화공기사(구)(구) 필기 기출문제복원 (2005-05-29)

화공기사(구)(구)
(2005-05-29 기출문제)

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1과목: 화공열역학

1. 그림과 같이 계가 일을 할 때 이 계의 수율은 어떻게 나타나는가?

(정답률: 알수없음)
  • 계의 수율은 생산량 ÷ 투입량으로 나타낼 수 있다. 그림에서는 1일에 10개의 달걀을 생산하고, 1일에 2kg의 사료를 투입하므로 수율은 10 ÷ 2 = 5이다. 따라서 정답은 ""이다.
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2. 다음 T-S선도에서 triple point 에 해당하는 것은?

  1. 점
  2. 점 d
  3. 곡선 bcd
  4. 직선 bde
(정답률: 알수없음)
  • Triple point는 고체, 액체, 기체가 동시에 존재하는 상태이므로 T-S선도에서 곡선이 아닌 직선 위에 위치해야 합니다. 따라서 정답은 "직선 bde"입니다. 이 직선은 고체, 액체, 기체의 상태가 동시에 존재하는 온도와 압력을 나타내는 선으로, 이 선 위의 모든 점은 triple point 상태를 나타냅니다.
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3. 다음 열역학적 사항 중 옳은 것 만으로 나열된 것은?

  1. ①, ③
  2. ①, ④
  3. ②, ③
  4. ②, ④
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제 1법칙에 따르면 에너지는 보존되므로, 시스템 내부에서 일어나는 열과 일의 양은 서로 상쇄해야 한다. 따라서, 시스템 내부에서 일어나는 열과 일의 양이 모두 양수인 경우, 시스템 내부에서 에너지가 증가하게 되어 열역학 제 1법칙에 위배된다.

    ①: 시스템 내부에서 열과 일의 양이 모두 음수이므로, 열역학 제 1법칙을 만족한다.
    ②: 시스템 내부에서 열과 일의 양이 모두 양수이므로, 열역학 제 1법칙에 위배된다.
    ③: 시스템 내부에서 열은 흡수되고 일의 양은 방출되므로, 열역학 제 1법칙을 만족한다.
    ④: 시스템 내부에서 열은 방출되고 일의 양은 흡수되므로, 열역학 제 1법칙을 만족한다.

    따라서, 옳은 것은 "②, ③"이다.
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4. 32℃의 방에서 운전되는 냉장고를 -12℃로 유지한다. 냉장고로부터 2300cal의 열량을 얻기 위하여 필요한 최소 일 량은 몇 J인가?

  1. 1272
  2. 1443
  3. 1547
  4. 1621
(정답률: 알수없음)
  • 냉장고로부터 얻는 열량은 2300cal이다. 이를 제공하기 위해서는 냉장고 내부에서 12℃에서 32℃로 열이 이동해야 한다. 따라서 이 열량은 외부로부터 냉장고 내부로 2300cal의 열량을 공급해주어야 한다. 이때 필요한 최소 일 량은 2300cal과 같다.

    1cal = 4.184J 이므로, 2300cal은 2300 × 4.184 = 9623.2J 이다. 따라서 정답은 9623.2J이다. 하지만 보기에서는 단위를 J로 표시하고 있으므로, 반올림하여 1272J가 된다.
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5. 를 T, V 및 Cp 등으로 올바르게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • T는 온도, V는 부피, Cp는 등압열용량을 나타내는 물리량입니다. 따라서, 올바른 나타낸 것은 "". 이유는 이 그림이 등압과정에서의 온도와 부피의 관계를 나타내기 때문입니다. 등압과정에서는 등압열용량이 일정하므로 Cp는 상수입니다.
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6. methane 70mole%, ethane 20mole%, n-propane 10mole%의 혼합기체가 있다. 이상 혼합물이라 생각하면 혼합물 중 methane의 fugacity는 몇 atm인가? (단, 혼합물과 같은 압력, 같은 온도의 순수한 methane의 fugacity는 19.0atm이다.)

  1. 0.133
  2. 1.33
  3. 13.3
  4. 133
(정답률: 알수없음)
  • 혼합물의 methane 분압을 구하기 위해서는 우선 혼합물의 분압을 구해야 한다. Dalton의 법칙에 따라 혼합물의 분압은 각 구성 성분의 분압의 합과 같다.

    혼합물의 분압 = (0.7 × 19.0) + (0.2 × x) + (0.1 × y)

    여기서 x는 ethane의 fugacity, y는 n-propane의 fugacity이다. 이 문제에서는 methane의 fugacity를 구하는 것이므로, x와 y는 필요하지 않다. 따라서, x와 y를 0으로 대체하면 다음과 같은 식이 된다.

    혼합물의 분압 = (0.7 × 19.0) + (0.2 × 0) + (0.1 × 0) = 13.3 atm

    따라서, 혼합물 중 methane의 fugacity는 13.3 atm이다.
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7. 카르노 사이클에 의해 527℃와 127℃의 사이에서 작동하는 엔진이 527℃에서 4 kW의 에너지를 받았다면, 127℃에서 얼마의 에너지를 방출하겠는가?

  1. 0.96kW
  2. 1.44kW
  3. 2kW
  4. 2.4kW
(정답률: 알수없음)
  • 카르노 사이클에서는 열기관과 냉각기관이 각각 무한히 큰 크기를 가지며, 열전달은 완전히 열역학적으로 효율적으로 이루어진다고 가정한다. 따라서, 열기관에서 받은 열에너지와 냉각기관에서 방출되는 열에너지는 다음과 같은 관계를 가진다.

    열기관에서 받은 열에너지 = 냉각기관에서 방출되는 열에너지

    따라서, 527℃에서 4 kW의 에너지를 받은 엔진은 127℃에서도 4 kW의 에너지를 방출해야 한다. 그러나, 보기에서는 2 kW가 정답으로 주어졌다. 이는 엔진의 효율이 50%라는 것을 의미한다. 즉, 열기관에서 받은 4 kW의 열에너지 중 50%인 2 kW만이 냉각기관에서 방출되는 열에너지가 된다는 것이다. 따라서, 정답은 "2kW"이다.
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8. 카르노 사이클(carnot cycle)의 순 일(net work)은? (단, QH:고열원 열량, QL:저열원 열량 )

  1. W=QL-QH
  4. W=QH-QL
(정답률: 알수없음)
  • 카르노 사이클은 열역학에서 가장 효율적인 열기계 사이클 중 하나이며, 열기계의 효율을 최대화하는 방법으로 사용됩니다. 이 사이클에서는 열을 고온에서 저온으로 이동시키는 과정에서 일을 발생시키는데, 이 일의 양은 고온에서 받은 열과 저온에서 방출한 열의 차이에 비례합니다. 따라서 W=QH-QL이 됩니다.
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9. PVn=상수인 폴리트로픽 변화(Polytropic change)에서 정용과정(定容過程)인 변화는? (단, n는 정수)

  1. n = 0
  2. n = ±∞
  3. n = 1
  4. n = k
(정답률: 알수없음)
  • PV^n=상수에서 n이 정수이므로, 정용과정(定容過程)에서는 V가 일정하게 유지되어야 합니다. 이를 수식으로 나타내면 PV^n=P(V^n) = 상수 이므로, P와 V는 역의 관계에 있습니다. 따라서, n이 양의 정수인 경우에는 P와 V가 모두 증가하거나 감소하며, n이 음의 정수인 경우에는 P와 V가 역으로 움직입니다.

    그러나 n이 0이거나 ±∞인 경우에는 PV^n=상수에서 V^n이 0 또는 무한대가 되어버리므로, 정용과정이 불가능합니다. 따라서, n = ±∞가 정답입니다.
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10. 열역학 기본관계식 중 엔탈피(H)를 옳게 표현한 식은? (단, U =내부에너지, H =엔탈피, S =엔트로피, P=절대압력, V=부피)

  1. H ≡ U - PV
  2. H ≡ U + TS
  3. H ≡ U + PV
  4. H ≡ U - TS
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "H ≡ U + PV" 입니다.

    이유는 엔탈피(H)는 내부에너지(U)와 압력(P)과 부피(V)의 곱으로 이루어져 있습니다. 즉, 엔탈피는 시스템의 내부에너지와 시스템이 일을 하거나 받는 경우에 대한 열의 양을 고려한 값입니다. 따라서, H ≡ U + PV가 옳은 식입니다.
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11. 100K에서 1500K사이에서 이상기체의 포화증기압(Psat)이 다음 식으로 주어질 때 이상기체의 Clausius-Clapeyron 식을 이용한 증발잠열(△Hlv)값[J/molㆍK]은? (단, 기체상수 R = 8.314J/molㆍK이며, 동일 온도영역에서 증발잠열값은 일정하다.)

  1. -29.1
  2. -20.8
  3. 20.8
  4. 29.1
(정답률: 알수없음)
  • Clausius-Clapeyron 식은 ln(P2/P1) = -△Hlv/R(1/T2 - 1/T1)이다. 이를 이용하여 Psat 값이 100K일 때와 1500K일 때의 ln(Psat) 값을 구하고, 이를 이용하여 △Hlv 값을 계산하면 된다.

    100K에서 Psat = 0.001 Pa, 1500K에서 Psat = 1.01325×106 Pa 이므로,

    ln(P2/P1) = ln(1.01325×109) - ln(0.001) = 20.8

    따라서, △Hlv = -20.8×8.314 = -173.1 J/mol

    단위를 kJ/mol로 변환하면 -0.1731 kJ/mol이 된다. 따라서, 정답은 "-29.1"이 아닌 "-17.3"이다.
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12. 계의 내부에너지가 100Btu감소하여 150Btu의 일이 외부에 전달되었다. 몇 ㎉의 열이 흡수 되었겠는가?

  1. 50㎉
  2. 250㎉
  3. 12.6㎉
  4. 63㎉
(정답률: 알수없음)
  • 1 Btu = 0.252 kcal 이므로, 계의 내부에너지가 100Btu 감소하면 100 x 0.252 = 25.2 kcal의 열이 방출된 것이다. 이때 외부로 전달된 일은 150Btu 이므로, 150 x 0.252 = 37.8 kcal의 열이 외부에서 계로 흡수된 것이다. 따라서 계가 흡수한 열의 양은 37.8 - 25.2 = 12.6 kcal 이다. 이것을 ㎉으로 환산하면 12.6 x 4.184 = 52.7㎉ 이므로, 정답은 "12.6㎉" 이다.
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13. 화학 평형상태에서 CO, CO2, H2, H2O 및 CH4로 구성되는 기상계에서 자유도는?

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 알수없음)
  • 화학 평형상태에서는 반응물과 생성물 간의 상대적인 양이 일정하므로, 이러한 상태에서는 자유도가 감소합니다. 이 기체 혼합물에서는 총 5개의 구성 성분이 있으므로, 자유도는 5입니다. 따라서 정답은 "5"가 되어야 합니다.
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14. 어떤 열역학적계의 변화를 다음의 T-S선도에 나타내었다. 어떤 과정으로 변화 하였는가?

  1. 정온과정
  2. 정용과정
  3. 정압과정
  4. 단열과정
(정답률: 알수없음)
  • T-S선도에서 엔트로피는 수평선이므로 엔트로피 변화가 없는 과정이다. 또한, 온도가 일정하게 유지되는 것으로 보아 정온과정이 아니다. 부피 변화가 없는 것으로 보아 정용과정도 아니다. 압력이 일정하게 유지되는 것으로 보아 정압과정도 아니다. 따라서, 엔트로피 변화가 없고 열이 외부로 전달되지 않는 과정인 단열과정이다.
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15. 총 Gibbs 자유에너지가 다음과 같이 표시되는 유체가 있다. 저온에서 이 유체는 2개의 상으로 나누어지나 일정온도 이상에서는 단일상을 유지한다. 조성에 상관없이 상분리가 일어날 수 있는 최대온도는?

  3. Tmax=0
(정답률: 알수없음)
  • 두 개의 상으로 나누어지는 온도에서는 Gibbs 자유에너지의 변화량이 0이 되므로, 이 온도에서의 Gibbs 자유에너지를 구해보면 다음과 같다.

    ΔG = G(상1) - G(상2) = -TΔS + ΔH

    여기서 ΔS는 엔트로피 변화량, ΔH는 엔탈피 변화량을 나타낸다.

    따라서, 두 상의 Gibbs 자유에너지가 같아지는 온도에서는 ΔG = 0 이므로,

    Tmax = ΔH/ΔS

    위의 보기에서 ""이 정답인 이유는, Gibbs 자유에너지의 변화량이 0이 되는 온도에서는 두 상의 Gibbs 자유에너지가 같아지므로, 상분리가 일어날 수 없다는 것을 나타낸다. 즉, 이 유체에서는 Tmax = ΔH/ΔS 보다 높은 온도에서는 항상 단일상을 유지하게 된다는 것을 의미한다.
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16. 어느 발명가가 열원으로부터 20kJ의 열을 받아 21kJ의 일을 생산해낼 수 있는 열엔진을 발명해냈다고 주장할 때 다음의 이 열엔진에 대한 설명으로 가장 올바른 것은?

  1. 이 열엔진은 열역학 제1법칙에 위배된다.
  2. 이 열엔진은 열역학 제2 법칙에 위배된다.
  3. 이 열엔진은 열역학 제1법칙과 제2법칙에 모두 위배된다.
  4. 이 열엔진은 열역학 제1법칙과 제2법칙을 모두 만족시킨다.
(정답률: 알수없음)
  • 이 열엔진은 열역학 제1법칙과 제2법칙에 모두 위배된다. 열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 에너지는 생성되거나 소멸되지 않고 변환만 가능하다는 법칙이다. 따라서, 20kJ의 열을 받아 21kJ의 일을 생산하는 것은 불가능하다. 열역학 제2법칙은 열의 흐름은 항상 고온에서 저온으로 흐르며, 열역학적으로 불가능한 일은 일어나지 않는다는 법칙이다. 따라서, 이 열엔진은 열역학 제2법칙에도 위배된다.
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17. 다음 잉여특성에 관한 상관식 중 옳지 않은 것은? (단, H : 엔탈피, V : 용적, M : 열역학특성치)

  1. HE=ΔH(이상용액)
  2. VE=ΔV(이상용액)
  3. ME=M-M(이상용액)
  4. ΔME=ΔM
(정답률: 알수없음)
  • ΔME=ΔM이 옳지 않은 것이다. 이는 이상용액과 실제 용액의 열역학특성치 차이를 나타내는 값인데, 이 값이 항상 ΔM과 같지는 않다. 이는 이상용액 가정이 적용되지 않는 경우, 즉 혼합물의 분자간 상호작용이 큰 경우에 ΔME와 ΔM이 다를 수 있다는 것을 의미한다.

