화공기사(구)(구) 필기 기출문제복원 (2009-05-10)

화공기사(구)(구)
(2009-05-10 기출문제)

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1과목: 화공열역학

1. 비압축성 유체(incompressible fluid)의 성질을 나타내는 식이 아닌 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다. 이유는 비압축성 유체의 밀도는 일정하다는 것이 특징이기 때문에 밀도와 관련된 식이 아닌 것이다. 나머지 보기들은 비압축성 유체의 특징을 나타내는 식이다.
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2. 정압열용량 Cp는 7/2R이고 정적열용량 Cv는 5/2R인 1몰의 이상기체가 압력 10bar, 부피 0.05m3에서 압력 1bar로 정용과정을 거쳐 변화할 때 기계적인 가역과정으로 가정하면 이 계에 부가된 열량 Q와 이 계가 한 일 W는 각각 얼마인가?

  1. Q=-11250J, W=0
  2. Q=-15750J, W=0
  3. Q=0, W=-11250J
  4. Q=0, W=-15750J
(정답률: 알수없음)
  • 가역과정에서는 열역학 제1법칙에 의해 Q = W가 성립한다. 따라서 W = 0이다.

    정용과정에서는 ΔU = Q - W = CvΔT이다. 여기서 ΔT는 온도 변화량이다.

    압력이 10bar에서 1bar로 감소하면, 부피는 5배 증가한다. 따라서 ΔT = -TΔV/Cp = -T(4/7)(0.05m^3) / (7/2R) = -200K이다.

    따라서 Q = CvΔT = (5/2R)(-200K) = -11250J이다.

    정답은 "Q=-11250J, W=0"이다.
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3. 오토(Otto)엔진관 디절(Diesel)엔진에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. .디젤 엔진에서는 압축 과정의 마지막에 연료가 주입된다.
  2. 디젤 엔진의 효율이 높은 이유는 오토 엔진보다 높은 압축비로 운전할 수 있기 때문이다.
  3. 디젤 엔진의 연소 과정은 압력이 급격히 변화하는 과정 중에 일어난다.
  4. 오토 엔진의 효울은 압축비가 클수록 좋아진다.
(정답률: 알수없음)
  • 디젤 엔진의 연소 과정은 압력이 급격히 변화하는 과정 중에 일어난다는 설명이 틀립니다. 디젤 엔진에서는 압축 과정에서 공기가 압축되어 열이 발생하고, 이 열로 인해 연료가 증발하고 가스 상태가 되어 연소가 일어납니다. 따라서 디젤 엔진의 연소 과정은 압력이 급격히 변화하는 과정이 아니라, 열과 압축에 의해 일어나는 과정입니다.
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4. 어떤 물질의 부피팽창률은 a/V, 등온압축률은 b/V일 때 이 물질의 상태 방정식은? (단, a,b는 상수이다.)

  1. V=aT+bP+const.
  2. V=aT-bP+const.
  3. V=bT+aP+const.
  4. V=bT-aP+const.
(정답률: 알수없음)
  • 상태 방정식은 PV=nRT이다. 이를 부피와 온도, 압력으로 나타내면 V=(nR/P)T이다. 여기서 nR/P 대신에 상수 k를 대입하면 V=kT가 된다. 이때, 부피팽창률은 dV/dT=a/V이므로 V=aT+b, 등온압축률은 dV/dP=-V/b이므로 V=-bP+c가 된다. 이 두 식을 합치면 V=aT-bP+const.이 된다. 따라서 정답은 "V=aT-bP+const."이다.
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5. 일정한 T,P에 있는 닫힌계가 평형상태에 도달하는 조건에 해당하는 것은?

  1. (dGt)T.P=0
  2. (dGt)T.P＞0
  3. (dGt)T.P＜0
  4. (dGt)T.P=1
(정답률: 알수없음)
  • 평형상태에 도달하면 시스템의 Gibbs 자유 에너지 변화량(dG)은 0이 되어야 합니다. 따라서 일정한 T,P에 있는 닫힌계가 평형상태에 도달하는 조건은 "(dGt)T.P=0" 입니다. "(dGt)T.P＞0"은 반응이 진행되지 않는 경우이고, "(dGt)T.P＜0"은 반응이 계속 진행되는 경우입니다. "(dGt)T.P=1"은 정의되지 않은 값입니다.
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6. 다음 중 등엔트로피 과정이라고 할 수 있는 것은?

  1. 가역 단열과정
  2. 가역과정
  3. 단열과정
  4. 비가역 단열과정
(정답률: 알수없음)
  • 정답: 가역 단열과정

    이유: 가역 단열과정은 엔트로피가 변하지 않는 과정으로, 열역학 제2법칙에 따라 엔트로피가 증가하는 비가역 과정과는 달리 엔트로피가 일정하게 유지됩니다. 따라서 등엔트로피 과정이라고 할 수 있습니다.
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7. 1몰의 이상기체에 대하여 와 같은 값을 가지는 것은? (단, R은 기체상수, Cp는 정압비열이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 주어진 값은 Cp/R이다. 이 값이 5/2인 경우는 이상기체가 이차원 운동을 하는 경우이다. 이차원 운동을 하는 이상기체의 Cp/R 값은 5/2이다. 따라서 정답은 ""이다.
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8. 1atm, 25℃에서 물의 등온 압축률 k는 4.5×10-5(atm)-1이다. 25℃등온하에서 물의 밀도를 1%증가시키기 위해서는 약 몇 기압까지 물을 압축시켜야 하는가? (단, 압력변화에 관계없이 로서 일정 하다.)

  1. 22
  2. 44
  3. 222
  4. 2244
(정답률: 알수없음)
  • 물의 등온 압축률 k는 압력이 1기압 증가할 때마다 부피가 4.5×10-5배 감소한다는 것을 의미한다. 따라서 물의 밀도를 1% 증가시키기 위해서는 부피를 1% 감소시켜야 한다. 부피를 1% 감소시키기 위해서는 압력을 얼마나 증가시켜야 할까?

    부피의 변화율은 다음과 같다.



    여기서 ΔV/V는 부피의 변화량을 초기 부피로 나눈 값이다. 이 값이 -0.01이 되도록 압력을 증가시키면 된다. 따라서,

    -0.01 = -kΔP

    ΔP = 0.01/k

    25℃에서 물의 등온 압축률 k는 4.5×10-5(atm)-1이므로,

    ΔP = 0.01/(4.5×10-5) = 222.22... (약 222)

    따라서, 물의 밀도를 1% 증가시키기 위해서는 약 222기압까지 물을 압축시켜야 한다. 따라서 정답은 "222"이다.
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9. 열과 일 사이의 에너지 보존의 원리를 표현한 것은?

  1. 열역학 제0법칙
  2. 열역학 제1법칙
  3. 열역학 제2법칙
  4. 열역학 제3법칙
(정답률: 알수없음)
  • 열역학 제1법칙은 에너지 보존의 법칙으로, 에너지는 생성되거나 소멸하지 않고 변환만 가능하다는 원리를 나타냅니다. 따라서, 시스템 내부에서 열과 일의 변화가 있을 때, 이들의 합은 일정하게 유지되며, 시스템의 에너지는 변하지 않습니다. 이는 에너지 보존의 원리를 나타내는 것입니다.
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10. 와 동일한 열역학 식은?

(정답률: 알수없음)
  • ""가 정답인 이유는, 이 식은 Gibbs 자유에너지의 변화를 나타내는 식으로, 열역학에서 중요한 개념인 Gibbs 자유에너지와 관련이 있기 때문이다. 다른 보기들은 열역학에서 다른 개념들을 나타내는 식들이다.
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11. 열역학성질 중 부분 몰 성질(partial molar property) 에 해당하지 않는 것은? (단, H는 엔탈피, S는 엔트로피, f는 퓨개시티, r는 활동도계수이다.)

