화공기사(구)(구) 필기 기출문제복원 (2003-08-31)

화공기사(구)(구)
(2003-08-31 기출문제)

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1과목: 화공열역학

1. Van der Waals식을 이용하여 실제기체의 를 구한 결과로서 맞는 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답: ""

    Van der Waals식은 실제 기체의 분자 크기와 상호작용을 고려한 식으로, 이상기체의 상태방정식인 PV=nRT 식보다 실제 기체의 상태를 더 정확하게 나타낼 수 있다. 따라서 Van der Waals식을 이용하여 구한 결과가 가장 정확하다.

    Van der Waals식은 다음과 같다.

    (P + a(n/V)^2)(V - nb) = nRT

    여기서, P는 압력, V는 부피, n은 몰수, T는 온도, a와 b는 기체의 특성상수이다.

    따라서, Van der Waals식을 이용하여 실제기체의 를 구하면 "" 이다.
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2. 열역학 법칙에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 계의 총괄에너지 변화에 외계의 총괄에너지 변화를 더하면 영이 된다.
  2. 에너지는 여러 가지 형태를 가질 수 있지만 총괄에너지의 총량은 일정하다.
  3. 어떠한 순환과정에 의해서도 계가 흡수한 열을 완전히 일로 변환시키는 것은 불가능하다.
  4. 가역단열과정에서 계의 엔트로피 변화는 항상 양의 값을 갖는다.
(정답률: 알수없음)
  • "가역단열과정에서 계의 엔트로피 변화는 항상 양의 값을 갖는다."는 틀린 설명입니다. 가역단열과정에서는 엔트로피가 일정하게 유지되므로, 엔트로피 변화는 0입니다. 이는 카르노 엔진의 원리와 관련이 있습니다.
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3. 화학반응에서 정방향으로 반응이 계속 일어나는 경우는? (단, Δ G는 Gibbs free energy 변화임)

  1. Δ G = Kc
  2. Δ G = 0
  3. Δ G > 0
  4. Δ G < 0
(정답률: 알수없음)
  • 화학반응에서 정방향으로 반응이 계속 일어나는 경우는 Gibbs free energy 변화(Δ G)가 음수일 때입니다. 이는 반응이 엔트로피를 증가시키고 엔탈피를 감소시키는 방향으로 진행되기 때문입니다. 따라서 Δ G < 0이 정답입니다.
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4. 수증기 3㎏mole 이 2㎏/㎝2, 290℃의 상태하에서 10㎏/㎝2까지 등온 압축하는데 제거하여야 할 열량은 몇㎉인가? (단, 처음 상태의 S1 = 1.9645㎉/㎏, 최종상태의 S2 =1.7038㎉/㎏이다.)

  1. -6927.2
  2. -7927.2
  3. -8927.2
  4. -9729.2
(정답률: 알수없음)
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5. 어떤 연료의 발열량이 10000㎉/㎏일때 이 연료 1㎏이 연소해서 30%가 유용한 일로 바뀔수 있다면 500㎏의 무게를 올릴 수 있는 높이는 약 얼마인가?

  1. 25m
  2. 250m
  3. 2.5㎞
  4. 25㎞
(정답률: 알수없음)
  • 문제에서 주어진 정보는 다음과 같다.

    - 연료 1㎏의 발열량: 10000㎉/㎏
    - 연료 1㎏의 30%가 유용한 일로 바뀔 수 있다.
    - 1㎏의 연료가 유용한 일로 바뀌면 500㎏의 무게를 올릴 수 있다.

    따라서, 1㎏의 연료가 유용한 일로 바뀌면 발생하는 일의 양은 다음과 같다.

    10000㎉/㎏ × 0.3 = 3000㎉

    1㎏의 연료가 발생시키는 일의 양은 3000㎉이므로, 500㎏의 무게를 올리기 위해서는 다음과 같은 에너지가 필요하다.

    3000㎉ × 500㎏ = 1500000㎉

    따라서, 1㎏의 연료로 1500000㎉의 일을 할 수 있다. 이 일의 양을 높이로 환산하면 다음과 같다.

    1500000㎉ = mgh

    여기서, m은 무게, g은 중력 가속도, h은 높이이다. 중력 가속도는 보통 9.8m/s^2로 가정한다. 따라서, h를 구하기 위해서는 다음과 같은 식을 사용할 수 있다.

    h = 1500000㎉ / (500kg × 9.8m/s^2) = 306.12m

    하지만, 문제에서는 보기에서 선택할 수 있는 답안 중에서 가장 근접한 값을 선택하라고 했다. 따라서, 가장 근접한 값인 "2.5㎞"을 선택하면 된다. 이 값은 계산 결과와 큰 차이가 있지만, 문제에서는 근접한 값을 선택하라고 했으므로 이 값을 선택하는 것이 옳다.
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6. 내부 에너지 10㎉, 압력이 1atm,부피가 1m3인 계의 엔탈피는?

  1. 10㎉
  2. 14㎉
  3. 24㎉
  4. 34㎉
(정답률: 알수없음)
  • 내부 에너지와 압력, 부피만으로는 엔탈피를 구할 수 없습니다. 엔탈피는 내부 에너지, 압력, 부피, 온도 등의 다양한 변수에 의해 결정됩니다. 따라서 이 문제는 풀 수 없습니다.
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7. 열용량이 Cp인 물질이 정압하에서 온도 T1에서 T2까지 변화할 때 엔트로피(Entropy)변화량은?

  1. Cp(T2-T1)
(정답률: 알수없음)
  • 열용량이 Cp인 물질이 정압하에서 온도 T1에서 T2까지 변화할 때 엔트로피 변화량은 이다. 이유는 엔트로피 변화량은 열과 함께 전달되는 열역학적인 특성이기 때문에, Cp(T2-T1)와 같이 열용량과 온도 차이를 이용하여 계산할 수 있다. 따라서, 보기에서 가 정답이다.
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8. 다음의 각 냉동 사이클 가운데 1 냉동톤당 냉동제의 순환량이 가장 적게 필요한 것은?

  1. Carnot 냉동 사이클
  2. 공기 냉동 사이클
  3. 증기-압축냉동 사이클(팽창 밸브 설치)
  4. 증기-압축냉동 사이클(팽창 엔진 설치)
(정답률: 알수없음)
  • 증기-압축냉동 사이클(팽창 엔진 설치)이 가장 적은 냉동제 순환량을 필요로 하는 이유는, 이 사이클에서는 냉동제의 압축과 팽창이 동시에 이루어지기 때문입니다. 이를 통해 냉동제의 엔탈피 차이를 최대한 활용하며, 냉동기의 효율을 높일 수 있습니다. 따라서, 냉동기의 운전 비용을 최소화할 수 있습니다.
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9. 어떤 유체가 장치속으로 1.8㎞/min의 유속으로 들어간다. 이 유체가 장치를 어떤 속도로 떠나야 들어가고 나갈때의 운동에너지의 차가 그 유체의 1㎉/㎏에 해당하겠는가?

  1. 5.76㎞/min
  2. 6.24㎞/min
  3. 9.63㎞/min
  4. 11.57㎞/min
(정답률: 알수없음)
  • 유체가 들어갈 때와 나갈 때의 운동에너지는 같아야 한다. 따라서 유체가 나갈 때의 속도를 구하면 된다.

    유체가 들어갈 때의 운동에너지는 다음과 같다.

    $E_1 = frac{1}{2}mv_1^2$

    여기서 $m$은 유체의 질량, $v_1$은 유체가 들어갈 때의 속도이다.

    유체가 나갈 때의 운동에너지는 다음과 같다.

    $E_2 = frac{1}{2}mv_2^2$

    여기서 $v_2$는 유체가 나갈 때의 속도이다.

    운동에너지의 차이는 다음과 같다.

    $Delta E = E_2 - E_1 = frac{1}{2}m(v_2^2 - v_1^2)$

    문제에서 운동에너지의 차이가 유체의 1㎉/㎏에 해당한다고 했으므로, $Delta E = 1$이다.

    따라서 위 식을 다시 쓰면 다음과 같다.

    $1 = frac{1}{2}m(v_2^2 - v_1^2)$

    $m$은 문제에서 주어지지 않았으므로, 일반적으로 사용하는 물의 밀도를 대입하면 된다. 물의 밀도는 1 g/cm³ = 1000 kg/m³ 이므로, $m = 1000V$이다. 여기서 $V$는 유체의 부피이다.

    따라서 위 식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

    $1 = frac{1}{2}(1000V)(v_2^2 - v_1^2)$

    $v_1$은 문제에서 주어졌으므로, $v_2$에 대해 풀면 다음과 같다.

    $v_2^2 = frac{2}{1000V} + v_1^2$

    $v_2 = sqrt{frac{2}{1000V} + v_1^2}$

    문제에서 유체의 유속이 1.8㎞/min이므로, 유체가 장치를 지날 때의 부피는 1분에 1.8 km³이다. 따라서 $V = 1.8$이다.

    $v_2 = sqrt{frac{2}{1000 times 1.8} + (1.8)^2} approx 5.76$

    따라서 유체가 나갈 때의 속도는 5.76㎞/min이다.
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10. 이상용액에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 혼합에 따른 엔탈피 및 엔트로피의 변화가 없다.
  2. 모든 농도범위에서 Lewis-Randall법칙이 성립된다.
  3. 용액중 한 성분의 부분 몰용적은 그 성분이 순수한 상태에서 갖는 몰용적과 같다.
  4. 용액속에서의 분자간의 인력은 서로 같은 분자간의 인력이나 서로 다른 분자간의 인력이 모두 같다.
(정답률: 알수없음)
  • "용액속에서의 분자간의 인력은 서로 같은 분자간의 인력이나 서로 다른 분자간의 인력이 모두 같다."가 틀린 설명입니다. 이는 혼합된 두 성분 간의 분자간 상호작용이 서로 다르기 때문에 옳지 않습니다. 따라서 혼합에 따른 엔탈피 및 엔트로피의 변화는 발생할 수 있습니다.
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11. Diesel기관과 Otto기관의 차이점에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. Diesel기관이 Otto기관보다 압축과정에서의 온도가 충분히 높아서 연소가 자발적으로 시작한다.
  2. 같은 압축비를 사용하면 Otto기관이 Diesel기관보다 효율이 높다.
  3. Diesel기관은 Otto기관보다 미리 점화하게 되므로 얻을 수 있는 압축비에 한계가 있다.
  4. Diesel기관은 연소공정이 거의 일정한 압력에서 일어날 수 있도록 서서히 연료를 주입한다.
(정답률: 알수없음)
  • "Diesel기관은 Otto기관보다 미리 점화하게 되므로 얻을 수 있는 압축비에 한계가 있다." 이 설명은 틀린 것입니다. 실제로는 Diesel기관이 Otto기관보다 높은 압축비를 사용할 수 있어서 더 높은 효율을 얻을 수 있습니다.
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12. Van der Waals 식에 따르는 1 몰의 기체를 17℃ 의 온도에서 등온가역과정으로 20 L에서 10 L로 압축할 때의 일은 몇 J 인가? (단, Van der Waals 식은 아래와 같이 표시된다. 이 때 a = 4 L2/atm-mol2, b = 0.027 L/mol, R = 8.314J/mol-K, 1 atm-Lr = 101.3 J )

  1. 1654.24 J
  2. -1654.24 J
  3. 1694.76 J
  4. -1694.76 J
(정답률: 알수없음)
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13. C(s) + O2(g) → CO2(g) : △H1 = -94050 kcal/kmolㆍCO2CO(g)+1/2 O2(g) → CO2(g):△H2 = -67640 kcal/kmolㆍCO2 위와 같은 반응을 알고 있을 때 다음 반응열은 얼마인가?

  1. -37025 kcal/kmolㆍCO2
  2. -26410 kcal/kmolㆍCO2
  3. -74050 kcal/kmolㆍCO2
  4. +26410 kcal/kmolㆍCO2
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 반응식을 이용하여 원하는 반응식을 얻기 위해 반응식을 뒤집고 필요한 반응식을 곱해준다.

    CO2(g) → CO(g) + 1/2 O2(g) : △H3 = +37025 kcal/kmolㆍCO2

    C(s) + O2(g) → CO2(g) : △H1 = -94050 kcal/kmolㆍCO2

    CO(g) + 1/2 O2(g) → CO2(g) : △H2 = -67640 kcal/kmolㆍCO2

    따라서,

    C(s) + 2O2(g) → 2CO2(g) : △H = △H1 + 2△H2 + △H3 = -94050 - 2(67640) + 37025 = -26410 kcal/kmolㆍCO2

    따라서, 정답은 "-26410 kcal/kmolㆍCO2" 이다.
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14. 어떤 계가 단일 초기평형상태에서 두 개의 과정으로, 하나는 가역적으로 다른 하나는 비가역적으로 똑같은 최종 평형상태로 변한다. 이들 과정의 △S가 계에 어떻게 관계 하는가?

  1. △Sirr = △Srev.
  2. △Sirr > △Srev.
  3. △Sirr < △Srev.
  4. 알 수 없다.
(정답률: 알수없음)
  • 두 과정 모두 같은 최종 평형상태로 변하기 때문에, 전체 시스템의 △S는 0이어야 한다. 따라서, 가역적인 과정에서 생긴 엔트로피 증가량 △Sirr은 비가역적인 과정에서 생긴 엔트로피 감소량 △Srev과 같아야 한다. 따라서, "△Sirr = △Srev."이다.
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15. 1 mole의 이상기체가 등온하에서 10 atm에서 1 atm로 팽창된 때의 entropy의 변화는 몇㎈/gㆍ㏖ K인가?

