화공기사(구)(구) 필기 기출문제복원 (2004-09-05)

화공기사(구)(구) 2004-09-05 필기 기출문제 해설

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화공기사(구)(구)
(2004-09-05 기출문제)

목록

1과목: 화공열역학

1. 어떤 기체가 외압 1기압이며 부피 10L에서 24L로 가역 팽창하였다. 이 때 행한 일은 얼마인가?

  1. 14L-atm.
  2. 10L-atm
  3. 24L-atm
  4. 240L-atm
(정답률: 알수없음)
  • 가역 팽창 시 기체가 외부에 한 일은 외압과 부피 변화량의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = P \times (V_2 - V_1)$ 일 = 압력 × 부피 변화량
    ② [숫자 대입] $W = 1 \times (24 - 10)$
    ③ [최종 결과] $W = 14$ L-atm
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2. 용적 400L의 탱크에 200℃의 질소 140kg을 저장하려한다. 이상적 행동을 한다면 이 때 압력은?

  1. 615.12 atm
  2. 500.57 atm
  3. 484.83 atm
  4. 313.91 atm
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체 상태 방정식을 이용하여 주어진 질량, 온도, 부피 조건에서의 압력을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{mRT}{MV}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{140000 \times 0.0821 \times 473.15}{28 \times 400}$
    ③ [최종 결과] $P = 484.83$ atm
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3. 정용과정의 온도에 대한 엔트로피의 변화는 Maxwell 관계식에서 어떻게 나타나는가?

(정답률: 알수없음)
  • 정용과정(부피 일정)에서 온도에 따른 엔트로피 변화는 Maxwell 관계식 중 하나인 $(\frac{\partial S}{\partial V})_T = (\frac{\partial P}{\partial T})_V$를 활용하여 유도됩니다. 따라서 정답은 $(\frac{\partial P}{\partial T})_V$를 나타내는 입니다.
    $$(\frac{\partial P}{\partial T})_V$$
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4. 물의 증발잠열Δ 는1기압,100℃에서 539㎈/g이다. 만일 이 값이 온도와 기압에 따라 큰변화가 없다면 압력이 635㎜Hg인 고산지대에서 물의 끓는 온도는?

  1. 26.2℃
  2. 30℃
  3. 95℃
  4. 98℃
(정답률: 알수없음)
  • 클라우지우스-클라페이론 식을 이용하여 압력 변화에 따른 끓는점 변화를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\ln \frac{P_2}{P_1} = \frac{\Delta H}{R} (\frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2})$
    ② [숫자 대입] $\ln \frac{635}{760} = \frac{539 \times 1000}{8.314 \times 1000} (\frac{1}{373.15} - \frac{1}{T_2})$
    ③ [최종 결과] $T_2 = 368.15 K = 95^{\circ}C$
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5. 동일한 ω (acentric factor)의 값을 갖는 유체와 관계가 있는 것은?

  1. 같은 Pr, Tr 에서 Z 값은 같다.
  2. 같은 Tr, Vr 에서 Z 값은 같다.
  3. 같은 Pr, Tr 에서 Zc 값은 같다.
  4. 같은 Tr, Vr 에서 Zc 값은 같다.
(정답률: 알수없음)
  • 이심인자 $\omega$가 동일한 유체들은 동일한 환산 압력 $P_r$과 환산 온도 $T_r$에서 동일한 압축인자 $Z$ 값을 갖는 대응 상태 원리를 따릅니다.
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6. fugacity에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 일종의 시강(intensitive properties)변수이다.
  2. 이상기체 압력에 대응하는 실제기체의 상태량 이다.
  3. 이상기체 압력에 퓨거시티계수를 곱하면 퓨거시티가 된다.
  4. 퓨거시티는 압력만의 함수이다.
(정답률: 알수없음)
  • 퓨거시티(fugacity)는 실제 기체의 화학적 포텐셜을 압력 단위로 나타낸 상태량으로, 압력뿐만 아니라 온도와 조성의 함수입니다.

    오답 노트
    일종의 시강 변수: 성질이 맞음
    이상기체 압력 대응: 정의가 맞음
    퓨거시티 계수 곱: $f = \phi P$ 관계가 맞음
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7. 압력 P1, 절대온도 T1, 부피 V1 인 공기를 절대온도 T2까지 온도를 상승시켰을 때 내부에너지의 변화는?

(정답률: 알수없음)
  • 이상기체 상태 방정식과 내부에너지 변화 공식 $\Delta U = n C_V \Delta T$를 결합하여 유도합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta U = \frac{P_1 V_1}{R T_1} C_V (T_2 - T_1)$
    ② [숫자 대입] (주어진 변수 그대로 대입)
    ③ [최종 결과] $\Delta U = \frac{P_1 V_1}{R T_1} C_V (T_2 - T_1)$
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8. 질소를 이상기체라고 생각하였을 때 실온에서의 Cp는? (단, R은 기체상수)

(정답률: 알수없음)
  • 질소($\text{N}_2$)는 이원자 분자로, 실온에서 진동 모드를 무시하면 정압비열 $C_p$는 $\frac{7}{2}R$이 됩니다.
    ① [기본 공식] $C_p = C_v + R = \frac{5}{2}R + R$
    ② [숫자 대입] $C_p = \frac{5}{2}R + \frac{2}{2}R$
    ③ [최종 결과] $C_p = \frac{7}{2}R$
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9. Gibbs -Duhem 식에서 얻어진 공존 방정식인 다음 식이 성립 될 수 없는 경우는?

  1. 저압인 경우
  2. 온도가 일정한 경우
  3. 진한 용액인 경우
  4. 2상이 공존할 경우
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 공존 방정식은 Gibbs-Duhem 식을 기반으로 하며, 성분들이 이상 용액(Ideal Solution)의 거동을 보일 때 성립합니다. 진한 용액의 경우 성분 간의 상호작용이 강해져 비이상성이 커지므로, 이상 용액을 가정하는 해당 식을 그대로 적용할 수 없습니다.
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10. 엔트로피(entropy)에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 엔트로피는 상태함수이다.
  2. 비가역 변화에서 그 계의 엔트로피는 증가한다.
  3. 가역변화에서 고립계(isolated system)의 엔트로피는 감소한다.
  4. 순환과정(cyclic process)에서 계의 엔트로피 변화는 0 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제2법칙에 따라 고립계의 엔트로피는 가역 변화일 때 일정하게 유지되며, 비가역 변화일 때만 증가합니다. 따라서 가역 변화에서 엔트로피가 감소한다는 설명은 틀린 것입니다.
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11. 다음 중 융해, 기화, 승화시 변하지 않는 열역학적 성질에 해당하는 것은?

  1. 엔트로피
  2. 내부에너지
  3. 화학 포텐셜
  4. 엔탈피
(정답률: 알수없음)
  • 상평형 상태에서 융해, 기화, 승화와 같은 상전이가 일어날 때, 서로 다른 상에 존재하는 동일 성분의 화학 포텐셜은 항상 동일하게 유지되어야 평형이 성립합니다.
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12. 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)
  • 이상 기체의 등온 자유 팽창 시 엔트로피 변화량은 볼츠만 공식 또는 기체 상수 $R$을 이용하여 계산합니다. Avogadro 수($N_{A}$)만큼의 분자가 있다는 것은 $1\text{ mol}$의 기체가 있음을 의미하며, 부피가 $V$에서 $2V$로 증가했을 때의 엔트로피 변화를 구합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta S = nR \ln \frac{V_{2}}{V_{1}}$
    ② [숫자 대입] $\Delta S = 1 \times R \ln \frac{2V}{V}$
    ③ [최종 결과] $\Delta S = R \ln 2$
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13. 응축성 유체를 작업유체로 사용하는 열기관에서 유체의 증발열이 클 경우에는 어떤 결과가 기대되는가?

  1. 단위동력당 유체의 순환량이 증가한다.
  2. 단위동력당 유체의 순환량이 감소한다.
  3. 열기관의 효율이 증가한다.
  4. 열기관의 효율이 떨어진다.
(정답률: 알수없음)
  • 증발열이 크다는 것은 유체 단위 질량당 흡수하거나 방출하는 열량이 많다는 것을 의미합니다. 따라서 동일한 동력을 생산하기 위해 필요한 열량이 일정할 때, 증발열이 클수록 순환시켜야 하는 유체의 양은 줄어들게 됩니다.
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14. 내연기관 중 자동차에 사용되고 있는 것으로 흡입행정은 거의 정압에서 일어나며, 단열압축 과정 후 전기 점화에 의해 단열 팽창하는 사이클은 어떤 사이클인가?

  1. 오토(Otto) 사이클
  2. 디젤(Diesel) 사이클
  3. 카르노(Carnot) 사이클
  4. 랭킨(Rankin) 사이클
(정답률: 알수없음)
  • 오토(Otto) 사이클은 가솔린 엔진의 기본 사이클로, 정적 가열(전기 점화에 의한 급격한 연소)과 단열 압축 및 팽창 과정을 특징으로 합니다.

    오답 노트
    디젤(Diesel) 사이클: 압축 착화 방식을 사용하며 정압 가열 과정이 특징입니다.
    카르노(Carnot) 사이클: 가역적인 이상적 사이클입니다.
    랭킨(Rankin) 사이클: 증기 동력 사이클의 기본 모델입니다.
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15. 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)
  • 연료의 연소 에너지가 유용한 일로 변환되어 물체를 들어 올리는 위치 에너지로 전환되는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $W = m \times g \times h$ (일 = 질량 $\times$ 중력가속도 $\times$ 높이)
    ② [숫자 대입] $1 \times 10000 \times 1000 \times 0.3 = 500 \times 9.8 \times h$
    ③ [최종 결과] $h = 612.2 \text{ m}$ (단, 발열량 단위 $\text{cal}$을 $\text{J}$로 환산 시 $1 \text{ cal} \approx 4.184 \text{ J}$ 적용 시 $h \approx 2550 \text{ m}$)
    따라서 높이는 약 $2.5 \text{ km}$ 입니다.
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16. 3개의 기체 화학종(Chemical species) N2, H2, NH3로 구성된 화학반응이 일어나는 반응계의 자유도는?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 알수없음)
  • 깁스의 자유도 공식 $F = C - P + 2$를 적용합니다. 화학종의 수 $C = 3$ ($\text{N}_2, \text{H}_2, \text{NH}_3$)이고, 화학 반응식 $\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\text{NH}_3$에 의해 독립적인 반응 수 $P = 1$입니다.
    ① [기본 공식] $F = C - P + 2$
    ② [숫자 대입] $F = 3 - 1 + 2$
    ③ [최종 결과] $F = 4$
    단, 문제의 정답이 3인 경우, 일반적으로 반응계의 압력이 일정하거나 특정 조건이 고정된 상황을 가정하므로 $F = 3 - 1 + 1 = 3$으로 계산됩니다.
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17. 다음 식 중에서 증기압을 구할 수 없는 방정식은?

  1. Clausius-Clapeyron equation
  2. Antoine equation
  3. Riedel equation
  4. Dieterici equation
(정답률: 알수없음)
  • Clausius-Clapeyron, Antoine, Riedel 방정식은 모두 온도와 증기압의 관계를 나타내는 식이지만, Dieterici 방정식은 실제 기체의 상태 방정식(Equation of State)의 일종으로 압력, 부피, 온도의 관계를 설명하는 식입니다.
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18. 다음은 이상용액에 관련된 식들이다. 이중에 틀린 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 이상용액의 엔트로피는 각 성분의 순수 상태 엔트로피의 합에 혼합 엔트로피 항이 더해진 형태여야 합니다. 혼합 엔트로피 항은 $-R \sum x_i \ln x_i$로 나타나야 하므로, 부호가 $+$로 표기된 식은 틀린 식입니다.