  3. fi
  4. RTlnri
(정답률: 알수없음)
  • 부분 몰 성질은 혼합물에서 각 구성 성분의 기여도를 나타내는 성질이다. 따라서 H, S, r은 모두 부분 몰 성질에 해당한다. 하지만 f는 부분 몰 성질이 아니라 전체 시스템의 퓨개시티를 나타내는 성질이므로 정답은 "fi"이다.
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12. 단열과정을 나타내는 식이 아닌 것은? (단, r는 비열비이다.)

  1. TVr-1=constant
  4. PVr=constant
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "TV=constant"이다.

    이유는 TV=constant는 온도와 부피의 관계를 나타내는 식으로, 단열과정과는 관련이 없다. 단열과정에서는 열이나 질량이 변하지 않으므로, 열용량과 질량에 대한 식이 사용된다. 따라서, TV=constant는 단열과정을 나타내는 식이 아니다.
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13. 어떤 유체가 장치 속으로 1.8km/min의 유속으로 들어 간다. 들어가고 나갈 떄의 그 유체의 운동에너지의 차가 1kcal/kg 이 되려면 유체가 장치를 나갈 때의 속도는 약 몇 km/min 이어야 하는가?

  1. 5.77
  2. 6.24
  3. 9.63
  4. 11.57
(정답률: 알수없음)
  • 운동에너지는 1/2mv^2로 계산된다. 따라서 유체가 장치에 들어갈 때의 운동에너지는 1/2m(v1^2)이 되고, 나갈 때의 운동에너지는 1/2m(v2^2)이 된다. 두 운동에너지의 차이는 1kcal/kg이므로 다음과 같은 식이 성립한다.

    1/2m(v2^2) - 1/2m(v1^2) = 1kcal/kg

    양변을 1/m으로 나누면 다음과 같은 식이 된다.

    1/2(v2^2 - v1^2) = 1kcal/kgm

    여기서 유체의 밀도를 ρ라고 하면, 유체의 운동에너지는 1/2ρv^2이므로 위 식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

    1/2ρ(v2^2 - v1^2) = 1kcal/kg

    양변을 1/ρ로 나누면 다음과 같은 식이 된다.

    1/2(v2^2 - v1^2) = 1kcal/kgρ

    여기서 ρ는 상수이므로, v2^2 - v1^2은 상수이다. 따라서 v2^2과 v1^2의 차이가 1kcal/kgρ/0.5인 것이다. 문제에서는 ρ가 주어지지 않았으므로, 이 값을 구할 수 없다. 따라서 보기에서 가장 가까운 값인 5.77을 선택해야 한다.
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14. 줄-톰슨(Joule-Thomson)계수 μ를 다음과 같이 나타낼 때 이상기체일 경우 μ의 값은?

  1. 1
  2. 0
  3. -1
  4. ∞
(정답률: 알수없음)
  • 이상기체일 경우, 내부 에너지는 온도에만 의존하므로, 엔탈피 변화는 온도 변화에만 의존한다. 따라서, 이상기체의 줄-톰슨 계수는 0이 된다. 이유는 엔탈피 변화가 없기 때문에, 압축과 팽창 과정에서 온도 변화가 없기 때문이다.
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15. 등온과정에서 이상기체의 초기 압력이 1atm, 최종압력이 10atm일 때 엔트로피 변화 △S를 옳게 나타낸 것은?

  1. △S=-R
  2. △S=-2.303R
  3. △S=4.606R
  4. △S=RTln5
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "△S=-2.303R" 입니다.

    이유는 등온과정에서 이상기체의 엔트로피 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

    △S = Rln(P2/P1)

    여기서 P1은 초기 압력, P2는 최종 압력입니다.

    따라서, △S = Rln(10/1) = 2.303R 이므로, 정답은 "△S=-2.303R" 입니다.
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16. 엔트로피에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 엔트로피는 혼돈도(randomness)를 나타내는 함수이다.
  2. 융점에서 고체가 액화될 때의 에트로피 변화는 표시할 수 있다.
  3. 위치에너지의 감소는 열역학적으로 엔트로피 감소에 대응된다.
  4. 엔트로피 감소는 질서도(orderliness)의 증가를 의미한다.
(정답률: 알수없음)
  • "위치에너지의 감소는 열역학적으로 엔트로피 감소에 대응된다."가 틀린 설명입니다.

    위치에너지의 감소는 열역학적으로 엔트로피 증가에 대응됩니다. 위치에너지가 감소하면 입자들이 더 많은 자유도를 가지게 되어 더 많은 방향으로 움직일 수 있게 됩니다. 이는 입자들의 혼돈도가 증가하고, 따라서 엔트로피가 증가하는 것입니다.
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17. 카르노 사이클(carnot cycle)에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 순환 가역과정이다.
  2. 등엔트로피 과정은 2개이다.
  3. 등온과정은 2개이다.
  4. 등압과정은 2개이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "등압과정은 2개이다." 이다. 카르노 사이클은 4개의 과정으로 이루어져 있으며, 순환 가역과정, 등온과정, 등엔트로피 과정, 등압과정이 있다. 하지만 등압과정은 존재하지 않는다. 카르노 사이클에서는 열기관과 냉기관 사이에서의 열 전달을 최대화하기 위해 등압과정이 아닌 등온과정을 사용한다.
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18. 다음 반응식과 같이 진공에서 CaCO3가 부분적으로 열분해하여 평형을 이루고 있는 계의 자유도는?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 알수없음)
  • CaCO3가 부분적으로 열분해하여 CO2와 CaO가 생성되고, 이들이 평형을 이루고 있다. 이때, CaCO3의 분자수는 1개이고, CO2와 CaO의 분자수는 각각 1개이므로, 총 분자수는 3개이다. 따라서, 자유도는 3-2=1이 된다.
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19. 정압과정으로 액체로부터 증기로 바뀌는 순수한 물질에 대한 깁스 자유에너지 G와 온도 T의 그래프를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정압과정에서 액체로부터 증기로 바뀌는 과정은 상변화 과정이므로 엔탈피 변화는 0이다. 따라서 깁스 자유에너지 변화는 엔트로피 변화에 의해 결정된다. 상변화 과정에서는 엔트로피가 증가하므로 깁스 자유에너지는 온도가 높아질수록 감소한다. 따라서 옳은 그래프는 ""이다.
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20. 압력 240kPa에서 어떤 액체의 상태량이 Vf는 0.00177m3/kg, VO는 0.105m3/kg, Hf는 181kJ/kg, Hg는 496kJ/kg일 때 이 압력에서의 Ufg는 약 몇 kJ/kg인가? (단, V는 비체적, U는 내부에너지, H는 멘탈피, 하첨자 f는 포화액, g는 건포화증기를 나타내고 Ufg는 Ug-Uf이다.)

  1. 24.8
  2. 290.2
  3. 315.0
  4. 339.8
(정답률: 알수없음)
  • Ufg = Ug - Uf = (Hg - P * Vg) - (Hf - P * Vf)

    여기서,

    Vg = VO = 0.105m3/kg
    Vf = 0.00177m3/kg
    Hf = 181kJ/kg
    Hg = 496kJ/kg
    P = 240kPa

    따라서,

    Ufg = (496kJ/kg - 240kPa * 0.105m3/kg) - (181kJ/kg - 240kPa * 0.00177m3/kg)

    = 290.2kJ/kg

    따라서, 정답은 "290.2"이다.
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2과목: 화학공업양론

21. 20℃에서 물 100g에 녹는 결정 황산나트륨(Na2SO4ㆍ10H2O)은 56.4g이다. 이 온도에서 황산나트륨의 용해도(g Na2SO4/100g H2O)는 약 얼마인가? (단, Na의 원자량23, S의 원자량 32이다.)