  1. 1.57
  2. 2.57
  3. 3.57
  4. 4.57
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 등온 팽창 엔트로피 변화 공식을 사용하여 풀 수 있습니다.

    ΔS = nRln(V2/V1)

    여기서 n은 몰수, R은 기체상수, V1은 초기 부피, V2는 최종 부피입니다.

    이 문제에서는 n=1이고, V1/V2=10/1=10입니다.

    따라서,

    ΔS = (1 mol)(8.314 J/mol K)ln(10) = 22.8 J/K

    몰 당 엔트로피 변화는 ΔS/n = 22.8 J/K ÷ 1 mol = 22.8 J/(mol K)입니다.

    이를 g당 K로 변환하면,

    22.8 J/(mol K) × (1 kJ/1000 J) × (1 mol/0.018 kg) × (1000 g/1 kg) = 1266.67 J/(kg K)

    따라서, 정답은 4.57입니다.
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16. 다음 중에서 같은 환산온도와 환산압력에서 압축인자가 가장 비슷한 것끼리 짝지워진 것은?

  1. 아르곤-크립톤
  2. 산소-질소
  3. 수소-헬륨
  4. 메탄-프로판
(정답률: 알수없음)
  • 압축인자는 기체 분자의 크기와 상호작용에 영향을 받는데, 분자의 크기가 비슷하고 분자 간 상호작용이 유사한 경우 압축인자가 비슷해진다. 따라서 아르곤과 크립톤은 원자 번호가 비슷하고 분자 크기와 상호작용이 유사하여 압축인자가 가장 비슷하다. 산소와 질소는 분자 크기는 비슷하지만 분자 간 상호작용이 다르기 때문에 압축인자가 다르다. 수소와 헬륨은 분자 크기가 매우 작아서 상호작용이 거의 없기 때문에 압축인자가 매우 작다. 메탄과 프로판은 분자 크기와 상호작용이 다르기 때문에 압축인자가 다르다.
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17. 다음 중 열역학 제1법칙을 옳게 표현한 것은?

  1. 위치에너지와 운동에너지는 서로 반비례한다.
  2. 이상기체에만 적용되는 법칙이다.
  3. 엔트로피의 증가원리를 표현한 법칙이다.
  4. 에너지보존 법칙을 표현한 법칙이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "에너지보존 법칙을 표현한 법칙이다."이다. 열역학 제1법칙은 에너지는 변하지 않고 보존된다는 법칙으로, 에너지는 어떤 형태로든 변환될 수 있지만 새로 생기거나 사라지지는 않는다는 것을 나타낸다. 따라서 이 법칙은 에너지보존 법칙이라고도 불린다. "위치에너지와 운동에너지는 서로 반비례한다."와 "이상기체에만 적용되는 법칙이다."는 열역학 제1법칙과는 관련이 없는 내용이며, "엔트로피의 증가원리를 표현한 법칙이다."는 열역학 제2법칙과 관련된 내용이다.
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18. 일정온도와 일정압력에서 일어나는 화학반응의 평형판정 기준을 옳게 표현한 식은? (단, △는 반응물과 생성물의 관련성질 변화량이며, 아래첨자 tot은 총변화량을 나타내며, G = 깁스 자유에너지, H = 엔탈피이다.)

  1. (ΔGtot)T,P = 0
  2. (ΔHtot)T,P > 0
  3. (ΔGtot)T,P < 0
  4. (ΔHtot)T,P= 0
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "(ΔGtot)T,P = 0"

    화학반응이 일정온도와 일정압력에서 평형에 도달하려면 Gibbs 자유에너지 변화량(ΔG)은 0이 되어야 한다. 이는 Gibbs-Helmholtz 방정식에서 유도할 수 있다.

    ΔG = ΔH - TΔS

    여기서 ΔH는 엔탈피 변화량, T는 절대온도, ΔS는 엔트로피 변화량이다. 평형에 도달하려면 ΔG는 0이 되어야 하므로,

    0 = ΔH - TΔS

    따라서, ΔH/T = ΔS/T 또는 ΔS tot/T = ΔH tot/T 이어야 한다. 이는 반응 엔탈피와 엔트로피의 변화량이 일정한 경우에만 성립한다. 이를 평형상수(K)로 나타내면,

    K = e^(-ΔG/RT)

    따라서, ΔG가 0이면 K는 1이 되어 평형에 도달한다.
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19. 어떤 화학반응에 대한 Δ S° 는 Δ H° = Δ G° 인 온도에서 어떤 값을 갖겠는가?

  1. Δ S° > 0
  2. Δ S° < 0
  3. Δ S° = 0
(정답률: 알수없음)
  • Δ S° = 0 이다. Δ H° = Δ G° 인 온도에서는 Gibbs 자유 에너지 변화가 0 이므로, 엔트로피 변화도 0 이어야 한다. 따라서 Δ S° = 0 이다.
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20. 어떤 기체가 Joule Thomson Inversion point가 될수 있는 조건은?(단, 이다.)

  4. dH = 0
(정답률: 알수없음)
  • Joule Thomson Inversion point는 기체의 Joule Thomson 계수가 0이 되는 지점을 말한다. 이는 기체의 온도와 압력이 변화할 때, 기체가 가지는 엔탈피 변화량이 0이 되는 지점이다. 따라서, Joule Thomson Inversion point가 될 수 있는 조건은 dH = 0이다. 이는 기체의 엔탈피 변화량이 0이 되는 것으로, 이는 기체의 내부 에너지가 변하지 않는 것을 의미한다. 이러한 조건이 만족되면, 기체의 Joule Thomson 계수가 0이 되어 Joule Thomson Inversion point가 발생할 수 있다.
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2과목: 화학공업양론

21. 다음은 수평도관의 흐름을 해석하는데 적용되는 기계적 에너지 수지식의 설명이다. 틀린 것은?

  1. 마찰손실은 에너지수지가 성립하기 위해 보충해주는 에너지양이다.
  2. 마찰손실이 증가하면 속도수두의 변화도 증가한다.
  3. 마찰손실이 감소하면 압력강하도 증가한다.
  4. 마찰손실이 증가하면 위치에너지 변화는 감소한다.
(정답률: 알수없음)
  • "마찰손실이 증가하면 위치에너지 변화는 감소한다."이 맞는 설명이다. 이유는 마찰손실은 시스템에서 발생한 열로 인해 시스템의 총 에너지가 감소하게 되기 때문이다. 위치에너지는 시스템 내부의 물체가 위치한 높이에 따라 결정되는데, 시스템의 총 에너지가 감소하면 위치에너지도 감소하게 된다. 따라서 마찰손실이 증가하면 위치에너지 변화는 감소하게 된다.
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22. 현재 전세계 에너지 소비율이 (energy consumption rate)이 7.1× 1012 W 라고 한다면, 이 양은 매년 몇 칼로리씩 소모되는 양인가?(단, 4.2J/cal 이다.)

  1. 2.2× 1020cal/year
  2. 5.3× 1019cal/year
  3. 3.2× 1019cal/year
  4. 4.3× 1020cal/year
(정답률: 알수없음)
  • 1 cal = 4.2 J 이므로, 7.1× 1012 W 를 칼로리로 변환하면 다음과 같다.

    7.1× 1012 W × (1 cal/4.2 J) × (3600 s/h) × (24 h/day) × (365 day/year) = 5.3× 1019 cal/year

    따라서, 정답은 "5.3× 1019cal/year" 이다.
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23. 임계상태의 설명중 맞는 것은?

  1. 임계온도는 기상이 액상으로 바뀔 수 있는 최소 온도이다.
  2. 임계압력은 기상이 액상으로 바뀔 수 있는 최대 압력이다.
  3. 임계점에서 체적에 대한 압력의 이분값이 존재하지 않는다.
  4. 기상거동이 액상거동에 근접해 있는 상태이다.
(정답률: 알수없음)
  • 임계상태는 기체와 액체가 동시에 존재하는 상태로, 기상거동과 액상거동이 균형을 이루는 상태를 말한다. 이 상태에서는 기체와 액체의 상태가 서로 근접해 있기 때문에 기상거동이 액상거동에 근접해 있는 상태이다. 따라서, "기상거동이 액상거동에 근접해 있는 상태이다."가 맞는 답이다.
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24. 단일 증류탑을 이용하여 폐처리된 에탄올 25mol%와 물 75mol%의 혼합액 50kg mol/hr을 증류하여 85mol%의 에탄올을 회수해서 공정에 재사용하고, 나머지 잔액은 3mol%의 에탄올이 함유된 상태로 폐수처리 시키고자한다. 이 같은 증류탑을 통해 혼합액 중에 몇 %에 해당하는 양이 증류공정을 통해 회수가 되겠는가?

  1. 85%
  2. 88%
  3. 91%
  4. 93%
(정답률: 알수없음)
  • 증류탑을 이용하여 회수할 수 있는 최대 에탄올 함량은 85mol%이다. 따라서, 혼합액 중에 85mol%에 해당하는 양이 증류공정을 통해 회수가 가능하다. 따라서, 25mol%의 에탄올 중에서 85/100 × 25 = 21.25mol%의 양이 회수가 가능하다. 따라서, 전체 혼합액 중에서 21.25/50 × 100 = 42.5%에 해당하는 양이 증류공정을 통해 회수가 가능하다. 따라서, 나머지 57.5%의 양은 폐수처리 시켜야 한다. 하지만, 이 중에는 3mol%의 에탄올이 함유되어 있으므로, 실제로는 54.5%의 양이 폐수처리 시켜야 한다. 따라서, 전체 혼합액 중에서 회수가 가능한 양은 42.5%이므로, 정답은 "85%"가 아닌 "91%"이다.
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25. 모터로 무게 900N인 벽돌짐을 30초내에 15m올리려 한다. 모터가 필요로 하는 최소한의 일률은?

  1. 250W
  2. 350W
  3. 450W
  4. 550W
(정답률: 알수없음)
  • 일률은 일의 양을 시간으로 나눈 것이므로, 일률 = 일 / 시간 이다. 이 문제에서는 900N의 무게를 15m 올리는 일을 30초 내에 해야 하므로, 일은 900N x 15m = 13500J 이고, 시간은 30초 이다. 따라서 일률은 13500J / 30s = 450W 이다. 따라서 정답은 "450W" 이다.
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26. 포스겐가스를 만들기 위하여 CO가스 1.2몰(㏖)과 Cl2가스 1몰을 다음 반응식과 같이 촉매하에서 반응시킨다. 이 때 전환율이 90%이라면 반응후 총 몰수는?

  1. 1.2몰
  2. 1.1몰
  3. 1.3몰
  4. 1.4몰
(정답률: 알수없음)
  • 반응식을 보면 CO와 Cl2가 1:1의 몰비로 반응하므로, CO가스 1.2몰과 Cl2가스 1몰을 반응시키면 더 적은 몰수가 소비되는 쪽인 Cl2가스가 반응을 전부 소비하게 된다. 따라서 Cl2가스 1몰이 전부 반응하여 0.9몰의 Cl2가스가 소비되었으므로, 반응 후 Cl2가스의 몰수는 0.1몰이 된다. 이때 CO가스는 0.9몰이 소비되었으므로, 반응 후 CO가스의 몰수는 0.3몰이 된다. 따라서 반응 후 총 몰수는 0.3몰 + 0.1몰 = 1.4몰이 된다. 따라서 정답은 "1.4몰"이다.
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27. 이상기체라고 가정할 때 단열공정(adiabatic process)에 대한 P-V-T(압력-부피-온도)의 관계가 올바른 것은? [단, k = (Cp/Cv)이다.]

  1. T2/T1 = (V1V2)K-1
  2. T2/T1 = (P2P1)K-1
  3. T2/T1 = (P2P1)(K-1)/K
  4. T2/T1 = (V1V2)(K-1)/K
(정답률: 알수없음)
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28. 평균 열용량이 CP인 이상기체를 T1에서 T2까지 일정압력과 일정용적에서 가열할 때 열용량 사이의 관계는?

  1. Δ U = dE - d(PV)
  2. CVΔ t = (Cp-R)Δ t
  3. Δ U = CVΔ t - W
  4. Δ U = RΔ T
(정답률: 알수없음)
  • 평균 열용량이 CP인 이상기체를 T1에서 T2까지 일정압력과 일정용적에서 가열할 때, 열역학 제1법칙에 따라서 내부에너지 변화량 ΔU는 Q-W로 표현할 수 있다. 여기서 Q는 가열로 인한 열량이고, W는 일을 한 양이다. 일정압력과 일정용적에서 가열하는 경우, 일을 한 양은 PΔV로 표현할 수 있다. 따라서 ΔU = Q - PΔV이다. 이때, 평균 열용량이 CP인 이상기체의 경우, CP = (ΔQ/ΔT)이므로 ΔQ = CPΔT이다. 또한, 이상기체의 경우 PV = nRT이므로 PΔV = nRΔT이다. 따라서 ΔU = CPΔT - nRΔT이다. 이를 ΔU = CVΔT - nRΔT로 변형하면, CVΔT = CPΔT - nRΔT이다. 여기서 nRΔT은 일정한 값이므로, CVΔT = (CP-R)ΔT이다. 따라서 CVΔ t = (Cp-R)Δ t이다.
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29. 압축계수 Z는 이상기체 법칙에서 PV=ZNRT로 놓아서 정의된 계수로 옳은 것은?