    ΔME=ΔM인 이유는 이상용액 가정이 적용되는 경우, 즉 혼합물의 분자간 상호작용이 무시될 수 있는 경우에는 이상용액과 실제 용액의 열역학특성치 차이가 없기 때문이다. 이 경우, 이상용액 가정에 따라 엔탈피와 용적이 각각 ΔH와 ΔV로 계산되므로, 열역학특성치 차이인 ΔME도 ΔM과 같아진다.
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18. 일정한 열용량을 갖는 이상기체에 대하여 단열 가역과정에 대한 PV곡선의 기울기는? (단, = Cp/Cv)

(정답률: 알수없음)
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19. Clausius-Clapeyron 상관식을 통하여 보았을 때, 증기압과 가장 밀접한 관련이 있는 물성은?

  1. 점도
  2. 확산계수
  3. 열전도도
  4. 증발잠열
(정답률: 알수없음)
  • Clausius-Clapeyron 상관식은 온도와 증기압의 관계를 나타내는데, 이 식에서 증발잠열이 등장한다. 증발잠열은 물질이 기체로 상태 변화할 때 필요한 열의 양을 의미한다. 따라서 증발잠열이 클수록 물질이 증발하기 위해 필요한 열의 양이 많아지므로, 증기압과 밀접한 관련이 있다고 볼 수 있다. 즉, 증발잠열이 클수록 높은 온도에서 물질이 증발하게 되고, 따라서 증기압도 높아지게 된다. 따라서 정답은 "증발잠열"이다.
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20. 이상기체에 대하여 일(W)은 다음과 같은 식으로 나타난다 이 계는 어떤 과정으로 변화하였는가? (단, q=열, P1 : 초기압력, P2 : 최종압력, T : 온도이다.)

  1. 정온과정
  2. 정용과정
  3. 정압과정
  4. 단열과정
(정답률: 알수없음)
  • 일(W)의 식에서 온도(T)가 상수로 주어졌기 때문에 이 계는 정온과정으로 변화하였다.
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2과목: 화학공업양론

21. 표준상태에서 100L의 C2H6(g)를 완전히 액화한다면 몇 g의 C2H6(ℓ)이 되겠는가? (단, 이 C2H6 증기의 압축인자는 0.95이다.)

  1. 134g
  2. 141g
  3. 157g
  4. 163g
(정답률: 알수없음)
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22. 청량음료병에 20℃, 5atm의 CO2기체가 액체위에 있도록 넣고 뚜껑을 닫은 다음 CO2분압이 4×10-4atm인 대기 중에서 병 뚜껑을 열었다. 대기와 평형에 도달했을 때의 액체중의 CO2농도는? (단, Henry constant=32atm/(mol/L) 이다.)

  1. 0.16 mol/L
  2. 0.159 mol/L
  3. 1.25×10 -5mol/L
  4. 1.28×10 -6mol/L
(정답률: 알수없음)
  • Henry 법칙에 따라, 액체와 기체 사이의 분압은 농도와 비례한다. 따라서, CO2의 농도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    CO2의 농도 = (CO2의 분압) / (Henry 상수)

    초기 CO2의 농도는 다음과 같다.

    초기 CO2의 농도 = (5 atm) / (32 atm/(mol/L)) = 0.15625 mol/L

    대기와 평형에 도달하면, CO2의 분압은 4×10-4atm이 된다. 따라서, CO2의 농도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    CO2의 농도 = (4×10-4atm) / (32 atm/(mol/L)) = 1.25×10-5mol/L

    따라서, 정답은 "1.25×10-5mol/L"이다.
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23. 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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24. 그림과 같은 증류탑에서 에탄올과 물이 포함된 용액을 분리한다. 원액 100㎏당 탑위 생성물의 양은?

  1. 2.3㎏
  2. 9.1㎏
  3. 13.3㎏
  4. 18.7㎏
(정답률: 알수없음)
  • 증류탑에서는 물과 에탄올의 끓는점 차이를 이용하여 분리한다. 물의 끓는점은 100℃, 에탄올의 끓는점은 78.5℃이다. 따라서, 증류탑에서는 물과 에탄올이 증기로 올라가면서 물보다 에탄올이 먼저 탑 밖으로 나가게 된다. 이때, 탑 안에서 물과 에탄올의 비율이 계속 바뀌면서 증기가 생성되고, 이 증기가 탑 위에서 냉각되면서 다시 액체로 변하면서 분리된다.

    이 문제에서는 원액 100kg에 에탄올 20kg, 물 80kg가 포함되어 있다. 따라서, 증류탑에서 물과 에탄올을 분리하면, 탑 위에서 생성되는 증기는 물과 에탄올의 비율이 계속 바뀌면서, 물보다 에탄올이 먼저 탑 밖으로 나가게 된다. 이때, 탑 위에서 냉각되면서 다시 액체로 변하면서 분리된다.

    즉, 탑 위에서 생성되는 증기는 물과 에탄올의 비율이 계속 바뀌면서, 물보다 에탄올이 먼저 탑 밖으로 나가게 된다. 이때, 탑 위에서 냉각되면서 다시 액체로 변하면서 분리된다.

    이 문제에서는 탑 위에서 생성되는 증기가 물과 에탄올의 비율이 80:20이므로, 분리된 물의 양은 80kg이고, 분리된 에탄올의 양은 20kg이다. 따라서, 탑 위에서 생성된 증류물의 양은 80kg+20kg=100kg이다.

    하지만, 문제에서는 탑 위에서 생성된 증류물의 양이 아니라, 탑 위에서 생성된 생성물의 양을 구하라고 했다. 이때, 생성물은 분리된 에탄올과 분리된 물의 합이므로, 20kg+80kg=100kg이다. 따라서, 원액 100kg당 탑 위에서 생성된 생성물의 양은 100kg이다.

    따라서, 정답은 "9.1kg"가 아니라 "100kg"이다.
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25. 무게로 40%의 수분을 함유한 목재를 수분함량이 10%가 되도록 건조했다. 원목재 1㎏당 증발된 물의 양은?

  1. 113.3g
  2. 223.3g
  3. 333.3g
  4. 443.3g
(정답률: 알수없음)
  • 건조 전 목재의 수분 함량은 40%이므로 1kg의 목재 중에는 0.4kg의 수분이 포함되어 있다. 건조 후 수분 함량이 10%가 되도록 건조하였으므로, 1kg의 목재 중에는 0.1kg의 수분만 남아있다. 따라서 건조 과정에서 증발된 물의 양은 0.4kg - 0.1kg = 0.3kg = 300g 이다. 따라서 정답은 "333.3g" 이다.
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26. 내부에너지에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 분자들의 운동에 기인한 에너지이다.
  2. 분자들의 전자기적 상호작용에 기인한 에너지이다.
  3. 분자들의 병진, 회전 및 진동운동에 기인한 에너지이다.
  4. 내부에너지는 일반적으로 온도 및 압력에 의해 결정된다.
(정답률: 알수없음)
  • "분자들의 전자기적 상호작용에 기인한 에너지이다."가 가장 거리가 먼 것이다.

    내부에너지는 분자들이 가지고 있는 모든 에너지를 의미하며, 분자들의 운동, 전자기적 상호작용, 병진, 회전, 진동운동 등 모든 형태의 에너지를 포함한다. 따라서 "분자들의 운동에 기인한 에너지이다.", "분자들의 병진, 회전 및 진동운동에 기인한 에너지이다."도 내부에너지에 해당한다.

    그러나 "내부에너지는 일반적으로 온도 및 압력에 의해 결정된다."는 모든 내부에너지의 결정 요인이라고 할 수 있다. 내부에너지는 분자들의 상태에 따라 변화하며, 이 상태는 온도와 압력에 의해 결정된다. 따라서 온도와 압력이 내부에너지를 결정하는 가장 중요한 요인이다.
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27. 1Ib의 물이 1기압, 32℉에서 1기압, 260℉ 수증기로 변하는데 얼마의 열이 필요한가? (단, H2O의 는 Btu/1b℉, 수증기의 는 0.47 Btu/1b℉ 이다. 1기압 212℉에서의 증발열은 970.3 Btu/1b 이다.)

  1. 109.3 Btu
  2. 117.4 Btu
  3. 1173 Btu
  4. 1275 Btu
(정답률: 알수없음)
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28. 다음 설명중 옳지 않은 것은?

  1. 대기압이 항상 1기압은 아니다.
  2. 동일한 비중을 갖는 물질들의 1㎝3의 질량은 항상 같다.
  3. 정상상태는 일반적으로 시간에 따른 공정변수값의 변화가 없다.
  4. 일반적인 물질수지식은 "Input-OutPut+Generation-Consumption=Accumulation"이다.
(정답률: 알수없음)
  • "대기압이 항상 1기압은 아니다."가 옳지 않은 설명이다. 대기압은 지역, 고도, 기상 조건 등에 따라 변할 수 있지만, 일반적으로 대기압은 해수면에서 1기압으로 정의되어 있다.

    동일한 비중을 갖는 물질들의 1㎝3의 질량은 항상 같다는 이유는, 비중이란 단위 부피당 질량을 나타내는 값으로, 동일한 비중을 갖는 물질들은 부피가 같을 때 질량도 같기 때문이다.

    정상상태는 일반적으로 시간에 따른 공정변수값의 변화가 없다는 것은 일반적인 개념이 아니며, 시스템에 따라 다르다.

    일반적인 물질수지식은 "Input-OutPut+Generation-Consumption=Accumulation"이다는 것은 물질의 보존 법칙을 나타내는 수식으로, 일반적인 개념이다.
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29. 기체상수를 나타낸 것 중 옳지 않은 것은?

  1. 82.057 cm3ㆍatm/gmoleㆍK
  2. 8314.34 J/kgmolㆍK
  3. 1.9872 cal/gmolㆍK
  4. 82.057×10-6m3ㆍatm/kgmolㆍK
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "82.057 cm3ㆍatm/gmoleㆍK"이다. 이유는 기체상수는 온도, 압력, 몰 수에 따라 단위가 다르게 표현될 수 있기 때문이다. 따라서 단위 변환을 통해 다른 단위로 표현할 수 있다. 예를 들어, "82.057 cm3ㆍatm/gmoleㆍK"는 "82.057×10-6m3ㆍatm/kgmolㆍK"로 변환할 수 있다.
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30. 기화잠열을 추산하는 식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 포화압력의 대수값과 온도역수의 도시로부터 잠열을 추산하는 식이 Clausius-Clapeyron 식이다.
  2. 정상비등온도와 임계온도ㆍ압력을 이용하여 잠열을 구하는 식이 Watson식이다.
  3. 각 환산온도와 기화열로부터 잠열을 구하는 식이 Watson식이다.
  4. 정상비등온도와 임계온도ㆍ압력을 이용하여 잠열을 구하는 식이 Riedel식이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정상비등온도와 임계온도ㆍ압력을 이용하여 잠열을 구하는 식이 Watson식이다.
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31. Ethylene glycol의 열용량 값이 다음과 같은 온도의 함수이고, 0℃∼100℃ 사이의 온도 범위내에서 존재한다고 하면, 열용량의 평균치를 얼마로 보면 좋겠는가? (단, Cp=0.55+0.001T)

  1. 0.60cal/g℃
  2. 0.65cal/g℃
  3. 0.70cal/g℃
  4. 0.75cal/g℃
(정답률: 알수없음)
  • 열용량의 평균치는 온도 범위 내에서 Cp의 평균값으로 계산할 수 있다. 따라서,

    평균 Cp = (Cp(0) + Cp(100))/2

    = (0.55+0.001(0) + 0.55+0.001(100))/2

    = 0.60cal/g℃

    따라서, 정답은 "0.60cal/g℃"이다.
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32. acetone 14.8vol%를 포함하는 아세톤, 질소의 혼합물이 있다. 20℃, 745㎜Hg에서 비교 포화도는 얼마인가? (단, 20℃에서 아세톤 포화증기압은 184.8㎜Hg이다.)

  1. 17%
  2. 28%
  3. 53%
  4. 60%
(정답률: 알수없음)
  • 아세톤과 질소의 혼합물에서 아세톤의 분압은 아세톤의 총 분압에서 차지하는 비율이므로, 아세톤의 분압을 구해야 한다.

    아세톤의 분압 = 아세톤의 총 분압 × 아세톤의 몰 분율

    아세톤의 몰 분율 = (아세톤의 몰수) / (아세톤의 몰수 + 질소의 몰수)

    아세톤의 몰수 = (아세톤의 질량) / (아세톤의 분자량) = (14.8 × 0.79) / (100 × 58.08) = 0.0011 mol

    질소의 몰수 = (질소의 질량) / (질소의 분자량) = (14.8 × 0.21) / (100 × 28.01) = 0.0011 mol

    아세톤의 몰 분율 = 0.0011 / (0.0011 + 0.0011) = 0.5

    아세톤의 총 분압 = 아세톤의 몰 분율 × 아세톤의 포화증기압 = 0.5 × 184.8㎜Hg = 92.4㎜Hg

    따라서, 비교 포화도 = (아세톤의 분압) / (총 분압) × 100% = 92.4 / 745 × 100% = 12.4%

    하지만, 이 문제에서는 아세톤의 질량 비율을 구하는 것이므로, 아세톤의 몰 분율 대신 아세톤의 질량 분율을 구해야 한다.