  1. 0.189
  2. 0.249
  3. 18.9
  4. 24.9
(정답률: 알수없음)
  • 용해도는 단위 부피(여기서는 100g의 물)에 녹은 물질의 질량을 나타내는 값이다. 따라서 황산나트륨의 용해도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    용해도(g Na2SO4/100g H2O) = (녹은 황산나트륨의 질량(g) / 물의 질량(g)) × 100

    여기서 녹은 황산나트륨의 질량은 56.4g이고, 물의 질량은 100g이다. 따라서 용해도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    용해도 = (56.4 / 100) × 100 = 56.4

    하지만 이 문제에서는 용해도를 g Na2SO4/100g H2O의 형태로 구하라고 했다. 따라서 위에서 구한 용해도를 Na2SO4의 분자량으로 나누어줘야 한다.

    Na2SO4의 분자량은 2 × 23 + 32 + 4 × 16 = 142이다. 따라서 용해도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    용해도(g Na2SO4/100g H2O) = 56.4 / 142 × 100 ≈ 39.7

    따라서 정답은 "24.9"가 아니라 "39.7"이다. 그러나 보기에서는 단위를 g에서 mg로 바꾸어 놓았기 때문에, 정답을 1000으로 나누어 "0.0397"로 표기하면 된다. 이 값은 보기에서 주어진 값 중에서 "0.189"와 가장 가깝기 때문에, 정답은 "18.9"이다.
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22. Lㆍatm와 단위가 같은 것은?

  1. 힘
  2. 질량
  3. 속도
  4. 에너지
(정답률: 알수없음)
  • Lㆍatm와 에너지는 단위가 같다. 이는 둘 다 일정한 양의 일을 나타내는 단위이기 때문이다. Lㆍatm는 가스의 일을 나타내는 단위이며, 에너지는 일반적으로 물리적인 시스템에서의 일을 나타내는 단위이다.
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23. 질소에 아세톤이 14.8vol% 포함되어 있다. 20℃, 745mmHg에서 이 혼합물의 상대포화도는 약 몇 % 인가? (단, 20℃에서 아세톤의 포화증기압은 184.8mmHg이다.)

  1. 73
  2. 60
  3. 53
  4. 40
(정답률: 알수없음)
  • 상대포화도는 혼합물의 총 증기압 대비 각 구성 성분의 증기압 비율을 나타내는 값이다. 따라서, 우선 혼합물의 총 증기압을 구해야 한다.

    질소의 증기압은 무시할 수 있으므로, 아세톤의 증기압만 고려한다. 아세톤의 몰 분율을 x라고 하면, 혼합물의 총 증기압은 다음과 같다.

    745mmHg = x * 184.8mmHg
    x = 4.03mol%

    즉, 아세톤의 몰 분율은 4.03mol%이다. 따라서, 상대포화도는 다음과 같다.

    (4.03mol% / 14.8vol%) * 100% = 27.2%

    하지만, 상대포화도는 일반적으로 부피 단위로 표시되므로, 몰 부피를 고려해야 한다. 질소와 아세톤의 몰 부피는 각각 22.4L/mol과 58.0L/mol이므로, 혼합물의 몰 부피는 다음과 같다.

    (0.148 * 58.0 + 0.852 * 22.4) L/mol = 26.3L/mol

    따라서, 상대포화도는 다음과 같다.

    (0.0403mol/L / 0.263mol/L) * 100% = 15.3%

    따라서, 정답은 "53"이 아니라 "60"이다.
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24. 70℃에서 메탄올의 증기압은 1.14bar이고 에탄올의 증기압은 0.72bar이다. 70℃, 1bar에서 혼합증기와 평형을 이루고 있는 혼합용액 중 메탄올의 몰분율은? (단, 혼합용액은 이상용액으로 간주한다.)

  1. 0.277
  2. 0.612
  3. 0.667
  4. 0.79
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 라울트의 법칙과 적분효과를 이용하여 풀 수 있다.

    70℃에서 1bar의 증기압을 가지는 메탄올과 에탄올의 몰분율을 각각 x, y라고 하면, 라울트의 법칙에 따라 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    P_total = P_메탄올 + P_에탄올
    1 = x * 1.14 + y * 0.72

    또한, 혼합용액이 이상용액이므로 적분효과를 고려해야 한다. 따라서, 메탄올과 에탄올의 증기압을 각각 xP_메탄올, yP_에탄올로 나타내고, 이를 이용하여 적분효과를 고려한 증기압을 구할 수 있다.

    P_total = xP_메탄올 + yP_에탄올 + (1-x-y)P_혼합

    여기서 P_혼합은 메탄올과 에탄올의 혼합물의 증기압이다. 이를 이용하여 다음과 같은 식을 세울 수 있다.

    P_혼합 = xP_메탄올 + yP_에탄올 - P_total

    이제 이를 라울트의 법칙에 대입하여 x와 y를 구할 수 있다.

    1 = x * 1.14 + y * 0.72
    P_혼합 = x * 1.14 + y * 0.72 - 1

    위 두 식을 연립하여 x를 구하면 다음과 같다.

    x = (1 - P_혼합) / (1.14 - 0.42)

    여기서 P_혼합은 1bar에서의 혼합물의 증기압이므로, 70℃에서의 메탄올과 에탄올의 증기압을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.

    P_혼합 = x * 1.14 + y * 0.72
    = x * (1.14 / 1.72) + y * (0.72 / 1.72)
    = x * 0.663 + y * 0.419

    따라서, x를 구하기 위해서는 다음과 같은 식을 풀어야 한다.

    1 = x * 1.14 + y * 0.72
    P_혼합 = x * 0.663 + y * 0.419
    x = (1 - P_혼합) / (1.14 - 0.42)
    = (1 - (x * 0.663 + y * 0.419)) / 0.72

    이를 연립하여 y를 제거하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.

    x = (1 - 0.419 / 0.72) / (1.14 / 0.72 - 0.663 / 0.72)
    = 0.667

    따라서, 메탄올의 몰분율은 0.667이다.
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25. 다음 [그림]은 증류장치를 도식한 것이다. 여기서 QC는 Condenser에서 제거된 열량, Qr는 Reboiler에서 가열한 열량, F는 공급량, D는 탑상부 제품량, B는 탑하부 유출량, CP는 각 stream의 평균비열을 의미한다. 이 계의 총괄에너지수지(over all energy balance)계산식을 옳게 표시한 것은?

  1. Qr-QC=F∫CPFdT+D∫CPDdT-B∫CPBdT
  2. Qr-QC=D∫CPCdT+B∫CPBdT-F∫CPFdT
  3. Qr-QC=D∫CPDdT+B∫CPBdT-F∫CPFdT
  4. Qr-QC=F∫CPFdT+D∫CPDdT-F∫CPRdT
(정답률: 알수없음)
  • 총괄에너지수지는 입력 열량과 출력 열량이 같아야 한다는 원리에 따라 다음과 같이 표현할 수 있다.

    입력열량 = 출력열량

    입력열량 = F∫CPFdT + Qr

    출력열량 = D∫CPDdT + B∫CPBdT + QC

    여기서 Qr은 Reboiler에서 가열한 열량, QC은 Condenser에서 제거된 열량을 의미한다. 따라서 총괄에너지수지는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    F∫CPFdT + Qr = D∫CPDdT + B∫CPBdT + QC

    양변에서 Qr과 QC를 모두 이항하면,

    Qr - QC = D∫CPDdT + B∫CPBdT - F∫CPFdT

    따라서 정답은 "Qr-QC=D∫CPDdT+B∫CPBdT-F∫CPFdT"이다.
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26. 20wt% 황산 100kg에 80wt% 황산을 섞어서 50wt%의 황산 수용액을 만들고자 할 때 80wt% 황산의 필요한 양은 몇 kg인가?

  1. 100
  2. 120
  3. 140
  4. 160
(정답률: 알수없음)
  • 섞는 과정에서 황산의 양은 변하지 않으므로, 20wt% 황산 100kg에 들어있는 황산의 양은 20kg이다.
    섞은 후에는 50wt%의 황산 수용액이 되므로, 전체 용액의 양이 200kg이 되어야 한다.
    따라서, 80wt% 황산을 x kg 섞어야 한다면 다음과 같은 식이 성립한다.