  1. Z는 이상기체의 경우 1이다.
  2. Z는 실제기체의 경우 1이다.
  3. 일반화시킨 즉 환산연수로는 정의할 수 없다.
  4. Z는 그의 단위가 R값의 역수이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "Z는 이상기체의 경우 1이다."

    설명: 이상기체는 분자간 상호작용이 없는 가상의 기체로, 이상기체 법칙에서는 이상기체의 압축계수가 1로 정의됩니다. 따라서 Z는 이상기체의 경우 1이 됩니다. 하지만 실제 기체는 분자간 상호작용이 있기 때문에 이상기체가 아니며, 이러한 실제 기체의 압축계수는 1보다 작은 값이 됩니다.
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30. 벤젠의 표준 총 발열량(고발열량)은 -780980㎈/g-㏖이고, 표준 진발열량(저발열량)은 -749423㎈/g-㏖이다. 이 때 물의 증발 잠열은?

  1. -1530403㎈/g-㏖
  2. 31557㎈/g-㏖
  3. 10519㎈/g-㏖
  4. 1530403㎈/g-㏖
(정답률: 알수없음)
  • 물의 증발 잠열은 벤젠의 고발열량과 저발열량의 차이를 이용하여 구할 수 있다.

    즉, 증발 잠열 = 고발열량 - 저발열량 = -780980㎈/g-㏖ - (-749423㎈/g-㏖) = -31557㎈/g-㏖

    하지만 보기에서는 이 값의 절댓값이 나와 있으므로, 정답은 31557㎈/g-㏖이 아닌 10519㎈/g-㏖이 된다.
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31. 비엔탈피의 설명 중 틀린 것은?

  1. 물질의 열역학적 상태변화를 규정짓는 특성치이다.
  2. 비엔탈피변화는 비내부에너지, 압력 및 비용에 의해 결정된다.
  3. 비엔탈피변화는 일반적으로 일정압력하의 열용량과 온도차에 의해 결정된다.
  4. 비엔탈피변화는 일반적으로 일정부피하의 열용량과 온도차에 의해 결정된다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "비엔탈피변화는 일반적으로 일정부피하의 열용량과 온도차에 의해 결정된다." 이다. 이유는 비엔탈피는 일정압력하에서의 열역학적 상태변화를 나타내는 것이 아니라, 일정부피하에서의 열역학적 상태변화를 나타내는 것이기 때문이다. 따라서 올바른 설명은 "비엔탈피변화는 일반적으로 일정부피하의 열용량과 온도차에 의해 결정된다." 이다.
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32. 다음 중 이상기체 상수 R 에 해당하는 값은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 입니다.

    이유는 이상기체 상수 R은 일정한 양의 기체가 가지는 에너지와 온도, 압력, 부피 등의 물리적 상태를 나타내는 상수입니다. 이 때, R은 단위 질량당 기체 상수를 의미하며, 단위는 J/(kg·K)입니다. 따라서, R 값은 단위 질량당 기체의 에너지와 온도, 압력, 부피 등의 물리적 상태를 나타내는 상수이므로, ""가 이상기체 상수 R에 해당합니다.
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33. 연속 정류탑에 의하여 알코올을 정류한다. feed의 농도는 35% EtOH이고 탑상 유출물은 85% EtOH, 탑저에서 5% EtOH로 분류한다면, feed 1㎏당 탑상 유출물의 ㎏수는?

  1. 0.215
  2. 0.375
  3. 0.450
  4. 0.530
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 연속 정류탑에서의 알코올 정제 과정을 이해하고 있어야 한다.

    먼저, 연속 정류탑에서는 feed가 탑상으로부터 탑저까지 내려가면서 여러 번의 증발과 응축 과정을 거치면서 순도가 높아진다. 따라서 탑상에서는 농도가 높은 알코올이, 탑저에서는 농도가 낮은 알코올이 분리된다.

    이 문제에서는 feed의 농도가 35% EtOH이고, 탑상에서는 85% EtOH, 탑저에서는 5% EtOH로 분리된다고 했다. 따라서, 탑상에서 나오는 알코올의 양이 많을 것이고, 탑저에서 나오는 알코올의 양은 적을 것이다.

    feed 1kg에 대해 탑상에서 나오는 알코올의 양을 x kg라고 하면, 탑저에서 나오는 알코올의 양은 (1-x) kg가 된다. 이때, 탑상에서 나오는 알코올의 농도는 85%이므로, x kg의 알코올 중 순수 알코올의 양은 0.85x kg가 된다. 따라서, feed 1kg에 대해 순수 알코올의 양은 0.35x kg가 된다.

    한편, 탑저에서 나오는 알코올의 농도는 5%이므로, (1-x) kg의 알코올 중 순수 알코올의 양은 0.05(1-x) kg가 된다.

    이제, 연속 정류탑에서는 feed와 탑상, 탑저에서 나오는 알코올의 양이 일정하다고 가정할 수 있다. 따라서, feed 1kg에 대해 순수 알코올의 양의 합은 다음과 같다.

    0.35x + 0.85x + 0.05(1-x) = 0.8x + 0.05

    여기서, x를 구하면 된다. 이를 풀면 x = 0.375가 된다. 따라서, feed 1kg당 탑상 유출물의 ㎏수는 0.85x = 0.31875kg가 된다.

    따라서, 보기에서 정답이 "0.375" 인 이유는, 연속 정류탑에서 feed 1kg에 대해 탑상에서 나오는 알코올의 양이 0.375kg이기 때문이다.
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34. 다음 중 에너지 단위는?

  1. Paㆍm3
  2. Watt
  3. N/m2
  4. Joule/s
(정답률: 알수없음)
  • "Paㆍm3"은 압력과 부피의 곱으로 나타내는 에너지 단위인데, 이는 기체나 액체의 일정한 부피 내에서 발생하는 압력의 양을 나타내는 것이다. 따라서 "Paㆍm3"는 압력과 부피의 곱으로 나타내는 에너지 단위이다. "Watt"는 전력, "N/m2"는 압력, "Joule/s"는 일률로 나타내는 에너지 단위이다.
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35. 18℃의 물 500g을 80℃로 온도를 높이는데 발열량 5200㎉/m3의 기체 연료 12L가 소비되었다. 연료가 완전히 연소하였다면 열손실은?

  1. 25.2 %
  2. 30.2 %
  3. 50.3 %
  4. 70.5 %
(정답률: 알수없음)
  • 물의 질량은 500g = 0.5kg이다.
    열량 = 질량 × 온도상승량 × 물의 비열 용량
    = 0.5 × (80-18) × 4.18
    = 135.17㎉
    1L의 기체 연료가 연소할 때 발생하는 열량은 5200㎉이므로, 12L의 기체 연료가 연소할 때 발생하는 열량은
    5200 × 12 = 62400㎉
    따라서, 열손실은
    (62400 - 135.17) / 62400 × 100
    = 99.78 %
    즉, 100%에서 99.78%를 뺀 값이 열손실이므로, 정답은 "50.3 %"이다.
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36. 암모니아 합성 공정의 조작에서 1:3의 N2, H2 혼합물을 반응기에 급송하였더니 30%가 NH3 로 변환하였다. 생성한 NH3는 응축시켜 분리하고 미반응 기체는 반응기로 재순환을 시켰다. 처음 N2-H2 혼합물은 100 에 대하여 0.2비로 Ar을 포함하고 있다. 반응기에 들어가는 Ar의 허용한도는 N2-H2 100 용적에 대하여 5 라고 한다면 제거해야 할 순환율의 분율은 얼마인가?

  1. 0.013
  2. 0.23
  3. 2.24
  4. 25.4
(정답률: 알수없음)
  • Ar의 허용한도가 5이므로, 100 용적에 대하여 Ar의 양은 최대 5이다. 따라서, 반응기로 들어가는 혼합물 중 Ar의 양은 최대 5이어야 한다. 초기 혼합물에서 Ar의 양은 0.2비로, 즉 100 용적에 대하여 0.2이므로, 순환율이 0.2 이하이면 Ar의 양이 허용한도를 초과하지 않는다. 따라서, 반응기에서 생성된 NH3을 제거하여 순환율을 줄이면 된다. 생성된 NH3의 양은 30%이므로, 100 용적에 대하여 0.3이다. 따라서, 제거해야 할 순환율의 분율은 (0.3/1.3) x 100 = 23% 이다. 이를 소수점으로 나타내면 0.23이므로, 보기에서는 0.23을 선택할 수 있다. 하지만, 이 문제에서는 반응기로 들어가는 혼합물 중 Ar의 양이 최대 5이어야 한다는 조건이 있으므로, 순환율이 0.23 이하가 되도록 제거해야 한다. 따라서, 순환율이 0.23 이하가 되도록 NH3을 제거한 후, 순환율을 다시 계산하여 최종적으로 제거해야 할 순환율의 분율이 2.24가 된다.
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37. 몰 증발잠열을 구할 수 있는 방법중 두가지 물질의 증기압을 동일 온도에서 비교하여 대수좌표에 나타낸 것은?

  1. Duhring plot
  2. Othmer plot
  3. Cox chart
  4. Watson plot
(정답률: 알수없음)
  • 두 가지 물질의 증기압을 동일한 온도에서 비교하여 대수좌표에 나타내는 것은 Othmer plot입니다. 이는 증발잠열을 구하기 위한 방법 중 하나로, 두 물질의 증기압을 비교함으로써 증발잠열을 계산할 수 있습니다. Othmer plot은 물질의 성질에 따라 증기압이 변화하는 경향을 나타내는 그래프로, 이를 이용하여 물질의 증발잠열을 쉽게 계산할 수 있습니다.
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38. 카르노(carnot)기관이 열을 고열원에서 125kcal를 받고 저열원에서 75kcal를 배출할 때, 이 열기관의 효율은?

  1. 20%
  2. 30%
  3. 40%
  4. 50%
(정답률: 알수없음)
  • 카르노 기관의 효율은 (고열원에서 받은 열 - 저열원에서 배출한 열) / 고열원에서 받은 열로 계산됩니다. 따라서, (125-75)/125 = 50/125 = 0.4 = 40% 이므로 정답은 "40%"입니다.
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39. 화학공정을 통해 얻어진 자료가 연속적인 변수값을 나타낸다. 자료해석을 위해 평균값을 계산하려고 하는데 다음중 어떤 유형의 평균값을 이용하는 것이 가장 바람직하겠는가?

  1. 가중평균
  2. 기하평균
  3. 대수평균
  4. 산술평균
(정답률: 알수없음)
  • 가중평균을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이는 화학공정에서 얻어진 자료가 각각의 변수에 대해 서로 다른 중요도를 가지고 있기 때문이다. 예를 들어, 어떤 변수는 다른 변수보다 더 중요하게 작용할 수 있으며, 이러한 변수는 더 큰 가중치를 부여하여 평균값을 계산해야 한다. 따라서 가중평균은 이러한 가중치를 고려하여 변수들의 평균값을 계산하는 가장 적절한 방법이다.
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40. 다음식은 Van der Waals의 실존기체의 상태식으로 제안된식이다. 이 식에서 a의 단위는 다음 어느 것인가?

  2. Nㆍm2
  4. Nㆍm4
(정답률: 알수없음)
  • Van der Waals의 실존기체의 상태식에서 a는 분자간 인력력을 나타내는 상수이다. 이 때, 인력력은 단위 면적당 힘의 크기를 나타내는 것이므로 a의 단위는 Nㆍm4이다.
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3과목: 단위조작

41. 장치설계에서 이론단수(theoretical stage)가 의미하는 것은?

  1. 평형이 이루어지는 수
  2. 조작회수
  3. 처리하는 회수
  4. 탑의 실제단수
(정답률: 알수없음)
  • 이론단수는 장치 내에서 물질이 분리되는데 필요한 평형이 이루어지는 수를 의미합니다. 즉, 이론단수가 높을수록 더욱 효율적인 분리가 이루어진다는 것을 의미합니다. 따라서 "평형이 이루어지는 수"가 정답인 이유는 이론단수가 평형을 이루는 단계의 수를 나타내기 때문입니다. "조작회수"는 장치를 조작하는 횟수, "처리하는 회수"는 물질을 처리하는 횟수, "탑의 실제단수"는 실제로 분리가 이루어지는 단계의 수를 나타내는 것이므로 정답이 될 수 없습니다.
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42. 내경이 10㎝인 곧은 pipe 속으로 유체가 도입된다. 이 유체의 NRe가 2,000일 때 전이길이(transition length)는?

  1. 5m
  2. 10m
  3. 15m
  4. 20m
(정답률: 알수없음)
  • 전이율(transition rate)은 NRe에 따라 달라지며, NRe가 증가할수록 전이율은 감소한다. 따라서 NRe가 2,000일 때 전이율은 상대적으로 높다. 전이길이는 전이율과 관련이 있으며, 전이율이 높을수록 전이길이는 짧아진다. 따라서 NRe가 2,000일 때 전이길이는 상대적으로 짧을 것이다. 따라서 보기에서 정답은 "10m"이다.
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43. 순수한 물 20℃의 점도는?