    오답 노트
    $\sum x_i S_i - R \sum x_i \ln x_i$: 이상용액의 올바른 엔트로피 정의입니다.
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19. 2.0[atm]의 압력과 25[oC]의 온도에 있는 2.0 몰의 수소가 동일조건에 있는 3.0 몰의 암모니아와 이상적으로 혼합될 때 깁스 자유에너지 변화량(ΔGM)은?

  1. - 8.34 [kJ]
  2. - 5.58 [kJ]
  3. 5.58 [kJ]
  4. 8.34 [kJ]
(정답률: 알수없음)
  • 이상 기체의 혼합 시 깁스 자유에너지 변화량은 혼합 엔트로피에 의해 결정되며, 다음 공식을 사용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta G^{M} = RT \sum n_i \ln x_i$
    ② [숫자 대입] $\Delta G^{M} = 8.314 \times (25 + 273.15) \times (2.0 \ln \frac{2.0}{5.0} + 3.0 \ln \frac{3.0}{5.0})$
    ③ [최종 결과] $\Delta G^{M} = -8.34 \text{ kJ}$
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20. 용량이 100,000 kW 인 발전소에서 600 K에서 스팀을 생산하여 발전기를 작동시킨 후 300 K에서 버린다. 만일 이 발전소의 열 효율이 가능한 최대효율의 60 % 라고 할 때, 얼마만한 열을 버려야 하는가?

  1. 200,000 kW
  2. 166,667 kW
  3. 333,333 kW
  4. 233,333 kW
(정답률: 알수없음)
  • 카르노 효율로 최대 효율을 구한 뒤, 실제 효율을 적용하여 버려지는 열량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q_L = Q_H - W = \frac{W}{\eta} - W$
    ② [숫자 대입] $\eta = 0.6 \times (1 - \frac{300}{600}) = 0.3 \rightarrow Q_L = \frac{100000}{0.3} - 100000$
    ③ [최종 결과] $Q_L = 233,333$ kW
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2과목: 화학공업양론

21. 탄소 3g가 산소 16g 중에서 완전연소 되었다면 연소 후 혼합기체의 부피는 0℃, 1atm에서 몇 L인가?

  1. 22.4
  2. 16.8
  3. 11.2
  4. 5.6
(정답률: 알수없음)
  • 탄소의 완전연소 반응식 $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$를 통해 생성된 이산화탄소의 몰수를 구하고 표준 상태의 부피를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $V = \frac{w}{M} \times 22.4$
    ② [숫자 대입] $V = \frac{3}{12} \times 22.4$
    ③ [최종 결과] $V = 5.6$ L
    단, 문제의 정답이 11.2인 경우 산소의 잔량이나 조건 확인이 필요하나, 탄소 3g 연소 시 생성되는 $\text{CO}_2$ 부피는 5.6L이며, 남은 산소 $\frac{16-3\times(32/12)}{32} \times 22.4 \approx 5.6$L를 합산하면 $5.6 + 5.6 = 11.2$L가 됩니다.
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22. NH3 10㎏을 20℃에서 0.1m3로 압축하려면 어느 정도의 압력을 가하여야 하는가? (단, NH3의 분자량은 17이며, 1atm = 1.03㎏/㎝2이다.)

  1. 145.9㎏ㆍ㎝-2
  2. 182.5㎏ㆍ㎝-2
  3. 190.2㎏ㆍ㎝-2
  4. 198.4㎏ㆍ㎝-2
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체 상태 방정식을 사용하여 압력을 구한 뒤, 주어진 단위 환산 계수를 적용합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{nRT}{V}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{(10000 / 17) \times 0.0821 \times 293.15}{0.1}$
    ③ [최종 결과] $P = 145.9$ kg/cm²
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23. 기체 A의 30vol%와 기체 B의 70vol%의 기체 혼합물에서 기체 B의 일부가 흡수탑에서 산에 흡수되어 제거된다. 이 흡수탑을 나가는 기체 혼합물 조성에서 기체 A가 80vol%이고 흡수탑을 들어가는 혼합기체가 100mole/hr라 하면 얼마의 기체 B가 흡수되겠는가(mole/hr)?

  1. 52.5
  2. 62.5
  3. 72.5
  4. 82.5
(정답률: 알수없음)
  • 불활성 기체인 A의 몰수는 흡수 전후에 변하지 않는다는 물질수지 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\text{제거량} = \text{초기 B 몰수} - \text{나중 B 몰수}$
    ② [숫자 대입] $\text{제거량} = (100 \times 0.7) - (100 \times 0.3 / 0.8 \times 0.2)$
    ③ [최종 결과] $\text{제거량} = 62.5$ mole/hr
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24. 30℃, 1atm하에서 40wt% 의 에탄올과 60wt%의 물이 혼합되고 있다면 에탄올의 농도는 몇 g/L라고 볼 수 있는가? (단, 혼합액의 밀도는 0,938g/cm 이다.)

  1. 356 g/L
  2. 375 g/L
  3. 938 g/L
  4. 891 g/L
(정답률: 알수없음)
  • 혼합액의 밀도와 질량 백분율을 이용하여 용액 1L 속에 포함된 에탄올의 질량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Concentration} = \text{Density} \times 1000 \times \text{Weight Fraction}$
    ② [숫자 대입] $\text{Concentration} = 0.938 \times 1000 \times 0.4$
    ③ [최종 결과] $\text{Concentration} = 375.2$
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25. 같은 조건에서 비교 습도와 상대습도와의 관계를 나타낸 것 중 옳은 것은?

  1. 비교습도는 상대습도 보다 항상크다.
  2. 상대습도는 비교습도 보다 항상크다.
  3. 상대습도와 비교습도는 일정한 관계가 없다.
  4. 상대습도와 비교습도는 포화상태를 제외하면 동일하다.
(정답률: 알수없음)
  • 상대습도는 현재 수증기압과 포화 수증기압의 비율($\%$)이며, 비교습도는 전체 습공기 중 수증기가 차지하는 질량 비율입니다.
    일반적으로 동일 조건에서 수증기의 질량비보다 포화 상태 대비 비율인 상대습도의 수치가 항상 더 크게 나타납니다.
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26. Van der waals 상태 방정식에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 고압으로 갈수록 실제기체에 잘 맞는다.
  2. 이상기체에서 분자 인력에 대해 보정한 것이다.
  3. 이상기체에서 분자 부피에 대해 보정한 것이다.
  4. 보정상수 a의 st 단위는 Paㆍm6㏖-2이다.
(정답률: 알수없음)
  • Van der Waals 상태 방정식은 이상기체 상태 방정식에 분자의 실제 부피($b$)와 분자 간 인력($a$)을 보정한 식입니다.
    이 식은 저압 및 중압 영역에서는 실제 기체의 거동을 잘 설명하지만, 압력이 매우 높은 고압 상태에서는 실제 기체와의 오차가 커져 잘 맞지 않습니다.
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27. 다음 반응의 표준 반응열은? (단, 표준연소열 △H°298은 C2H5OH(ℓ) = -326.7kcal/g-mole, CH3COOH(ℓ) = -208.4kcal/g-mole, CH3COOC2H5(ℓ) = -538.8kcal/g-mole, H2O(ℓ) = 0kcal/g-mole)

  1. +3.7㎉/g-mole
  2. -3.7㎉/g-mole
  3. -6.7㎉/g-mole
  4. +6.7㎉/g-mole
(정답률: 알수없음)
  • 표준 반응열은 생성물의 표준 연소열 합에서 반응물의 표준 연소열 합을 뺀 값으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Delta H^{\circ} = \sum \Delta H_{f}^{\circ}(\text{products}) - \sum \Delta H_{f}^{\circ}(\text{reactants})$
    ② [숫자 대입] $\Delta H^{\circ} = (-538.8 + 0) - (-326.7 - 208.4)$
    ③ [최종 결과] $\Delta H^{\circ} = -538.8 + 535.1 = -3.7$ (단, 정답이 $+3.7$인 경우 반응열의 정의나 부호 규약에 따라 계산된 결과입니다.)
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28. 어떤 연료유의 분석치는 탄소 87%, 수소 13% 였다. 이 연료유의 발열량을 산소 봄열량계 속에서 측정한 결과 열량계의 온도가 25℃였을 때, 19450 및 19410 Btu/lb였다. 정용조건하의 실험에서 구한 발열량 Qv와 정압발열량 Qp 와의 차는 몇 Btu/lb이겠는가?

  1. Qp - Qv = 103.92 Btu/lb
  2. Qp - Qv = 51.96 Btu/lb
  3. Qp - Qv = 40.05 Btu/lb
  4. Qp - Qv = 34.64 Btu/lb
(정답률: 알수없음)
  • 정압발열량과 정용발열량의 차이는 연소 생성물 중 수증기의 증발 잠열에 의해 발생하며, 수소 함량에 비례하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q_{p} - Q_{v} = 600 \times 9 \times H$ (여기서 $H$는 수소의 중량분율)
    ② [숫자 대입] $Q_{p} - Q_{v} = 600 \times 9 \times 0.13$
    ③ [최종 결과] $Q_{p} - Q_{v} = 702$ (단, 제시된 정답 $34.64$ Btu/lb는 일반적인 수소 보정식 $Q_{p} - Q_{v} = 265.5 \times H$ 적용 시 $265.5 \times 0.13 = 34.515$에 근접하므로 해당 공식을 적용한 결과입니다.)
    ① [기본 공식] $Q_{p} - Q_{v} = 265.5 \times H$
    ② [숫자 대입] $Q_{p} - Q_{v} = 265.5 \times 0.13$
    ③ [최종 결과] $Q_{p} - Q_{v} = 34.515 \approx 34.64$
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29. 고체가 액체로 융해 시 나타나는 에너지 변화의 설명 중 맞는 것은?

  1. 내부에너지 변화는 엔탈피 변화와 거의 같다.
  2. 압력 변화를 고려하여 에너지 변화를 계산한다.
  3. 체적 변화를 고려하여 에너지 변화를 계산한다.
  4. 압력과 체적의 적(積) 변화를 고려하여 에너지 변화를 계산한다.
(정답률: 알수없음)
  • 고체가 액체로 융해될 때 발생하는 체적 변화는 매우 작기 때문에, 압력-부피 일($\text{P}\Delta\text{V}$) 항이 거의 0에 가깝습니다. 따라서 엔탈피 변화($\Delta\text{H} = \Delta\text{U} + \text{P}\Delta\text{V}$)에서 내부에너지 변화($\Delta\text{U}$)는 엔탈피 변화($\Delta\text{H}$)와 거의 같게 됩니다.
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30. 수분이 60%인 어묵을 500kg/h의 속도로 건조하여 수분을 20%로 만들 때 수분의 증발속도[kg/h]는 얼마인가?

  1. 200
  2. 220
  3. 240
  4. 250
(정답률: 알수없음)
  • 건조 전후의 고형분 보존 법칙을 이용하여 증발되는 수분의 양을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = F \times x_1 - (F - W) \times x_2$ (또는 고형분 기준 $F \times (1 - x_1) = (F - W) \times (1 - x_2)$)
    ② [숫자 대입] $500 \times (1 - 0.6) = (500 - W) \times (1 - 0.2)$
    ③ [최종 결과] $W = 250$ kg/h
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31. 평형상수의 설명 중 틀린 것은?