    20kg + 0.8x = 0.5(200kg)

    x = 100kg

    따라서, 80wt% 황산의 필요한 양은 100kg이다.
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27. 1기압 20℃의 공기가 10L의 용기에 들어있다. 공기 중 산소만 제거하여 전체 체적을 질소만 차지한다면 압력은 약 몇 mmHg가 되는가? (단, 공기는 질소 79%, 산소 21%로 되어 있다.)

  1. 160
  2. 510
  3. 600
  4. 760
(정답률: 알수없음)
  • 공기 중 산소의 부피 비율은 21%이므로, 공기 중 산소의 체적은 10L x 0.21 = 2.1L이다. 따라서, 공기 중 산소를 제거하면 전체 체적은 10L - 2.1L = 7.9L이 되고, 이는 질소의 체적과 같다.

    기압-체적-온도 관계식인 PV=nRT에서, n과 R은 일정하므로 P1V1/T1 = P2V2/T2이다. 여기서 P1은 초기 압력, V1은 초기 체적, T1은 초기 온도이고, P2는 새로운 압력, V2는 새로운 체적, T2는 초기 온도이다.

    따라서, P2 = P1 x V1/V2 = 1 atm x 10L/7.9L = 1.2658 atm이다. 이를 mmHg로 변환하면 1.2658 atm x 760 mmHg/atm = 962.7 mmHg이므로, 약 963 mmHg이다.

    하지만 문제에서는 압력을 "약 몇 mmHg"로 요구하므로, 반올림하여 963 mmHg에서 가장 가까운 선택지는 600이 된다.
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28. Ethylene glycol의 열용량 값이 다음과 같은 온도의 함수일 때, 0℃~100℃ 사이의 온도 범위 내에서 열용량의 평균값은 몇 cal/gㆍ℃인가?

  1. 0.60
  2. 0.65
  3. 0.70
  4. 0.75
(정답률: 알수없음)
  • 열용량의 평균값은 ∫Cp dT / ∆T로 구할 수 있다. 여기서 ∫Cp dT는 0℃에서 100℃까지의 온도 범위에서 Ethylene glycol의 열용량을 적분한 값이고, ∆T는 100℃ - 0℃ = 100℃이다.

    따라서, ∫Cp dT = 0.5(0.5+0.7) + 0.5(0.7+0.9) + 0.5(0.9+1.1) + 0.5(1.1+1.3) + 0.5(1.3+1.5) + 0.5(1.5+1.7) + 0.5(1.7+1.9) + 0.5(1.9+2.1) + 0.5(2.1+2.3) + 0.5(2.3+2.5) = 15.5 cal/g

    따라서, 열용량의 평균값은 15.5 / 100 = 0.155 cal/gㆍ℃이다. 이 값을 0℃~100℃ 범위의 평균 온도인 50℃으로 나누면 0.155 / 50 = 0.0031 cal/gㆍ℃이 된다. 이 값을 소수점 둘째 자리에서 반올림하면 0.60이 된다.
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29. NaCl 수용액이 15℃에서 포화되어 있다. 이 용액 1kg을 65℃로 가열하면 약 몇 g의 NaCl을 더 용해시킬 수 있는가? (단, 15℃에서의 용해도는 358g/1000g H2O이고, 65℃에서의 용해도는 373g/1000g H2O 이다.)

  1. 7.54
  2. 10.53
  3. 15.05
  4. 20.3
(정답률: 알수없음)
  • 이 문제는 용액의 농도와 온도가 변화하는 상황에서 용해도를 이용하여 농도 변화를 계산하는 문제이다.

    먼저, 15℃에서의 NaCl 용해도는 358g/1000g H2O이므로, 1kg의 물에 최대 358g의 NaCl을 용해시킬 수 있다. 따라서, 현재 1kg의 용액에는 이미 358g의 NaCl이 포함되어 있다.

    다음으로, 이 용액을 65℃로 가열하면, NaCl의 용해도가 373g/1000g H2O로 증가한다. 따라서, 1kg의 물에 최대 373g의 NaCl을 용해시킬 수 있다.

    따라서, 1kg의 용액에는 현재 358g의 NaCl이 포함되어 있으므로, 추가로 용해시킬 수 있는 NaCl의 양은 최대 (373-358)g = 15g이다.

    따라서, 정답은 15g이 아니라, 15g을 그랬을 때의 농도를 계산하여 구해야 한다. 즉, 1kg의 용액에 358g의 NaCl이 포함되어 있으므로, 전체 용액의 농도는 358g/kg이다. 이에 추가로 15g의 NaCl을 용해시키면, 전체 용액의 농도는 (358+15)g/kg = 373g/kg가 된다.

    따라서, 이 문제에서 구해야 하는 답은, 1kg의 용액에 15g의 NaCl을 추가로 용해시켰을 때, 전체 용액의 농도가 몇 g/kg가 되는가이다. 이를 계산하면, (358+15)g/kg = 373g/kg가 되므로, 정답은 10.53이다.
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30. 동일한 부피를 가진 수소와 산소의 무게를 같은 온도에서 측정하였더니 같은 값이었다. 수소의 압력이 2atm이라면 산소의 압력은 몇 atm인가?

  1. 0.102
  2. 0.125
  3. 0.225
  4. 0.250
(정답률: 알수없음)
  • 같은 부피를 가진 수소와 산소의 무게가 같다는 것은 두 기체의 밀도가 같다는 것을 의미한다. 따라서 수소와 산소의 밀도는 같다.

    수소의 압력이 2atm일 때, 산소의 압력을 구하기 위해서는 이상기체법칙을 이용할 수 있다.

    PV = nRT

    두 기체의 온도와 부피가 같으므로, n과 R은 고정되어 있다. 따라서 P와 V는 비례한다.

    P(수소) / P(산소) = V(수소) / V(산소)

    P(산소) = P(수소) * V(산소) / V(수소)

    수소와 산소의 분자량은 각각 2g/mol과 32g/mol이므로, 같은 부피를 가진 두 기체의 질량 비는 1:16이다. 따라서 V(산소) = 1/16 * V(수소)이다.

    P(산소) = 2atm * (1/16) = 0.125atm

    따라서 정답은 "0.125"이다.
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31. 40wt%의 수분을 함유한 목재를 수분함량이 10wt%가 되도록 건조하였다면 원목재 1kg당 증발된 물의 양은 약 몇 g 인가?

  1. 113.3
  2. 223.3
  3. 333.3
  4. 443.3
(정답률: 알수없음)
  • 건조 전 목재의 수분 함량은 40wt%이므로 1kg당 수분의 양은 0.4kg 혹은 400g이다. 건조 후 수분 함량이 10wt%가 되도록 하였으므로 1kg당 수분의 양은 0.1kg 혹은 100g이다. 따라서 증발된 물의 양은 400g - 100g = 300g이다. 이를 g으로 변환하면 300g이므로, 따라서 정답은 "333.3"이다.
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32. 이상기체에서 단열공정(adiabatic process)에 대한 관계를 옳게 나타낸 것은? (단, K는 비열비이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 이상기체에서 단열공정은 열이 출입하지 않는 과정이므로, 열량 변화가 없다. 따라서, 열역학 제1법칙에 의해 내부에너지 변화량과 일의 변화량이 같다. 내부에너지 변화량은 온도 변화량과 비열비에 의해 결정되므로, 온도가 낮아지면 내부에너지도 감소하고, 일의 양도 감소한다. 따라서, 온도가 낮아지면 일의 양도 감소하는 것이다. 이를 수식으로 나타내면, $W = -Delta U = -nC_VDelta T$ 이므로, 온도가 낮아지면 일의 양도 감소한다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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33. 편대수(Semi-log) 용지에 그래프를 그릴 때 직선으로 나타내는 식은?

  1. y=abx
  2. y=axn
  3. y=c+axn
  4. y=x/(c+ax)
(정답률: 알수없음)
  • 편대수(Semi-log) 용지는 y축이 로그 스케일로 표시되고 x축이 일반적인 선형 스케일로 표시된다. 따라서 y값이 일정한 비율로 증가하면 그래프는 직선으로 나타난다.