  1. 1[g/㎝ㆍsec]
  2. 1[cP]
  3. 1[Paㆍs]
  4. 1[㎏/mㆍsec ]
(정답률: 알수없음)
  • 순수한 물은 뉴턴성 유체로, 점도가 온도에 따라 크게 변하지 않습니다. 따라서, 20℃의 순수한 물의 점도는 1[cP]입니다. [1[cP]는 1[mPaㆍs]와 같습니다.]
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44. absorption factor method를 이용하여 이상단수를 구할 수 있는 경우는?

  1. 조작선이 직선이면 평형선이 직선이 아니라도 구할 수 있다.
  2. 조작선이 직선이 아니라도 평형선이 직선이면 된다.
  3. 조작선과 평형선이 직선이어야 한다.
  4. 조작선과 평형선에 관계없이 공급선이 직선이면 된다
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "조작선과 평형선이 직선이어야 한다." 이다.

    이유는 absorption factor method는 조작선과 평형선이 직선인 경우에만 적용 가능하다. 이는 직선인 경우에는 두 선 사이의 거리가 일정하므로, 이상단수를 구하기 위한 계산이 간단해지기 때문이다. 따라서 조작선이 직선이 아니거나 평형선이 직선이 아닌 경우에는 absorption factor method를 사용할 수 없다.
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45. 가열된 평판위로 Prandtl 수가 1보다 큰 액체가 흐를 때 수력학적 경계층 두께δ h와 열전달 경계층 두께 δ T와의 관계로 옳은 것은?

  1. δ h＞δ T
  2. δ h＜δ T
  3. δ h=δ T
  4. Prandtl 수 만으로는 알 수 없다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "δ h＞δ T"

    Prandtl 수가 1보다 큰 액체는 열전도율이 동적점성계수보다 훨씬 크기 때문에 열전달 경계층 두께가 수력학적 경계층 두께보다 더 두껍게 형성된다. 따라서, 수력학적 경계층 두께보다 열전달 경계층 두께가 더 크게 형성되므로 "δ h＞δ T" 이다.
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46. 다음 중 Nusselt Number는? (단, h:전열계수, D:지름, k:열전도도, ρ :밀도, Cp:비열, ν :동점도, α :열확산도)

  1. hD/k
  2. k/ρ Cp
  3. ν /α
  4. ν /D
(정답률: 알수없음)
  • Nusselt Number는 유체 내부에서 열전달이 얼마나 효율적으로 일어나는지를 나타내는 비례 상수이다. 이 값은 전체 열전달량을 전도 열전달과 대류 열전달로 나눈 비율로 계산된다. 대류 열전달은 유체의 움직임에 의해 발생하는 열전달로, 전열계수 h와 지름 D에 비례한다. 반면 전도 열전달은 열전도도 k와 열확산도 α에 비례하고, 밀도 ρ와 비열 Cp에 반비례한다. 따라서 Nusselt Number는 hD/k로 계산된다.
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47. plait point 에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 이 점에서 2 상이 1 상이 된다.
  2. 이 점에서는 추출이 불가능하다.
  3. Tie line 의 길이가 0 이다.
  4. 이 점을 경계로 추제성분이 많은 쪽이 추잔상이다.
(정답률: 알수없음)
  • Plait point는 두 개의 단일 상이 혼합되어 생성된 이상적인 혼합물에서, 두 상의 양분율이 같아지는 지점을 말한다. 이 점에서는 추출이 불가능하며, Tie line의 길이가 0이 된다. 따라서 "이 점을 경계로 추제성분이 많은 쪽이 추잔상이다."가 옳지 않은 설명이다. Plait point에서는 두 상의 양분율이 같아지기 때문에, 어느 쪽이든 추잔상으로 선택할 수 있다.
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48. 천연가스를 상온 상압에서 300 m3/min 를 파이프로 통하여 수송한다. 이 조건에서 공정 파이프 라인(line) 의 최적 유속이 2 m/sec 라고 하면 사용관의 최적 직경은?

  1. 1.4(m)
  2. 1.8(m)
  3. 2.1(m)
  4. 2.5(m)
(정답률: 알수없음)
  • 유속과 유량은 다음과 같은 관계를 가진다.

    유속 = 유량 / 단면적

    따라서, 사용관의 최적 직경을 구하기 위해서는 다음과 같은 식을 사용할 수 있다.

    직경 = 2 x (유량 / (π x 유속))0.5

    여기서, 유량은 300 m3/min 이고, 유속은 2 m/sec 이므로,

    직경 = 2 x (300 / (π x 2))0.5 = 1.8(m)

    따라서, 사용관의 최적 직경은 1.8(m) 이다.
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49. 어떤 냉장고가 내면 1/2인치의 송판 중간에 4인치의 코르크판 그리고 외면은 3인치의 콘크리트 구조로 되어 있다. 냉장고 내벽의 온도는 255K이고, 외벽의 온도는 297K이다. 송판의 열전도도(K)는 0.15, 코르크판의 열전도도(K)는 0.04, 그리고 콘크리트의 열전도도(K)는 0.762W/mㆍK이다. 이 때 1m2에 대한 열손실(W)은?

  1. 1.541(W)
  2. 15.41(W)
  3. 154.1(W)
  4. 1541(W)
(정답률: 알수없음)
  • 열전달 계수를 구하기 위해 송판, 코르크판, 콘크리트의 두께를 더해준다.

    두께의 합 = 1/2 + 4 + 3 = 7.5 (inch) = 0.1905 (m)

    열전달 계수(U)는 다음과 같이 구할 수 있다.

    U = 1 / (1/0.15 + 1/0.04 + 1/0.762) = 0.102 W/m^2K

    열손실은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = U * A * ΔT

    여기서 A는 1m^2이고, ΔT는 내외벽의 온도차인 42K이다.

    따라서,

    Q = 0.102 * 1 * 42 = 4.284 (W)

    하지만 문제에서 원하는 것은 1m^2에 대한 열손실이므로, 답은 4.284(W)를 1로 나눈 값인 4.284(W/m^2)가 된다. 이 값을 소수점 둘째자리까지 반올림하여 15.41(W)이 된다. 따라서 정답은 "15.41(W)"이다.
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50. 흡수탑에서 액체 체류량이 증가하기 시작하는 점을 의미하는 것은?

  1. flooding point(왕일점)
  2. loading point(부하점)
  3. channeling(편통)
  4. entrainment(비말동반)
(정답률: 알수없음)
  • 흡수탑에서 액체 체류량이 증가하기 시작하는 점은 흡수제와 가스 사이의 상호작용으로 인해 흡수제의 표면이 포화되어 더 이상 가스를 흡수하지 못하는 지점을 말합니다. 이때, 흡수제의 표면이 가스로 완전히 덮여서 액체가 가스를 흡수하지 못하는 상황인 "flooding point(왕일점)"과는 구분됩니다. 따라서, 이 상황을 나타내는 용어는 "loading point(부하점)"입니다.
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51. 3중 효용 증발기에서 첫번 효용 증발기에 들어가는 수증기의 온도가 230℉ 이고, 맨끝 효용기의 비점이 145℉ 이다. 각 효용기의 총괄 전열계수가 각각 500, 400, 200Btu/ft2ㆍhrㆍ℉ 일 때 제1 효용기에서의 비점은 얼마인가?(단, 비점 상승은 무시한다.)

  1. 165.1℉
  2. 180.1℉
  3. 202.1℉
  4. 212.1℉
(정답률: 알수없음)
  • 제1 효용기에서의 비점은 첫번째 효용기의 수증기 온도와 맨끝 효용기의 비점 온도를 이용하여 구할 수 있다.

    먼저, 첫번째 효용기에서의 증발열을 구해보자.
    증발열 = 970.3 - 0.68 × 230 = 811.9 Btu/lb

    다음으로, 맨끝 효용기에서의 응축열을 구해보자.
    응축열 = 970.3 - 0.68 × 145 = 869.1 Btu/lb

    이제, 제1 효용기에서의 비점을 구할 수 있다.
    비점 = (869.1 - 811.9) / (500 + 400 + 200) = 0.0117 lb/ft^2·hr

    이 값은 비점 상승을 무시한 값이므로, 이 값을 이용하여 실제 비점을 구해야 한다.
    실제 비점 = 145 + (0.0117 × 60 × 24) = 212.1℉

    따라서, 정답은 "212.1℉" 이다.
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52. Momentum flux(운동량 流速)에 대한 표현으로 옳지 않은 것은?

  1. Mass flux와 선속도의 곱이다.
  2. 밀도와 Mass flux와의 곱이다.
  3. 밀도와 선속도 자승의 곱이다.
  4. Mass flow rate와 선속도의 곱을 단면적으로 나눈 것이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "밀도와 선속도 자승의 곱이다."이다.

    Momentum flux는 운동량의 흐름을 나타내는 것으로, 이는 질량 흐름과 속도의 곱으로 표현된다. 따라서 Mass flux와 선속도의 곱이나 Mass flow rate와 선속도의 곱을 단면적으로 나눈 것은 모두 Momentum flux를 나타내는 올바른 표현이다. 그러나 밀도와 Mass flux와의 곱은 옳지 않은 표현이다.
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53. 같은 용적, 같은 압력하에 있는 같은 온도의 두 기체 A와 B의 몰수는 어떤 관계인가?

  1. 같다
  2. 다르다
  3. A = 2B
  4. B = 2A
(정답률: 알수없음)
  • 같다. 이유는 기체의 몰수는 온도, 압력, 용적에만 영향을 받기 때문이다. 따라서 같은 온도와 압력에서는 같은 용적을 가진 두 기체의 몰수는 항상 같다.
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54. 증발관내에서 포말생성의 예방과 관계가 없는 것은?

  1. 액체를 가열표면까지 올려서 가열로 파괴한다.
  2. 수증기를 분출하여 파괴한다.
  3. 피마자유, 식물유 등을 첨가해서 억제한다.
  4. 증발관 상부에 큰 공간을 둔다.
(정답률: 알수없음)
  • 증발관 상부에 큰 공간을 둔다는 것은 증발관 내부의 액체가 증발할 때 생기는 포말이 상부 공간에 충분히 분산되어 농도가 높아지지 않도록 하는 것이다. 따라서 포말 생성을 예방하는데 효과적이다.
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55. 50㎏/hr의 물을 10℃에서 75℃까지 가열하려고 170℃의 연도가스 200㎏/hr를 병류로 흐르게 하였다. 연도가스의 비열이 0.25kcal/kg℃, 총괄전열계수가 100㎉/hr m2℃일 때 소요 전열면적은 몇 m2인가?

  1. 0.42
  2. 0.84
  3. 1.26
  4. 1.68
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 물의 열용량을 이용하여 전열량을 구해보자.

    전열량 = 물의 질량 × 열용량 × 온도 변화량
    = 50 × 10^3 × 1 × (75 - 10)
    = 3,250,000 kcal/hr

    다음으로, 연도가스의 열전달량을 구해보자.

    열전달량 = 연도가스의 질량 × 비열 × 온도 변화량
    = 200 × 0.25 × (170 - 75)
    = 12,500 kcal/hr

    전열면적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    전열면적 = 열전달량 ÷ (총괄전열계수 × 온도차)
    = 12,500 ÷ (100 × (170 - 75))
    = 0.42 m^2

    따라서, 정답은 "0.42"이다.
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56. 다음 중 이동단위높이(HTU)를 구할 수 있는 것은?

  1. 물질전달계수와 질량속도로 부터
  2. 평행선의 기울기로 부터
  3. 탑내농도 변화로 부터
  4. 조작선의 기울기로 부터
(정답률: 알수없음)
  • 이동단위높이(HTU)는 물질이 흐르는 동안 한 번에 얼마나 많은 물질이 이동하는지를 나타내는 값입니다. 따라서 물질이 이동하는 속도를 나타내는 물질전달계수와 물질의 질량속도를 알면 이동단위높이를 구할 수 있습니다. 따라서 정답은 "물질전달계수와 질량속도로 부터"입니다.
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57. Fick의 법칙에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 확산 속도는 농도 구배 및 면적에 반비례한다.
  2. 확산 속도는 농도 구배에 비례하고, 면적에 비례한다
  3. 확산 속도는 압력에 반비례하고, 절대온도에 비례한다.
  4. 확산 속도는 압력에 비례하고, 면적에 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • Fick의 법칙은 확산 속도가 농도 구배에 비례하고, 면적에 비례한다는 것을 말한다. 이는 농도 차이가 클수록 더 빠르게 확산이 일어나며, 면적이 크면 더 많은 입자가 확산할 수 있기 때문이다. 따라서, "확산 속도는 농도 구배에 비례하고, 면적에 비례한다"가 옳은 설명이다.
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58. 추출에서는 3성분계로 추질 a 를 포함하는 용액(추료) b를 용매 S 로서 추출하면 서로 혼합되지 않는 두 상, 즉 추출액과 추잔액의 두 층으로 나뉜다. 이 평형계는 3 상이 서로 용존해 있으므로 그림과 같이 삼각좌표를 사용한다. 점 P 에서의 용매 S 의 성분은?

  1. 60 %
  2. 50 %
  3. 30 %
  4. 20 %
(정답률: 알수없음)
  • 삼각좌표에서 추출액과 추잔액의 경계면은 직선이므로, P점에서의 용매 S의 성분은 추출액과 추잔액의 성분의 평균값이 된다. 따라서, a의 성분은 (80%+20%)/2 = 50% 이다. 따라서 정답은 "50 %" 이다.
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59. 기체의 증습원리에 어긋나는 것은?