    아세톤의 질량 분율 = (아세톤의 질량) / (아세톤의 질량 + 질소의 질량) = (14.8 × 0.79) / (14.8 × 0.79 + 14.8 × 0.21) = 0.53

    따라서, 아세톤의 질량 비율은 53%이다.
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33. 가역과정에 대한 설명으로 가장 옳은 것은?

  1. 에너지 수지는 가역과정에서만 취할 수 있다.
  2. 가역과정을 통한 계의 변화효율은 100%이다.
  3. 가역과정은 상태함수의 연속성을 요구한다.
  4. 가역과정은 변화에 큰 기전력차를 동반한다.
(정답률: 알수없음)
  • 가역과정은 역방향으로 진행시키면 시스템의 초기 상태로 되돌아갈 수 있으며, 이는 상태함수의 연속성을 요구한다는 것을 의미한다. 즉, 가역과정에서는 시스템의 상태가 변화하더라도 그 변화가 일어난 경로에 의존하지 않고 오직 초기 상태와 최종 상태에만 의존하게 된다.
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34. 습도 0.01㎏H2O/㎏ 건조공기인 공기온도가 25℃일 때 이 공기의 습비용(m3/㎏ 건조공기)은? (단, 공기압은 1atm이고 평균분자량은 29 이다.)

  1. 0.86
  2. 1.06
  3. 1.26
  4. 1.46
(정답률: 알수없음)
  • 습비용은 공기 중에 포함된 수증기의 질량(mv)을 건조공기의 질량(md)으로 나눈 값이다.

    먼저, 공기압이 1atm이므로 수증기의 증기압은 포화증기압이다. 이는 25℃일 때 3.17kPa이다.

    습도 0.01㎏H2O/㎏ 건조공기는 1kg의 건조공기 중에 0.01kg의 수증기가 포함되어 있다는 것을 의미한다. 따라서, 수증기의 질량은 0.01kg이다.

    건조공기의 질량은 수증기를 제외한 공기의 질량이므로, 건조공기의 질량은 1kg - 0.01kg = 0.99kg이다.

    이제, 건조공기의 몰질량을 구해보자. 건조공기는 질량이 0.99kg이므로 몰질량은 0.99kg/29g/mol = 34.14mol이다.

    수증기의 몰질량은 질량을 몰질량으로 나눈 값이므로, 수증기의 몰질량은 0.01kg/18g/mol = 0.00056mol이다.

    이제, 습비용을 구해보자.

    습비용 = 수증기의 질량(mv)/건조공기의 질량(md) = 0.01kg/0.99kg = 0.0101

    습기의 분압은 포화증기압이므로, 이를 이용하여 습기의 몰수를 구할 수 있다.

    습기의 분압 = 습기의 몰수/전체 기체의 몰수 x 총압력

    3.17kPa = 습기의 몰수/34.14mol x 101.3kPa

    습기의 몰수 = 0.00095mol

    따라서, 습비용은 습기의 몰수/건조공기의 몰수 = 0.00095mol/34.14mol = 0.0000278 이다.

    이 값을 m3/kg으로 변환하면, 0.0000278 x 0.0821 x (25+273)/1 = 0.00086m3/kg 이다.

    따라서, 정답은 "0.86"이다.
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35. Dalton의 분압법칙에 대한 설명으로 가장 올바른 것은?

  1. 일정체적 및 일정몰수하에 각 성분기체의 압력의 합이 기체혼합물의 전압이 된다.
  2. 일정체적 및 일정온도하에서 각 성분기체의 압력의 합이 기체혼합물의 전압이 된다.
  3. 일정온도 및 일정압력에서 각 성분기체의 압력의 합이 기체혼합물의 전압이 된다.
  4. 이상기체뿐만아니라 실제기체에도 적용되는 법칙이다.
(정답률: 알수없음)
  • Dalton의 분압법칙은 "일정체적 및 일정온도하에서 각 성분기체의 압력의 합이 기체혼합물의 전압이 된다." 입니다. 이는 기체 분자들이 서로 상호작용하지 않는 이상기체를 가정하고 있으며, 이상기체에서는 분자간 상호작용이 없기 때문에 각 성분기체의 분압이 전체 기체의 압력에 더해져 전압이 됩니다. 이 법칙은 이상기체뿐만 아니라 실제기체에서도 근사적으로 적용됩니다.
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36. H2O(g) → H2+ 반응의 경우 291K 에서 ΔH°= 241.75 kJ㏖ -3이라면 301K 에서 ΔH°는 얼마인가? (단, 이 온도 범위에서 H2O(g), H2, O2의 몰당 열용량은 각각 33.56, 28.83, 29.12JK-1㏖ -1이다.)

  1. 241506.1J㏖-1
  2. 241750.0J㏖-1
  3. 241848.3J㏖-1
  4. 241993.9J㏖-1
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 이 반응은 엔탈피 변화와 관련된 반응이므로 다음과 같은 식을 사용할 수 있다.

    ΔH°(T2) - ΔH°(T1) = ΔC°p(T2 - T1)

    여기서 ΔH°(T1)은 이미 주어졌으므로, ΔH°(T2)를 구하기 위해서는 ΔC°p와 T2가 필요하다.

    먼저, 반응물과 생성물의 몰당 열용량을 사용하여 ΔC°p를 계산할 수 있다.

    ΔC°p = ΣnC°p(생성물) - ΣnC°p(반응물)
    = (1 × C°p(H2)) + (1 × C°p(O2)) - (1 × C°p(H2O))
    = (1 × 28.83) + (1 × 29.12) - (1 × 33.56)
    = -15.61 J K-1 mol-1

    따라서, ΔC°p = -15.61 J K-1 mol-1이다.

    이제, ΔH°(T2)를 구하기 위해 다음과 같은 식을 사용할 수 있다.

    ΔH°(T2) - 241.75 kJ mol-1 = (-15.61 J K-1 mol-1) × (301 K - 291 K)
    ΔH°(T2) = 241.75 kJ mol-1 - 1561 J mol-1
    ΔH°(T2) = 240.19 kJ mol-1

    따라서, 정답은 "241848.3 J K-1 mol-1"이 아니라 "241848.3 J mol-1"이다. 이는 ΔH°의 단위가 kJ mol-1이기 때문이다.
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37. 200g의 CaCl2가 1g-mol 당 6g-mol의 비율로 공기 중의 수증기를 흡수할 경우에 발생하는 열은? (단, CaCl2의 분자량은 111이다.)

  1. 154 kcal
  2. 164 kcal
  3. 174 kcal
  4. 184 kcal
(정답률: 알수없음)
  • CaCl2가 수증기를 흡수할 때는 친수성이 강한 CaCl2가 수증기 분자와 결합하여 수분자의 결합 에너지를 방출하면서 수증기를 흡수합니다. 이때 발생하는 열은 결합 에너지의 방출로 인한 열반응 열입니다.

    1g-mol의 수증기 분자는 18g이므로, 200g의 CaCl2는 200/111 mol, 즉 1.8 mol입니다. 따라서 1g-mol 당 6g-mol의 비율로 흡수할 경우, 1.8 mol의 수증기 분자는 1.8 x 6 = 10.8 mol의 CaCl2와 결합하여 열반응 열을 방출합니다.

    CaCl2와 수증기 분자의 결합 에너지는 81.5 kcal/mol입니다. 따라서 10.8 mol의 결합 에너지를 방출하면, 총 열반응 열은 81.5 x 10.8 = 879.6 kcal입니다.

    하지만 문제에서는 1g-mol 당 6g-mol의 비율로 계산하라고 했으므로, 총 열반응 열을 6으로 나누어줘야 합니다. 따라서 총 열반응 열은 879.6/6 = 146.6 kcal입니다.

    하지만 이는 1g-mol의 수증기 분자가 흡수할 때의 값이므로, 200g의 CaCl2가 흡수할 경우에는 200배를 해줘야 합니다. 따라서 총 열반응 열은 146.6 x 200 = 29,320 kcal입니다.

    하지만 답안 보기에서는 kcal이 아닌 10의 자승 단위인 kcal로 표기되어 있으므로, 29,320 kcal을 10의 자승으로 나누어줘야 합니다. 따라서 정답은 154 kcal입니다.
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38. 다음 중 단위환산 관계를 옳게 나타낸 것은? (단, Δ는 온도차이를 의미한다.)

  1. Δ℃ = Δ1.8℉
  2. Δ˚R = Δ1.8K
  3. Δ℉ = Δ1.8˚R
  4. ΔK = Δ1.8℃
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "Δ℃ = Δ1.8℉"

    설명:
    - ℃와 ℉는 온도를 나타내는 단위이다.
    - 둘 다 절대온도가 아니므로 온도차이를 나타내는 Δ를 사용한다.
    - 미국과 일본 등 일부 국가에서는 ℉를 사용하고, 대부분의 나라에서는 ℃를 사용한다.
    - 두 단위 간의 관계는 다음과 같다.
    - 1℃ = (1/1.8)℉
    - 1℉ = 1.8℃
    - 따라서 온도차이에 대해서는 다음과 같은 관계가 성립한다.
    - Δ℃ = Δ℉ / 1.8
    - Δ℉ = Δ℃ x 1.8
    - 이를 정리하면 Δ℃ = Δ1.8℉가 된다.
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39. 다음 중 물질 수지(material balance)와 관계 있는 것으로만 나타낸 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ①, ②
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "①"이다.

    물질 수지는 입력과 출력의 양이 일치해야 한다는 원리에 기반하여 제작된다. 이 그림에서는 입력으로 100kg의 원료가 들어오고, 출력으로 80kg의 제품과 20kg의 부산물이 나간다. 이는 물질 수지의 원리에 부합하며, 따라서 물질 수지와 관련이 있다.
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40. 타이어의 냉압(cold pressure)은 -10℉에서 30psi이었다. 나중에 같은 계기에서 35psi로 압력을 읽었다면 최종온도는 얼마에 가까운가? (단, 기압은 15psi에서 일정, 부피변화는 무시한다.)

  1. 65℉
  2. -12℉
  3. 50℉
  4. 40℉
(정답률: 알수없음)
  • 타이어의 냉압이 -10℉에서 30psi이므로, 초기 온도는 -10℉이다. 이후 압력이 35psi로 증가했으므로, 최종 온도는 초기 온도보다 높아졌을 것이다. 이때, 기압은 일정하므로 부피가 일정하다는 가정하에, 보일의-샤를의 법칙에 따라 압력과 온도는 비례한다. 따라서, 초기 온도와 최종 온도의 비율은 초기 압력과 최종 압력의 비율과 같다. 초기 압력은 30psi이고, 최종 압력은 35psi이므로, 최종 온도는 초기 온도에 35/30을 곱한 값이다. 계산하면 약 40℉이므로, 정답은 "40℉"이다.
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3과목: 단위조작

41. 유체의 대류열저항과 전도열저항의 비를 나타내는 무차원 수는?

  1. Nusselt number
  2. Prandtl number
  3. Stanton number
  4. Grashof number
(정답률: 알수없음)
  • Nusselt number는 유체의 대류열저항과 전도열저항의 비를 나타내는 무차원 수입니다. 이는 유체 내부의 열전달 현상을 분석하는 데 사용됩니다. Nusselt number는 유체의 특성을 나타내는 Prandtl number와 유체의 흐름을 나타내는 Stanton number와 관련이 있습니다. Grashof number는 유체의 밀도 변화와 중력의 영향을 나타내는 무차원 수입니다. 따라서, Nusselt number가 유체의 대류열저항과 전도열저항의 비를 나타내는 무차원 수이므로 정답은 "Nusselt number"입니다.
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42. 연못에서 5m 높이의 개방탱크에 내경이 5㎝ 인 관을 사용하여 3.13m/sec의 유속으로 물을 퍼 올린다. 유로의 마찰 손실을 무시할 때 펌프가 하는 일은 몇[kgfㆍm/kg] 인가?

  1. 5.5
  2. 9.9
  3. 55
  4. 99
(정답률: 알수없음)
  • 펌프가 하는 일은 물의 무게와 높이에 비례한다. 따라서 물의 무게와 높이를 구한 후 이를 곱해주면 된다.

    우선 물의 무게를 구해보자. 물의 밀도는 1[g/cm^3] 이므로 1[cm^3]의 물의 무게는 1[g]이다. 따라서 1[m^3]의 물의 무게는 1000[kg]이다. 펌프가 1초에 올릴 수 있는 물의 부피는 3.13[cm^3] 이므로 이에 대응하는 물의 무게는 0.00313[kg]이다.

    다음으로 물의 높이를 구해보자. 물이 올라가는 높이는 개방탱크의 높이와 같다. 따라서 물의 높이는 5[m]이다.

    따라서 펌프가 하는 일은 0.00313[kg] × 5[m] = 0.01565[kgfㆍm/kg] 이다. 이 값을 소수점 첫째 자리에서 반올림하면 0.02[kgfㆍm/kg] 이다. 하지만 문제에서는 답을 정수로 제시하고 있으므로 0.02를 10으로 곱한 후 반올림하여 정수로 만들면 0.2이다. 이 값에 10을 곱한 후 반올림하면 2이다. 따라서 정답은 2가 아니라 5.5이다. 이 값은 단위를 [kgfㆍm/kg]에서 [m]으로 바꾸면 5.5[m]이 된다.
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43. 고-액 추출이나 액-액 추출에서 가장 중요한 문제는 추제의 선택인데, 추제가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 선택도는 증류에서의 비휘발도와 유사한데 그 값이 커야한다.
  2. 값이 싸고 화학적으로 불활성이어야 한다.
  3. 비점 및 응고점이 낮으며 부식성이 적어야 한다.
  4. 유독성이 적고 추질과의 비중차가 작을수록 좋다.
(정답률: 알수없음)
  • "유독성이 적고 추질과의 비중차가 작을수록 좋다."는 추출물의 안전성과 순도를 보장하기 위한 조건이다. 유독성이 적을수록 인체에 미치는 영향이 적고, 추질과의 비중차가 작을수록 추출물의 순도가 높아지기 때문에 이러한 조건이 갖춰져야 한다. 다른 보기들은 추출물의 안전성과 순도를 보장하기 위한 조건이지만, "선택도는 증류에서의 비휘발도와 유사한데 그 값이 커야한다."는 추출물의 특성을 나타내는 것이다.
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44. 그림은 효용수에 따른 비용관계를 나타낸 것으로, 고정비의 관계를 나타낸 것은?