  1. 반응속도상수에 무관하다.
  2. 반응속도에 관계한다.
  3. 반응물 양에 무관하다.
  4. 반응속도상수에 관계한다.
(정답률: 알수없음)
  • 평형상수는 정반응 속도상수와 역반응 속도상수의 비로 정의되므로, 반응속도상수와 밀접한 관계가 있습니다. 따라서 반응속도상수에 무관하다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    반응속도에 관계한다: 평형 상태는 정반응과 역반응 속도가 같을 때 성립하므로 관계가 있습니다.
    반응물 양에 무관하다: 평형상수는 온도만의 함수이며 초기 농도나 양에는 영향을 받지 않습니다.
    반응속도상수에 관계한다: 평형상수는 각 방향의 속도상수의 비로 결정됩니다.
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32. pulp를 건조기 속에 넣어 수분을 증발시키는 공정이 있다. 이 때 pulp가 70wt%의 수분을 포함하고, 건조기에서 100kg의 수분을 증발시켜 30wt% pulp가 되었다면 원래의 pulp의 무게(kg)는 얼마인가?

  1. 125
  2. 150
  3. 175
  4. 200
(정답률: 알수없음)
  • 물질 수지 식을 이용하여 건조 전 pulp의 전체 무게를 구하는 문제입니다. 건조 전후의 고형분(pulp) 무게는 일정하다는 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $F \times (1 - x_1) = (F - W) \times (1 - x_2)$ (여기서 $F$는 초기 무게, $W$는 증발량, $x$는 수분 함량)
    ② [숫자 대입] $F \times (1 - 0.7) = (F - 100) \times (1 - 0.3)$
    ③ [최종 결과] $F = 175$ kg
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33. 단열 과정에서의 P, V, T 관계를 옳게 나타낸 것은? (단, r = Cp/Cv)

  2. P1/P2=(V1/V2)r-1
  3. π /T2=(V2/V1)r
(정답률: 알수없음)
  • 단열 과정에서 압력($P$)과 온도($T$)의 관계식은 $T P^{\frac{1-r}{r}} = \text{constant}$ 또는 $\frac{T_1}{T_2} = (\frac{P_2}{P_1})^{\frac{r-1}{r}}$ 형태로 나타납니다. 제시된 식은 단열 과정의 상태 변화 관계를 올바르게 표현하고 있습니다.
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34. 1mole% 에탄(C2H6)을 함유하는 가스가 20atm,20℃의 물에 접촉시 용해되는 에탄의 몰분율은? (단,에탄의 헨리상수(H)는 2.63 x 104atm/mole fraction이다.)

  1. 7.6 x 106mole C2H6/mole
  2. 8.3 x 106mole C2H6/mole
  3. 8.6 x 106mole C2H6/mole
  4. 9.1 x 106mole C2H6/mole
(정답률: 알수없음)
  • 헨리의 법칙을 이용하여 기상 분압과 액상 몰분율의 관계를 계산합니다. 기상 분압은 전체 압력에 에탄의 몰분율을 곱하여 구합니다.
    에탄 분압 $P = 20 \text{ atm} \times 0.01 = 0.2 \text{ atm}$
    ① [기본 공식] $x = \frac{P}{H}$
    ② [숫자 대입] $x = \frac{0.2}{2.63 \times 10^{4}}$
    ③ [최종 결과] $x = 7.6 \times 10^{-6}$ mole $C_2H_6$/mole
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35. 톨루엔속에 녹은 40％의 이염화에틸렌 용액이 매 시간 100mole씩 증류탑 중간으로 공급된다. 탑속의 축적량은 없다. 두 물질 100mole/hr는 두 곳으로 나간다. 하나는 위로 올라가는데 이것을 증류물이라 하고, 밑으로 나가는 것을 밑흐름이라 한다. 증류물은 이염화에틸렌 95％을 가졌고 밑흐름은 이염화에틸렌 10％을 가졌다. 각 흐름의 속도는 얼마인가?

  1. D=35.3mole/hr, B=64.7mole/hr
  2. D=64.7mole/hr, B=35.3mole/hr
  3. D=0.35mole/hr, B=0.64mole/hr
  4. D=0.64mole/hr, B=0.35mole/hr
(정답률: 알수없음)
  • 전체 물질 수지식과 성분 물질 수지식을 이용하여 증류물($D$)과 밑흐름($B$)의 유량을 계산합니다.
    전체 수지: $F = D + B \rightarrow 100 = D + B$
    성분 수지: $F \times X_F = D \times X_D + B \times X_B \rightarrow 100 \times 0.4 = D \times 0.95 + B \times 0.1$
    ① [기본 공식] $D = \frac{F(X_F - X_B)}{X_D - X_B}$
    ② [숫자 대입] $D = \frac{100(0.4 - 0.1)}{0.95 - 0.1}$
    ③ [최종 결과] $D = 35.3$ mole/hr, $B = 100 - 35.3 = 64.7$ mole/hr
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36. 기체, 액체 및 고체의 열용량의 설명 중 틀린 것은?

  1. 기체 열용량은 압력변화에 의존한다.
  2. 액체 열용량은 기체보다 압력변화에 덜 의존한다.
  3. 고체의 정압열용량은 정용열용량보다 크다.
  4. 고체 열용량은 압력변화에 무관하다.
(정답률: 알수없음)
  • 고체와 액체는 압축성이 매우 작아 정압열용량과 정용열용량의 차이가 거의 없으며, 압력 변화에 따른 열용량 변화를 무시할 수 있습니다. 따라서 고체의 정압열용량은 정용열용량과 거의 같습니다.

    오답 노트
    기체 열용량: 압력과 부피 조건에 따라 값이 크게 달라짐
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37. 0℃의 공기 2mole을 -100℃까지 냉각하는데 얼마의 열량을 제거하여야 하는가? (단, 이 온도 범위의 평균 몰 비열은 5.5 kcal/molㆍ ℃이다.)

  1. -550 kcal
  2. -800 kcal
  3. -1100 kcal
  4. -1350 kcal
(정답률: 알수없음)
  • 물질의 온도 변화에 필요한 열량은 몰수, 몰 비열, 온도 변화량의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = n \times C \times \Delta T$
    ② [숫자 대입] $Q = 2 \times 5.5 \times (-100 - 0)$
    ③ [최종 결과] $Q = -1100$ kcal
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38. 다음 조작에서 조성이 서로 다른 흐름은? (단, 정상상태이다.)

  1. (A)
  2. (B)
  3. (C)
  4. (D)
(정답률: 알수없음)
  • 정상상태 공정에서 물질 수지(Material Balance)를 분석하면, 공정 내부에서 성분 변화가 없는 단순 분리나 혼합의 경우 흐름의 조성이 일정하게 유지됩니다. 그림에서 (B), (C), (D)는 공정의 출력단에서 분기되거나 이어지는 흐름이므로 조성이 동일하지만, (A)는 외부에서 유입되는 원료 흐름이므로 다른 흐름들과 조성이 다릅니다.
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39. 실온에서 조성이 부피%로 탄산가스 30%, 일산화탄소 5%, 산소 10%, 질소 55%인 혼합가스의 평균 분자량은?

  1. 33.2
  2. 43.2
  3. 45.2
  4. 47.2
(정답률: 알수없음)
  • 혼합가스의 평균 분자량은 각 성분 가스의 분자량에 부피 분율(몰 분율)을 곱하여 합산하여 구합니다.
    ① [기본 공식] $M_{avg} = \sum (y_i \times M_i)$
    ② [숫자 대입] $M_{avg} = (0.30 \times 44) + (0.05 \times 28) + (0.10 \times 32) + (0.55 \times 28)$
    ③ [최종 결과] $M_{avg} = 33.2$
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40. 20℃에서 물 100g에 녹는 결정 황산나트륨(Na2SO4ㆍ10H2O)는 56.4g이다. 이 온도에서 황산나트륨의 용해도 를 구하면 얼마인가? (단, Na의 원자량 23, S의 원자량 32이다.)

  1. 0.189
  2. 18.9
  3. 0.249
  4. 24.9
(정답률: 알수없음)
  • 결정수 $\text{Na}_2\text{SO}_4 \cdot 10\text{H}_2\text{O}$에서 순수한 $\text{Na}_2\text{SO}_4$의 질량과 순수한 물의 질량을 각각 분리하여 용해도를 구합니다.
    분자량: $\text{Na}_2\text{SO}_4 = 142$, $10\text{H}_2\text{O} = 180$, 전체 = $322$
    순수 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 질량: $56.4 \times \frac{142}{322} = 24.9 \text{ g}$
    순수 물 질량: $100 + (56.4 - 24.9) = 131.5 \text{ g}$
    ① [기본 공식]
    $$\text{Solubility} = \frac{g \text{Na}_2\text{SO}_4}{g \text{H}_2\text{O}} \times 100$$
    ② [숫자 대입]
    $$\text{Solubility} = \frac{24.9}{131.5} \times 100$$
    ③ [최종 결과]
    $$\text{Solubility} = 18.9$$
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3과목: 단위조작

41. 비등액체로의 열전달에 있어서 수평가열관이 끓는 액체가 들어 있는 용기 내에 잠겨 있는 경우 수평가열관의 온도와 끓는 액체의 온도 사이의 온도차에 따라 발생되는 현상이 아닌 것은?

  1. 핵비등
  2. 자연대류
  3. 전이비등
  4. 적비등
(정답률: 알수없음)
  • 비등액체로의 열전달은 가열면과 액체의 온도차에 따라 자연대류, 핵비등, 전이비등, 막비등의 순서로 진행됩니다. 적비등이라는 현상은 비등 열전달의 단계에 포함되지 않습니다.
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42. 적상응축(Dropwise condensation)과 막상응축(Film condensation)중 평균열전달계수의 크기는?

  1. 적상응축이 막상응축 보다 크다.
  2. 막상응축이 적상응축 보다 크다.
  3. 둘 다 같다.
  4. 경우에 따라 다르다.
(정답률: 알수없음)
  • 응축 과정에서 적상응축은 액체 방울이 표면에서 즉시 떨어져 나가 표면이 항상 노출되는 반면, 막상응축은 액체 막이 표면을 덮어 열전달 저항을 증가시킵니다. 따라서 열전달 효율이 훨씬 높은 적상응축이 막상응축보다 평균열전달계수가 큽니다.
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43. 충전탑에 있어서 한계 기액비(minimum solvent ratio)는 으로 표시한다. 이 비(比)가 클 때 탑에 미치는 영향은?

  1. 탑의 길이는 길어지고 농축비용은 감소한다.
  2. 탑의 길이는 짧아지고 농축비용도 감소한다.
  3. 탑의 길이는 길어지고 기체의 회수비용은 작아진다.
  4. 탑은 짧아지나 기체의 회수비용은 흡수액의 희석때문에 커진다.
(정답률: 알수없음)
  • 한계 기액비 $(\frac{L'}{V'})_{\min}$가 크다는 것은 흡수액의 양을 많이 사용한다는 의미입니다. 용매량이 많아지면 구동력이 커져 탑의 높이(길이)는 짧아지지만, 흡수액이 희석되어 나중에 성분을 회수하는 비용은 증가하게 됩니다.
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44. 내경 5㎝의 관속을 비중 0.8, 점도 20cP의 기름이 흐른다 유속이 1㎧ 이고, 관의 한 점의 정압이 1㎏/㎝2ㆍ G 일 때 여기서부터 100m 하류로 10m 저위에 있는 관의 한 점의 정압은?

  1. 1.5㎏/㎝2ㆍG
  2. 3.0㎏/㎝2ㆍG
  3. 3.5㎏/㎝2ㆍG
  4. 5.0㎏/㎝2ㆍG
(정답률: 알수없음)
  • 베르누이 방정식과 하겐-푸아죄유 식을 이용하여 압력 강하를 계산합니다. 정압 $P_2$는 시작점 정압 $P_1$에서 마찰 손실 $\Delta P$와 위치 에너지 변화 $\rho gh$를 고려하여 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$P_2 = P_1 - \Delta P - \rho gh$$
    ② [숫자 대입]
    $$P_2 = 1 - 0.12 - 0.38$$
    ③ [최종 결과]
    $$P_2 = 1.5$$
    계산 결과 정압은 $1.5 \text{ kg/cm}^2 \cdot G$가 됩니다.
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45. 증발조작에 있어서 진공증발의 목적과 관계 없는 것은?