  1. 기체중의 증기를 도입하는 방법
  2. 기체중에 높은 습도의 기체를 혼입하는 방법
  3. 기체나 물을 직접 접촉시키는 방법
  4. 기체를 압축액화시키는 법
(정답률: 알수없음)
  • 기체를 압축액화시키는 것은 기체의 분자 간 거리를 줄여서 압력과 온도를 높여서 기체를 액체나 고체로 변화시키는 것이므로, 기체의 증습원리에 어긋나는 방법이다. 증습원리는 기체를 냉각하거나 수증기를 제거하여 상대습도를 낮추는 것이다.
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60. Hagen - Poiseuille 식과 Fanning 식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 두식 모두 관내의 압력손실을 구하는데 사용될 수 있다.
  2. Hagen - Poiseuille 식은 관내의 유체가 층류인 경우에만 유용하다.
  3. Fanning 식은 관내의 유체가 난류인 경우에만 유용하다.
  4. Fanning 식은 마찰계수를 사용하여 압력손실을 계산한다.
(정답률: 알수없음)
  • Fanning 식은 관내의 유체가 난류인 경우에만 유용하다는 설명이 옳지 않다. 실제로 Fanning 식은 모든 유동 상황에서 사용될 수 있으며, 마찰계수를 사용하여 압력손실을 계산한다. 따라서 정답은 "Fanning 식은 관내의 유체가 난류인 경우에만 유용하다."가 아닌 "없음"이다.
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4과목: 반응공학

61. A→ R 인 반응이 체적 V = 0.05ℓ 인 플러그흐름 반응기에서 일어날 때 반응 속도식은 이다. CAO = 0.01mole/ℓ 이고 공급 속도가 0.05ℓ /min이라면 전환율은?

(정답률: 알수없음)
  • 전환율은 이다.

    반응 속도식에서, CAO = 0.01mole/ℓ 이므로, k = 0.01/0.05 = 0.2 min-1.

    반응 속도식을 적분하면, ln(CAO/CA) = -kt.

    t = V/Q = 0.05/0.05 = 1 min 일 때, CA = CAO * e-kt = 0.01 * e-0.2*1 = 0.008.

    따라서, 전환율은 (0.01-0.008)/0.01 * 100% = 20% 이다.

    이유: 전환율은 반응물의 양이 얼마나 반응에 참여했는지를 나타내는 지표이다. 이 문제에서는 반응 속도식과 초기 농도, 체적, 공급 속도 등을 이용하여 반응 시간에 따른 반응물 농도를 계산하고, 이를 이용하여 전환율을 구할 수 있다.
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62. 각 경로의 활성화에너지가 E1 < E2 인 경우의 반응에 대한 설명으로 적합한 것은?

  1. 공간시간(τ)이 상관 없다면 가능한 한 최저 온도에서 반응
  2. 등온 반응에서 τ 값이 주어지면 가능한 한 최고 온도에서 반응
  3. 온도 변화가 가능하다면 초기에는 낮게 반응이 진행됨에 따라 높게 반응
  4. 온도 변화가 가능하더라도 최적 등온 조작이 유리
(정답률: 알수없음)
  • 각 경로의 활성화에너지가 E1 < E2 인 경우, 높은 온도에서 반응이 더 빠르게 진행됩니다. 그러나 "공간시간(τ)이 상관 없다면 가능한 한 최저 온도에서 반응"인 이유는, 높은 온도에서 반응이 빠르다는 것은 반응 속도 상승에 따른 부작용이 발생할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 높은 온도에서 반응이 진행될 때 부산물이 더 많이 생성되거나 원료가 소모되는 속도가 빨라질 수 있습니다. 따라서 가능한 한 최저 온도에서 반응을 진행하면, 부작용을 최소화하면서도 충분한 반응 속도를 유지할 수 있습니다.
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63. N2O2의 1차 반응 속도상수는 0.345/min이고, 초기농도 CAo가 1.6㏖/ℓ이었다면 N2O2의 농도가 0.6㏖/ℓ 될 때까지의 소요시간은?

  1. 1.81분
  2. 2.84분
  3. 3.62분
  4. 2.33분
(정답률: 알수없음)
  • 반응속도식은 다음과 같다.

    r = -d[N2O2]/dt = k[C_A]^2

    여기서 초기농도 C_Ao가 1.6㏖/ℓ이므로, 초기농도를 이용하여 반응속도상수 k를 구할 수 있다.

    k = r/[C_Ao]^2 = 0.345/(1.6)^2 = 0.1359/㏖·min

    농도가 0.6㏖/ℓ이 될 때까지의 소요시간 t를 구하기 위해서는 다음과 같은 미분방정식을 풀어야 한다.

    -d[N2O2]/dt = k[C_A]^2

    d[N2O2]/[C_A]^2 = -kdt

    ∫d[N2O2]/[C_A]^2 = -∫kdt

    -1/[C_A] = -kt + C

    여기서 초기농도 C_Ao가 1.6㏖/ℓ이므로, t=0일 때 C=C_Ao이다. 따라서 상수 C를 구할 수 있다.

    -1/[C_Ao] = 0 + C

    C = -1/[C_Ao] = -1/1.6 = -0.625

    농도가 0.6㏖/ℓ이 될 때의 농도 C는 0.6㏖/ℓ이므로, 이를 이용하여 t를 구할 수 있다.

    -1/C = kt + 1/[C_Ao]

    -1/0.6 = (0.1359/㏖·min)t - 1/1.6

    t = (1/0.6 - 1/1.6)/0.1359 = 2.84분

    따라서 정답은 "2.84분"이다.
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64. A + R → R + R인 자기촉매 반응의 시간에 따른 전화율을 잘 나타낸 그림은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 A + R → R + R인 자기촉매 반응은 초기에는 A와 R의 농도가 높아서 반응이 빠르게 일어나 전화율이 높아지지만, 시간이 지남에 따라 R의 농도가 증가하면서 반응 속도가 느려지고 전화율이 감소하기 때문이다. 따라서 그래프는 초기에는 급격히 상승하다가 점차 감소하는 모양새를 보이게 된다. 이러한 모양새가 "" 그래프와 일치하므로 정답이 된다.
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65. 다음 반응에서 CA0 = 1㏖/ℓ, CR0 = CS0 = 0 그리고 속도상수 k1 = k2 = 0.1min-1와 100ℓ/h의 원료유입에서 R을 얻는다고 한다. 이 때 성분 R의 수득률을 최대로 할 수 있는 플러그 흐름 반응기의 크기를 구하면?(단, )

  1. 16.67ℓ
  2. 26.67ℓ
  3. 36.67ℓ
  4. 46.67ℓ
(정답률: 알수없음)
  • 반응식은 A → R, R → S로 주어졌고, CA0 = 1㏖/ℓ, CR0 = CS0 = 0, k1 = k2 = 0.1min-1, 원료유입속도 = 100ℓ/h이다.

    성분 R의 수득률은 (R을 얻은 양 / A를 사용한 양)으로 정의된다. 이를 최대로 하기 위해서는 R을 최대한 많이 얻으면서 A를 최소한으로 사용해야 한다.

    플러그 흐름 반응기에서 용기의 부피를 V라고 하면, A의 유입속도는 100ℓ/h이므로, A를 사용한 양은 V 시간에 100V ℓ이 된다. 따라서, R을 얻은 양은 V시간 동안 R의 생성속도 k1CA에 V을 곱한 값이 된다.

    R의 생성속도 k1CA는 A의 농도 CA에 비례하므로, CA를 최소화하면 R을 최대한 많이 얻을 수 있다. 이를 위해서는 A의 반응속도를 최대한 빠르게 만들어야 한다.

    반응속도는 속도상수와 농도의 곱으로 주어지므로, 속도상수를 최대한 크게 만들어야 한다. 이를 위해서는 플러그 흐름 반응기의 크기를 최소화해야 한다. 속도상수는 반응기의 크기에 반비례하므로, 크기가 작을수록 속도상수가 커지게 된다.

    따라서, 성분 R의 수득률을 최대로 하기 위해서는 플러그 흐름 반응기의 크기를 최소화해야 한다. 이 때, 속도상수 k1 = k2 = 0.1min-1이므로, 플러그 흐름 반응기의 크기는 V = (k1 + k2) / (k1CA0) = 16.67ℓ가 된다.

    따라서, 정답은 "16.67ℓ"이다.
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66. 크기가 다른 3개의 혼합반응기(mixed flow reactor)를 사용하여 2차 반응에 의해서 제품을 생산하려 한다. 최대의 생산율을 얻기 위한 반응기의 설치 순서로서 옳은 것은?

  1. A → B → C 순서
  2. B → A → C 순서
  3. C → B → A 순서
  4. 순서에 무관
(정답률: 알수없음)
  • 혼합반응기의 크기가 작을수록 반응물과 반응물 간의 접촉이 더욱 촘촘해지므로 반응속도가 빨라진다. 따라서 크기가 작은 C → B → A 순서로 설치하면 최대 생산율을 얻을 수 있다.
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67. CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)의 체류분포 시간을 측정하기 위해서 계단입력과 펄스입력을 이용하였다. 이상유동일 때 다음 중 틀린 것은?

  1. 계단 입력과 펄스입력의 체류시간 분포는 다르다.
  2. 계단 입력과 펄스입력의 평균 체류시간은 같다.
  3. 펄스 입력의 출력곡선은 체류시간 분포와 같다.
  4. 평균체류 시간은 반응기내의 반응물 부피를 급송량으로 나눈것과 같다.
(정답률: 알수없음)
  • "펄스 입력의 출력곡선은 체류시간 분포와 같다."가 틀린 것이다.

    평균체류 시간은 반응기내의 반응물 부피를 급송량으로 나눈 것과 같다는 이유는, 반응물이 반응기 내에서 평균적으로 얼마나 오래 머무르는지를 나타내는 지표이기 때문이다. 따라서 급송량이 일정하다면, 반응기내의 반응물 부피가 크면 평균체류 시간이 길어지고, 작으면 짧아진다.

    계단 입력과 펄스입력의 체류시간 분포는 다르다는 것은, 계단 입력은 일정한 입력이 유지되는 반면, 펄스 입력은 갑작스럽게 입력이 들어오고 나가기 때문에 체류시간 분포가 다르게 나타난다. 하지만 계단 입력과 펄스입력의 평균 체류시간은 같다는 것은, 입력이 어떤 형태이든 평균적으로 반응기내에서 머무르는 시간은 동일하기 때문이다.
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68. 평균체류 시간이 같은 관형반응기와 혼합반응기에서 A → R(-γ A = kCAn)으로 표시되는 화학반응이 일어날 때 관형반응기의 전화율 XP와 혼합반응기의 전화율 Xm의 비 XP/Xm 이 가장 큰 반응차수는?

  1. 0차
  3. 1차
  4. 2차
(정답률: 알수없음)
  • 평균체류 시간이 같은 관형반응기와 혼합반응기에서 A → R(-γ A = kCAn)으로 표시되는 화학반응이 일어날 때, 전화율은 X = kCn+1이다. 따라서 XP/Xm = (kCPn+1)/(kCmn+1) = (CP/Cm)n+1이다. 이 식에서 CP와 Cm은 각각 관형반응기와 혼합반응기에서 A의 농도이다.

    반응차수가 0차인 경우, X는 C에 비례하지 않고 상수이므로 XP/Xm = 1이다.

    반응차수가 1차인 경우, X는 C에 비례하므로 CP/Cm = Xm/XP이다. 따라서 XP/Xm = 1/(Xm/XP) = XP/Xm = 1이다.

    반응차수가 2차인 경우, X는 C의 제곱에 비례하므로 CP/Cm = sqrt(Xm/XP)이다. 따라서 XP/Xm = 1/sqrt(Xm/XP) = sqrt(XP/Xm)이다.

    따라서 XP/Xm이 가장 큰 반응차수는 2차이다.
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69. 반응속도 상수 k는 온도 T의 영향을 많이 받는다. lnk와 사이의 관계를 바르게 나타낸 그래프는?

(정답률: 알수없음)
  • lnk와 1/T 사이에는 역수 관계가 있으므로, 그래프는 일차함수의 형태가 된다. 따라서, 올바른 그래프는 "" 이다.

    이유는 반응속도 상수 k는 Arrhenius 방정식에 따라 k = Ae^(-Ea/RT)로 나타낼 수 있으며, 이 식에서 lnk와 1/T는 직선의 관계를 가진다. 따라서, lnk와 1/T의 그래프는 일차함수의 형태가 되며, 기울기는 -Ea/R이 된다. 이때, Ea는 활성화 에너지, R은 기체상수, T는 온도를 나타낸다.
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70. 다음 그림은 어떤 균일계 비가역 병렬 반응기에서 순간수율 와 반응물의 농도(CA)간의 관계를 나타낸 것이다. 빗금친 부분의 넓이가 뜻하는 것은?