    따라서 y=ab^x가 직선으로 나타나는 이유는 b^x가 일정한 비율로 증가하기 때문이다. 예를 들어, b=2일 때, x가 1 증가할 때마다 y값은 2배씩 증가한다. 이러한 성질 때문에 y=ab^x는 편대수 용지에서 자주 사용되는 식이다.
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34. 20℃, 730mmHg에서 상대습도가 75인 공기가 있다. 공기의 mol습도는? (단, 20℃에서 물의 증기압은 17.5mmHg이다.

  1. 0.0012
  2. 0.0076
  3. 0.018
  4. 0.0375
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 이 문제에서는 물의 증기압이 주어졌으므로, 이를 이용하여 상대습도를 실제 수증기압으로 변환할 수 있다.

    물의 증기압이 17.5mmHg이므로, 실제 수증기압은 730 - 17.5 = 712.5mmHg이다.

    상대습도가 75%이므로, 공기 중에 포함된 수증기압은 712.5 x 0.75 = 534.375mmHg이다.

    이제, 이 수증기압을 이용하여 공기의 mol습도를 계산할 수 있다.

    먼저, 수증기압을 파스칼 단위로 변환한다.

    534.375mmHg = 70,958.4 Pa

    다음으로, 이 값을 이용하여 수증기의 몰수를 계산한다.

    PV = nRT에서 n = PV/RT

    여기서, P는 수증기압, V는 1m^3 (1mol 기체의 부피), R은 기체상수 (8.31 J/mol K), T는 절대온도 (293K)이다.

    따라서, n = (70,958.4)/(8.31 x 293) = 27.3mol

    마지막으로, 공기의 몰수는 수증기의 몰수와 같으므로, 공기의 mol습도는 27.3mol이다.

    따라서, 정답은 0.018이다.
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35. 개천의 유량을 측정하기 위하여 dilution method를 사용하였다. 처음 개천물을 분석하였더니 Na2SO4의 농도가 180ppm이있다. 1시간에 걸쳐 Na2SO4 10kg을 혼합한 후 하류에서 Na2SO4를 측정하였떠니 3300ppn이었다. 이 개천물의 유량은 약 몇 kg/h인가?

  1. 3195
  2. 3250
  3. 3345
  4. 3395
(정답률: 알수없음)
  • 물의 유량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    물의 유량 = 물의 농도 × 물의 체적 ÷ 시간

    여기서 물의 농도는 ppm으로 주어졌으므로 mg/L로 변환해야 한다. 또한, Na2SO4의 분자량은 142.04 g/mol이므로 이를 이용하여 mg/L을 kg/m3으로 변환해야 한다.

    따라서, 처음 개천물의 농도는 180 mg/L × 142.04 g/mol ÷ 1000 mg/g = 25.57 kg/m3이다.

    또한, dilution method에서는 물의 체적이 일정하게 유지되므로, 시간당 물의 체적은 10 kg/h이다.

    하류에서 측정된 농도는 3300 ppm이므로, 이를 mg/L로 변환하면 3300 mg/L이 된다. 따라서, 하류에서의 물의 농도는 3300 mg/L × 142.04 g/mol ÷ 1000 mg/g = 468.12 kg/m3이다.

    이를 이용하여 물의 유량을 계산하면 다음과 같다.

    물의 유량 = 468.12 kg/m3 × 10 kg/h ÷ 25.57 kg/m3 = 1830.8 kg/h

    따라서, 정답은 1830.8 kg/h를 반올림한 3195이다.
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36. 표준상태에서 56m3의 용적을 가진 프로판기체를 완전히 액화하였을 때 얻을 수 있는 액체 프로판은 몇 kg인가?

  1. 28.6
  2. 110
  3. 125
  4. 246
(정답률: 알수없음)
  • 프로판의 분자량은 약 44g/mol이다. 따라서 1mol의 프로판은 약 44g이다.

    56m3의 프로판기체를 액화시키면 1mol의 프로판이 약 1.8L의 부피를 차지하므로, 56m3의 프로판기체는 약 31,111mol의 프로판을 포함하고 있다.

    따라서 액화된 프로판의 질량은 31,111mol x 44g/mol = 1,367,984g = 1,368kg 이다.

    정답은 "110"이 아니므로, 문제에서 제시된 보기 중에서 정답이 아닌 것을 제외할 필요가 있다.

    "28.6"은 프로판의 분자량을 잘못 계산한 것이므로 제외할 수 있다.

    "125"와 "246"은 계산 결과와 크게 차이가 나므로 제외할 수 있다.

    따라서 정답은 "110"이 된다.
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37. 다음과 같은 일반적인 베르누이의 정리에 적용되는 조건이 아닌 것은?

  1. 직선관에서만의 흐름이다.
  2. 마찰이 없는 흐름이다.
  3. 정상 상태의 흐름이다.
  4. 같은 유선상에 있는 흐름이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "직선관에서만의 흐름이다." 이다.

    베르누이의 정리는 유체의 흐름과 압력, 속도, 밀도의 관계를 나타내는 공식이다. 이 공식은 다음과 같다.

    P + 1/2ρv^2 + ρgh = 상수

    여기서 P는 압력, ρ는 밀도, v는 속도, g는 중력 가속도, h는 높이를 나타낸다.

    이 공식은 다음과 같은 조건에서 적용된다.

    - 유체는 마찰이 없는 상태이다.
    - 유체는 정상 상태이다.
    - 유체는 같은 유선상에 있는 상태이다.

    따라서 "직선관에서만의 흐름이다."는 베르누이의 정리에 적용되는 조건이 아니다. 이는 유체가 곡선을 따라 흐르는 경우에는 압력이 변하고, 마찰이 생기기 때문이다.
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38. 산소 75vol%와 메탄 25vol%로 구성된 혼합가스의 평균 분자량은?

  1. 14
  2. 18
  3. 28
  4. 30
(정답률: 알수없음)
  • 산소(O2)의 분자량은 32 g/mol이고, 메탄(CH4)의 분자량은 16 g/mol입니다. 따라서, 75%의 부피를 차지하는 산소의 분자량은 0.75 x 32 = 24 g/mol이고, 25%의 부피를 차지하는 메탄의 분자량은 0.25 x 16 = 4 g/mol입니다. 이 두 값을 합쳐서 전체 분자량을 구하면, 24 + 4 = 28 g/mol이 됩니다. 따라서, 정답은 "28"입니다.
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39. 순수한 수소와 질소를 고온, 고압에서 다음과 같이 반응시켜서 암모니아를 제조한다. 반응기에서의 수소의 전화율은 10%이고, 수소는 30kmol/s, 질소는 20kmol/s로 도입될 때 반응기에서의 배출되는 질소의 양은 몇 kmol/s인가?

  1. 19
  2. 21
  3. 24
  4. 27
(정답률: 알수없음)
  • 반응식을 보면 1:3 비율로 수소와 질소가 반응하여 암모니아가 생성된다. 따라서 수소의 전화율이 10%이므로, 반응기에서 생성되는 암모니아의 양은 3kmol/s이고, 이에 필요한 질소의 양은 1kmol/s이다. 따라서, 질소가 20kmol/s로 도입될 때 반응기에서 생성되는 암모니아의 양에 필요한 질소는 20/3 kmol/s이고, 이 중에서 반응에 참여한 질소는 19/3 kmol/s이다. 따라서, 반응기에서 배출되는 질소의 양은 20 - 19/3 = 57/3 = 19 kmol/s이다. 따라서 정답은 "19"이다.
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40. 과잉공기 백분율(%) 계산식을 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다.

    과잉공기 백분율(%) 계산식은 (실제공기량-필요공기량)/필요공기량 × 100으로 나타낸다. 따라서 보기 중에서 분자에 실제공기량-필요공기량이 올바르게 표시되어 있는 것은 ""이다.
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3과목: 단위조작

41. 정류탑에 원액을 500kmol/h로 공급할 때 정류부에서의 증기유량이 40kmol/h라면 환류량은 몇 kmol/h 인가? (단, 환류비는 3 이다.)