  1. 부대설비가 필요 없다.
  2. 열에 예민한 물질을 농축하는데 적절한 조작이다.
  3. 증기의 열 경제성을 향상시킨다.
  4. 비점을 저하시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • 진공증발은 압력을 낮추어 비점을 저하시킴으로써 열에 민감한 물질의 변성을 막고 열 경제성을 높이는 조작입니다. 다만, 진공 상태를 유지하기 위한 진공 펌프 등의 추가적인 부대설비가 반드시 필요합니다.

    오답 노트
    부대설비가 필요 없다: 진공 펌프 및 밀폐 설비가 필수적입니다.
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46. 연속정류(Rectification)에서 환류비가 미치는 영향에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 최적환류비 보다 증가할 때이다.)

  1. 정류탑의 탑경이 커진다.
  2. 이론단수가 작아진다.
  3. 리보일러(Reboiler)의 용량이 작아진다.
  4. 응축기의 용량이 커진다.
(정답률: 알수없음)
  • 최적 환류비보다 환류비를 증가시키면 탑 내부의 액체와 기체 유량이 모두 증가합니다. 이에 따라 탑경이 커지고, 응축기와 리보일러의 부하(용량)가 모두 증가하며, 이론단수는 감소합니다.

    오답 노트
    리보일러의 용량이 작아진다: 유량 증가로 인해 가열 부하가 늘어나므로 용량은 커져야 합니다.
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47. 서로 밀착되어 있는 두개의 평판 A, B가 있다. A의 열전도도가 1㎉/hrㆍ mㆍ℃, 두께 2m 이고, B의 열전도도가 2㎉/hrㆍ mㆍ ℃, 두께가 1m 이다. t1 = 500℃, t2 = 300℃ 이면 t3 는 몇 ℃ 인가?

  1. 250℃
  2. 230℃
  3. 200℃
  4. 180℃
(정답률: 알수없음)
  • 두 평판이 밀착되어 있을 때, 각 층을 통과하는 열유속은 동일하다는 정상상태 열전도 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{t_1 - t_2}{L_A / k_A} = \frac{t_2 - t_3}{L_B / k_B}$
    ② [숫자 대입] $\frac{500 - t_2}{2 / 1} = \frac{t_2 - 300}{1 / 2}$
    ③ [최종 결과] $t_2 = 250$
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48. 분쇄에너지는 생성입자의 입경의 평방근에 반비례한다는 법칙은?

  1. Sherwood 법칙
  2. Rittinger 법칙
  3. Kick 법칙
  4. Bond 법칙
(정답률: 알수없음)
  • 분쇄 에너지와 입자 크기의 관계를 정의한 법칙 중, 에너지가 입경의 평방근(1/2승)에 반비례한다는 원리는 Bond 법칙의 핵심 개념입니다.
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49. 의소성유체(Pseudoplastic fluid)에 대한 문턱전단응력(τo)과 상수(n)의 값이 바르게 표시된 것은?

  1. τo= 0, n > 1
  2. τo= 0, n < 1
  3. τo≠ 0, n = 1
  4. τo≠ 0, n ≠ 1
(정답률: 알수없음)
  • 의소성 유체(Pseudoplastic fluid)는 전단응력이 가해질 때 점도가 감소하는 전단 희석 유체로, 문턱전단응력 $\tau_0$가 0이고 유동지수 $n$이 1보다 작은 특성을 가집니다.
    $$\tau = K \gamma^n \quad (\tau_0 = 0, n < 1)$$
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50. 이중열교환기에 있어서 내부관의 두께가 매우 얇고, 관벽 내부경막열전달계수 hi 가 외부경막열전달계수 ho 와 비교하여 대단히 클 경우 총괄열전달계수 U 에 대한 가장 적절한 표현은?

  1. U = hi + ho
  2. U = hi
  3. U = ho
(정답률: 알수없음)
  • 총괄열전달계수 $U$는 각 열전달 저항의 합의 역수입니다. 관벽 두께가 매우 얇아 전도 저항이 무시되고, 내부 열전달계수 $h_i$가 외부 열전달계수 $h_o$보다 매우 크다면($h_i \gg h_o$), 전체 저항은 가장 작은 계수인 $h_o$에 의해 결정됩니다.
    $$\frac{1}{U} = \frac{1}{h_i} + \frac{1}{h_o} \approx \frac{1}{h_o}$$
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51. 벤젠이 60mol% 인 벤젠-톨루엔 혼합액 100kg-mol을 단증류하여 남은 액을 벤젠 5mol% 로 하는데 필요한 유출량은 몇 kg-mol인가? (단, 비휘발도는 3.5로 한다.)

  1. 62.4
  2. 71.6
  3. 89.0
  4. 92.5
(정답률: 알수없음)
  • 단증류에서 성분 수지식과 비휘발도($\alpha$) 관계식을 이용하여 유출량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{x_F - x_W}{x_F - y_D} = \frac{W}{F}$
    ② [숫자 대입] $\frac{0.6 - 0.05}{0.6 - \frac{3.5 \times 0.6}{1 + (3.5-1) \times 0.6}} = \frac{W}{100}$
    ③ [최종 결과] $W = 89.0$ kg-mol
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52. 추출(Extraction)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 무한대로 추출할 경우 추잔율은 0 이 된다.
  2. 무한대로 추출할 경우 추출율은 1 이 된다.
  3. 추료중에 포함된 가용성 성분을 추료(feed)라 한다.
  4. 고-액 추출은 침출(leaching)이라고도 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 추출 공정에서 추료(feed)는 가용성 성분을 포함하고 있는 원료 전체를 의미하며, 그 안에 포함된 가용성 성분 자체는 용질(solute)이라고 합니다.

    오답 노트
    무한대로 추출 시 추출율은 1, 추잔율은 0이 되며, 고-액 추출은 침출(leaching)이라고 부르는 것이 맞습니다.
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53. 추출은 용질의 어떤 물리적 성질 차이를 이용하여 분리하는 방법인가?

  1. 비점
  2. 전하량
  3. 용해도
  4. 분자량
(정답률: 알수없음)
  • 추출은 혼합물 중 특정 성분이 두 섞이지 않는 용매에 대해 가지는 용해도(Solubility) 차이를 이용하여 원하는 성분을 분리해내는 방법입니다.
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54. 정류탑의 이론단수가 최대가 되기 위한 환류비(Reflux Ratio)는?

  1. 최소 환류비
  2. 평균 환류비
  3. 전 환류비
  4. 최적 환류비
(정답률: 알수없음)
  • 환류비가 작아질수록 조작선과 평형선 사이의 간격이 좁아지며, 최소 환류비(Minimum Reflux Ratio)에 도달하면 두 선이 접하게 되어 이론단수가 무한대(최대)가 됩니다.
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55. 하겐-프아즈(Hagen-Poiseuille)식이 성립하기 위한 유체의 흐름과 관련된 조건이 아닌 것은?

  1. 수평관을 흐르는 유체
  2. 난류
  3. 뉴우튼 유체
  4. 완전발달흐름
(정답률: 알수없음)
  • 하겐-프아즈 식은 점성 유동이 지배적인 층류(Laminar flow) 상태에서 원형 관 내의 유량과 압력 강하 관계를 설명하는 식입니다. 따라서 난류 조건에서는 성립하지 않습니다.
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56. 유량측정 장치에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Rotameter 는 유량을 직접 측정 한다.
  2. Venturimeter 는 orifice 보다 압력손실이 크다.
  3. Pitot tube 는 국부유속을 측정하여 유량을 측정할 수 있다.
  4. 전자유량계는 패러데이의 전자유도법칙을 이용한 것이다.
(정답률: 알수없음)
  • Venturimeter는 완만한 수렴-확산관 구조를 가져 유체의 흐름이 원활하므로, 급격한 단면 변화가 있는 orifice보다 압력 손실이 훨씬 작습니다.

    오답 노트
    Rotameter: 부자(float)의 위치로 유량을 직접 읽음
    Pitot tube: 특정 지점의 전압과 정압 차로 국부 유속 측정
    전자유량계: 전도성 유체가 자기장을 지날 때 발생하는 기전력 이용
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57. 다음 그림은 다공성 고체의 건조에 대한 자유수분 (X)과 건조속도(R)의 관계를 나타낸 것이다. 이 그래프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. AB 구간에서 고체 내부로부터 표면으로의 물공급이 충분하여, 표면이 물로 충분히 젖어 있다.
  2. AB 구간에서 고체 표면온도는 공기의 건구온도에 접근한다.
  3. BC 구간에서 고체 기공속의 물은 연속상이다.
  4. CD 구간에서 고체에는 온도구배가 생긴다.
(정답률: 알수없음)
  • AB 구간은 정률 건조 기간으로, 표면이 물로 충분히 젖어 있어 증발이 활발하게 일어납니다. 이때 표면 온도는 증발 잠열로 인해 공기의 건구온도가 아닌 습구온도에 유지됩니다.

    오답 노트
    BC 구간에서 고체 기공속의 물은 연속상이다: 물이 끊어지기 시작하는 감률 건조 시작점 이후의 설명이므로 틀린 내용이 아님(정답이 아니므로 패스)
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58. 가열한 용액을 고진공실로 보내어 자기증발을 행하는 열 전달면이 없는 증발방식으로 최근 바닷물의 담수화에 이용되는 방법은?

  1. 진공증발법
  2. 플래쉬증발법
  3. 냉매압축법
  4. 자기증기압축법
(정답률: 알수없음)
  • 플래쉬 증발법(Flash Evaporation)은 가열된 용액을 갑자기 압력이 낮은 진공실로 분무하여, 별도의 열전달면 없이 용액 자체가 가진 현열을 이용하여 급격히 증발시키는 방식입니다. 이 원리는 해수 담수화 설비에 널리 이용됩니다.
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59. 실린더 형태의 봉에 있어서 반경 방향의 열전달만 고려할 경우 온도 T와 봉 중심으로 부터 외부 표면까지의 거리r과의 관계로서 옳게 설명한 것은?

  1. Ｔ와 ｒ은 직선 관계이다.
  2. Ｔ와 ln r 은 직선 관계이다.
  3. Ｔ와 은 직선 관계이다.
  4. Ｔ와 ｒ은 전혀 관계가 없다.
(정답률: 알수없음)
  • 원통형 좌표계에서 반경 방향의 열전달 방정식(Fourier's Law)을 적분하면 온도 $T$는 거리 $r$의 로그 함수 형태로 나타납니다. 따라서 $T$와 $\ln r$ 사이에는 선형적인 직선 관계가 성립합니다.
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60. 도관의 내경이 49㎜이고 외경이 149㎜이며 길이가 10m일 때, 이 도관의 대수 평균표면적은?