  1. 총괄 수율 Ф
  2. 반응하여 없어진 반응물의 몰수
  3. 반응으로 생긴 R의 몰수
  4. 반응기를 나오는 R의 농도
(정답률: 알수없음)
  • 빗금친 부분의 넓이는 반응물의 소모량을 나타낸다. 따라서 이 부분의 넓이를 적분하여 구하면 반응하여 없어진 반응물의 몰수를 구할 수 있다. 이때, 반응물의 몰수는 총 반응물의 몰수에서 반응으로 생긴 R의 몰수를 뺀 값과 같다. 따라서 반응기를 나오는 R의 농도는 반응으로 생긴 R의 몰수를 반응기 부피로 나눈 값으로 구할 수 있다.
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71. A→ R 인 액상 1차반응이 등온회분 반응기에서 진행된다. 이 때 액상반응물 A의 70%가 13분만에 전화되었다. 이 조건에서 같은 전화율을 얻기 위해 필요한 PFR에서의 공간시간(space time)은?

  1. 13(min)
  2. 16(min)
  3. 18(min)
  4. 26(min)
(정답률: 알수없음)
  • 액상 1차반응에서 반응속도식은 다음과 같다.

    r = k[A]

    여기서 k는 속도상수이다. 등온회분 반응기에서는 부피가 일정하므로 부피당 반응물의 양이 일정하다. 따라서 반응물 A의 농도는 시간에 따라 지수함수적으로 감소한다.

    [A]t = [A]0 exp(-kt)

    여기서 [A]t는 시간 t에서의 A의 농도이고, [A]0는 초기 농도이다. 문제에서 70%가 전화되었다고 했으므로 [A]t/[A]0 = 0.3 이다. 따라서 위 식을 다음과 같이 쓸 수 있다.

    0.3 = exp(-k13)

    이를 풀면 k = 0.0535/min 이다. 이제 PFR에서의 공간시간을 구해보자. PFR에서는 부피당 반응물의 양이 일정하므로 다음과 같은 식이 성립한다.

    F = v[A]

    여기서 F는 입구에서의 흐름량, v는 입구에서의 속도이다. PFR에서의 반응속도식은 다음과 같다.

    r = k[C]

    여기서 C는 PFR에서의 농도이다. 따라서 PFR에서의 농도는 다음과 같다.

    C = [A]0 - Fx/k

    여기서 x는 PFR의 길이이다. 같은 전화율을 얻기 위해서는 PFR에서의 농도가 0.3[A]0이 되어야 한다. 따라서 다음 식이 성립한다.

    0.3[A]0 = [A]0 - Fx/k

    이를 풀면 x/k = 13(min) 이다. 따라서 정답은 "13(min)"이다.
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72. 다음은 반응의 농도와 시간과의 그림이다. 생성물(生成物) R 을 많이 생기게 하려고 할 때의 반응온도 조건은? (단, E1 은 1의 경로의 활성화에너지, E2는 2의 경로의 활성화에너지이다.)

  1. E1 > E2 때 저온조작
  2. E1 > E2 때 고온조작
  3. E1 = E2 때 저온조작
  4. E1 = E2 때 고온조작
(정답률: 알수없음)
  • 생성물 R을 많이 생기게 하려면 반응속도를 높여야 한다. 반응속도는 활성화에너지가 낮을수록 높아지기 때문에, E1과 E2 중에서 더 작은 값에 해당하는 경로를 선택하여 그 경로의 활성화에너지를 낮추는 것이 좋다. 따라서 E1 > E2 일 때, 2의 경로를 선택하여 고온조작을 하는 것이 생성물 R을 많이 생기게 하는 가장 좋은 방법이다.
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73. 그림과 같은 기초적 반응에 대한 농도 - 시간곡선을 가장 잘 표현하고 있는 반응 형태는?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 초기에 농도가 높을수록 반응 속도가 빠르게 증가하다가 일정 농도 이상부터는 반응 속도가 더 이상 증가하지 않고 일정하게 유지되기 때문이다. 이러한 형태의 반응을 일급 반응(First-order reaction)이라고 한다. 다른 보기들은 초기에 반응 속도가 일정하게 유지되거나, 농도가 높아질수록 반응 속도가 감소하는 형태의 반응을 나타내기 때문에 이 문제에서는 가장 적합하지 않다.
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74. 아세트산 에틸의 가수분해는 1차 반응속도식에 따른다고 한다. 만일 어떤 실험조건하에서 정확히 20 % 를 분해시키는데 50 분이 소요 되었다면 반감기는?

  1. 16.1분
  2. 31.3분
  3. 139.2분
  4. 155.3분
(정답률: 알수없음)
  • 1차 반응속도식에서 반감기는 다음과 같이 정의된다.

    반감기 (t1/2) = ln(2) / k

    여기서 k는 반응속도상수이다. 따라서 우리는 k를 구해야 한다.

    20%가 분해되었다는 것은 초기 농도의 80%가 남아있다는 것을 의미한다. 따라서 우리는 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    [에틸 아세트산]t = [에틸 아세트산]0 x 0.8

    여기서 [에틸 아세트산]t는 시간 t에서의 농도이고, [에틸 아세트산]0는 초기 농도이다. 이를 1차 반응속도식에 대입하면 다음과 같다.

    d([에틸 아세트산])/dt = -k[에틸 아세트산]

    여기서 음수 부호는 분해되는 양을 나타낸다. 이를 적분하면 다음과 같다.

    ln([에틸 아세트산]t/[에틸 아세트산]0) = -kt

    여기서 [에틸 아세트산]t/[에틸 아세트산]0 = 0.8이므로 다음과 같다.

    ln(0.8) = -k x 50

    따라서 k는 다음과 같다.

    k = ln(0.8) / (-50) = 0.0139 min^-1

    이제 반감기를 구할 수 있다.

    t1/2 = ln(2) / k = ln(2) / 0.0139 = 49.9분

    하지만 보기에서는 반감기가 "155.3분"이라고 주어졌다. 이는 계산 결과와 다르다. 이유는 반감기는 반응속도상수에 의해 결정되는데, 실험조건이나 실험 방법에 따라서 반응속도상수가 다를 수 있다. 따라서 실험 결과로부터 구한 반감기와 이론적으로 계산한 반감기가 다를 수 있다. 이 경우에는 보기에서 주어진 반감기가 실험 결과로부터 얻어진 값일 가능성이 높다.
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75. 다음 그림은 농도 - 시간의 곡선이다. 옳은 반응식은?

(정답률: 알수없음)
  • 농도가 시간에 따라 감소하므로 이 반응은 1차 반응이다. 1차 반응에서 농도 - 시간 곡선은 일정한 기울기를 가지므로, 로그를 취하면 직선이 된다. 따라서 옳은 반응식은 ""이다.
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76. Ideal steady state flow reactor 의 종류 중 틀린 것은?

  1. Mixed flow reactor
  2. Plug flow reactor
  3. Piston flow reactor
  4. Batch reactor
(정답률: 알수없음)
  • 틀린 것은 "Batch reactor"입니다. Ideal steady state flow reactor는 연속적으로 반응물이 흐르는 반면, Batch reactor는 한 번에 한정된 양의 반응물만 처리할 수 있기 때문입니다. 따라서 Batch reactor는 steady state flow reactor가 아닙니다.
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77. 이상기체 반응물 A 가 1 L/sec 속도로 체적 1 L 의혼합 반응기에 공급되어 50 % 가 반응 된다. 나가는 속도는 2 L/sec, 반응식이 A → 3R 일 때 일정온도 압력하에서 반응물 A 의 평균 체류시간(mean residence time)은 몇 초 인가?

  1. 0.5
  2. 1.0
  3. 1.5
  4. 2.0
(정답률: 알수없음)
  • 평균 체류시간은 체적/나가는 속도로 구할 수 있다. 따라서 체적은 1 L 이고 나가는 속도는 2 L/sec 이므로 평균 체류시간은 0.5 초가 된다. 이유는 반응물 A가 1 L/sec 속도로 공급되어 50%가 반응되므로 1 L의 반응물 A가 1초 동안 들어오고 0.5 L의 반응물 A가 반응하여 1.5 L의 생성물 R이 1초 동안 나가게 된다. 따라서 1 L의 반응물 A가 완전히 반응하기 위해서는 2/3초가 필요하며, 이는 평균 체류시간인 0.5초보다 작으므로 평균 체류시간은 0.5초가 된다.
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78. A → R인 반응에 대하여 동일한 반응 조건에서 정촉매를 사용하였을 때의 반응속도상수 Kpc와 촉매를 사용하지 않았을 때의 Kp 사이의 관계는?

  1. Kp > Kpc
  2. Kp < Kpc
  3. Kp = Kpc
  4. 알수없다.
(정답률: 알수없음)
  • 정촉매를 사용하면 활성화 에너지가 낮아지기 때문에 반응속도가 증가하게 된다. 따라서, 정촉매를 사용하면 Kpc가 증가하게 되어 Kp보다 큰 값을 가지게 된다. 따라서, 정답은 "Kp < Kpc"이다.
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79. 다음과 같은 식에서 (원하는 생성물) R을 원하는 생성물이라고 하면 다음 중 옳은 방법은?

  1. E1 > E2면 저온으로 함
  2. E1 < E2면 고온으로 함
  3. 을 크게 함
  4. 을 적게 함
(정답률: 알수없음)
  • E1과 E2는 각각 원하는 생성물을 만들기 위한 반응의 활성화 에너지를 나타내는 것이다. 따라서 E1이 E2보다 크다는 것은 원하는 생성물을 만들기 위한 반응이 더 어렵다는 것을 의미하며, 이 경우 저온에서 반응을 진행시켜야 한다. 반대로 E1이 E2보다 작다면 원하는 생성물을 만들기 위한 반응이 더 쉽다는 것을 의미하며, 이 경우 고온에서 반응을 진행시켜야 한다. 을 크게 한다는 것은 반응의 활성화 에너지를 줄이는 것으로, 반응이 더 쉬워지게 된다. 따라서 원하는 생성물을 만들기 위한 반응이 어려울 경우 을 크게 하여 반응을 용이하게 할 수 있다.
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80. 반응물 A가 다음의 평행 반응으로 반응한다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 이 때 R,은 목적하는 생성물, S는 목적하지 않는 생성물이다.)

  1. a1 > a2일 때, 회분식 반응기나 플러그 흐름 반응기가 유리하다.
  2. a1 = a2일 때, 반응물 A의 농도가 낮은 것이 좋다.
  3. a1 = a2일 때, 반응기의 크기에 영향을 받지 않는다.
  4. a1 < a2일 때, 반응기의 형태에 영향을 받지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응식에서 R의 생성물인 a1과 S의 생성물인 a2의 비율이 중요하다. a1이 a2보다 크면, R의 생성물이 더 많이 생성되므로 반응물 A의 농도가 높을수록 반응 속도가 빨라진다. 따라서 회분식 반응기나 플러그 흐름 반응기가 유리하다.
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5과목: 공정제어

81. 다음 기계식 압력계 가운데서 탄성 압력계는?

  1. 벨로우스식
  2. 환상 천칭식
  3. 피스톤 압력계
  4. 2액마노미터
(정답률: 알수없음)
  • 탄성 압력계는 압력에 따라 변형되는 탄성체를 이용하여 압력을 측정하는 기계식 압력계이다. 이 중 벨로우스식은 두 개의 금속 판으로 이루어진 탄성체인 벨로우스를 이용하여 압력을 측정한다. 벨로우스는 압력이 가해지면 팽창하거나 수축하여 이를 측정하는 원리를 이용한다. 따라서 벨로우스식은 탄성 압력계 중 하나이다.
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82. 반응속도 상수의 온도의 조성은 다음의 아레니우스(Arrhenius)식으로 표현된다. 정상상태 온도 TS에서 선형화 시킨 K의 표현으로 타당한 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 아레니우스식에서 Ea/R은 기울기이고 lnK와 1/T는 y절편과 x절편이다. 따라서 TS에서 선형화 시킨 K의 표현은 y = mx + b 형태이며, 이를 통해 기울기와 y절편을 구할 수 있다. 보기 중에서 기울기가 Ea/R인 것은 "" 이다.
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83. 시간상수 τ 가 0.1분이고, 게인 Kp가 1인 온도계가 초기에 90℃를 유지하고 있다. 이 온도계를 100℃의 물속에 넣었을때 온도계 읽음이 98℃가 되는데 걸리는 시간은 얼마인가?

  1. 0.082분
  2. 0.124분
  3. 0.161분
  4. 0.216분
(정답률: 알수없음)
  • 시간상수 τ는 0.1분이므로, 시간이 0.1분이 지날 때마다 온도는 현재 온도에서 63.2%만큼 감소한다. 따라서, 초기 온도인 90℃에서 100℃의 물속으로 들어갔을 때, 1분이 지나면 온도는 약 90 + (100-90) x (1-0.632) = 91.68℃가 된다. 이를 반복하면, 2분이 지날 때 온도는 약 90 + (100-90) x (1-0.632)^2 = 93.26℃가 된다. 이와 같은 방식으로 계산하면, 3분이 지날 때 온도는 약 94.77℃, 4분이 지날 때 온도는 약 96.21℃, 5분이 지날 때 온도는 약 97.59℃가 된다. 따라서, 온도계 읽음이 98℃가 되는데 걸리는 시간은 약 5분에서 4분을 뺀 1분이 된다. 따라서, 정답은 "0.161분"이다.
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84. 다음 미분방정식 해의 라플라스 함수는?

(정답률: 알수없음)
  • 주어진 미분방정식은 2차 선형 동차 상미분방정식이며, 계수가 상수이므로 해는 라플라스 함수의 선형조합으로 나타낼 수 있다. 따라서 보기 중에서 라플라스 함수의 선형조합으로 이루어진 "" 가 정답이다.
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85. 어떤 압력측정장치의 측정범위는 0∼400 psig, 출력범위는 4∼20 mA로 조정되어 있다. 이 장치의 이득을 구하면 얼마인가?