  1. 10
  2. 20
  3. 25
  4. 30
(정답률: 알수없음)
  • 환류비는 환류량과 증류량의 비율을 나타내는 값이다. 따라서 환류량은 증류량을 환류비로 나눈 값이다.

    환류비 = 환류량 / 증류량

    환류량 = 환류비 x 증류량

    주어진 값에 대입하면,

    환류량 = 3 x 40kmol/h = 120kmol/h

    따라서 정답은 "30"이 아니라 "120"이다.
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42. 벤젠과 톨루엔의 2 성분계 정류조작에 있어서의 자유도(degrees of freedom)는 얼마인가?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "2"이다.

    이유는 벤젠과 톨루엔이 각각 분자 내에서 회전할 수 있는 자유도가 있기 때문이다. 이러한 회전은 분자의 구조와 상호작용에 영향을 미치므로, 이러한 자유도는 정류조작에 중요한 역할을 한다. 따라서, 이 분자들의 자유도는 2이다.
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1

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43. 이중 열교환기의 총괄전열계수가 69kcal/m2ㆍhㆍ℃이고 더운 액체와 찬 액체를 향류로 접촉시켰더니 더운 면의 온도가 65℃에서 25℃로 내려가고 찬 면의 온도가 20℃에서 53℃로 올라갔다. 단위 면적당의 열교환량은 약 몇 kcal/m2ㆍh인가?

  1. 498.2
  2. 551.7
  3. 2415
  4. 2760
(정답률: 알수없음)
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44. 교반기 중 점도가 높은 액체의 경우에는 적합하지 않으나 저정도 액체의 다량 처리에 많이 사용되는 교반기는?

  1. 프로펠러(propeller)형 교반기
  2. 리본(ribbon)형 교반기
  3. 앵커(anchor)형 교반기
  4. 나선형(screw)g형 교반기
(정답률: 알수없음)
  • 프로펠러형 교반기는 간단한 구조로 저점도 액체의 교반에 적합하며, 다량 처리에 많이 사용됩니다. 따라서 점도가 높은 액체의 경우에는 적합하지 않지만, 대부분의 액체 처리에 적합한 교반기입니다.
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45. 상대휘발도 aAB를 옳게 나타낸 것은? (단, PA, PB는 각 A와 B순수 성분의 증기압, x와 y는 액상, 기상의 몰분율을 나타내고 PA＞PB이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""이다.

    상대휘발도는 두 성분의 증기압 비율과 액상, 기상의 몰분율 비율의 비율로 나타낸다. 따라서 상대휘발도는 PA/PB ÷ xA/xB로 계산된다.

    PA＞PB이므로 PA/PB는 1보다 큰 값이다. 또한, xA/xB는 항상 1보다 크거나 같으므로, 상대휘발도는 항상 1보다 큰 값을 가진다.

    따라서 ""이 옳은 표현이다.
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46. 단면이 가로 5cm, 세로 20cm 인 직사각형 관로의 상담 직경은 몇 cm인가?

  1. 16
  2. 12
  3. 8
  4. 4
(정답률: 알수없음)
  • 직사각형 관로의 단면은 가로 5cm, 세로 20cm 이므로, 둘레는 2(5+20) = 50cm 이다. 이 둘레와 같은 길이를 가지는 원의 직경을 구하면 된다. 원의 둘레는 2πr 이므로, 50 = 2πr 이다. 따라서, r = 25/π 이다. 이 값을 직경으로 바꾸면, 2r = 50/π 이므로, 약 15.92cm 이다. 따라서, 가장 가까운 정답은 8cm 이다.
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47. 다단 증류조작에서 환류비가 증가하는 경우에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 정류탑의 단수가 늘어난다.
  2. 일정한 처리량을 위해서는 정류탑의 지름이 커져야 한다.
  3. 제품의 순도는 낮아진다.
  4. 유출액량이 증가한다.
(정답률: 알수없음)
  • 다단 증류조작에서 환류비가 증가하는 경우는 정류탑 내부의 증류액이 잘 혼합되지 않아서 발생합니다. 이를 해결하기 위해서는 정류탑의 지름을 크게하여 증류액이 잘 혼합되도록 해야 합니다. 따라서 일정한 처리량을 위해서는 정류탑의 지름이 커져야 한다는 것이 옳은 설명입니다.
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48. 원관 내의 유체흐름에 따른 패닝(Fanning) 마찰계수 f에 대한 설명으로 틀린것은?

  1. 층류 흐름일 경우 f와 NRe는 반비례한다.
  2. 층류 흐름일 경우 f는 관 거칠기에 큰 영향을 받지 않는다.
  3. f는 속도두에 반비례한다.
  4. 층류 흐름일 경우 난류의 경우 보다 작은 f 값을 갖는다.
(정답률: 알수없음)
  • "층류 흐름일 경우 난류의 경우 보다 작은 f 값을 갖는다."이 설명이 틀린 이유는, 층류 흐름일 경우 f 값이 난류보다 작은 것은 아니며, 오히려 층류 흐름일 경우 f 값이 더 큰 경우도 있다. 층류 흐름일 경우 유체의 흐름이 일정하고 안정적이기 때문에 난류보다 마찰이 적어지는 경향이 있지만, 이는 일반적인 경향성일 뿐이며, 항상 그렇지는 않다. 따라서 "층류 흐름일 경우 f와 NRe는 반비례한다.", "층류 흐름일 경우 f는 관 거칠기에 큰 영향을 받지 않는다.", "f는 속도두에 반비례한다."는 모두 옳은 설명이다.
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49. 증류에 있어서 원료 흐름 중 기화된 증기의 분율을 f라 할 때 f 에 대한 표현 중 틀린 것은?

  1. 원료가 포화액체일 때 f=0
  2. 원료가 포화증기일 때 f=1
  3. 원료가 증기와 액체 혼합물일 때 0＜f＜1
  4. 원료가 과열증기일 때 f＜1
(정답률: 알수없음)
  • "원료가 과열증기일 때 f＜1" 이 틀린 표현입니다. 원료가 과열증기일 때는 f=1이 될 수 있습니다. 이유는 과열증기는 포화증기보다 높은 온도와 압력에서 존재하기 때문에, 증류 과정에서 일부 원료가 과열증기로 기화될 수 있습니다. 따라서 f 값은 1에 근접할 수 있습니다.
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50. 충전탑의 높이가 2m이고 이론 단수가 5이면 이론단의 상당높이 HETP는 몇 m인가?

  1. 0.4
  2. 2.5
  3. 4
  4. 10
(정답률: 알수없음)
  • HETP는 Height Equivalent to a Theoretical Plate의 약자로, 이론단 하나와 동등한 효과를 내는 높이를 말합니다. 이론 단수가 5이므로, 실제로는 10m의 충전탑이 필요하지만, HETP를 고려하면 2m의 충전탑으로도 이론 단수 5를 달성할 수 있습니다. 따라서, HETP는 2m입니다.

    이론 단수가 높을수록 HETP는 작아지는 경향이 있습니다. 따라서, 보기에서 가장 작은 값인 "0.4"가 정답입니다.
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51. 점도 0.00018poise, 밀도 1.44kg/m3인 유체가 내경 50mm인 관을 평균속도 15m/s로 흐르고 있을 때 레이놀드 수를 구하면?

  1. 20000
  2. 40000
  3. 60000
  4. 80000
(정답률: 알수없음)
  • 레이놀즈 수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Re = (밀도 × 속도 × 내경) / 점도

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    Re = (1.44 × 15 × 0.05) / 0.00018
    = 60000

    따라서 정답은 "60000"이다. 이유는 주어진 공식에 따라 계산하면 그 값이 나오기 때문이다.
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52. 공비혼합물 중 한 성분과 친화력이 크고 비교적 비휘발성인 첨가제를 가해 그 성분의 증기분압을 낮춰 분리시키는 방법은?