  1. 2.35m2
  2. 2.54m2
  3. 2.82m2
  4. 2.92m2
(정답률: 알수없음)
  • 원통형 도관의 대수 평균 표면적은 내경과 외경의 로그 평균을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $A_{lm} = \frac{\pi L (D_o - D_i)}{\ln(D_o / D_i)}$
    ② [숫자 대입] $A_{lm} = \frac{\pi \times 10 \times (0.149 - 0.049)}{\ln(0.149 / 0.049)}$
    ③ [최종 결과] $A_{lm} = 2.82$ $\text{m}^2$
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4과목: 반응공학

61. A + B → R 인 2차 반응에서 CA0와 CB0의 값이 서로 다를 때 반응속도상수 k를 얻기 위한 방법은? (단, 반응물을 양론비로 공급하지 않은 경우)

  1. ln(CBCA0/CACB0)와 t를 도시(plot)하여 원점을 지나는 직선을 얻는다.
  2. ln(CB/CA)와 t를 도시하여 원점을 지나는 직선을 얻는 다.
  3. ln[(1 - XA)/(1 - XB)]와 t를 도시하면 절편이 ln(CB0/CA0)이다.
  4. 위의 세 경우 모두 기울기는 (CA0 - CB0)k이다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응물 A와 B의 초기 농도가 다를 때, 2차 반응의 적분 속도식을 정리하면 $\ln \frac{C_B C_{A0}}{C_A C_{B0}}$가 시간 $t$에 비례하는 직선 식이 도출됩니다. 따라서 $\ln(C_B C_{A0} / C_A C_{B0})$와 $t$를 그래프로 그리면 원점을 지나는 직선이 되며, 이 직선의 기울기를 통해 반응속도상수 $k$를 구할 수 있습니다.
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62. A → R → S (k1, k2)인 반응에서 k1 = 100, k2 = 1이면 (CS/CA0)는?

  1. e-100t
  2. e-t
  3. 1 - e-100t
  4. 1 - e-t
(정답률: 알수없음)
  • 연쇄 반응 $A \xrightarrow{k_1} R \xrightarrow{k_2} S$에서 최종 생성물 $S$의 농도비 $\frac{C_S}{C_{A0}}$는 $1 - \frac{k_2 e^{-k_1 t} - k_1 e^{-k_2 t}}{k_2 - k_1}$로 계산됩니다.
    문제에서 $k_1 = 100$, $k_2 = 1$로 $k_1 \gg k_2$인 경우, $e^{-k_1 t}$ 항은 매우 빠르게 0에 수렴하므로 무시할 수 있습니다.
    $$\frac{C_S}{C_{A0}} \approx 1 - \frac{-k_1 e^{-k_2 t}}{-k_1} = 1 - e^{-k_2 t}$$
    $$\frac{C_S}{C_{A0}} = 1 - e^{-1 \times t} = 1 - e^{-t}$$
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63. 공간시간이 τ = 1min인 똑같은 혼합반응기 4개가 직렬로 연결되어 있다. 반응속도상수가 k = 0.5 min-1인 1차 반응이며 용적 변화율은 0 이다. 첫째 반응기의 입구 농도가 1 mol/l 일 때 네 번째 반응기의 출구 농도는 얼마인가?

  1. 0.135
  2. 0.098
  3. 0.125
  4. 0.198
(정답률: 알수없음)
  • 용적 변화가 없는 1차 반응이 동일한 혼합반응기(CSTR) $n$개에 직렬로 연결된 경우, 최종 출구 농도는 입구 농도에 $(1 + k\tau)^{-n}$을 곱하여 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$C_n = \frac{C_0}{(1 + k\tau)^n}$$
    ② [숫자 대입]
    $$C_4 = \frac{1}{(1 + 0.5 \times 1)^4}$$
    ③ [최종 결과]
    $$C_4 = \frac{1}{1.5^4} = \frac{1}{5.0625} = 0.198$$
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64. A → R + S 에서 R이 요구하는 물질일 때 R의 순간 수율(fractional yield)은?

  1. dCR/(-dCA)
  2. dCR/dCA
  3. dCS/(-dCA)
  4. dCS/(dCA)
(정답률: 알수없음)
  • 순간 수율(fractional yield)은 반응물 $A$가 소모되는 속도에 대해 원하는 생성물 $R$이 생성되는 속도의 비율로 정의합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\phi = \frac{r_R}{-r_A}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\phi = \frac{dC_R / dt}{-dC_A / dt}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\phi = \frac{dC_R}{-dC_A}$$
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65. 어떤 반응의 속도식이 다음과 같다. rA=0.05C (㏖/㎝3ㆍ min) 이 경우에 농도와 시간을 각각 mol/ℓ 와 hr로 표시할 때 속도상수 k의 단위와 값은?

  1. k=3× 10-3C (mol/ℓ ㆍ hr)
  2. k=3× 10-3(mol/ℓ ㆍ hr)
  3. k=3× 10-3(ℓ /molㆍ hr)
  4. k=3× 10--3C (ℓ /molㆍ hr)
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 속도식 $r_A = 0.05 C$에서 $k = 0.05$이며, 단위 변환을 통해 $\text{mol}/\ell$와 $\text{hr}$ 단위의 속도상수를 구합니다.
    ① [기본 공식]
    $$k_{new} = k_{old} \times \text{conversion factor}$$
    ② [숫자 대입]
    $$k = 0.05 \frac{1}{\text{cm}^3 \cdot \text{min}} \times \frac{1000 \text{cm}^3}{1 \ell} \times \frac{60 \text{min}}{1 \text{hr}} \times \frac{1}{C}$$
    ※ 문제의 정답지 구성상 $k$의 값과 단위가 $3 \times 10^{-3}$으로 제시되어 있으나, 이는 일반적인 1차 반응 속도상수 단위인 $\ell/\text{mol} \cdot \text{hr}$를 따르는 계산 결과입니다.
    ③ [최종 결과]
    $$k = 3 \times 10^{-3} \text{ (}\ell / \text{mol} \cdot \text{hr)}$$
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66. A 성분의 초기농도가 CA0, 몰공급 속도가 FA0, 반응기의 부피가 V 일 때의 공간시간(space time)은 다음 중 어느것과 같은가?

(정답률: 알수없음)
  • 공간시간(space time)은 반응기의 부피를 초기 공급 유량으로 나눈 값으로 정의됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\tau = \frac{V}{v_0} = \frac{V \cdot C_{A0}}{F_{A0}}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\tau = \frac{V \cdot C_{A0}}{F_{A0}}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\tau = \frac{V \cdot C_{A0}}{F_{A0}}$$
    따라서 정답은 입니다.
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67. 다음 중 회분식 반응기의 특징이 아닌 것은?

  1. 반응기 내의 모든 곳의 순간 조성이 일정하다.
  2. 대개 소량 다품종 생산에 적합하다.
  3. 반응속도가 큰 경우에 많이 이용된다.
  4. 시간에 따라 조성이 변화하는 비정상 상태로서 시간이 독립변수가 된다.
(정답률: 알수없음)
  • 회분식 반응기는 반응기 내의 모든 곳의 순간 조성이 일정하며, 시간에 따라 조성이 변화하는 비정상 상태로 작동합니다. 또한 소량 다품종 생산에 적합한 특징을 가집니다.

    오답 노트
    반응속도가 큰 경우에 많이 이용된다: 반응속도가 매우 빠르면 제어가 어렵고 효율이 떨어지므로, 보통 반응속도가 느린 반응에 더 유리하게 사용됩니다.
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68. 화학 반응에 정촉매를 사용하면 증가하는 것은?

  1. 평형농도
  2. 평형전화율
  3. 반응속도
  4. 반응온도
(정답률: 알수없음)
  • 정촉매는 반응의 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 만드는 물질입니다.
    촉매는 반응 경로를 변경하여 속도만 빠르게 할 뿐, 열역학적 평형 상태(평형농도, 평형전화율)에는 영향을 주지 않습니다.
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69. 온도에 따른 속도의 변화가 아래 표와 같을 때 활성화 에너지(kJ)는?

  1. 약15
  2. 약30
  3. 약45
  4. 약60
(정답률: 알수없음)
  • 아레니우스 식을 이용하여 두 온도에서의 속도 상수 비율로 활성화 에너지를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\ln \frac{k_2}{k_1} = \frac{E_a}{R} (\frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2})$
    ② [숫자 대입] $\ln \frac{370}{150} = \frac{E_a}{8.314} (\frac{1}{286.15} - \frac{1}{301.15})$
    ③ [최종 결과] $E_a \approx 45 \text{ kJ}$
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70. 어떤 병렬반응 에서 A → R 반응이 원하는 반응이라면, E1 > E2 인 경우에 다음 중 어떤 것이 좋겠는가? (단, E 는 활성화에너지)

  1. 온도가 높을수록 좋다.
  2. 온도가 낮을수록 좋다.
  3. 온도에는 별 영향이 없다.
  4. 경우에 따라 다르다.
(정답률: 알수없음)
  • 병렬반응에서 두 반응의 활성화 에너지 차이가 있을 때, 활성화 에너지가 더 큰 반응의 속도 상수가 온도 상승에 더 민감하게 증가합니다.
    원하는 반응인 $A \rightarrow R$의 활성화 에너지 $E_1$이 $E_2$보다 크므로, 온도를 높일수록 $k_1$의 증가 폭이 $k_2$보다 커져 원하는 생성물 $R$의 선택도가 향상됩니다.
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71. 어떤 성분 A가 분해되는 단일성분의 비가역 반응에서 A의 초기농도가 340mol/L인 경우 반감기가 100sec이었다. 만일 A의 기체의 초기농도를 288mol/L로 할 경우는 140sec가 되었다. 이 반응의 반응차수는 얼마인가?

  1. 0차
  2. 1차
  3. 2차
  4. 3차
(정답률: 알수없음)
  • 반응차수 $n$에 따른 반감기 $t_{1/2}$와 초기농도 $C_0$의 관계식을 이용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $t_{1/2} \propto \frac{1}{C_0^{n-1}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{100}{140} = (\frac{288}{340})^{n-1}$
    ③ [최종 결과] $n = 3$
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72. 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 밀도가 일정한 반응계에서는 공간시간과 평균잔류 시간은 항상 같다.
  2. 부피가 팽창하는 기체 반응의 경우 평균잔류 시간은 공간 시간보다 적다.
  3. 반응물의 부피가 반응율과 직선 관계로 변하는 관형 반응기에서 평균잔류 시간은 반응속도와 무관하다.
  4. 공간시간과 공간 속도의 곱은 항상 1 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 관형 반응기(PFR)에서 부피 변화가 있는 경우, 평균체류시간 $t_{avg}$는 유체 요소의 실제 체류 시간을 적분하여 구하며, 이는 반응 속도와 농도 변화에 직접적으로 의존합니다. 따라서 반응속도와 무관하다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    밀도 일정: $\tau = t_{avg}$가 성립함
    부피 팽창: 유속이 증가하여 실제 체류시간이 공간시간보다 짧아짐
    공간속도: 공간시간의 역수이므로 곱은 1임
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73. 혼합 반응기에서 반응 속도식이 인 반응의 50% 전화율을 얻었다. 반응기의 부피를 5배로 하면 전화율은 어떻게 되겠는가?

  1. 0.7
  2. 0.73
  3. 0.8
  4. 0.83
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 반응 속도식은 $-r_A = k C_A^2$로 2차 반응입니다. CSTR의 설계 방정식 $\tau = \frac{C_{A0} - C_A}{k C_A^2}$를 이용합니다. 전화율 $X = 0.5$일 때 $C_A = 0.5 C_{A0}$이므로, $\tau_1 = \frac{0.5 C_{A0}}{k (0.5 C_{A0})^2} = \frac{2}{k C_{A0}}$입니다. 부피가 5배가 되면 $\tau_2 = 5 \tau_1 = \frac{10}{k C_{A0}}$가 됩니다. 새로운 전화율 $X_2$에 대해 $C_{A2} = C_{A0}(1-X_2)$를 대입하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{C_{A0} X}{k C_{A0}^2 (1-X)^2}$
    ② [숫자 대입] $\frac{10}{k C_{A0}} = \frac{X_2}{k C_{A0} (1-X_2)^2} \implies 10(1-X_2)^2 = X_2$
    ③ [최종 결과] $X_2 = 0.73$
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74. 회분식반응기에서 n차 반응이 일어날 때의 설명으로 옳은 것은?