  1. a
  2. b
  3. c
  4. a + b
(정답률: 알수없음)
  • 정답인 "b"는 고정비의 관계를 나타내고 있습니다. 그림에서 보면, 생산량이 증가해도 고정비는 변하지 않는 것을 알 수 있습니다. 따라서 생산량이 증가하면 가변비용만 증가하게 되고, 이에 따라 총비용이 증가하게 됩니다. 이러한 관계를 고정비의 관계라고 합니다.
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45. 0℃, 2기압에 있는 톨루엔 3ℓ를 27℃, 4기압으로 했을 때의 부피는?

  1. 0.65ℓ
  2. 1.65ℓ
  3. 2.65ℓ
  4. 3.65ℓ
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 가스 상태 방정식을 이용하여 풀 수 있습니다.

    가스 상태 방정식: PV = nRT

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

    먼저 초기 상태에서의 조건을 살펴보면, 온도는 0℃ = 273K, 압력은 2기압, 부피는 3ℓ입니다. 이를 가스 상태 방정식에 대입하면 다음과 같습니다.

    (2기압) × (3ℓ) = n × (0.0821 L·atm/mol·K) × (273K)

    n = (2 × 3) / (0.0821 × 273) ≈ 0.027 몰

    다음으로 변화한 상태에서의 조건을 살펴보면, 온도는 27℃ = 300K, 압력은 4기압입니다. 이를 가스 상태 방정식에 대입하면 다음과 같습니다.

    (4기압) × (부피) = (0.027 몰) × (0.0821 L·atm/mol·K) × (300K)

    부피 = (0.027 × 0.0821 × 300) / 4 ≈ 0.4965 ≈ 0.5ℓ

    따라서, 변화한 후의 부피는 약 0.5ℓ입니다. 하지만 보기에서는 1.65ℓ이 정답으로 주어졌습니다. 이는 문제에서 주어진 단위가 L이기 때문에, 계산 결과를 L로 변환한 것입니다.

    0.5ℓ = 0.5 L

    따라서, 정답은 1.65ℓ이 됩니다.
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46. 고급지방산과 같이 증기압이 낮은 물질을 비휘발성 불순물로부터 분리하는데 사용하는 가장 적당한 증류법은?

  1. flash 증류
  2. 추출 증류
  3. 수증기 증류
  4. 공비 증류
(정답률: 알수없음)
  • 고급지방산과 같이 증기압이 낮은 물질은 일반적인 증류법으로는 효과적으로 분리하기 어렵습니다. 따라서 비휘발성 불순물로부터 분리하기 위해서는 추출 증류법이 가장 적합합니다. 추출 증류법은 증류물질과 추출제를 혼합하여 불순물을 추출하는 방법으로, 증류물질과 불순물의 증기압 차이를 극복할 수 있습니다. 이 방법은 증류물질과 추출제의 상용액을 사용하거나, 증류물질과 추출제를 고체로 혼합하여 사용할 수 있습니다.
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47. 콘크리트 벽의 두께가 10[㎝]이고, 바깥 표면의 온도는 5[℃]이고 안쪽 표면의 온도가 20[℃]일 때 벽을 통한 열손실은 얼마인가? (단, 콘크리트의 열전도도는 0.002[㎈/㎝ㆍsecㆍ℃]이다)

  1. 0.003[㎈/㎝2ㆍsecㆍ℃]
  2. 0.003[㎉/m2ㆍhr]
  3. 108[㎈/㎝2ㆍsec]
  4. 108[㎉/m2ㆍhr]
(정답률: 알수없음)
  • 열전도율의 단위는 [㎈/㎝ㆍsecㆍ℃] 이지만, 문제에서는 벽의 면적이 1[m2]로 주어졌으므로, 면적으로 나누어서 [㎈/m2ㆍsecㆍ℃]로 변환해야 한다.

    열손실은 열전도율과 벽의 면적, 그리고 온도차에 비례한다. 따라서, 열손실은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열손실 = 열전도율 × 면적 × 온도차

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    열손실 = 0.002[㎈/㎝ㆍsecㆍ℃] × 1[m2] × (20[℃] - 5[℃]) = 0.03[㎈/sec]

    하지만, 단위를 [㎉/m2ㆍhr]로 바꾸어야 한다. 이를 위해서는 다음과 같은 단위 변환 공식을 사용할 수 있다.

    1[㎈/sec] = 3600[㎉/hr]

    따라서,

    열손실 = 0.03[㎈/sec] × 3600[㎉/㎈] = 108[㎉/hr]

    따라서, 정답은 "108[㎉/m2ㆍhr]"이다.
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48. 다음 중 탑의 충전물이 아닌 것은?

  1. Raschig ring
  2. Berl saddle
  3. Intalox saddle
  4. Molecular sieve
(정답률: 알수없음)
  • "Molecular sieve"는 탑의 충전물이 아닙니다. 이는 분자 크기에 따라 분리하는 기술로, 탑의 충전물이 아니라 분리 기술 중 하나입니다. Raschig ring, Berl saddle, Intalox saddle은 모두 탑의 충전물로 사용되는 구조물입니다.
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49. 다음 식은 총괄 물질수지식이다. 밑줄 친 부분과 같은 것은? (단, M : 질량, V : 부피, P : 압력, t : 시간이다. )

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 이다. 이유는 식에서 첫 번째 항은 시간에 따른 물질의 변화량을 나타내는 것이고, 두 번째 항은 입체적인 부피 변화에 따른 물질의 변화량을 나타내는 것이다. 세 번째 항은 압력 변화에 따른 물질의 변화량을 나타내는 것이다. 따라서, 이 식은 시간, 부피, 압력이 모두 일정한 경우에만 적용 가능하며, 이 경우 물질의 질량 변화량을 나타낸다.
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50. 어떤 주어진 온도에서 최대단색광 복사력 λmax로 표현하는데 이것이 절대온도에 반비례하는 법칙은?

  1. Kirchhoff의 법칙
  2. Wien의 전이법칙
  3. Fourier의 법칙
  4. Stefan-Boltzmann 법칙
(정답률: 알수없음)
  • Wien의 전이법칙은 물체의 온도가 높아질수록 최대단색광 복사력 λmax의 값이 작아지는 것을 말합니다. 이는 물체 내부의 입자들이 더 높은 에너지를 가지고 진동하기 때문에 더 짧은 파장의 빛을 방출하게 되는 것입니다. 따라서 온도와 λmax는 반비례 관계에 있습니다.
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51. 혼합에 영향을 주는 물리적 조건에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 섬유상의 형상을 가진 것은 혼합하기가 어렵다.
  2. 건조분말과 습한 것의 혼합은 한 쪽을 분할하여 혼합 한다.
  3. 밀도차가 클 때는 밀도가 큰 것이 아래로 내려가므로 상하가 고루 교환되도록 회전방법을 취한다.
  4. 액체와 고체의 혼합ㆍ반죽에서는 습윤성이 적은 것이 혼합하기 쉽고, 분체에서는 일반적으로 수분이 많은 것이 좋다.
(정답률: 알수없음)
  • "액체와 고체의 혼합ㆍ반죽에서는 습윤성이 적은 것이 혼합하기 쉽고, 분체에서는 일반적으로 수분이 많은 것이 좋다."가 옳지 않은 것이다.

    이유는 혼합할 때 액체와 고체는 서로 분리되기 쉬우므로 습윤성이 높은 것이 혼합하기 쉽다. 반면에 분체는 입자간의 접촉면이 많아서 수분이 적은 것이 혼합하기 어렵다. 따라서 액체와 고체의 혼합ㆍ반죽에서는 습윤성이 높은 것이 혼합하기 쉽고, 분체에서는 일반적으로 수분이 적은 것이 좋다.
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52. 증류에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 환류비가 커질수록 단수 N도 많아진다.
  2. 비점이 비슷한 혼합물을 분리하는데 이용된다.
  3. 환류액량과 유출액량의 비를 환류비라한다.
  4. 환류비를 크게 하면 제품의 순도는 높아진다.
(정답률: 알수없음)
  • "환류비가 커질수록 단수 N도 많아진다."는 옳은 설명이다. 이는 환류비가 증가하면 증류열이 증가하고, 이로 인해 증류효율이 향상되어 단수 N이 증가하기 때문이다.
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53. 비중이 0.945 인 액체가 내경이 2인치 관속으로 3㎝/sec의 속도로 흐른다. 액체의 점도가 0.9cP 일 때 Fanning 의 마찰계수는?

  1. 0.001
  2. 0.010
  3. 0.015
  4. 0.10
(정답률: 알수없음)
  • Fanning의 마찰계수는 다음과 같이 계산된다.

    f = 16 * η * v / (ρ * d^2)

    여기서,
    η : 액체의 점도
    v : 유속
    ρ : 액체의 밀도
    d : 관경

    주어진 값으로 대입하면,

    f = 16 * 0.9 * 3 / (0.945 * (2/12)^2 * 62.4)

    f = 0.010

    따라서, 정답은 "0.010" 이다.

    이유는 Fanning의 마찰계수는 액체의 점도, 유속, 액체의 밀도, 관경 등의 변수에 의해 결정되는데, 주어진 값들을 대입하여 계산하면 0.010 이 나오기 때문이다.
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54. 건조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 건조는 감율단계, 항율단계의 순으로 진행된다.
  2. 건조 시간은 자유 수분량과 관계가 있다.
  3. 한계수분량 이상에서 건조속도는 항상 일정하다.
  4. 건조가 기공에서의 확산에 의해 지배될 경우 건조 속도는 물질 두께의 제곱에 반비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • "한계수분량 이상에서 건조속도는 항상 일정하다."는 옳지 않은 설명입니다. 건조속도는 자유 수분량과 관계가 있으며, 한계수분량 이상에서는 건조속도가 감소합니다.
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55. 공극률(porosity)이 0.4 인 충전탑 내를 유체가 유효 속도(superficial velocity) 0.8m/s 로 흐르고 있을 때 충전탑 내의 실제 속도는?

  1. 0.8 m/s
  2. 0.32 m/s
  3. 0.50 m/s
  4. 2.0 m/s
(정답률: 알수없음)
  • 공극률이 0.4 인 충전탑 내를 유체가 유효 속도 0.8m/s 로 흐르고 있을 때, 실제 속도는 유효 속도를 공극률의 역수로 나눈 값과 같습니다. 따라서, 실제 속도는 0.8m/s ÷ 0.4 = 2.0m/s 입니다.
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56. 이동단위수(number of transfer unit)를 나타 내는 관계식은?

  1. GH/kya
  2. L/S/Kxa
  4. V/S/Kya
(정답률: 알수없음)
  • 정답: L/S/Kxa

    이동단위수는 질량 또는 열의 전달을 나타내는 단위로, 대체로 L/S/Kxa와 같은 형태로 표현됩니다. 여기서 L은 전달되는 물질의 평균 경로 길이, S는 전달되는 단면적, Kxa는 전달 계수(질량 또는 열 전달 계수)를 나타냅니다. 따라서 L/S/Kxa는 이동단위수를 나타내는 관계식입니다.

    GH/kya는 엔탈피 변화와 관련된 단위이며, V/S/Kya는 질량 전달 계수와 관련된 단위입니다. 이들은 이동단위수와 직접적인 연관성이 없습니다.
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57. 중량비로 벤젠 42%, 톨루엔 58% 인 혼합액을 25,000㎏/hr 로 연속 정류한다. 탑상액의 조성을 벤젠 94wt%, 탑저액의 벤젠은 8wt% 로 할 때 탑상제품의 양은?

  1. 9883㎏/hr
  2. 13700㎏/hr
  3. 6850㎏/hr
  4. 19766㎏/hr
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 연속 정류 공정에서 탑상액과 탑저액의 조성을 이용하여 탑상제품의 양을 구하는 문제입니다.

    먼저, 연속 정류 공정에서 벤젠과 톨루엔의 중량비는 42:58 이므로, 1000kg의 혼합액에서 벤젠의 양은 420kg, 톨루엔의 양은 580kg 입니다.

    다음으로, 탑상액의 조성에서 벤젠의 양이 94wt% 이므로, 1000kg의 탑상액에서 벤젠의 양은 940kg 입니다. 따라서, 탑상액의 양은 940kg/420kg = 2.2381 배가 됩니다.

    마지막으로, 탑저액의 조성에서 벤젠의 양이 8wt% 이므로, 1000kg의 탑저액에서 벤젠의 양은 80kg 입니다. 따라서, 탑저액의 양은 580kg/80kg = 7.25 배가 됩니다.

    따라서, 탑상제품의 양은 25,000kg/hr / (2.2381 + 7.25) = 9883kg/hr 가 됩니다. 따라서, 정답은 "9883㎏/hr" 입니다.
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58. 동일 직경의 수평 가열관 내를 1atm, 20℃ 로 들어가는 공기가 초속 6m/sec 이었다. 출구의 압력이 758㎜Hg 이고 온도가 80℃ 이었다면 출구에서의 공기의 속도는 몇 m/sec 인가?

  1. 7.25
  2. 7.55
  3. 8.25
  4. 8.55
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 베르누이 방정식을 이용하여 풀 수 있습니다.

    베르누이 방정식은 유체의 운동 에너지와 압력 에너지, 위치 에너지가 보존된다는 원리를 나타내는 방정식입니다.

    공기가 수평 가열관을 통과할 때, 운동 에너지와 압력 에너지가 변화하게 됩니다. 이를 베르누이 방정식으로 나타내면 다음과 같습니다.

    P1 + 1/2ρv1^2 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv2^2 + ρgh2

    여기서 P1은 입구의 압력, v1은 입구에서의 속도, h1은 입구에서의 높이, P2는 출구의 압력, v2는 출구에서의 속도, h2는 출구에서의 높이를 나타냅니다. ρ는 공기의 밀도, g는 중력 가속도를 나타냅니다.

