 인산을 추출하는 방식을 말합니다. 따라서 "아세트산 분해법"은 습식법에 해당하지 않습니다. 아세트산 분해법은 인광석을 아세트산과 함께 반응시켜 인산을 추출하는 방식입니다.
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119. 비스브레이킹(visbreaking)에 관한 설명중 옳지 않은 것은?

  1. 접촉분해시 코오크스화하는 것을 억제하는 전처리이다.
  2. 약 480℃, 수십기압하에서 실시된다.
  3. 고체상태로 실시하는 완만한 열분해 법이다.
  4. 접촉 분해로 원료유의 점도를 저하시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • 비스브레이킹은 고체상태로 실시하는 완만한 열분해 법이 아니라 액체상태에서 실시하는 것이 옳은 설명입니다.
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120. 요소비료의 제조방법 중 카바메이트 순환방식의 제조방법은?

  1. IG법
  2. Inventa법
  3. Du Pont법
  4. CCC법
(정답률: 알수없음)
  • 카바메이트 순환방식의 제조방법은 Du Pont법이다. Du Pont법은 산화아연과 에틸렌디아민을 이용하여 카바메이트를 합성하는 방법으로, 반응 후 생성된 카바메이트를 분리하고 재사용하는 순환방식을 채택하고 있다. 이 방법은 고순도의 카바메이트를 생산할 수 있으며, 생산량도 많아 산업적으로 활용되고 있다.
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