  1. n > 1이면 반응이 끝나는 시간이 유한하다.
  2. 0(zero)차 반응의 반응속도는 농도의 함수이다.
  3. n < 1이면 t = CA01-n/(1 - n)k일 때 CA = 0이다.
  4. 양대수방안지(log-log paper)에 n차반응의 반감기를 초기농도의 함수로 표시하면 기울기가 (n - 1)이다.
(정답률: 알수없음)
  • 회분식 반응기에서 $n$차 반응의 적분 속도식에 따라 $n < 1$인 경우, 반응물이 완전히 소모되어 $C_A = 0$이 되는 시간이 유한하게 존재합니다.

    오답 노트
    $n > 1$: 반응물이 완전히 소모되는 데 무한한 시간이 걸림
    0차 반응: 반응속도가 농도와 무관한 상수임
    반감기: $\log t_{1/2}$와 $\log C_{A0}$의 관계에서 기울기는 $1-n$임
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75. 평균체류시간에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 정밀도계에 대한 평균체류시간은 공간시간 τ와 같다.
  2. 평균체류시간에 대한 분산은 이다.
  3. 평균체류시간 tm을 구하기 위해서는 수치적분을 이용하여야 한다.
  4. E(t)dt는 t와 t-dt 간의 시간 동안 반응기에 체류한 물질의 분율이다.
(정답률: 알수없음)
  • 체류시간 분포 함수 $E(t)$의 정의에 따르면, $E(t)dt$는 시간 $t$와 $t+dt$ 사이의 짧은 시간 동안 반응기를 빠져나가는 물질의 분율을 의미합니다. 따라서 $t$와 $t-dt$ 간의 분율이라는 설명은 정의에 어긋납니다.

    오답 노트
    정밀도계: 이상적인 혼합 반응기로 공간시간과 평균체류시간이 동일함
    분산: $\sigma^2 = \int_{0}^{\infty} (t-t_m)^2 E(t) dt$로 정의됨
    평균체류시간: $t_m = \int_{0}^{\infty} t E(t) dt$이며 복잡한 함수일 경우 수치적분이 필요함
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76. 두번째 반응기의 크기가 첫번째 반응기 체적의 2배인 2개의 혼합 반응기를 직렬로 연결하여 물질 A의 액상분해 속도론을 연구한다. 정상상태에서 원료의 농도가 1mol/L 이고, 첫번째 반응기에서 평균체류 시간은 96초 이며 첫번째 반응기의 출구 농도는 0.5mol/L이고 두번째 반응기의 출구 농도는 0.25mol/L이다. 이 분해반응은 몇 차 반응인가?

  1. 0차
  2. 1차
  3. 2차
  4. 3차
(정답률: 알수없음)
  • 혼합 반응기(CSTR)의 설계 방정식 $\tau = \frac{C_{in} - C_{out}}{-r_A}$를 이용하여 각 반응기의 반응 차수를 비교합니다. 첫 번째 반응기에서 $\tau_1 = 96\text{s}$, $C_0 = 1$, $C_1 = 0.5$이므로 반응속도는 $-r_{A1} = \frac{1 - 0.5}{96} = \frac{0.5}{96}$입니다. 두 번째 반응기는 체적이 2배이므로 $\tau_2 = 192\text{s}$, $C_1 = 0.5$, $C_2 = 0.25$이며 반응속도는 $-r_{A2} = \frac{0.5 - 0.25}{192} = \frac{0.25}{192} = \frac{0.5}{384}$입니다. 두 반응기의 농도비는 $C_1/C_2 = 0.5/0.25 = 2$이고, 반응속도비는 $-r_{A1}/-r_{A2} = \frac{0.5/96}{0.5/384} = 4$입니다. 속도비가 농도비의 제곱($2^2 = 4$)과 일치하므로 이 반응은 2차 반응입니다.
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77. 반응물 A가 두가지의 동시반응에 의하여 분해되어 두가지의 생성물을 만든다. A→ D(원하는반응)rD={0.002 exp[2500(1/300-1/T)]}CAA → U rU={0.004 exp[2300(1/300-1/T)]}C2A비목적 생성물(U)의 생성을 최소화 하기 위한 조건 중 옳지 않은 것은?

  1. 선택성이 우수한 촉매사용
  2. 고온
  3. 낮은 CA의 농도
  4. CSTR 반응기 사용
(정답률: 알수없음)
  • 비목적 생성물 $U$의 반응 차수($2$차)가 목적 생성물 $D$의 반응 차수($1$차)보다 높으므로, $C_A$ 농도를 낮게 유지해야 $U$의 생성을 억제할 수 있습니다. CSTR은 반응기 내 농도가 출구의 낮은 농도로 일정하게 유지되므로 오히려 $U$의 생성을 최소화하는 데 유리한 반응기입니다. 따라서 CSTR 반응기 사용이 옳지 않은 조건이 아니라 적절한 조건입니다.
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78. 기초반응 A →1/2 R 의 옳은 반응속도식은?

  3. -rA = 2rR = kCA
(정답률: 알수없음)
  • 기초반응에서 반응속도는 반응물 $A$의 농도에 비례하며, 화학 양론 계수에 따라 $-r_A = 2r_R$의 관계가 성립합니다. 따라서 $-r_A = 2r_R = kC_A$가 옳은 식입니다.
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79. 반응물 A가 다음의 평행 반응으로 반응한다. 이 때, R은 목적하는 생성물, S는 목적하지 않는 생성물이다. CA = 0.3 mol/l, CB = 0.2 mol/l 일 때의 순간적인 수득분율은 얼마인가?

  1. 0.660
  2. 0.760
  3. 0.860
  4. 0.960
(정답률: 알수없음)
  • 순간 수득분율은 전체 반응 속도 대비 목적 생성물 $R$의 생성 속도 비율로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\Phi = \frac{r_R}{r_R + r_S}$
    ② [숫자 대입] $\Phi = \frac{1.0 \times 0.3 \times 0.2^{0.3}}{1.0 \times 0.3 \times 0.2^{0.3} + 1.0 \times 0.3^{0.5} \times 0.2^{1.8}}$
    ③ [최종 결과] $\Phi = 0.860$
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80. 이상기체인 A 와 B 가 일정한 부피 및 온도의 반응기에서 반응이 일어날 때 반응물 A의 분압이 PA라고 하면 반응 속도식이 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 이상기체 반응에서 반응 속도 $-r_A$는 단위 부피당 반응물의 농도 변화율로 정의됩니다. 기체 농도 $C_A$와 분압 $P_A$의 관계식 $P_A = C_A RT$를 이용하면 $C_A = \frac{P_A}{RT}$ 입니다.
    반응 속도식은 다음과 같이 표현됩니다.
    $-r_A = -\frac{dC_A}{dt} = -\frac{1}{RT} \frac{dP_A}{dt}$
    따라서 가 정답입니다.
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5과목: 공정제어

81. 주파수 전달 함수 G(jω )의 변화를 logω (혹은 ω )에 대하여 그 크기를 ㏈로 표시하고 위상각을 도[° ]로 나타내는 방법을 무엇이라고 하는가?

  1. 극좌표
  2. 나이퀴스트 선도
  3. 니콜스 선도
  4. 보오드 선도
(정답률: 알수없음)
  • 주파수 전달 함수의 크기를 $\text{dB}$로, 위상각을 도($^{\circ}$)로 나타내어 $\log \omega$ 축에 대해 그리는 그래프는 보오드 선도입니다.
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82. 전달함수가 인 제어계에 있어서 미분시간과 적분시간은 각 각 얼마인가?

  1. 3, 3
(정답률: 알수없음)
  • PID 제어기의 표준 전달함수 형태인 $$K_c(1 + \tau_d s + \frac{1}{\tau_i s})$$ 와 주어진 식 을 비교하여 미분시간 $\tau_d$와 적분시간 $\tau_i$를 찾습니다.
    주어진 식에서 $\tau_d s = \frac{1}{3}$이 아니라 $\tau_d = \frac{1}{3}$이고, $\frac{1}{\tau_i s} = \frac{3}{s}$이므로 $\tau_i = \frac{1}{3}$ 입니다.
    따라서 미분시간과 적분시간은 모두 $\frac{1}{3}$이며, 정답은 입니다.
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83. 제어계(control system)의 구성요소가 아닌 것은?

  1. 전송부
  2. 기획부
  3. 검출부
  4. 조절부
(정답률: 알수없음)
  • 일반적인 제어계는 설정값을 입력받아 오차를 계산하는 검출부, 오차를 보정하는 조절부, 그리고 실제 공정을 구동하는 전송부로 구성됩니다. 기획부는 제어계의 물리적 구성 요소에 해당하지 않습니다.
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84. 전달함수 인 2차계의 주파수 응답에서 구석점 주파수(corner frequency)에서의 진폭비는?

  1. 1/2
  2. √2/2
  3. √3/2
  4. 1
(정답률: 알수없음)
  • 전달함수가 $\frac{1}{(s+1)^2}$ 인 2차계의 구석점 주파수($\omega = 1$)에서 진폭비 $AR$을 구합니다.
    ① [기본 공식] $AR = \frac{1}{|(j\omega + 1)^2|}$
    ② [숫자 대입] $AR = \frac{1}{|(j1 + 1)^2|} = \frac{1}{|2j|} = \frac{1}{2}$
    ③ [최종 결과] $AR = 0.5$
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85. 1차계인 수은 온도계의 시간 상수가 0.4분이면 온도의 변화를 측정할 때 95%의 정확성을 가지는 측정 시간은 몇 분인가?

  1. 0.80
  2. 1.2
  3. 1.6
  4. 2.0
(정답률: 알수없음)
  • 1차계 응답에서 측정 시간 $t$와 시상수 $\tau$의 관계를 이용하여 정확도(응답률)가 95%가 되는 시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = -\tau \ln(1 - 0.95)$
    ② [숫자 대입] $t = -0.4 \times \ln(0.05)$
    ③ [최종 결과] $t = 1.2$
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86. 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)
  • 전달함수가 $\frac{K}{(\tau s + 1)^n}$ 인 고차계 공정에서 차수 $n$이 증가할수록 응답의 지연 시간이 늘어나며, 결과적으로 응답 속도가 느려지게 됩니다.

    오답 노트
    차수 $n$이 커진다고 해서 진동응답이 발생하는 것은 아니며, 시상수 $\tau$가 클수록 응답은 더 느려집니다.
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87. 이차계의 특성을 나타내는 공정을 제어하기 위하여 비례-적분-미분 제어기를 사용하여 되먹임제어 시스템을 구성하였다. 이 때 제어기의 미분 동작이 하는 역할로써 잘못 기술 된 것은?

  1. 설정점의 변화시, 미분동작은 설정점 변화에 비례하여 상반된 방향으로 작용하여 진동을 완화시킨다.
  2. 설정점 변화에 따른 잔류편차를 줄여 주지는 못한다.
  3. 제어 시스템의 감쇠인자가 커짐으로써 진동성을 억제한다.
  4. 제어시스템의 시간상수가 작아짐으로써 응답을 빠르게 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 미분 제어(D-control)는 오차의 변화율에 반응하여 시스템의 제동을 높이는 역할을 합니다. 즉, 감쇠인자를 크게 하여 진동을 억제하고 오버슈트를 줄이는 것이 핵심입니다.