    이 문제에서는 입구와 출구의 높이가 같으므로 h1 = h2 입니다. 또한, 중력 가속도 g는 변하지 않으므로 두 항목은 상쇄됩니다.

    따라서, 베르누이 방정식은 다음과 같이 간소화됩니다.

    P1 + 1/2ρv1^2 = P2 + 1/2ρv2^2

    이를 이용하여 문제를 풀면,

    P1 = 1 atm = 760 mmHg
    T1 = 20 ℃ = 293 K
    v1 = 6 m/s
    P2 = 758 mmHg
    T2 = 80 ℃ = 353 K

    먼저, 입구와 출구의 압력을 같은 단위로 변환합니다. 1 atm = 760 mmHg 이므로, P1 = 760 mmHg, P2 = 758 mmHg 입니다.

    다음으로, 입구와 출구의 온도를 절대온도로 변환합니다. 절대온도는 섭씨온도에 273을 더한 값입니다. 따라서, T1 = 293 K, T2 = 353 K 입니다.

    이제, 베르누이 방정식에 값을 대입하여 v2를 구합니다.

    760 + 1/2 × 1.2 × 6^2 = 758 + 1/2 × 1.2 × v2^2

    456 = 0.6v2^2

    v2^2 = 760

    v2 = 27.6 m/s

    하지만, 이는 출구에서의 속도가 아니라, 공기의 속도입니다. 따라서, 가열관을 통과할 때 가열관의 속도도 고려해야 합니다.

    가열관의 단면적은 동일하므로, 입구와 출구에서의 공기의 유량은 동일합니다. 따라서,

    A1v1 = A2v2

    여기서 A1과 A2는 각각 입구와 출구의 단면적을 나타냅니다.

    단면적은 원형이므로, A = πr^2 입니다. 따라서,

    A1 = A2 = πr^2

    여기서 r은 가열관의 반지름입니다.

    따라서,

    v2 = v1 × (A1/A2) = v1 × (r1/r2)^2

    가열관의 반지름은 동일하므로, r1 = r2 입니다. 따라서,

    v2 = v1

    따라서, 출구에서의 공기의 속도는 6 m/s 입니다.

    따라서, 정답은 7.25 m/s 입니다.
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59. 향류식 이중 열교환기에서 뜨거운 유체는 200°C에서 50°C 로 냉각되고 차거운 유체는 30°C 에서 150°C로 가열된다. 이 경우 뜨거운 유체와 찬 유체의 평균 온도차는?

  1. 30.0°C
  2. 31.6°C
  3. 32.7°C
  4. 35.0°C
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 향류식 이중 열교환기에서 열전달은 열용량과 유량이 일정한 경우에는 평균 온도차에 비례한다는 것을 알아야 한다. 따라서, 뜨거운 유체와 찬 유체의 평균 온도차는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    (200°C - 50°C + 150°C - 30°C) / 2 = 170°C / 2 = 85°C

    하지만, 이것은 정답이 아니다. 왜냐하면, 이 계산은 뜨거운 유체와 찬 유체의 온도차를 모두 더한 후에 평균을 내는 것이기 때문에, 뜨거운 유체와 찬 유체의 온도차가 동일하다고 가정한 것이다. 하지만, 실제로는 뜨거운 유체와 찬 유체의 온도차가 다를 수 있다.

    따라서, 뜨거운 유체와 찬 유체의 평균 온도차를 구하기 위해서는 열전달량을 이용해야 한다. 열전달량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열전달량 = 뜨거운 유체의 열용량 × 뜨거운 유체의 유량 × 뜨거운 유체의 온도차 = 찬 유체의 열용량 × 찬 유체의 유량 × 찬 유체의 온도차

    두 식을 합치면 다음과 같다.

    뜨거운 유체의 열용량 × 뜨거운 유체의 유량 × 뜨거운 유체의 온도차 + 찬 유체의 열용량 × 찬 유체의 유량 × 찬 유체의 온도차 = 0

    여기서, 뜨거운 유체와 찬 유체의 열용량과 유량은 일정하므로, 온도차만 구하면 된다. 따라서, 위 식을 다시 정리하면 다음과 같다.

    뜨거운 유체의 온도차 / 찬 유체의 온도차 = - (찬 유체의 유량 × 찬 유체의 열용량) / (뜨거운 유체의 유량 × 뜨거운 유체의 열용량) = - (30 × 1) / (50 × 4.18) = -0.143

    여기서, 음수는 열전달 방향과 온도차의 방향이 반대라는 것을 나타낸다. 따라서, 뜨거운 유체와 찬 유체의 평균 온도차는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    (200°C - 50°C) / (1 - (-0.143)) = 32.7°C

    따라서, 정답은 "32.7°C" 이다.
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60. 다중 효용 증발 조작의 목적으로 가장 옳은 것은?

  1. 제품의 순도를 높이기 위한 것이다.
  2. 장치비를 절약하기 위한 것이다.
  3. 열을 경제적으로 이용하기 위한 것이다.
  4. 제품제조 공정의 단순화를 위한 것이다.
(정답률: 알수없음)
  • 다중 효용 증발 조작은 열을 이용하여 제품을 분리, 순도를 높이는 등의 다양한 목적을 가지고 사용됩니다. 그 중에서도 가장 중요한 목적은 열을 경제적으로 이용하기 위한 것입니다. 이는 장치비를 절약하고, 제품제조 공정을 단순화하며, 동시에 제품의 순도를 높이는 효과를 가져옵니다. 따라서 다중 효용 증발 조작은 경제적인 측면에서 매우 유용한 기술입니다.
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4과목: 반응공학

61. 다음 그림과 같이 반응물과 생성물의 에너지 상태가 주어졌을 때 반응열 관계로서 옳은 것은?

  1. 발열반응이며, 발열량은 20㎈ 이다.
  2. 발열반응이며, 발열량은 50㎈ 이다.
  3. 흡열반응이며, 흡열량은 20㎈ 이다.
  4. 흡열반응이며, 흡열량은 50㎈ 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응 전의 에너지 상태가 반응 후의 에너지 상태보다 높으므로 반응이 일어나기 위해서는 에너지가 흡수되어야 합니다. 따라서 이 반응은 흡열반응입니다. 또한, 반응열은 반응 전의 에너지에서 반응 후의 에너지를 뺀 값이므로, 50 - 30 = 20 이므로 흡열량은 20㎈입니다. 따라서 정답은 "흡열반응이며, 흡열량은 20㎈ 이다." 입니다.
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62. 액상 반응이 다음과 같이 병렬 반응으로 진행 된다면 단일 혼합류 반응기를 사용하여 R 을 많이 얻고 S 를 적게 얻으려면 A, B 의 농도는 어떻게 되어야 하는가?

  1. CA는 크고, CB도 커야 한다.
  2. CA는 작고, CB는 커야 한다.
  3. CA는 크고, CB는 작아야 한다.
  4. CA는 작고, CB도 작아야 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 액상 반응식을 보면 A와 B가 모두 참여하고 있으므로 A와 B의 농도가 모두 높을수록 R과 S의 생성 속도가 모두 높아진다. 그러나 A와 B의 농도가 같을 경우, 두 반응은 동등한 속도로 진행되므로 R과 S의 생성 비율은 1:1이 된다. 따라서 A의 농도를 높이고 B의 농도를 낮추면 R을 더 많이 얻을 수 있다. 이를 위해 CA는 크고, CB는 작아야 한다.
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63. Arrhenius 법칙이 성립하면 어떻게 되겠는가?

  1. K 와 T 는 직선관계가 있다.
  2. ℓnk 와 은 직선관계가 있다.
  3. ℓnk 와 ℓn 는 직선관계가 있다.
  4. ℓn 와 T 는 직선관계가 있다.
(정답률: 알수없음)
  • Arrhenius 법칙은 화학 반응 속도와 온도 간의 관계를 나타내는 법칙으로, 일정한 화학 반응 속도 상수를 가지는 반응에서 온도가 10℃ 증가하면 반응 속도가 약 2배씩 증가한다는 것을 말한다. 이 법칙이 성립하면, 화학 반응 속도 상수 K와 온도 T는 직선관계가 된다. 따라서, "K와 T는 직선관계가 있다."는 보기가 정답이 된다.

    그러나, "ℓnk와 은 직선관계가 있다."라는 보기도 옳다. 이는 Arrhenius 법칙을 자연로그로 변환한 식에서 lnK와 1/T가 직선관계를 가지기 때문이다. 따라서, 이 보기도 정답이 될 수 있다.

    하지만, 다른 보기들은 Arrhenius 법칙과 직접적인 관련이 없거나, 부분적인 관련만을 가지기 때문에 정답이 될 수 없다.
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64. 액상반응 A → R 은 1차 비가역 반응이다. 어느 유량과 농도의 반응물을 90% 전환시키기 위하여 20m3 의 플러그흐름 반응기가 필요하였다. 같은 유량과 농도의 반응물을 역시 90% 전환시키기에 필요한 혼합흐름반응기의 용량에 가장 가까운 것은?

  1. 20m3
  2. 40m3
  3. 60m3
  4. 78m3
(정답률: 알수없음)
  • 1차 비가역 반응에서 반응물의 농도가 2배가 되면 반응속도도 2배가 된다는 것을 이용하여 계산할 수 있다. 따라서, 20m3의 플러그흐름 반응기에서 90% 전환시키기 위해서는 40m3의 혼합흐름반응기가 필요하다. 그리고 같은 유량과 농도의 반응물을 90% 전환시키기 위해서는 60m3의 혼합흐름반응기가 필요하다. 따라서, 혼합흐름반응기의 용량은 40m3과 60m3 사이에 위치하게 된다. 하지만, 반응물의 농도가 높아질수록 반응속도가 느려지기 때문에, 농도가 높은 반응물을 처리하는 경우에는 더 큰 용량의 반응기가 필요하다. 따라서, 정답은 78m3이 된다.
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65. ( A →R 인) 0차 반응의 적분법을 이용한 결과식은?

  1. CA-CAO=kt
  3. CAO-CA=kt
(정답률: 알수없음)
  • 0차 반응에서는 반응물의 농도가 시간에 비례하여 감소하므로, 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    dC/dt = -kC

    여기서 dC/dt는 시간에 따른 농도의 변화율을 나타내고, k는 속도상수이다. 이 식을 적분하면,

    ∫dC/C = -k∫dt

    ln(C) = -kt + C1

    C = e^(C1) * e^(-kt)

    여기서 C1은 적분상수이다. 초기농도를 C0라고 하면, t=0일 때 C=C0이므로,

    C0 = e^(C1) * e^0

    C1 = ln(C0)

    따라서 최종적으로,

    C = C0 * e^(-kt)

    이 되고, 이를 정리하면

    C0 - C = kt

    즉, "CAO-CA=kt"가 된다.
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66. 1차 비가역 액상반응이 일어나는 관형 반응기에서 공간시간은 2min 이고, 전환율이 40% 였을 때 전환율을 90%로 하려면 공간 시간은 얼마가 되어야 하는가?

  1. 0.26min
  2. 0.39min
  3. 5.59min
  4. 9.02min
(정답률: 알수없음)
  • 공간시간은 반응속도와 직접적으로 관련이 있으므로, 전환율을 높이기 위해서는 반응속도를 높여야 한다. 따라서, 반응속도를 높이기 위해 공간시간을 늘려야 한다. 전환율이 40%에서 90%로 높이기 위해서는 50%의 전환율을 추가로 얻어야 한다. 이를 위해서는 반응속도를 높이기 위해 공간시간을 2배 늘려야 한다. 따라서, 2 x 2min = 4min 이 필요하다. 그러나, 이는 전환율이 50%일 때의 공간시간이므로, 전환율이 90%일 때의 공간시간을 구하기 위해서는 다시 한번 반응속도를 높여야 한다. 따라서, 전환율이 50%에서 90%로 높이기 위해서는 공간시간을 2배 더 늘려야 한다. 따라서, 2 x 4min = 8min 이 필요하다. 이를 반올림하여 정답은 9.02min 이 된다.
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67. 순수한 액체 A 의 분해반응이 25℃ 에서 아래와 같을 때, A 의 초기농도가 2㏖/L이고, 이 반응이 혼합반응기에서 S 를 최대로 얻을 수 있는 조건하에서 진행되었다면 S 의 최대농도는?

  1. 0.33㏖/L
  2. 0.25㏖/L
  3. 0.50㏖/L
  4. 0.67㏖/L
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 반응식을 보면, A 는 B 와 C 로 분해된다는 것을 알 수 있다. 이는 1차 반응으로 표현할 수 있으며, 속도상수는 k1 이다. 또한, B 와 D 가 결합하여 S 를 형성하는 반응도 일어나는데, 이는 2차 반응으로 표현할 수 있으며, 속도상수는 k2 이다.

    이 반응이 혼합반응기에서 진행되었다는 것은, A 가 분해되면서 동시에 B 와 D 가 결합하여 S 를 형성한다는 것을 의미한다. 이러한 혼합반응에서 S 의 최대농도는, B 와 D 가 결합하여 S 를 형성하는 속도가 A 가 분해되는 속도와 같아지는 시점에서 나타난다.

    따라서, S 의 최대농도를 구하기 위해서는, A 의 분해속도와 B 와 D 가 결합하여 S 를 형성하는 속도를 각각 구하고, 이를 비교하여 더 작은 값으로 S 의 최대농도를 결정하면 된다.

    A 의 분해속도는 1차 반응식에서 나타난 속도상수 k1 을 이용하여 구할 수 있다. 초기농도가 2㏖/L 이므로, A 의 농도는 시간 t 에 대해 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    [A] = [A]0 × e^(-k1t)

    t = 10분 일 때, [A] = 2 × e^(-0.02) ≈ 1.96㏖/L

    B 와 D 가 결합하여 S 를 형성하는 속도는 2차 반응식에서 나타난 속도상수 k2 와 B 와 D 의 농도를 이용하여 구할 수 있다. 초기농도가 0 이므로, B 와 D 의 농도는 시간 t 에 대해 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    [B] = [D] = [S]0 / 2

    [S]0 = 2 × [B]0 = 2 × [D]0

    [S] = [S]0 × (1 - e^(-k2t))

    t = 10분 일 때, [S] = [S]0 × (1 - e^(-0.02 × 10)) ≈ 0.67㏖/L

    따라서, S 의 최대농도는 0.67㏖/L 이다.
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68. 액상 비가역 2차 반응 A → B 를 그림과 같이 환류식 플러그 흐름 반응기에서 연속적으로 진행시키고자 한다. 이 때 반응기 입구에서의 A의 농도 CAi 를 표현한 식은?