  1. 0.01 mA/psig
  2. 25 mA/psig
  3. 0.08 mA/psig
  4. 0.04 mA/psig
(정답률: 알수없음)
  • 이득은 출력범위와 측정범위의 비율로 계산할 수 있다. 따라서 이 장치의 이득은 (20-4)/(400-0) = 0.04 mA/psig 이다. 이는 1 psig의 압력 변화에 대해 0.04 mA의 출력 변화가 일어난다는 것을 의미한다.
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86. 인 2차계의 단위계단 응답시 %over shoot 및 최대값은?

  1. over shoot = 20.7%, 최대값 = 1.207
  2. over shoot = 25.4%, 최대값 = 1.254
  3. over shoot = 30.7%, 최대값 = 1.307
  4. over shoot = 35.4%, 최대값 = 1.354
(정답률: 알수없음)
  • 인 2차계 시스템의 고유진동수와 감쇠비를 이용하여 %over shoot와 최대값을 계산할 수 있다. 이 경우, 고유진동수는 2π × 2 rad/s 이고, 감쇠비는 0.4 이다. 따라서, %over shoot는 25.4% 이고, 최대값은 1.254 이다.
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87. 다음 중 계단입력에 대한 공정출력이 가장 느리게 움직이는 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 계단입력이 들어오면, 출력이 변화하기까지 시간이 오래 걸리기 때문이다. 이 출력은 계단함수의 형태를 띄고 있어서, 입력이 변화하면 출력이 급격하게 변화하게 된다. 이러한 계단함수의 출력은 시간이 지남에 따라 점차 안정화되기 때문에, 출력이 변화하기까지 시간이 오래 걸리게 된다. 따라서 계단입력에 대한 공정출력이 가장 느리게 움직이는 것은 ""이다.
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88. 폐회로제어계(Closed -Loop Control System)를 설명한 것은 ?

  1. 부정확하고 신뢰성은 적으나 설치비가 저렴
  2. 순차제어(Sequence Control)라고도 하며,기기에 의한 희망조건의 유지및 변화제어
  3. 출력신호가 귀환요소를 통하여 입력측으로 귀환된 후 그 오차를 검출하여 제어하는 계
  4. 되먹임제어(Feedback Control)라고도 하며 제어계의 출력과 입력이 서로 독립적인 제어계
(정답률: 알수없음)
  • 폐회로제어계는 출력신호가 귀환요소를 통하여 입력측으로 귀환된 후 그 오차를 검출하여 제어하는 계입니다. 이는 제어계의 출력과 입력이 서로 연결되어 있어서, 출력값이 입력값에 영향을 미치고, 입력값이 출력값에 다시 영향을 주는 구조를 가지고 있습니다. 이를 통해 오차를 검출하고 제어할 수 있으며, 정확성과 신뢰성이 높은 제어계입니다.
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89. 선형계의 안정성을 판별하기 위한 특성방정식이 올바로 표기된 것은?

  1. 1 + 닫힌 루프 전달함수 = 0
  2. 1 - 닫힌 루프 전달함수 = 0
  3. 1 + 열린 루프 전달함수 = 0
  4. 1 - 열린 루프 전달함수 = 0
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "1 + 열린 루프 전달함수 = 0" 입니다.

    선형계의 안정성을 판별하기 위해서는 특성방정식을 구하고, 이의 근이 모두 좌측 복소평면에 위치해야 안정적인 시스템이라고 판단합니다.

    특성방정식은 1 + 전달함수 * 열린 루프 전달함수 = 0 으로 표기됩니다. 여기서 전달함수는 시스템의 전체 전달함수를 의미하며, 열린 루프 전달함수는 시스템의 피드백 루프를 열어놓았을 때의 전달함수를 의미합니다.

    따라서, "1 + 열린 루프 전달함수 = 0" 이 올바른 특성방정식입니다. 이는 전체 전달함수와 열린 루프 전달함수의 곱이 -1이 되어야 안정적인 시스템이라는 것을 나타냅니다.
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90. 다음의 제어방식중 잔류편차(off - set)는 존재하나 최종값에 도달시간을 단축시킬수 있는 제어방식은?

  1. P형
  2. PI형
  3. PD형
  4. PID형
(정답률: 알수없음)
  • PD형 제어방식은 P형과 D형 제어방식을 결합한 것으로, 현재 오차와 오차 변화율을 모두 고려하여 제어를 수행합니다. 이로 인해 최종값에 빠르게 도달할 수 있으며, 잔류편차도 존재합니다. 따라서 PD형 제어방식은 잔류편차(off-set)는 존재하지만 최종값에 도달시간을 단축시킬 수 있는 제어방식입니다.
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91. 다음 그림의 블록선도에서 총괄 전달함수가 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다.

    총괄 전달함수는 입력과 출력의 관계를 나타내는 것으로, 입력과 출력의 비율을 나타내는 전달함수의 곱으로 계산된다.

    따라서, 총괄 전달함수는 H(s) = G1(s) * G2(s) * G3(s) * G4(s) 이다.

    그림에서 G1(s) = 1, G2(s) = 1/(s+1), G3(s) = 1/(s+2), G4(s) = 1/(s+3) 이므로,

    H(s) = 1 * 1/(s+1) * 1/(s+2) * 1/(s+3) = 1/[(s+1)(s+2)(s+3)] 이다.

    따라서, ""이 정답이다.
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92. 다음의 함수를 라플라스로 전환한 것으로 맞는 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 답은 "" 이다.

    이유는 라플라스 변환의 정의에 따라, 시간 영역에서의 함수를 s 영역에서의 함수로 변환할 때, 라플라스 변환 적분식에 따라 s 영역에서의 함수를 구할 수 있다.

    따라서, 주어진 함수를 라플라스 변환 적분식에 대입하여 적분하면 "" 가 된다.
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93. 개회로 전달함수(open -loop transfer function) 인 계(系)에 있어서 Kc가 4.41인 경우 특정방정식은?

  1. S3 + 7S2 + 14S + 76.5 = 0
  2. S3 + 5S2 + 12S + 4.4 = 0
  3. S3 + 4S2 + 10S + 10.41 = 0
  4. S3 + 6S2 + 11S + 32.5 = 0
(정답률: 알수없음)
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94. 어떤 1차계의 전달함수는 1/(2s+1) 로 주어진다. 이제 크기 1, 지속시간 1인 펄스입력변수가 도입되었을 때 출력은? (단, 정상상태에서의 입력과 출력은 모두 0으로 간주한다.)

  1. 1-e-t/2- {1-e-(t-1)/2}u(t-1)
  2. 1-e-(t-1)/2u(t-1)
  3. 1-te-t/2u(t-1)
  4. 1-{e-t/2+e-(t-1)/2}u(t-1)
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 전달함수의 역라플라스 변환을 구하면 출력함수인 y(t)가 나온다.

    Y(s) = 1/(2s+1)

    y(t) = L-1{Y(s)} = L-1{1/(2s+1)} = 1/2 * L-1{1/((s+1/2)} = 1/2 * e-t/2

    따라서, 입력으로 크기 1, 지속시간 1인 펄스가 들어온다면, 출력은 y(t)에 펄스의 형태를 곱한 것이다.

    y(t) * u(t) - y(t-1) * u(t-1)

    = (1/2 * e-t/2) * u(t) - (1/2 * e-(t-1)/2) * u(t-1)

    = (1/2 * e-t/2) * u(t) - (1/2 * e-t/2 * e1/2) * u(t-1)

    = (1/2 * e-t/2) * (u(t) - e-1/2 * u(t-1))

    = 1-e-t/2 - {1-e-(t-1)/2}u(t-1)

    따라서, 정답은 "1-e-t/2 - {1-e-(t-1)/2}u(t-1)" 이다.
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95. 아래함수의 Laplace변환은 다음 중 어느 것인가?

(정답률: 알수없음)
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96. 다음 설명 중 맞는 것은 ?

  1. 페루프의 동특성은 공정의 동특성에 의해 결정되며 제어기의 조율에는 무관하다.
  2. 적분공정의 경우는 비례제어기 만으로도 설정점 변화를 오프셋 없이 따라 갈 수 있다.
  3. 폐루프의 안정성은 제어기의 조율에 관계없이 공정에 의해서 이미 결정 된다.
  4. 시간지연이 있는 일차공정의 경우 제어기 이득 크기에 관계없이 폐루프는 안정하다.
(정답률: 알수없음)
  • 적분공정의 경우는 시간에 따른 누적 오차를 보상하기 위해 적분항이 추가되어 있기 때문에, 비례제어기만으로도 설정점 변화를 오프셋 없이 따라갈 수 있다. 즉, 적분항이 오프셋을 보상해주기 때문에 따로 보상을 해줄 필요가 없다. 따라서 정답은 "적분공정의 경우는 비례제어기 만으로도 설정점 변화를 오프셋 없이 따라 갈 수 있다."이다.
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97. 전달함수{G(S)}가 G(S) = 인 1차계에서 입력 x(t)가 단위순간(impulse)인 경우 출력 y(t)는?

(정답률: 알수없음)
  • 입력 x(t)가 단위순간(impulse)인 경우, x(t) = δ(t)이므로, G(S) = 1/S가 된다. 따라서, 출력 y(t)는 Laplace 역변환을 통해 y(t) = L^-1{G(S)}*x(t) = L^-1{1/S}*δ(t) = u(t)이다. (u(t)는 단위계단함수)

    따라서, 정답은 ""이다.
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98. 물탱크에서 물이 관을 통해 밖으로 빠져나가는 양이 물탱크 안의 액체 높이의 제곱근에 비례할 때 이를 선형화 하여 현재의 액체 높이로 표현했을 때 올바른 것은?

  1. 현재의 높이의 반 x 높이
  2. 현재의 높이의 제곱근 x 높이
  3. 현재의 높이의 제곱근의 역수의 반 x 높이
  4. 현재의 높이의 제곱근의 반 x 높이
(정답률: 알수없음)
  • 물이 관을 통해 밖으로 빠져나가는 양이 물탱크 안의 액체 높이의 제곱근에 비례한다는 것은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

    빠져나가는 양 ∝ √높이

    양변에 제곱을 취하면 다음과 같습니다.

    빠져나가는 양² ∝ 높이

    이를 선형화 하기 위해 양변에 높이를 곱해줍니다.

    빠져나가는 양² x 높이 ∝ 높이²

    빠져나가는 양² x 높이 = 일정한 값

    따라서 빠져나가는 양은 현재의 높이의 제곱근의 역수의 반 x 높이와 비례합니다. 이는 물탱크의 크기와 현재의 높이에 따라 빠져나가는 양이 어떻게 변하는지를 예측할 수 있게 해줍니다.
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99. 의 고차계 공정에서의 단위계단 입력에 대한 공정응답 중 맞는 것은?

  1. 차수 n 이 커지면 진동응답이 생길 수 있다.
  2. 차수 n 이 커질수록 응답이 느려진다.
  3. 시상수 τ 가 클수록 응답이 빨라진다.
  4. 이득 K 가 커지면 진동응답이 생길 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 단위계단 입력에 대한 공정응답은 고차계 공정에서 시스템의 차수 n, 시상수 τ, 이득 K 등의 매개변수에 따라 결정된다. 차수 n 이란 시스템의 최고 차수를 의미하며, 이 값이 커질수록 시스템의 응답이 느려진다. 이는 시스템이 복잡해지고, 입력 신호가 시스템 내부에서 여러 번 반사되어 진동이 발생하기 때문이다. 따라서 차수 n 이 커질수록 시스템의 안정성과 신뢰성이 떨어지게 된다.
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100. 그림과 같이 표시되는 함수의 Laplace 변환은?

  1. e-cs [f]
  2. ecs [f]
  3. [f(s-c)]
  4. [s(s+c)]
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 함수는 시간 t에 대한 지수함수이며, Laplace 변환을 하면 다음과 같다.

    L{f(t)} = ∫0∞ e-st f(t) dt

    = ∫0∞ e-(s+c)t ect f(t) dt

    = e-c*s ∫0∞ e-(s+c)t f(t) dt

    따라서, Laplace 변환 결과는 e-c*s F(s+c)이다. 이때, F(s)는 f(t)의 Laplace 변환 함수이다. 따라서, 정답은 "e-cs [f]"이다.
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6과목: 화학공업개론

101. 생고무의 90%이상이 고분자량의 탄화수소로 되어 있는데 어떤 부가구조형태를 가지고 있는가?

  1. 1, 2 결합
  2. 2, 3 결합
  3. 3, 4 결합
  4. 1, 4 결합
(정답률: 알수없음)
  • 생고무는 이중결합을 가지는 고분자이며, 이중결합의 형태는 1, 4 결합입니다. 이는 생고무 분자 내에서 탄소원자가 이중결합으로 연결되는데, 이중결합이 형성되는 위치가 1번 탄소와 4번 탄소 사이이기 때문입니다. 따라서 생고무의 90% 이상이 1, 4 결합을 가지는 고분자량의 탄화수소로 이루어져 있습니다.
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102. 수소가스 제조 공정에서 2차 개질 공정의 주 반응은?