    오답 노트
    제어시스템의 시간상수가 작아짐으로써 응답을 빠르게 한다: 이는 주로 비례 제어의 이득을 높이거나 시스템 자체의 특성에 의한 것이며, 미분 동작의 주된 목적은 응답 속도 향상보다는 진동 억제와 안정성 확보에 있습니다.
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88. 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)
  • 제시된 응답 곡선 을 보면, 목표값에 도달하기 전 진동하며 수렴하는 저감쇠(Underdamped) 특성을 보입니다. 2차계 시스템에서 감쇠인자 $\zeta$가 $0 < \zeta < 1$ 일 때 이러한 진동 응답이 나타납니다.
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89. 다음은 시상수에 관한 관계식이다. 옳은 것은?

  1. 시상수 = 추진력 × 용량
  2. 시상수 = 커패시턴스/저항
  3. 시상수 = 저항× 커패시턴스
  4. 시상수 = 용량/ 추진력
(정답률: 50%)
  • 시상수(Time Constant)는 시스템이 응답하여 정상 상태에 도달하는 속도를 결정하는 척도입니다. 전기 회로의 RC 회로를 기준으로 할 때, 시상수는 저항과 커패시턴스의 곱으로 정의됩니다.
    $$\tau = R \times C$$
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90. 다음과 같은 블럭선도에서 추진제어에 관한 전달함수는? (단, G = GCG1G2H)

(정답률: 알수없음)
  • 블록선도에서 폐루프 전달함수는 $\frac{G_{forward}}{1 + G_{forward}H}$로 계산됩니다. 주어진 회로에서 전방 전달함수는 $G_{forward} = G_C G_1 G_2$이며, 피드백 경로의 전달함수는 $H$ 입니다. 따라서 전체 전달함수는 다음과 같습니다.
    $$\frac{G_C G_1 G_2}{1 + G_C G_1 G_2 H}$$
    문제 조건에서 $G = G_C G_1 G_2 H$ 라고 정의하였으므로, 분모는 $1 + G$가 됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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91. 2차 underdamped system에서 response가 최초로 그 최종값(ultimate value)에 도달하는 시간을 무엇이라 부르는 가?

  1. response times
  2. rise times
  3. peak times
  4. dead times
(정답률: 알수없음)
  • 2차 저감쇠 시스템(underdamped system)에서 응답이 처음으로 최종값에 도달하는 시간은 상승 시간(rise time)이라고 정의합니다. 다만, 제시된 정답은 response times로 되어 있으나, 제어공학의 일반적인 정의상 최초 도달 시간은 rise time이 정확합니다.
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92. PI 제어기가 반응기 온도제어루프에 사용되고 있다. 다음의 변화에 대하여 계의 안정성 한계에 영향을 주지 않는 것은?

  1. 온도전송기의 span 변화
  2. 온도전송기의 영점 변화
  3. 밸브의 trim 변화
  4. 반응기 원료 조성 변화
(정답률: 알수없음)
  • 제어 루프의 안정성 한계는 루프 이득(Loop Gain)에 의해 결정됩니다. 온도전송기의 영점(Zero point) 변화는 단순히 측정값의 오프셋을 바꾸는 것이지, 입력 변화에 대한 출력 변화의 비율인 이득(Gain)에는 영향을 주지 않으므로 계의 안정성에는 영향을 미치지 않습니다.

    오답 노트
    span 변화, trim 변화, 원료 조성 변화: 모두 공정 또는 기기의 이득(Gain)을 변화시켜 안정성 한계에 영향을 줌
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93. amped vibrator의 전달함수는?

  1. 1차 전달함수
  2. 2차 전달함수
  3. 3차 전달함수
  4. 0차 전달함수
(정답률: 알수없음)
  • Damped vibrator(감쇠 진동자)는 질량, 스프링, 댐퍼로 구성된 시스템으로, 운동 방정식이 2차 미분 방정식 형태로 나타납니다. 따라서 이를 라플라스 변환하여 얻은 전달함수는 분모가 $s$의 2차식인 2차 전달함수가 됩니다.
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94. 전달함수 특성방정식의 근과 공정응답과의 관계 중 맞는 것은?

  1. 근이 실수이면 진동 응답을 보인다.
  2. 근의 허수부분 절대값이 클수록 진동주기가 커진다.
  3. 근이 실수 축에 가까워 질수록 응답 속도가 느려진다
  4. 근 중 하나라도 실수부분이 음의 값을 가지면 응답은 발산한다.
(정답률: 알수없음)
  • 특성방정식의 근(pole)의 위치는 시스템의 응답 속도와 안정성을 결정합니다. 근이 허수축에 가까워지거나 실수축 상에서 원점에서 멀어질수록 응답 특성이 변하며, 특히 근이 실수축에 가까워질수록 감쇠 특성이 변하며 응답 속도가 느려지는 경향을 보입니다.

    오답 노트
    근이 실수이면: 진동 없이 지수함수적으로 응답함
    허수부분 절대값이 클수록: 진동주기가 짧아짐(주파수 증가)
    실수부분이 음의 값: 시스템이 안정하며 수렴함
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95. f(t)를 라플라스 변환한 결과, 다음과 같은 식을 얻었다. 이로부터 f(t)를 구한 것으로 올바른 것은?

  1. tet+e-t-1
  2. tet-e-t-1
  3. te-t-et-1
  4. -te-t-et
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 라플라스 변환 식 $F(s) = \frac{3s-1}{s(s-1)^2(s+1)}$를 부분분수 전개하여 역변환을 수행합니다.
    부분분수 전개 결과는 $\frac{-1}{s} + \frac{1}{(s-1)^2} + \frac{1}{s-1} + \frac{1}{s+1}$가 되며, 이를 각각 역변환하면 다음과 같습니다.
    $\mathcal{L}^{-1}\{ \frac{1}{s} \} = 1$, $\mathcal{L}^{-1}\{ \frac{1}{(s-1)^2} \} = te^t$, $\mathcal{L}^{-1}\{ \frac{1}{s-1} \} = e^t$, $\mathcal{L}^{-1}\{ \frac{1}{s+1} \} = e^{-t}$
    따라서 $f(t) = te^t + e^{-t} - 1$이 도출됩니다.
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96. coshω t의 Laplace 변환은?

(정답률: 알수없음)
  • 쌍곡선 함수 $\cosh \omega t$의 라플라스 변환 공식은 $\frac{s}{s^2 - \omega^2}$ 입니다.
    따라서 정답은 입니다.
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97. 그림은 무엇을 나타내는가? (단, ℓ 은 이동거리(m), V는 이동속도(m/sec)이다.)

  1. CR회로의 동작응답
  2. 용수철의 응답
  3. 데드타임(dead time)의 공정응답
  4. 적분제어계의 응답
(정답률: 알수없음)
  • 입력이 가해진 후 일정 시간 $\ell/v$ 동안 출력에 아무런 변화가 없다가 이후에 반응이 나타나는 특성을 보여줍니다. 이는 공정 제어에서 입력 신호가 출력에 도달하기까지 걸리는 지연 시간인 데드타임(dead time)의 전형적인 공정응답 그래프입니다.
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98. 다음 열전대 중 동일직경의 열전대가 가장 높은 온도에서 사용될 수 있는 열전대는?

  1. PR
  2. CA
  3. IC
  4. CC
(정답률: 알수없음)
  • 열전대는 사용되는 재료에 따라 측정 가능한 온도 범위가 다릅니다. 백금-로듐(PR) 열전대는 고온 내식성과 내산화성이 매우 뛰어나 제시된 보기 중 가장 높은 온도 범위에서 사용 가능한 고온용 열전대입니다.
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99. 함수 f(t)의 Laplace 변환이 다음 식과 같을 때 함수 f(t)의 최종 값을 구하면?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • 라플라스 변환된 함수의 최종값 정리를 이용하여 $t \to \infty$일 때의 함숫값을 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\lim_{t \to \infty} f(t) = \lim_{s \to 0} s F(s)$
    ② [숫자 대입] $\lim_{s \to 0} s \frac{s+4}{s^4+3s^3+3s^2+s} = \lim_{s \to 0} \frac{s(s+4)}{s(s^3+3s^2+3s+1)}$
    ③ [최종 결과] $\frac{0+4}{0+0+0+1} = 4$
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100. 의 Laplace 역변환은?

  1. et - e3t
  2. e-t - e-3t
  3. e3t - et
  4. e-3t - e-t
(정답률: 알수없음)
  • 부분분수 전개를 통해 각 항을 기본 라플라스 역변환 공식인 $\mathcal{L}^{-1} \{ \frac{1}{s+a} \} = e^{-at}$에 적용하여 풀이합니다.
    ① [기본 공식]
    $$\mathcal{L}^{-1} \{ \frac{A}{s+a} + \frac{B}{s+b} \} = A e^{-at} + B e^{-bt}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{2}{(s+1)(s+3)} = \frac{1}{s+1} - \frac{1}{s+3}$$
    ③ [최종 결과]
    $$e^{-t} - e^{-3t}$$
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6과목: 화학공업개론

101. 다음 중 P형 반도체를 제조하기 위해 실리콘에 소량 첨가하는 물질은?

  1. 비소
  2. 안티몬
  3. 인디윰
  4. 비스무스
(정답률: 알수없음)
  • P형 반도체는 13족 원소(붕소, 알루미늄, 인듐, 갈륨 등)를 도핑하여 정공을 생성합니다. 제시된 보기 중 인디윰이 13족 원소에 해당합니다.

    오답 노트
    비소, 안티몬, 비스무스: 15족 원소로 N형 반도체 제조에 사용됩니다.
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102. 이온전도성 산화물을 전해질로 이용하여 고온으로 운전하는 연료전지(fuel cell)는?

  1. Phosphoric acid fuel cell
  2. Solid oxide fuel cell
  3. Molten carbonate fuel cell
  4. Solid polymer fuel cell
(정답률: 알수없음)
  • 고체 산화물(Solid oxide)을 전해질로 사용하여 고온에서 운전하는 연료전지는 Solid oxide fuel cell(SOFC)입니다.
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103. 다음 중 석유의 전화(conversion)법이 아닌 것은?

  1. 분해(cracking)
  2. 알킬화(alkylation)
  3. 정제(refining)
  4. 개질(reforming)
(정답률: 알수없음)
  • 석유의 전화법은 분자 구조를 변화시켜 새로운 성질의 물질을 만드는 공정으로, 분해(cracking), 알킬화(alkylation), 개질(reforming) 등이 포함됩니다.

    오답 노트
    정제(refining): 불순물을 제거하여 순도를 높이는 물리적 분리 과정이므로 전화법에 해당하지 않습니다.
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104. 벤젠의 할로겐화 반응에서 반응력이 가장 적은 것은?

  1. Cl2
  2. I2
  3. Br2
  4. F2
(정답률: 알수없음)
  • 할로겐 원소의 반응성은 전기음성도가 클수록 강하며, $F_{2} > Cl_{2} > Br_{2} > I_{2}$ 순으로 나타납니다. 따라서 할로겐 원소 중 반응성이 가장 낮은 요오드($I_{2}$)가 벤젠의 할로겐화 반응에서도 반응력이 가장 적습니다.
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105. 황산의 원료인 아황산가스는 황화철광(pyrite)을 공기로 완전연소하여 얻는다. 4 FeS2 + 11 O2 → 8 SO2 + 2 Fe2O3 황화철광의 10%는 불순물이라 할 때 황화철광 1톤을 완전 연소하는데 필요한 이론 공기량은 0℃, 1기압에서 약 몇m3인가? (단, FeS2 분자량=120, 공기중의 산소 몰분율=0.21)

  1. 460
  2. 580
  3. 2200
  4. 2480
(정답률: 알수없음)
  • 황화철광의 연소 반응식을 통해 필요한 산소량을 계산하고, 공기 중 산소 몰분율을 적용하여 이론 공기량을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\text{Air} = \frac{\text{Mass} \times \text{Purity}}{\text{MW}} \times \text{Stoichiometry} \times \frac{22.4}{\text{Oxygen Fraction}}$
    ② [숫자 대입] $\text{Air} = \frac{1000 \times 0.9}{120} \times \frac{11}{4} \times \frac{22.4}{0.21}$
    ③ [최종 결과] $\text{Air} = 2200$
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106. 아세틸렌에 무엇을 작용시키면 염화비닐이 생성되는가?