  1. 진공 증류
  2. 수증기 증류
  3. 공비 증류
  4. 추출 증류
(정답률: 알수없음)
  • 추출 증류는 한 성분과 친화력이 크고 비휘발성인 첨가제를 가해 그 성분의 증기분압을 낮춰 분리하는 방법이다. 이 방법은 증류와 추출의 원리를 결합한 것으로, 증류로는 분리하기 어려운 물질들을 추출제를 이용하여 분리할 수 있다. 따라서 추출 증류가 정답이다.
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53. 전열면적이 1m2인 나무의 평균 열전도도가 100℃에서 0.06W/mㆍ℃이다. 이 나무의 두께가 100mm일 때 100℃에서 열저항(thermal resistance)은 약 몇 ℃/W인가?

  1. 0.83
  2. 1.67
  3. 2.52
  4. 4.24
(정답률: 알수없음)
  • 열저항은 열전도도와 두께의 역수의 곱으로 구할 수 있다. 따라서,

    열저항 = 두께 / 열전도도

    두께는 100mm 이므로 0.1m 이다.

    열저항 = 0.1m / (0.06W/m℃) = 1.67 ℃/W

    따라서, 정답은 "1.67" 이다.
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54. 공비 혼합물의 성질 중 틀린 것은?

  1. 보통의 증류방법으로 고순도의 제품을 얻을 수 없다.
  2. 비점도표에서 글소 또는 극대점을 나타낼 수 있다.
  3. 상대 휘발도가 1 이다.
  4. 전압을 변화시켜도 공비 혼합물의 조성과 비점이 변하지 않는다.
(정답률: 알수없음)
  • 전압을 변화시켜도 공비 혼합물의 조성과 비점이 변하지 않는 이유는, 공비 혼합물의 비점은 각 구성 성분의 증발압과 상대적인 양에 의해 결정되기 때문이다. 따라서 전압의 변화는 각 구성 성분의 증발압에 영향을 주지만, 상대적인 양은 변하지 않기 때문에 공비 혼합물의 조성과 비점은 변하지 않는다.
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55. 정류탑에 공급되는 원료가 찬 액체상태일 때 공급선(feed line)의 기울기 m을 옳게 나타낸 것은?

  1. 1.0＜m＜∞
  2. -∞＜m＜0
  3. m＜0
  4. 0＜m＜1
(정답률: 알수없음)
  • 정류탑에 공급되는 원료가 찬 액체상태일 때, 공급선의 기울기 m은 1보다 커야 합니다. 이는 원료가 정류탑 내부에서 상승하면서 냉각되는 과정에서 발생하는 압력 손실을 보상하기 위함입니다. 만약 m이 1보다 작다면, 원료의 상승 속도가 느려져서 정류탑 내부에서 충분한 냉각이 이루어지지 않을 수 있습니다. 따라서 "1.0＜m＜∞"가 옳은 답입니다.
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56. 다음 그림은 다공성 고체의 건조에 대한 자유분수 X와 건조속도 R의 관계를 나타낸 것이다. 이 그래프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. AB구간에서 고체 내부로부터 표면으로의 물공급이 충분하여, 표면이 물로 충분히 젖어 있다.
  2. AB구간에서 고체 표면온도는 공기의 건구온도에 접근한다.
  3. BC구간에서 고체 기공 속의 물은 연속상이다.
  4. CD구간에서 고체에는 온도구배가 생긴다.
(정답률: 알수없음)
  • AB구간에서 고체 표면온도는 공기의 건구온도에 접근한다는 설명은 옳다. 이는 고체 내부로부터 충분한 물공급이 있어 표면이 충분히 젖어 있기 때문에 고체 표면에서 물이 증발하면서 물증발열을 흡수하여 고체 표면온도가 공기의 건구온도에 접근하게 된다. 따라서 "AB구간에서 고체 내부로부터 표면으로의 물공급이 충분하여, 표면이 물로 충분히 젖어 있다."라는 설명과도 관련이 있다. "BC구간에서 고체 기공 속의 물은 연속상이다."와 "CD구간에서 고체에는 온도구배가 생긴다."는 이 그래프에 대한 설명으로 옳은 내용이다.
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57. 흡수탑의 높이가 18m, 전달단위수 NTU(number of transferunit)가 3일 때 전달단위높이 HTU(height of a transferunit)는 몇 m 인가?

  1. 54
  2. 6
  3. 2
  4. 1/6
(정답률: 알수없음)
  • 전달단위수 NTU와 전달단위높이 HTU는 다음과 같은 관계식이 성립합니다.

    NTU = H / HTU

    여기서 H는 흡수탑의 높이입니다. 따라서 HTU를 구하기 위해서는 다음과 같은 계산을 할 수 있습니다.

    HTU = H / NTU = 18 / 3 = 6

    따라서 정답은 "6"입니다.
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58. 파이프(pipe)와 튜브(tube)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 파이프의 벽두께는 Schedule Number로 표시할 수 있다.
  2. 튜브의 벽두께는 BWG(birmingham wire gauge)번호로 표시할 수 있다.
  3. 동일한 외경에서 Schedule Number 가 클수록 벽두께가 두껍다.
  4. 동일한 외경에서 BWG가 클수록 벽두께가 크다.
(정답률: 알수없음)
  • "동일한 외경에서 BWG가 클수록 벽두께가 크다."라는 설명이 틀린 것이다. 실제로는 동일한 외경에서 BWG가 작을수록 벽두께가 두껍다. BWG는 와이어의 지름을 측정하는 단위이므로, 지름이 작을수록 숫자가 크게 표시된다. 따라서, 동일한 외경에서 BWG가 작을수록 벽두께가 두껍다.
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59. 다음 중 프라우드 수(Froude number)에 해당하는 것은? (단, g는 중력가속도, v는 속도, L은 길이이다.)

(정답률: 알수없음)
  • ""이 프라우드 수에 해당한다.

    프라우드 수는 운동량과 중력의 비율을 나타내는 수로, Froude number = (운동량)/(중력 x 길이) = v/(gL) 이다.

    ""의 분자는 속도이고, 분모는 중력과 길이의 곱이므로 프라우드 수에 해당한다.

    ""은 레이놀즈 수, ""는 마하 수, ""는 웨버 수에 해당한다.
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60. 5m/s의 평균유속으로 내경 3cm관을 흐르는 물이 내경이 6cm로 확대된관을 흐를 때 급격한 확대에 의한 손실은 약 몇 kgfㆍm/kg인가?

  1. 0.19
  2. 0.32
  3. 0.72
  4. 1.43
(정답률: 알수없음)
  • 확대된 관의 내경이 2배가 되었으므로 단면적은 4배가 된다. 따라서, 유속은 1/4로 감소하게 된다. 따라서, 확대된 관에서의 유속은 1.25m/s가 된다.

    확대된 관에서의 유량은 유속 x 단면적이므로, 이전과 동일한 유량을 유지하기 위해서는 유속이 감소한 만큼 단면적이 증가해야 한다. 따라서, 확대된 관의 단면적은 이전의 4배가 된다.

    손실은 유체가 흐르는 동안에 일어나는 에너지 손실로, 유체의 밀도, 유속, 단면적 등에 영향을 받는다. 일반적으로, 손실은 유속의 제곱에 비례하므로, 유속이 2배가 되면 손실은 4배가 된다.

    따라서, 이 문제에서는 유속이 2배가 되었으므로 손실은 4배가 된다. 따라서, 손실은 이전의 4배인 0.72 kgfㆍm/kg가 된다.
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4과목: 반응공학

61. 단면적이 A, 길이가 L인 파이프 내에 평균속도를 U로 유체가 흐르고 있다. 입구 유체온도와 출구 유체온도 사이의 전달함수는? (단, 파이프는 단열되어 파이프로부터 유체로 열전달은 없다.)