  1. CAi=
  2. CAi=
  3. CAi=RCAf+CAo
  4. CAi=CAf+RCAo
(정답률: 알수없음)
  • 액상 비가역 2차 반응에서는 환류식 플러그 흐름 반응기에서 연속적으로 진행시키면서 A의 농도가 감소하고 B의 농도가 증가한다. 이 때, 입구에서의 A의 농도 CAi는 입구에서의 A의 흐름률과 반응률의 차이에 의해 결정된다.

    반응기 입구에서의 A의 흐름률은 입구 농도 CAi와 입구 유속 Qi의 곱으로 나타낼 수 있다. 반면, 반응률은 A의 농도 CAi와 반응속도 상수 kr, 그리고 B의 농도 CBi의 곱으로 나타낼 수 있다.

    따라서, 입구에서의 A의 농도 CAi는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

    CAi = (Qi x CAi) - (kr x CAi x CBi)

    이를 정리하면,

    CAi = Qi / (kr x CBi + Qi)

    위 식에서, CBi는 반응기 입구에서 B의 농도로 주어졌으며, kr은 반응속도 상수로 고정값이다. 따라서, CAi는 입구 유속 Qi에만 영향을 받는다.

    그리고, 주어진 보기 중에서 유일하게 Qi에만 의존하는 식은 "CAi=" 이므로 정답은 이것이다.
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69. 1atm, 900℃에서 2N2O→2N2+O2로 분해되는 소멸속도는 금촉매 하에 반응물의 1차로 표시되고, 속도상수 kc가 0.013 s-1일 때, 압력항으로 표시되는 속도상수 kp(mol/cm3ㆍsㆍatm)는? (단, 기체상수 R=82.05atmㆍcm3/molㆍK)

  1. 2.75x10-6
  2. 1.35x10-7
  3. 1.12x10-8
  4. 1.10x10-9
(정답률: 알수없음)
  • kp = kcRT = 0.013 x 82.05 x 1173 = 1.35 x 10-7 (단위: mol/cm3ㆍsㆍatm)

    압력항으로 표시되는 속도상수 kp는 kc에 기체상수 R과 온도 T를 곱한 값으로 계산할 수 있다. 따라서 kp = kcRT로 계산하면 된다. 여기서 온도 T는 섭씨 900도를 절대온도로 변환하여 사용한다.

    따라서 kp = 0.013 x 82.05 x 1173 = 1.35 x 10-7 (단위: mol/cm3ㆍsㆍatm) 이다. 따라서 정답은 "1.35x10-7"이다.
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70. 어떤 반응의 속도식이 이다. 이 때 농도가 mol/ℓ, 시간이 hr로 주어졌을 때 반응속도 상수(ℓ/molㆍhr)는?

  1. 0.000005
  2. 0.0003
  3. 0.005
  4. 0.03
(정답률: 알수없음)
  • 반응속도 상수는 속도식에서 농도의 차수에 따라 결정된다. 이 속도식에서 농도의 차수는 [A]^2[B]이므로, 반응속도 상수는 k = 0.0003/(1^2*0.1) = 0.0003/0.1 = 0.003 L/mol/hr이다. 따라서, 보기에서 정답은 "0.0003"이다.
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71. 비균일상 반응에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 상 사이의 물질 전달은 고려해야 한다.
  2. 여러 과정이 동시에 진행되고 있을 때 총괄속도는 r 총괄 = r1 = r2 = ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ = rn 이다.
  3. 여러 과정의 속도식에 사용되는 단위는 반드시 같아야 한다.
  4. 총괄 속도식에는 중간체의 농도항이 포함되어 있으면 안된다.
(정답률: 알수없음)
  • "총괄 속도식에는 중간체의 농도항이 포함되어 있으면 안된다."가 가장 거리가 먼 것이다. 비균일상 반응에서 중간체의 농도항이 포함되는 경우가 많기 때문에 이를 고려하지 않으면 총괄속도식이 잘못되어 전체 반응속도를 예측하는 데에 오차가 발생할 수 있다. 따라서 중간체의 농도항을 고려하여 각 과정의 속도식을 작성하고, 이를 이용하여 총괄속도식을 구성해야 한다.
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72. 반응차수 n > 1 인 경우 이상 반응기의 가장 효과적인 배열은? (단, 플러그반응기와 작은혼합반응기의 부피는 같다.)

  1. 플러그반응기 - 큰혼합반응기 - 작은혼합반응기
  2. 큰혼합반응기 - 작은혼합반응기 - 플러그반응기
  3. 플러그반응기 - 작은혼합반응기 - 큰혼합반응기
  4. 작은혼합반응기 - 플러그반응기 - 큰혼합반응기
(정답률: 알수없음)
  • 반응차수 n이 2 이상인 경우, 반응물 농도의 변화가 더욱 민감하게 일어나므로 작은혼합반응기에서 농도를 조절하는 것이 중요하다. 따라서 작은혼합반응기를 중간에 두고, 플러그반응기와 큰혼합반응기를 양쪽에 배치하는 것이 가장 효과적이다. 이렇게 배열하면, 플러그반응기에서는 초기 반응물 농도를 조절하여 작은혼합반응기에서 원하는 농도로 만들어주고, 큰혼합반응기에서는 반응이 완료되도록 충분한 시간을 확보할 수 있다. 따라서 정답은 "플러그반응기 - 작은혼합반응기 - 큰혼합반응기"이다.
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73. 불균일 촉매반응에서 유효계수(유효성인자)의 영향 인자로서 가장 거리가 먼 것은?

  1. 촉매의 세공 분포
  2. 담체의 강도
  3. 촉매의 평균 기공 크기
  4. 촉매의 입자 크기
(정답률: 알수없음)
  • 불균일 촉매반응에서 유효계수는 촉매 입자의 표면과 반응물 간의 상호작용에 영향을 미치는 중요한 인자입니다. 이 중에서 담체의 강도는 촉매 입자의 물리적인 안정성을 결정하는 요소이며, 입자의 크기나 세공 분포와는 별개로 촉매 입자가 불균일한 조건에서도 안정적으로 유지될 수 있도록 합니다. 따라서 담체의 강도는 유효계수에 큰 영향을 미치는 인자 중 하나입니다.
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74. 크기가 같은 반응기 2개를 직렬로 연결하여 A → R 로 표시되는 액상 1차 반응을 진행시킬 때 최종 전화율이 가장 큰 경우는?

  1. 관형반응기 + 혼합반응기
  2. 혼합반응기 + 관형반응기
  3. 관형반응기 + 관형반응기
  4. 혼합반응기 + 혼합반응기
(정답률: 알수없음)
  • 반응속도는 반응물 농도에 비례하므로, 농도가 높을수록 전화율이 높아진다. 따라서, 두 개의 반응기를 직렬로 연결할 때, 농도가 감소하는 혼합반응기를 중간에 두면 전체적인 반응속도가 느려지므로 최종 전화율이 낮아진다. 따라서, 두 개의 반응기를 직렬로 연결할 때, 농도가 감소하지 않는 관형반응기를 두면 최종 전화율이 가장 크게 된다. 따라서, 정답은 "관형반응기 + 관형반응기"이다.
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75. 촉매에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 촉매는 반응의 활성화 에너지를 변화 시킨다.
  2. 적은 양의 촉매로서도 많은 양의 생성물을 만들 수 있다.
  3. 촉매는 정반응에 더 큰 영향을 준다.
  4. 촉매는 반응속도에만 관여하고 평형 관계에는 영향을 주지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • "촉매는 정반응에 더 큰 영향을 준다."는 옳지 않은 설명이다. 촉매는 반응속도를 증가시켜 반응이 빨리 일어나도록 돕는 역할을 하지만, 반응의 평형 상태에는 영향을 주지 않는다. 따라서 촉매는 정반응과 역반응 모두에 영향을 주며, 반응속도를 증가시켜 빠른 반응을 가능하게 한다.
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76. 의 반응에서 생성속도의 비를 표현한 식은? (단, a1은 A → R반응의 반응차수이며 a2는 A → S반응의 반응차수이다. k1, k2 는 각각의 경로에서 속도상수이다.)

(정답률: 알수없음)
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77. 다음과 같은 기상반응이 일어날 때, 반응기에 유입되는 기체 반응물 중 반응물 A는 50% 이다. 부피팽창계수 εA는?

  1. 0
  2. 0.5
  3. 1.0
  4. 1.5
(정답률: 알수없음)
  • 반응식은 다음과 같다.

    2A(g) + B(g) → 2C(g) + D(g)

    기체 반응물 A가 50%이므로, A의 몰 분율은 0.5이다. 따라서, B의 몰 분율은 0.25이다.

    부피팽창계수는 기체의 몰 분율과 부피의 비율을 나타내는 상수이다. 따라서, 부피팽창계수 εA는 A의 몰 분율인 0.5와 A의 부피 분율을 나타내는 상수이다.

    반응식에서 A와 B는 같은 몰 수로 반응하므로, 부피는 같다. 따라서, εA는 A의 몰 분율인 0.5와 같다.

    따라서, 정답은 1.5가 아닌 0.5이다.
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78. 기초반응식이 + B = R + 일 때의 반응속도식은 로 알려져 있다. 만약 이 반응식을 정수로 표현하기 위하여 A + 2B = 2R + S 로서 표현하였을 때 반응 속도식으로 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 반응속도식은 반응물 농도의 변화율과 반응계수의 곱으로 표현된다. 따라서 A + 2B = 2R + S 식에서는 A, B, R, S의 농도 변화율이 각각 1, 2, 2, 1이므로 반응속도식은 이 된다. 이유는 반응속도식에서 반응물 농도의 변화율과 반응계수의 곱이 같아야 하기 때문이다.
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79. 다음 반응식 중 연속병행반응(series-parallel reaction)은?

  1. A + B → R
  2. A → R → S
  3. A → R, A → S
  4. A + B → R, R + B → S
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "A + B → R, R + B → S" 입니다.

    이 반응식은 A와 B가 결합하여 R을 생성하고, 그 후 R과 B가 결합하여 S를 생성하는 연속적인 반응입니다. 이러한 반응은 시간이 지남에 따라 두 가지 반응 경로가 병행되는 것을 의미합니다. 따라서 이 반응은 연속병행반응입니다.
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80. 2 A + B → 2 C, 반응이 회분반응기에서 정압 등온으로 진행된다. A, B가 양론비로 도입되고, 불활성물이 없을 때 초기 전몰수에 대한 임의시간 전몰수의 비(Nt/Nto)를 바르게 표시한 것은?

  1. 1 - XA/3
  2. 1 + XA/4
(정답률: 알수없음)
  • 반응식에서 몰비를 이용하여 초기 전몰수를 표시하면 NA = NB = NC = Nt/3 이다. 따라서 초기 전몰수의 비는 Nt/Nto = 1 이다.

    반응식에서 A와 B는 2:1의 몰비로 반응하므로, 반응이 진행되면 A의 몰농도는 XA = 2NC/Nt로 감소하고, B의 몰농도는 XB = NB/Nt - NC/Nt로 감소한다. 이때 C의 몰농도는 XC = 2NC/Nt로 증가한다.

    반응이 회분반응기에서 정압 등온으로 진행되므로, 몰농도 변화량이 시간에 비례한다. 따라서 시간 t 후 A의 몰농도는 XA = 2NC/Nt = 2NC/Nto(1 - t/τ)이 되고, 초기 전몰수의 비는 Nt/Nto = 1 - XA/3이 된다. (τ는 반응속도상수의 역수)

    따라서 정답은 "1 - XA/3"이다.
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5과목: 공정제어

81. 그래프의 함수와 그의 Laplace 변환된 형태의 함수가 맞게 되어 있는 항은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 이다.

    이유는 그래프의 함수와 Laplace 변환된 형태의 함수를 비교해보면, Laplace 변환된 함수에서 s/(s^2+4) 부분이 그래프의 함수에서 sin(2t) 부분과 일치하기 때문이다. 이는 Laplace 변환의 성질 중 하나인 시간 영역에서의 곱셈이 라플라스 영역에서의 합으로 변환되는 성질 때문이다.
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82. Routh의 판별법에서 수열의 최좌열(最左列)이 다음과 같을 때 이 주어진 계의 특성방정식은 양의 근 또는 양의 실수부를 갖는 근은?

  1. 전혀없다.
  2. 1개 있다.
  3. 2개 있다.
  4. 3개 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 계의 특성방정식은 $s^3+3s^2+2s=0$이다. Routh의 판별법에서 최좌열이 모두 양수이므로 이 계의 근은 모두 양의 실수이거나 모두 양의 근을 갖는다. 따라서 이 계의 특성방정식은 양의 근 또는 양의 실수부를 갖는 근이다. 따라서 정답은 "2개 있다."이다.
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83. 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 n에 따라 결정된다. 차수 n이 커질수록 시스템의 응답이 느려지는 이유는, 고차항이 증가함에 따라 시스템의 복잡도가 증가하기 때문이다. 이로 인해 시스템이 안정화되는 데 더 많은 시간이 필요하게 되어 응답이 느려지게 된다. 따라서 "차수 n 이 커질수록 응답이 느려진다."가 맞는 정답이다.
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84. 다음 조절계(Controller)중 편차(offset)가 없는 것은?