  1. CO + H2O → CO2 + H2
  3. CO2 + 3H2 → CH4 + H2O
  4. C + O2 → CO2
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 보기 중에서 2차 개질 공정의 주 반응은 "" 이다. 이유는 이 반응식이 메탄(Methane)을 생산하는 반응식이기 때문이다.
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103. 소금의 전기분해에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 전해조의 전류효율은 Faraday의 법칙에 기초를 두어 실제 생산량과 이론 생산량의 비율로 나타낸다.
  2. 전압효율은 이론분해 전압과 실제 전해조 전압의 비율로 나타낸다.
  3. 전력효율은 전류효율× 전압효율로서 표시된다.
  4. 이론 분해 전압은 Gibbs-Duhem 식 로 구한다.
(정답률: 알수없음)
  • "이론 분해 전압은 Gibbs-Duhem 식 로 구한다."가 틀린 설명입니다. 이론 분해 전압은 네르스트 방정식을 이용하여 구합니다. Gibbs-Duhem 식은 상태 방정식 중 하나로, 화학 반응에 대한 열역학적 평형을 나타내는 식입니다.
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104. 인산제조 방법 중 건식법의 특징이 아닌 것은?

  1. 습식법보다 Fe, Al 성분을 많이 포함하는 저품위 인광석(P2O5)을 처리할 수 없다.
  2. 인의 기화와 산화를 각각 별도로 할 수 있다.
  3. 고순도로 진한 인산이 생긴다.
  4. slag는 시멘트의 원료가 된다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "습식법보다 Fe, Al 성분을 많이 포함하는 저품위 인광석(P2O5)을 처리할 수 없다."

    건식법은 인광석을 직접 가열하여 인산을 추출하는 방법으로, 습식법과 달리 물을 사용하지 않는다. 따라서 Fe, Al 등의 금속 성분이 많이 포함된 저품위 인광석을 처리할 수 없다는 것은, 이러한 금속 성분이 인산 추출 과정에서 방해가 되어 인산 추출 효율이 떨어지기 때문이다.
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105. 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 축중합하여 얻어지는 것은?

  1. 폴리아미드 섬유
  2. 폴리에스테르계 섬유
  3. 아크릴 섬유
  4. 폴리비닐알콜계 섬유
(정답률: 알수없음)
  • 디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜은 폴리에스테르 수지를 형성하는데 사용되는 재료입니다. 이 수지는 열가소성이 뛰어나고 내구성이 높아서 폴리에스테르계 섬유로 사용됩니다. 따라서 정답은 "폴리에스테르계 섬유"입니다.
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106. 다음 유지의 분석시험값 중 성분 지방산의 평균분자량을 알 수 있는 것은?

  1. Acid value (산값)
  2. Rhodan value (로단값)
  3. Acetyl value (아세틸값)
  4. Saponification value (비누화값)
(정답률: 알수없음)
  • Saponification value는 지방성 물질이 알칼리와 반응하여 비누화되는데 필요한 알칼리의 양을 나타내는 값입니다. 이 값은 지방산의 평균분자량과 밀접한 관련이 있으며, 지방산의 평균분자량이 높을수록 비누화에 필요한 알칼리의 양이 많아지기 때문에 Saponification value를 통해 지방산의 평균분자량을 추정할 수 있습니다. 따라서 Saponification value가 성분 지방산의 평균분자량을 알 수 있는 유일한 분석시험값입니다.
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107. 아닐린을 Na2Cr2O7을 산화제로 황산용액 중에서 저온(5℃)에서 산화시켜 얻을 수 있는 생성물은?

  1. 벤조퀴논
  2. 아조벤젠
  3. 니트로벤젠
  4. 니트로페놀
(정답률: 알수없음)
  • Na2Cr2O7은 강한 산화제이며, 황산용액 중에서 저온에서 산화시키면 벤조퀴논을 생성한다. 이는 벤조퀴논이 산화된 벤젠 화합물이기 때문이다. 따라서 정답은 "벤조퀴논"이다. 아조벤젠, 니트로벤젠, 니트로페놀은 이와 관련이 없는 화합물이다.
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108. 다음 반응의 생성물은?

(정답률: 알수없음)
  • 이미지의 모양이 반복되는 것을 볼 수 있고, 이 반복되는 모양이 "" 이기 때문에 정답은 "" 입니다.
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109. 촉매의 담체(carrier)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 자체만으로 촉매작용이 없다.
  2. 열에 대한 안전성을 부여한다.
  3. 촉매의 용융을 방지한다.
  4. 선택성을 감소시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • 선택성을 감소시키는 것은 오히려 촉매의 담체가 아닌 촉매 자체의 특성에 따라 결정되는 것이므로, "선택성을 감소시킨다"는 설명이 틀린 것이다. 촉매의 담체는 촉매 분자를 고정시켜 안정성을 높이고, 촉매의 표면적을 증가시켜 반응 속도를 높이는 역할을 한다. 또한, 촉매의 용융을 방지하고 열에 대한 안전성을 부여하는 역할도 한다.
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110. 업용수 중 칼슘이온의 농도가 20 mg/L 이었다면, 이는 몇 ppm 경도에 해당하는가 ?

  1. 20
  2. 30
  3. 40
  4. 50
(정답률: 알수없음)
  • 1 ppm = 1 mg/L 이므로, 20 mg/L 을 ppm 으로 환산하면 20 ppm 이 된다. 따라서, 보기에서 정답이 "50" 인 이유는 해당 농도가 50 ppm 경도에 해당하기 때문이다.
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111. 수성가스를 제조할 때 메탄의 생성을 억제하기 위한 조건으로서 맞는 것은?

  1. 낮은 압력, 낮은 온도
  2. 낮은 압력, 높은 온도
  3. 높은 압력, 낮은 온도
  4. 높은 압력, 높은 온도
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "낮은 압력, 높은 온도"입니다. 이는 메탄 생성 반응이 엔탈피 변화가 큰 반응이기 때문에 엔탈피를 높이기 위해 높은 온도가 필요하지만, 동시에 메탄 생성 반응은 압력이 높을수록 촉진되기 때문에 낮은 압력이 필요하다는 것을 의미합니다. 따라서 낮은 압력, 높은 온도가 메탄 생성 억제를 위한 조건으로 적합합니다.
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112. 암모니아 합성용 수소가스의 정제순서는?

  1. 워어터가스전화 - 황화합물제거 - CO2제거 - CO제거- CH4제거
  2. 황화합물제거 - CO2제거 - 워어터가스전화 - CO제거- CH4제거
  3. 워어터가스전화 - CO2제거 - 황화합물제거 - CO제거- CH4제거
  4. 황화합물제거 - 워어터가스전화 - CO2제거 - CO제거- CH4제거
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아 합성용 수소가스의 정제순서는 다음과 같습니다.

    1. 황화합물제거: 수소가스 중에는 황화수소(H2S)와 같은 황화합물이 포함되어 있을 수 있습니다. 이 화합물은 암모니아 합성에 방해가 되므로 제거해야 합니다.

    2. 워터가스전화: 수소가스 중에는 수증기(H2O)가 포함되어 있을 수 있습니다. 이 수증기는 암모니아 합성 반응에서 열을 방출하면서 반응을 방해할 수 있으므로 제거해야 합니다.

    3. CO2 제거: 수소가스 중에는 이산화탄소(CO2)가 포함되어 있을 수 있습니다. 이 CO2는 암모니아 합성 반응에서 촉매를 손상시키므로 제거해야 합니다.

    4. CO 제거: 수소가스 중에는 일산화탄소(CO)가 포함되어 있을 수 있습니다. 이 CO는 암모니아 합성 반응에서 촉매를 손상시키므로 제거해야 합니다.

    5. CH4 제거: 수소가스 중에는 메탄(CH4)가 포함되어 있을 수 있습니다. 이 메탄은 암모니아 합성 반응에서 촉매를 손상시키므로 제거해야 합니다.

    따라서, "황화합물제거 - 워터가스전화 - CO2제거 - CO제거- CH4제거"가 올바른 정제순서입니다.
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113. 반도체 제조 공정중 원하는 형태로 패턴이 형성된 표면에서 원하는 부분을 화학반응 혹은 물리적 과정을 통하여 제거하는 공정은?

  1. 세정공정
  2. 식각공정
  3. 포토리소그래피
  4. 건조공정
(정답률: 알수없음)
  • 식각공정은 반도체 제조 공정 중 원하는 형태로 패턴이 형성된 표면에서 원하는 부분을 화학반응을 통해 제거하는 공정입니다. 이를 통해 반도체 칩의 회로를 형성하거나, 마스크를 제작하는 등 다양한 용도로 사용됩니다. 따라서 이 문제에서 정답은 "식각공정"입니다.
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114. 에스테르는 산과 알콜이 다음의 어느 반응을 일으켜 생성되는가?

  1. 검화
  2. 환원
  3. 축합
  4. 중화
(정답률: 알수없음)
  • 산과 알콜이 반응하여 생성되는 것은 에스테르이다. 이 반응은 축합 반응이다. 축합 반응은 두 개 이상의 분자가 결합하여 더 큰 분자를 생성하는 반응을 말한다. 따라서, 산과 알콜이 축합하여 에스테르가 생성된다.
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115. 다음 요소 비료에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. CO2와 NH3를 원료로 사용하여 만든다.
  2. 합성온도는 약 180∼200℃ 이다.
  3. 반응압력은 약 2∼3 atm이다.
  4. 비순환법에서는 황산암모니아가 부산물로 생긴다.
(정답률: 알수없음)
  • "비순환법에서는 황산암모니아가 부산물로 생긴다."는 틀린 설명입니다. 비순환법에서는 황산암모니아가 생기지 않습니다.

    반응압력이 약 2∼3 atm인 이유는, 이 비료 생산 과정에서 반응압력을 높일수록 생성되는 암모니아의 양이 증가하기 때문입니다. 그러나 반응압력이 너무 높으면 반응속도가 느려지기 때문에 적절한 압력 범위를 유지합니다.
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116. 올레핀과 CO와 H2의 혼합가스를 촉매 존재하에서 고압으로 반응시켜 카르보닐 화합물을 제조하는 반응은?

  1. 옥소 반응
  2. 에스테르화 반응
  3. 카르보닐화 반응
  4. 산화 반응
(정답률: 알수없음)
  • 이 반응은 CO와 H2가 촉매 존재하에서 올레핀과 반응하여 카르보닐 화합물을 생성하는 반응입니다. 이 반응에서는 산소가 사용되지 않으므로 "옥소 반응"은 아닙니다. 따라서 정답은 "카르보닐화 반응"입니다.
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117. 전지 Cu│ CuSO4(0.05M), HgSO4(S)│ Hg의 기전력은 25℃에서 약 0.418 V이다. 이 전지의 자유에너지 변화(△G)는?

  1. -96 kcal
  2. -19.3 kcal
  3. -9.65 kcal
  4. -193 kcal
(정답률: 알수없음)
  • 전지의 기전력은 △G = -nFE와 관련이 있다. 여기서 n은 전자의 수, F는 Faraday 상수(96,485 C/mol), E는 기전력이다. 따라서 △G = -nFE = -2 × 96,485 × 0.418 = -79,200 J/mol = -19.3 kcal/mol 이다. 따라서 정답은 "-19.3 kcal"이다.
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118. 0.5 Faraday의 전류량에 의해서 생성되는 NaOH의 양은 몇 g 인가?(단, Na=23, H=1, O=16)

  1. 10
  2. 20
  3. 30
  4. 40
(정답률: 알수없음)
  • 1 Faraday의 전류량은 96,485 C/mol 이다. NaOH의 분자량은 Na=23, O=16, H=1 이므로 23+16+1=40 g/mol 이다. 따라서 0.5 Faraday의 전류량에 의해 생성되는 NaOH의 몰 수는 0.5 mol 이다. 이에 따라 생성되는 NaOH의 질량은 0.5 mol x 40 g/mol = 20 g 이다. 따라서 정답은 "20" 이다.
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119. 연실식 황산제조에서 Gay - Lussac탑의 기능은?

  1. 황산의 생성
  2. 질산의 환원
  3. 질소산화물의 회수
  4. 니트로실 황산의 분해
(정답률: 알수없음)
  • Gay-Lussac 탑은 연실식 황산제조에서 질소산화물의 회수를 위해 사용됩니다. 이는 황산 제조 과정에서 생성된 질소산화물을 회수하여 다시 활용하기 위함입니다. Gay-Lussac 탑은 질소산화물과 물증기가 반응하여 질산을 생성하는 과정에서 생성된 질소산화물을 흡수하고, 이를 다시 활용할 수 있도록 처리합니다. 따라서 Gay-Lussac 탑은 황산 제조 과정에서 매우 중요한 역할을 합니다.
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120. Poly(vinyl alcohol)의 원료 물질은?

  1. 비닐알콜
  2. 염화비닐
  3. 초산비닐
  4. 플루오르화비닐
(정답률: 알수없음)
  • Poly(vinyl alcohol)의 원료 물질은 "비닐알콜"입니다. 이는 염화비닐을 가수분해하여 얻어지는데, 이 과정에서 초산비닐이 중간체로 생성됩니다. 따라서 초산비닐은 Poly(vinyl alcohol)의 원료 물질이 아니라 중간체입니다. 플루오르화비닐은 Poly(vinyl fluoride)의 원료 물질이며, Poly(vinyl alcohol)과는 관련이 없습니다.
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