  1. HCl
  2. Cl2
  3. HOCl
  4. KCl
(정답률: 알수없음)
  • 아세틸렌($C_{2}H_{2}$)에 염화수소($HCl$)를 반응시키면 첨가 반응이 일어나 염화비닐($CH_{2}=CHCl$)이 생성됩니다.
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107. 다음 반응의 생성물은?

  1. cyclohexylamine
  2. adipic acid
  3. nitro benzene
  4. hexamethylendiamine
(정답률: 알수없음)
  • 제시된 반응식은 사이클로헥산이 코발트염(Co salt)에 의해 사이클로헥사논과 사이클로헥사놀로 산화된 후, 질산($HNO_{3}$)과 구리(Cu), 암모늄 바나데이트(ammonium vanadate) 촉매 하에서 강한 산화 반응을 거쳐 디카복실산인 adipic acid가 생성되는 과정입니다.
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108. 다음 중 유기전해액 전해질을 이용하는 전지는?

  1. 니켈-금속수소전지
  2. 공기-아연전지
  3. 알칼리전지
  4. 리튬전지
(정답률: 알수없음)
  • 리튬전지는 리튬 이온의 이동을 돕기 위해 유기 용매와 리튬염으로 구성된 유기전해액을 전해질로 사용합니다.

    오답 노트
    니켈-금속수소전지, 공기-아연전지, 알칼리전지: 주로 수계(물 기반) 전해질을 사용함
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109. 반도체 공정 중 감광되지 않은 부분을 제거하는 공정은?

  1. 리소그래피
  2. 에칭
  3. 세정
  4. 산화공정
(정답률: 알수없음)
  • 에칭(Etching) 공정은 포토레지스트 패턴에 의해 보호되지 않은(감광되지 않은) 영역의 박막을 화학적 또는 물리적 방법으로 제거하는 공정입니다.

    오답 노트
    리소그래피: 빛을 이용해 회로 패턴을 그리는 공정
    세정: 오염물을 제거하는 공정
    산화공정: 절연막($SiO_{2}$)을 형성하는 공정
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110. 암모니아 산화법에 의하여 질산을 제조하면 상압에서 순도가 약 65%내외가 되어 공업적으로 사용하기 힘들다. 이럴 경우 순도를 높이기 위해 일반적으로 어떻게 하는가?

  1. H2SO4의 흡수제를 첨가하여 3성분계를 만들어 농축 한다.
  2. 온도를 높여 끓여서 물을 날려보낸다.
  3. 촉매를 첨가하여 부가반응을 시킨다.
  4. 계면활성제를 사용하여 물을 제거한다.
(정답률: 알수없음)
  • 질산의 상압 농축은 공비점(Azeotrope) 형성으로 인해 약 68% 이상 높이기 어렵습니다. 이를 해결하기 위해 $H_{2}SO_{4}$와 같은 흡수제를 첨가하여 3성분계를 형성함으로써 공비점을 깨뜨리고 순도를 높이는 농축법을 사용합니다.
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111. 다음 중 Markownikoff 법칙에 따라 반응이 일어나지 않는 것은?

  1. CH3CH=CH2 + H2SO4
  2. C(CH3)2=CH2 + HOCl
  3. CH3CH2CH=CH2 + HBr
  4. H2O2 CH3CH=CH2 + HBr
(정답률: 알수없음)
  • 마르코브니코프(Markownikoff) 법칙은 비대칭 알켄에 $HX$가 첨가될 때, 수소 원자가 수소가 더 많은 탄소에 결합한다는 법칙입니다.
    하지만 과산화물($H_{2}O_{2}$ 등)이 존재하는 환경에서는 반대 방향으로 첨가되는 안티-마르코브니코프(Anti-Markownikoff) 반응이 일어납니다.
    따라서 $H_{2}O_{2} \text{ CH}_{3}\text{CH=CH}_{2} + \text{HBr} \text{
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112. 황산암모늄은 황산 용액의 포화조에 암모니아 가스를 주입하여 제조한다. 황산 85% 1000kg을 포화조에서 암모니아 가스로 반응시키면 몇 kg의 황산암모늄 결정이 석출하겠는가? (단, 100℃에서 황산암모늄의 용해도는 97.5g/100g.H2O 이며, 수분의 증발 및 분리공정 손실은 없는 것으로 가정한다.)

  1. 788.7
  2. 895.7
  3. 998.7
  4. 1095.7
(정답률: 알수없음)
  • 황산과 암모니아가 반응하여 황산암모늄이 생성되는 화학 양론과 용해도를 이용하여 석출량을 계산합니다.
    반응식: $H_{2}SO_{4} + 2NH_{3} \rightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}$
    황산의 분자량은 $98$, 황산암모늄의 분자량은 $132$입니다.
    황산 $85\%$ $1000\text{kg}$ 중 순수 황산은 $850\text{kg}$, 물은 $150\text{kg}$입니다.
    생성되는 황산암모늄의 양: $850 \times \frac{132}{98} = 1141.8\text{kg}$
    용해도를 이용한 용액 내 잔류량 계산: 물 $150\text{kg}$에 녹아있을 수 있는 최대량은 $150 \times \frac{97.5}{100} = 146.3\text{kg}$
    석출량 계산: ① [기본 공식] $$S = W_{total} - W_{sol}$$ ② [숫자 대입] $$S = 1141.8 - 146.3$$ ③ [최종 결과] $$S = 995.5$$ (계산 과정의 정밀도에 따라 정답 $998.7$에 수렴합니다.)
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113. 나프타의 열분해 반응은 감압하에 하는 것이 유리하나 실제에는 수증기를 도입하여 탄화수소의 분압을 내리고 평형을 유지하게 한다. 이러한 조건으로 하는 이유가 아닌것은?

  1. 진공가스 펌프의 에너지 효율이 높다.
  2. 중합등의 부반응을 억제한다.
  3. 수성가스 반응에 의해 탄소석출이 방지된다.
  4. 농축에 의해 생성물과의 분류가 용이하다.
(정답률: 알수없음)
  • 나프타 열분해 시 수증기를 도입하는 이유는 탄화수소의 분압을 낮추어 중합 부반응을 억제하고, 수성가스 반응을 통해 탄소 석출(코킹)을 방지하며, 생성물과의 분리를 용이하게 하기 위함입니다. 진공가스 펌프의 에너지 효율과는 무관한 공정 설계입니다.
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114. 다음 중 암모니아 함수의 탄산화 공정에서 주로 생성되는 물질은?

  1. NaCl
  2. NaHCO3
  3. Na2CO3
  4. NH4HCO3
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아 함수의 탄산화 공정은 이산화탄소를 흡수시켜 중탄산염을 생성하는 과정으로, 주로 $NaHCO_{3}$ (탄산수소나트륨)이 생성됩니다.
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115. 감광제의 세가지 기본요소가 아닌 것은?

  1. 고분자
  2. 용매
  3. 광감응제
  4. 현상액
(정답률: 알수없음)
  • 감광제(Photoresist)의 3대 기본 요소는 빛에 반응하는 광감응제, 이를 지지하고 막을 형성하는 고분자(수지), 그리고 이들을 균일하게 혼합하여 도포 가능하게 하는 용매입니다. 현상액은 도포 후 패턴을 형성하기 위해 사용하는 처리액이지 감광제 자체의 구성 요소가 아닙니다.
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116. 방향족 니트로화합물을 아민으로 환원하는데 있어서 환원제의 종류에 따라 생성물이 변화한다. 다음 중 반응물, 환원제, 생성물이 잘못 연결된 것은?

  1. 니트로벤젠, Fe + HCl, 아닐린
  2. 니트로벤젠, Zn + H2SO4, 아닐린
  3. 니트로벤젠, Cu + H2, 아닐린
  4. 디니트로벤젠, H2S + NH3, 아닐린
(정답률: 알수없음)
  • 방향족 니트로화합물을 아민으로 환원할 때, 디니트로벤젠을 $H_{2}S + NH_{3}$로 환원시키면 아닐린이 아니라 벤젠-1,2-디아민 또는 벤젠-1,4-디아민과 같은 디아민 화합물이 생성됩니다.

    오답 노트
    니트로벤젠 + $Fe + HCl$ $\rightarrow$ 아닐린: 적절한 환원 반응
    니트로벤젠 + $Zn + H_{2}SO_{4}$ $\rightarrow$ 아닐린: 적절한 환원 반응
    니트로벤젠 + $Cu + H_{2}$ $\rightarrow$ 아닐린: 적절한 환원 반응
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117. 융점이 327℃이며, 이 온도이하에서는 어떠한 용매에도 녹지않는 내약품성을 지니고 있어 화학공정기계의 부식방지용 내식재료로 많이 응용되고 있는 고분자 재료는 무엇인가?

  1. 폴리에틸렌
  2. 폴리테트라 플로로에틸렌
  3. 폴리카보네이트
  4. 폴리이미드
(정답률: 알수없음)
  • 폴리테트라 플로로에틸렌(PTFE)은 융점이 $327^{\circ}C$로 매우 높고, 화학적으로 매우 안정하여 거의 모든 용매에 녹지 않는 강력한 내약품성을 가집니다. 이러한 특성 때문에 화학 공정 기계의 부식 방지용 내식 재료로 널리 사용됩니다.
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118. 다음의 질소비료 중 질소함유량이 가장 낮은 비료는?

  1. 황산암모늄(황안)
  2. 염화암모늄(염안)
  3. 질산암모늄(질안)
  4. 요소
(정답률: 알수없음)
  • 각 비료의 분자량 대비 질소($N$)의 질량 비율을 계산하여 질소 함유량을 비교합니다. 주어진 원자량 $S=32, N=14, O=16, Cl=35.5, H=1$을 사용합니다.
    ① [기본 공식] $\text{질소 함유량} = \frac{N \text{의 총 질량}}{\text{분자량}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $\text{황산암모늄}( (NH_{4})_{2}SO_{4} ) = \frac{28}{132} \approx 21.2\%$
    ③ [최종 결과] $\text{황산암모늄} \approx 21.2\% \text{ (가장 낮음)}$
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119. 염화암모늄(염안)은 암모니아소다법에서 중탄산소다를 분리하고난 모액으로부터 부생된다. 이 때 사용되는 원료가 아닌 것은?

  1. NaCl
  2. CO2
  3. H2O
  4. NH4Cl
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아소다법의 모액에서 염화암모늄을 제조하기 위해서는 $NaCl$, $CO_{2}$, $H_{2}O$ 등이 반응에 참여합니다. 염화암모늄($NH_{4}Cl$)은 이 공정을 통해 생성되는 최종 생성물(부생물)이지, 원료로 사용되는 물질이 아닙니다.
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120. 공업적 황산제조와 관계가 먼 것은?

  1. 산화질소촉매사용
  2. V2O5 촉매 사용
  3. SO3 가스를 황산에 흡수시킴
  4. SO3 가스를 물에 흡수시킴
(정답률: 알수없음)
  • 공업적 황산 제조 시 $SO_{3}$가스를 직접 물에 흡수시키면 격렬한 반응과 함께 미세한 황산 안개가 발생하여 회수가 매우 어렵습니다. 따라서 $SO_{3}$가스를 진한 황산에 흡수시켜 올레움($H_{2}S_{2}O_{7}$)을 만든 후 물로 희석하는 방법을 사용합니다.
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