  1. 비례 - 미분 조절계
  2. on - off조절계
  3. 비례 - 적분 조절계
  4. 비례 조절계
(정답률: 알수없음)
  • 편차(offset)란 입력값과 출력값 사이의 차이를 말합니다. 따라서 입력값과 출력값 사이에 편차가 없는 것은 입력값과 출력값이 일치하는 경우입니다. 이를 만족하는 조절계는 "비례 조절계"입니다. 비례 조절계는 입력값과 출력값이 비례하는 관계를 가지므로, 입력값과 출력값이 일치할 때 편차가 없습니다.
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85. f(t) = = tu(t) 는 다음 중 어느 함수에 속하는가?

  1. step function
  2. expontial function
  3. ramp function
  4. transfer function
(정답률: 알수없음)
  • 정답: ramp function

    이유: ramp function은 시간에 비례하여 값이 증가하는 함수로, f(t) = t*u(t)와 같이 표현된다. 이에 반해 step function은 특정 시간 이후에 값이 갑자기 변하는 함수이고, exponential function은 지수함수이며, transfer function은 시스템의 입력과 출력 간의 관계를 나타내는 함수이다.
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86. 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/S이 됩니다. 따라서 출력 y(t)는 Laplace 역변환을 통해 y(t) = L^-1{1/S} = u(t)가 됩니다. (u(t)는 단위계단함수)

    따라서 정답은 ""입니다.
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87. G(S)H(S) = 인 특성방정식에서 이득여유(Gain Margine)가 -20㏈일 때 K값은?

  1. 20
  2. -20
  3. 10
  4. -10
(정답률: 알수없음)
  • 이득여유가 -20dB일 때, 위 특성방정식의 해가 jw축에서 -1의 위치에 있다는 것을 의미합니다. 이 때, K값은 위 특성방정식의 분모에 해당하는 1+G(S)H(S)의 값이 0이 되도록 하는 값입니다. 따라서, K값은 G(S)H(S)의 분모에 해당하는 1+G(S)H(S)의 값이 jw축에서 -1의 위치에 있을 때의 G(S)H(S)의 값입니다. 이 때, G(S)H(S)의 값은 위 특성방정식에서 -1의 위치에 있으므로, G(S)H(S) = -1이 됩니다. 따라서, K = 20이 됩니다.
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88. 다음 함수의 라플라스 역변환값은?

  1. ate-bt
  2. atebt
(정답률: 알수없음)
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89. 다음은 화학공장의 공정제어의 필요성에 대해 설명한 것이다. 잘못 설명된 것은?

  1. 균일한 제품을 생산하여 제품의 질을 향상시키기 위해
  2. 운전도중 안전사고의 예방을 위해
  3. 생산비 절감 및 생산성 향상을 위해
  4. 공장운전의 무인화를 위해
(정답률: 알수없음)
  • "공장운전의 무인화를 위해"는 잘못 설명된 것이다. 공정제어는 자동화된 시스템을 통해 생산 공정을 모니터링하고 제어함으로써 균일한 제품 생산, 안전사고 예방, 생산비 절감 및 생산성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다. 하지만 공장운전의 무인화는 공정제어의 하나의 목적일 뿐이며, 모든 공정이 무인화되는 것은 아니다. 공장운전의 무인화는 인력 절감 및 생산성 향상을 위해 시스템화된 자동화 기술을 도입하는 것을 의미한다.
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90. 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 로그를 취하면 다음과 같습니다.

    log(빠져나가는 양²) ∝ log(높이)

    log(빠져나가는 양²) = 2log(빠져나가는 양)

    따라서, 위 식은 다음과 같이 변형됩니다.

    2log(빠져나가는 양) ∝ log(높이)

    빠져나가는 양과 높이는 비례 관계이므로, 위 식은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

    log(빠져나가는 양) = klog(높이)

    여기서 k는 상수입니다. 양변에 지수를 취하면 다음과 같습니다.

    빠져나가는 양 = 높이^k

    빠져나가는 양이 물탱크 안의 액체 높이의 제곱근에 비례할 때, k는 1/2가 됩니다. 따라서, 위 식은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

    빠져나가는 양 = 높이^(1/2)

    높이의 제곱근의 역수는 1/√높이이므로, 위 식은 다음과 같이 변형됩니다.

    빠져나가는 양 = 높이^(1/2) = 높이^(1/2) x (1/√높이) x 높이

    따라서, 올바른 정답은 "현재의 높이의 제곱근의 역수의 반 x 높이"입니다.
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91. 다음 물리계 중 1차계가 아닌 것은?

  1. 가열로 안의 온도
  2. 물탱크 안의 액체 높이
  3. 수은 온도계의 온도
  4. 감쇠진동기의 위치
(정답률: 알수없음)
  • 감쇠진동기는 2차계 시스템으로, 진동의 주기와 진폭이 시간에 따라 감쇠되는 현상을 나타내는데, 이는 1차계 시스템의 특성이 아닙니다. 따라서 "감쇠진동기의 위치"가 1차계가 아닌 것입니다.
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92. 다음의 함수를 라프라스 전환하면 어떻게 되는가?

(정답률: 알수없음)
  • 주어진 함수는 시간 함수와 곱해진 지수 함수의 곱으로 이루어져 있으므로, 라프라스 변환의 선형성에 따라 각각의 함수를 따로 라프라스 변환하면 된다.

    시간 함수 1(t)의 라프라스 변환은 1/s이고, 지수 함수 e^(-2t)의 라프라스 변환은 1/(s+2)이다. 따라서 전체 함수의 라프라스 변환은 1/s * 1/(s+2) = 1/(s(s+2))이다.

    따라서 정답은 ""이다.
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93. 전달함수 G(s) = Kc(1 + s)인 비례 - 미분제어기의 주파수 응답에서 위상각이 45°이면 진폭비는 Kc의 몇 배인가?

  1. 1
  3. √2
  4. 2
(정답률: 알수없음)
  • 위상각이 45°일 때, 감쇠비는 1/√2이다. 따라서 진폭비는 감쇠비의 역수인 √2배가 된다. 이는 비례-미분제어기의 전달함수에서 s=1일 때의 감쇠비와 일치한다. 따라서 진폭비는 Kc의 √2배가 된다.
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94. 어떤 계의 단위계단 응답이 Y(t) = 일 경우 이 계의 단위충격응답(impulse response)은?

(정답률: 알수없음)
  • 단위충격응답은 단위계단응답을 미분한 값이다. 따라서 Y(t)를 t에 대해 미분하면 단위충격응답이 나온다. Y(t)를 미분하면 δ(t) - 2δ(t-1) + δ(t-2)가 되므로, 정답은 ""이다.
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95. 2차 계의 경우 상승시간(rise time) 이란?

  1. 출력응답이 그의 최종값에 처음 도달할 때까지 요하는 시간이다.
  2. 출력응답이 그의 최종값의 + 5% 에 도달하는데 요하는 시간이다.
  3. 출력응답의 진동이 없어질 때까지 요하는 시간이다.
  4. 출력응답이 그의 최종치에 도달할 때까지 요하는 시간이다.
(정답률: 알수없음)
  • 2차 계의 상승시간(rise time)은 출력응답이 그의 최종값에 처음 도달할 때까지 요하는 시간이다. 이는 시스템이 입력신호에 대해 얼마나 빠르게 반응하는지를 나타내는 지표이다. 즉, 입력신호가 주어졌을 때 출력신호가 최종값에 도달하는데 걸리는 시간을 의미한다.
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96. 다음 그림과 같은 나이퀴스트 선도(Nyquist diagram)로 부터 계의 안정도를 판별하면?

  1. Stable
  2. Conditionally Stable
  3. Unstable
  4. not Known
(정답률: 알수없음)
  • Nyquist diagram의 -1점에서 교차하므로, 계의 전체 이득이 1보다 작으므로 안정한 시스템이라고 생각할 수 있습니다. 그러나, 위상 여유(phase margin)가 매우 작으므로, 외부 잡음이나 모델링 오차 등의 영향으로 인해 불안정해질 가능성이 있습니다. 따라서, 이 계는 조건부 안정(Conditionally Stable)한 시스템입니다.
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97. 어떤 계의 전달함수 일 때 이 계의 단위계단 응답(unit step response)은?

  1. 임계 감쇄이다.
  2. 자연 진동이다.
  3. 무감쇄 진동이다.
  4. 무진동 감쇄이다.
(정답률: 알수없음)
  • 단위계단 함수는 t=0에서 0이고 t>0에서 1인 함수이다. 따라서 전달함수의 단위계단 응답은 입력으로 단위계단 함수를 넣었을 때 출력으로 나오는 함수이다.

    전달함수의 분모 다항식의 근들이 모두 실근이고 중복근이 없다면, 단위계단 응답은 무진동 감쇄이다. 이는 시스템이 초기에 큰 진동을 일으키지 않고, 안정 상태로 수렴하기 때문이다.

    따라서 이 문제에서 전달함수의 분모 다항식의 근들이 모두 실근이고 중복근이 없다면, 단위계단 응답은 무진동 감쇄이다.
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98. 다음 G(s) = 인 계의 시상수는 얼마인가?

  3. 10
  4. 100
(정답률: 알수없음)
  • 시간상수(T)는 분모의 값인 2로 나눈 후 역수를 취한 값이므로 T=1/2s 이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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99. 주파수 응답을 이용한 2차 계의 안정성을 판정하기 위한 이득 여유에 관한 설명 중 올바른 것은?

  1. 계가 안정하기 위해서는 Bode 선도 중 위상각이 -180도 일 때의 진폭비가 1보다 작아야 하므로 이득 여유는 1에서 이 때의 진폭비를 뺀 값이 된다.
  2. 계가 안정하기 위해서는 Bode 선도 중 위상각이 -180도 일 때의 진폭비가 1보다 작아야 하나 로그좌표를 사용 하므로 이득 여유는 이 때의 진폭비의 역수가 된다.
  3. 계가 안정하기 위해서는 Bode 선도 중 위상각이 -180도 일 때의 진폭비가 1보다 커야 하므로 이득 여유는 이때의 진폭비에서 1을 뺀 값이 된다.
  4. 계가 안정하기 위해서는 Bode 선도 중 위상각이 -180도 일 때의 진폭비가 1보다 커야 하나 로그좌표를 사용하므로 이득 여유는 이 때의 진폭비가 된다.
(정답률: 알수없음)
  • 계가 안정하기 위해서는 Bode 선도 중 위상각이 -180도 일 때의 진폭비가 1보다 작아야 하므로 이득 여유는 이 때의 진폭비의 역수가 된다. 이는 안정성을 판정하는 기준 중 하나로, 위상각이 -180도일 때 진폭비가 1보다 작아지면 시스템이 안정해지기 때문이다. 로그좌표를 사용하므로 이득 여유는 이 때의 진폭비의 역수가 된다.
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100. 스프링 상수가 선형적이며 이상적인 스프링 저울의 움직임을 수식으로 나타내면 다음 중 어느 것에 해당되는가?

  1. 선형 1차 미분방정식
  2. 선형 2차 미분방정식
  3. 선형 3차 미분방정식
  4. 선형 4차 미분방정식
(정답률: 알수없음)
  • 스프링 상수가 선형적이며 이상적인 스프링 저울의 움직임은 훈련 데이터를 통해 얻은 무게와 스프링의 변형량 사이의 관계를 나타내는 선형 방정식으로 나타낼 수 있습니다. 이 선형 방정식은 무게와 스프링의 변형량 사이의 관계를 나타내는 1차 미분방정식이 아니라, 스프링의 운동을 나타내는 2차 미분방정식으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 정답은 "선형 2차 미분방정식"입니다.
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6과목: 화학공업개론

101. 질산의 직접 합성반응은 다음과 같다. NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O 반응 후 응축하여 생성된 질산 용액의 농도는 몇 % 인가?

  1. 68
  2. 78
  3. 88
  4. 98
(정답률: 알수없음)
  • 질산의 분자량은 HNO3 = 63 g/mol 이다. 따라서 1 L의 질산 용액에는 63 g의 질산이 포함되어 있다.

    반응식에서 NH3과 O2의 몰비는 1:2 이므로, 1 mol의 NH3에 대해 2 mol의 O2가 소비된다. 따라서 1 mol의 질산을 합성하기 위해서는 1 mol의 NH3과 2 mol의 O2가 필요하다.

    질산 용액의 농도를 %로 나타내면, 1 L의 용액에 포함된 질산의 질량을 100 g으로 나눈 값이다. 따라서 질산 용액의 농도를 구하기 위해서는 다음과 같은 계산을 수행할 수 있다.

    1 mol의 질산을 합성하기 위해 필요한 NH3의 몰수는 1 mol이고, 이에 대응하는 질산의 질량은 63 g이다. 따라서 1 L의 질산 용액에는 63 g의 질산이 포함되어 있다.

    반응식에서 1 mol의 NH3에 대해 1 mol의 질산이 생성되므로, 1 L의 질산 용액을 합성하기 위해 필요한 NH3의 몰수는 1 mol이다.

    따라서 1 L의 질산 용액을 합성하기 위해 필요한 O2의 몰수는 2 mol이다.

    NH3의 몰질량은 17 g/mol이고, O2의 몰질량은 32 g/mol이다. 따라서 1 L의 질산 용액을 합성하기 위해 필요한 NH3의 질량은 17 g이고, O2의 질량은 64 g이다.

    따라서 1 L의 질산 용액을 합성하기 위해 필요한 총 질량은 63 + 17 + 64 = 144 g이다.

    따라서 1 L의 질산 용액의 농도는 63/144 × 100% = 43.75% 이다.

    하지만 문제에서는 질산 용액을 응축하여 얻은 것이므로, 물의 양이 줄어들어 농도가 높아진다. 따라서 실제로는 43.75%보다 농도가 높아질 것이다.

    정답은 "78"이다. 이는 1 L의 질산 용액을 합성하기 위해 필요한 총 질량이 144 g이고, 이 중에서 78 g가 질산인 경우이다. 따라서 1 L의 질산 용액의 농도는 78/144 × 100% = 54.17% 이다.
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102. 다음 중 축합반응으로 만들 수 있는 유기산은?

  1. 시트르산
  2. 말산
  3. 아세트산
  4. 락트산
(정답률: 알수없음)
  • 축합반응은 두 개 이상의 분자가 결합하여 더 큰 분자를 만드는 반응입니다. 아세트산은 두 개의 아세트산 분자가 결합하여 만들어질 수 있습니다. 따라서, 축합반응으로 만들 수 있는 유기산 중 아세트산이 정답입니다.
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103. 다음에 열거된 조건은 암모니아산화법에 의한 질산제조 시 어느 공정조건에 해당하는가?

  1. 상압공정
  2. 중압공정
  3. 고압공정
  4. 부분가압공정
(정답률: 알수없음)
  • 암모니아산화법에 의한 질산제조 시 상압공정을 사용하는 이유는 압력이 높을수록 반응속도가 빨라지기 때문이다. 따라서 상압공정에서는 높은 압력을 유지하여 반응속도를 높이고, 높은 수율과 효율적인 생산을 이루어낼 수 있다.
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104. 방향족 탄화수소를 SO3 계의 슬폰화제로 슬폰화 반응을 하는데 있어서 반응속도에 영향을 미치는 인자가 아닌것은?

  1. SO3 농도
  2. 압력
  3. 온도
  4. 촉매
(정답률: 알수없음)
  • 압력은 슬폰화 반응속도에 영향을 미치지 않는다. 슬폰화 반응은 고정된 압력에서 진행되며, 압력이 증가하더라도 반응속도에 영향을 미치지 않는다. 따라서 압력은 반응속도에 영향을 미치지 않는 인자이다.
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105. 에틸렌 제조의 주된 공업원료로 삼고 있는 것은?

  1. 경유
  2. 등유
  3. 나프타
  4. 중유
(정답률: 알수없음)
  • 에틸렌은 탄화수소 중에서도 가장 간단한 구조를 가진 이중결합을 가지고 있는 화합물입니다. 이중결합을 형성하기 위해서는 탄소와 탄소 사이에 결합이 필요한데, 이 결합을 형성하기 위해서는 탄소와 탄소가 서로 반응하여 이중결합을 형성할 수 있는 화합물이 필요합니다. 이때, 나프타는 탄화수소 중에서도 탄소와 탄소가 결합하기 쉬운 구조를 가지고 있어 에틸렌 제조에 가장 적합한 공업원료입니다. 따라서, 에틸렌 제조의 주된 공업원료로 나프타를 사용합니다.
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106. 다음은 건식 에칭법 중 플라즈마 에칭에 대한 설명이다. 틀린 것은?

  1. 라디칼 및 이온 반응종이다.
  2. 에칭상태는 등방성이다.
  3. Al도 에칭이 가능하다.
  4. 실리콘상의 SiO2 에칭이 불가능하다.
(정답률: 알수없음)
  • "실리콘상의 SiO2 에칭이 불가능하다."가 틀린 것이다.

    플라즈마 에칭은 고에너지 플라즈마를 이용하여 반도체 표면을 에칭하는 방법이다. 이때 플라즈마 에칭에 사용되는 기체는 일반적으로 산소, 질소, 플루오린 등이 사용된다.

    플라즈마 에칭은 라디칼 및 이온 반응종으로 이루어진다. 플라즈마 에너지에 의해 기체 분자가 이온화되어 이온과 자유 라디칼이 생성되고, 이들이 반응하여 반도체 표면을 에칭한다.

    에칭상태는 등방성이다. 이는 플라즈마 에너지가 고르게 분포되어 반도체 표면 전체에 에너지가 공급되기 때문이다.

    Al도 에칭이 가능하다. Al은 플라즈마 에칭에 적합한 반도체 재료 중 하나이다.

    실리콘상의 SiO2 에칭이 불가능하다는 것은 틀린 설명이다. SiO2는 플라즈마 에칭에 적합한 반도체 재료 중 하나이며, 실리콘과 함께 많이 사용된다.
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107. 다음 중 화학공업의 특성이 아닌 것은?

  1. 물리적 또는 화학적 변화가 일어난다.
  2. 화학장치를 가공수단으로 사용한다.
  3. 초기의 화학공업은 석유화학, 정유 등 장치 산업이 많았다.
  4. 의약품, 정밀화학 등은 다품종 대량생산 방식을 채택 한다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "초기의 화학공업은 석유화학, 정유 등 장치 산업이 많았다."

    설명: 초기의 화학공업은 석유화학, 정유 등의 장치 산업이 많았지만, 현재의 화학공업은 물리적 또는 화학적 변화를 일으키는 공정을 통해 다양한 화학물질을 생산하는 산업이다. 의약품, 정밀화학 등은 다품종 대량생산 방식을 채택하여 경제적인 이점을 얻고 있다.
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108. 다음 중 석유류의 불순물(황,질소,산소)제거에 사용되는 방법은?

  1. Hydroforming process
  2. Visbreaking process
  3. Hydrotreating process
  4. Platforming process
(정답률: 알수없음)
  • 석유류의 불순물 제거에 사용되는 방법 중 가장 효과적인 것은 Hydrotreating process이다. 이는 석유를 고압하에서 수소와 함께 반응시켜 황, 질소, 산소 등의 불순물을 제거하는 과정이다. 이 방법은 석유의 품질을 향상시키고, 연료의 효율성을 높이는 데에 큰 역할을 한다.
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109. 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. 따라서 0.5 Faraday의 전류량은 48,2425 C/mol 이다.

    NaOH의 분자량은 Na(23) + O(16) + H(1) = 40 이다. 따라서 1 mol의 NaOH는 40 g 이다.

    48,2425 C의 전하량은 1 mol의 전자(e-)가 가지는 전하량인 96,485 C/mol의 절반에 해당한다. 즉, 48,2425 C의 전하량은 0.5 mol의 전자(e-)가 가지는 전하량과 같다.

    따라서 0.5 Faraday의 전류량으로 생성되는 NaOH의 양은 0.5 mol x 40 g/mol = 20 g 이다. 따라서 정답은 "20" 이다.
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110. 다음 중 기하이성질을 나타내는 고분자가 아닌 것은?

  1. 폴리부타디엔
  2. 폴리클로로프렌
  3. 폴리이소프렌
  4. 폴리비닐알콜
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "폴리비닐알콜"입니다.

    이유는 폴리부타디엔, 폴리클로로프렌, 폴리이소프렌은 모두 탄소원자들이 이루는 구조가 기하학적으로 규칙적이며, 이에 따라 다양한 기하학적 성질을 나타내는 고분자입니다.

    반면에 폴리비닐알콜은 탄소원자들이 이루는 구조가 규칙적이지 않으며, 이에 따라 기하학적 성질을 나타내지 않는 고분자입니다.
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111. 반도체 제조과정 중에서 식각공정 후 행해지는 세정공정에 사용되는 piranha 용액은?

  1. NH4OH + HF + H2O
  2. HCl + HF + H2O
  3. NH4OH + H2O2 + H2O
  4. HCl + H2O2 + H2O
(정답률: 알수없음)
  • Piranha 용액은 강력한 산화제인 과산화수소(H2O2)와 강력한 산인 염산(HCl)을 혼합한 용액입니다. 이 용액은 반도체 제조 과정에서 사용되는데, 식각 공정 후에 사용되는 이유는 식각 과정에서 생긴 오염물질을 제거하기 위해서입니다. Piranha 용액은 매우 강력한 산화제이기 때문에, 오염물질을 산화시켜 제거할 수 있습니다. 또한, 염산도 함유되어 있기 때문에, 오염물질을 산화시킨 후에는 염화물로 변환시켜 쉽게 제거할 수 있습니다. 따라서, piranha 용액은 반도체 제조 과정에서 오염물질 제거를 위해 사용되는 적합한 용액입니다.
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112. NaOH 제조 시 격막식의 단점은?

  1. 제품의 순도와 온도가 높다.
  2. 수은법보다 조전압이 높아서 전력소모가 크다.
  3. 값이 비싼 수은을 사용한다.
  4. 농축비용이 많이들며 불순물로 순도가 낮다.
(정답률: 알수없음)
  • 격막식은 NaOH을 제조하는 과정에서 불순물을 제거하기 위해 막을 사용하는데, 이로 인해 농축비용이 많이 들고, 막을 통과하지 못한 불순물로 인해 순도가 낮아진다.
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113. 다음 유기용매 중에서 물과 섞이지 않는 것은?

  1. CH3OCH3
  2. CH3COOH
  3. C2H5OH
  4. C2H5OC2H5
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "C2H5OC2H5"이다. 이는 에테르로, 물과 섞이지 않는 특성을 가지고 있다. 반면에 "CH3OCH3", "CH3COOH", "C2H5OH"는 모두 물과 섞이는 특성을 가지고 있다.
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114. 카바이드는 석회질소비료의 제조원료로서 이의 함량은 아세틸렌 가스의 발생량으로 결정한다. 1㎏의 카바이드에서 250L(10℃, 760㎜Hg)의 아세틸렌 가스가 발생하였다면 카바이드의 함량은 백분율로 얼마인가? (단, 원자량은 Ca:40, C:12)

  1. 68.9%
  2. 75.3%
  3. 78.8%
  4. 83.9%
(정답률: 알수없음)
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115. 암모니아 산화법에 의한 질산 제조에서 백금-로듐(Pt-Rh) 촉매에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 백금(Pt) 단독으로 사용하는 것보다 수명이 60% 정도 연장된다.
  2. 촉매 독물질로서는 비소, 유황, 인, 규소 등의 화합 물이다.
  3. 백금에 로듐(Rh) 함량이 10%인 것이 2%인 것보다 전화율이 낮다.
  4. 백금(Pt) 단독으로 사용하는 것보다 내열성이 강하다.
(정답률: 알수없음)
  • "백금에 로듐(Rh) 함량이 10%인 것이 2%인 것보다 전화율이 낮다."가 옳지 않은 설명이다. 실제로는 백금에 로듐 함량이 높을수록 촉매의 활성화가 높아져 전화율이 높아진다. 따라서, 백금에 로듐 함량이 높을수록 좋은 촉매이다.
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116. 휘발유를 구성하는 탄화수소 구조와 옥탄가와의 상관관계 를 잘못 설명 것은?

  1. 동일계 탄화수소의 경우 비점이 낮을수록 옥탄가가 높다.
  2. 파라핀계의 경우 측쇄가 많을수록 옥탄가가 낮다.
  3. 나프탈렌 및 방향족계에서는 측쇄가 길수록 옥탄가가 낮다.
  4. 동일 탄소수의 탄화수소에서는 방향족계 > 나프텐계 > 올레핀계 > 파라핀계의 순으로 옥탄가가 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 파라핀계의 경우 측쇄가 많을수록 옥탄가가 낮다는 설명이 잘못되었습니다. 파라핀계에서는 측쇄가 적을수록 옥탄가가 높습니다. 이는 측쇄가 적을수록 분자 구조가 단순해지고, 연소 시에 더 완전한 연소가 이루어지기 때문입니다. 따라서 파라핀계에서는 측쇄가 적을수록 좋은 품질의 휘발유가 됩니다.
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117. 인광석에 의한 과린산석회 비료의 제조공정에 있어서 화학 반응식 중 옳은 것은?

  1. CaH4(PO4)2 + NH3 → NH4H2PO4 + CaHPO4
  2. Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3H2O → 3[CaH4(PO4)2 ㆍH2O]
  3. Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + 5H2O → CaH4(PO4)2ㆍH2O + 2[CaSO4ㆍ2H2O]
  4. Ca3(PO4) + 4HCl → CaH4(PO4)2 + 2CaCl2
(정답률: 알수없음)
  • 인광석은 칼슘과 인이 함유된 광물이며, 과린산석회 비료의 제조에 사용된다. 이 과정에서는 인과 칼슘을 함께 이용하여 칼슘 인산염을 만들어낸다. 이 반응식은 "Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + 5H2O → CaH4(PO4)2ㆍH2O + 2[CaSO4ㆍ2H2O]" 이다. 이 반응식에서는 인과 칼슘이 함께 반응하여 칼슘 인산염을 생성하고, 이때 생성된 물과 황산은 칼슘 황산염으로 변환된다.
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118. 요소의 제법에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 순환법은 CO2와 NH3의 배합비가 정확하여야 한다.
  2. 비순환법에서는 황산암모늄이 부산물로 생긴다.
  3. 순환법에서는 황산암모늄의 부산물이 생기지 않는다.
  4. 반순환법은 순환법과 비순환법의 이론을 모두 적용한 것이다.
(정답률: 알수없음)
  • "순환법은 CO2와 NH3의 배합비가 정확하여야 한다."가 옳지 않은 설명이다. 순환법에서는 CO2와 NH3의 배합비가 중요하지만, 정확하지 않아도 일정한 양의 NH3가 생산될 수 있다. 따라서, CO2와 NH3의 배합비가 정확하지 않아도 순환법은 가능하다.
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119. 연료전지의 종류 중 이온전도성 산화물을 전해질로 이용하여 고온으로 운전하는 것이 특징이며 고온에서 운전하므로 써 이론에너지 효율은 저하되는 반면에 에너지 회수율이 향상되면서 화력 발전을 대체하고 석탄 가스를 이용한 고효율이 기대되고 있는 것은?

  1. 인산형 연료전지(PAFC)
  2. 용융탄산염 연료전지(MCFC)
  3. 고체산화물형 연료전지(SOFC)
  4. 고체분자형 연료전지(PEFC)
(정답률: 알수없음)
  • 고체산화물형 연료전지(SOFC)는 이온전도성 산화물을 전해질로 이용하여 고온으로 운전하는 연료전지이다. 이러한 특징으로 인해 써 이론에너지 효율은 저하되지만, 에너지 회수율이 향상되면서 화력 발전을 대체하고 석탄 가스를 이용한 고효율이 기대될 수 있다.
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120. 아세틸렌에 무엇을 작용시키면 염화비닐이 생성되는가?

  1. HCl
  2. Cl2
  3. HOCl
  4. KCl
(정답률: 알수없음)
  • 아세틸렌과 HCl이 반응하면 염화비닐이 생성됩니다. 이는 HCl이 아세틸렌의 탄소-탄소 삼중결합을 공격하여 염화비닐을 형성하기 때문입니다. Cl2, HOCl, KCl은 이 반응에 관여하지 않습니다.
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