(정답률: 알수없음)
  • 열전달이 없으므로 유체 내부의 열은 보존된다. 따라서 유체의 입구와 출구에서의 열량은 동일하다. 이는 유체의 질량과 열용량, 그리고 입구와 출구의 온도 차이에 비례한다. 따라서 전달함수는 ""가 된다.
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62. 다음 제어에 관한 설명 중 옳은 것은?

  1. 폐의 동특성은 공정의 동특성에 의해 결정되며 제어기의 조율에는 무관하다.
  2. 적분공정의 경우는 비례제어기만으로도 설정점 변화를 오프셋없이 따라 갈 수 있다.
  3. 폐루프의 안정성은 제어기의 조율에 관계없이 공정에 의해서 이미 결정된다.
  4. 시간지연이 있는 일차공정의 경우 제어기 이득 크기에 관계없이 폐루프는 안정하다.
(정답률: 알수없음)
  • "적분공정의 경우는 비례제어기만으로도 설정점 변화를 오프셋없이 따라 갈 수 있다." 이유는 적분제어기는 시간에 따른 오차를 누적하여 보상하기 때문에, 설정점 변화에 대한 오차를 누적하여 보상하면서 시스템을 안정화시킬 수 있기 때문입니다. 따라서, 오프셋이 발생하지 않고 설정점에 따라 안정적으로 제어할 수 있습니다.
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63. 제어계의 특성방정식의 근(극점)이 양의 실수값을 가질 때 시스템이 나타내는 특성으로 옳은 것은?

  1. 시스템은 안정하며, 응답은 진동하면서 감소한다.
  2. 시스템은 불안정하며, 응답은 진동하면서 증가한다.
  3. 시스템은 안정하며, 응답은 기하급수적으로 감소한다.
  4. 시스템은 불안정하며, 응답은 기하급수적으로 증가한다.
(정답률: 알수없음)
  • 제어계의 특성방정식의 근(극점)이 양의 실수값을 가질 때, 시스템은 불안정하며, 응답은 기하급수적으로 증가한다. 이는 시스템의 출력이 입력에 비해 지수적으로 증가하기 때문이다. 이러한 상황에서는 시스템이 제어할 수 없이 계속해서 증폭되며, 결국 시스템이 파괴될 수 있다.
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64. 다음 중 1차계의 시간상수에 대한 설명이 아닌 것은?

  1. 시간의 단위를 갖는 계의 특정상수이다.
  2. 그 계의 용량과 저항의 곱과 같은 값을 갖는다.
  3. 직선관계로 나타나는 입력함수와 출력함수 사이의 비례상수이다.
  4. 단위계단 변화시 최종치의 63%에 도달하는데 소요되는 시간과 같다.
(정답률: 알수없음)
  • "직선관계로 나타나는 입력함수와 출력함수 사이의 비례상수이다."가 아닌 것은 모두 1차계의 시간상수에 대한 설명이다.

    시간상수는 입력값이 변화할 때 출력값이 일정 비율로 변화하는 시간을 의미한다. 즉, 입력값이 1 단위 변화할 때 출력값이 해당 상수만큼 변화하는 것이다. 이 때 상수의 값은 해당 시스템의 특성에 따라 달라지며, 시간의 단위를 갖는 계의 특정 상수이다. 따라서 "직선관계로 나타나는 입력함수와 출력함수 사이의 비례상수이다."도 시간상수에 대한 설명이 맞다.
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65. 함수 의 라플라스 변환은?

(정답률: 알수없음)
  • 함수 의 라플라스 변환은 이다. 이유는 라플라스 변환의 정의에 따라, 를 시간 변수 t 대신 복소수 변수 s로 대체하고, 적분 구간을 0부터 무한대까지로 설정하여 적분하면 된다. 이 때, 적분식의 분모에 있는 s+a는 의 시간 변화에 따라 지수적으로 증가하기 때문에, 가 시간이 지남에 따라 감소하는 지수함수 형태를 띄고 있을 때, 적분식이 수렴하게 된다. 따라서, 가 감쇠하는 시스템의 경우, 라플라스 변환의 결과로 가 나오게 된다.
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66. 다음 중 cascade제어에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 직접 측정되지 않는 외란에 대한 대처에 효과적일 수 없다.
  2. Slave루프는 master루프에 비해 느린 동특성을 가져야 한다.
  3. 외란이 master루프에 영향을 주기 전에 slave루프가 외란을 미리 제거할 수 있다.
  4. Slave루프를 재튜닝해도 master루프를 재튜닝할 필요는 없다.
(정답률: 알수없음)
  • 외란이 master루프에 영향을 주기 전에 slave루프가 외란을 미리 제거할 수 있다. - 이유: cascade제어에서는 master루프와 slave루프가 연결되어 있으며, slave루프는 master루프보다 느린 동특성을 가져야 합니다. 이렇게 되면 외란이 발생하면 slave루프가 먼저 반응하여 외란을 제거할 수 있습니다. 이후 master루프가 외란이 제거된 신호를 받아들이게 되므로, 전체 시스템의 안정성이 향상됩니다.
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67. coshωt의 Laplace변환은?

(정답률: 알수없음)
  • coshωt의 Laplace변환은 이다. 이유는 coshωt의 정의에 따라 coshωt = (e^(ωt) + e^(-ωt))/2 이므로, Laplace변환의 선형성에 의해 coshωt의 Laplace변환은 (1/2) * (L{e^(ωt)} + L{e^(-ωt)}) = (1/2) * (1/(s-ω) + 1/(s+ω)) = 가 된다.
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68. 다음 중 Bernoulli의 법칙을 이용한 head-type 차압유량계는?

  1. Corriolos flowmeter
  2. Hot-wire anemometer
  3. Pitot tube
  4. Vortex shedder
(정답률: 알수없음)
  • Bernoulli의 법칙은 유체의 속도와 압력이 반비례한다는 것을 말합니다. 따라서 유체의 속도를 측정하여 압력을 계산할 수 있습니다. Pitot tube는 유체의 속도를 측정하기 위해 사용되며, 유체가 흐르는 파이프 안에 끼워져 있습니다. 유체가 파이프 안으로 흐르면서 속도가 증가하면, Pitot tube의 앞쪽에 위치한 입구에서는 유체의 압력이 감소하게 됩니다. 이때, Pitot tube 안쪽에 위치한 뒷면에서는 유체의 정적압력을 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 유체의 속도와 유량을 계산할 수 있습니다. 따라서 Pitot tube는 Bernoulli의 법칙을 이용한 head-type 차압유량계입니다.
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69. 다음 전달함수를 갖는 계 중 sin응답에서 Phase lead를 나타내는 것은?

  2. e-τs
  4. 1+τs
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "1+τs"이다.

    이유는 sin 함수는 cos 함수와 90도 차이가 나는 함수이므로, Phase lead를 나타내는 함수는 cos 함수의 전달함수와 같다.

    cos 함수의 전달함수는 1/(1+τs)이므로, sin 함수의 전달함수는 jω/(1+τs)가 된다.

    여기서 Phase lead를 나타내는 것은 전달함수의 분모인 1+τs이다. 이 값이 클수록 Phase lead가 크다는 것을 의미한다.

    따라서, 정답은 "1+τs"이다.
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70. 변환기(transducer)의 변화폭(span)을 늘리고 밸브의 크기를 줄였을 경우 제어성능을 유지하기 위해서 제어기 이득을 어떻게 재조정해야 하는지 옳게 설명한 것은?

  1. 크게 조정한다.
  2. 작게 조정한다.
  3. 변화폭과 밸브 크기 변화에 무관하므로 그냥 놔둔다.
  4. 변화폭과 밸브 크기 변화에 영향이 서로 상쇄되므로 그냥 나둔다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답: "크게 조정한다."

    변환기의 변화폭(span)을 늘리고 밸브의 크기를 줄이면 제어 시스템의 빠른 응답성이 요구되므로 제어기 이득을 크게 조정해야 합니다. 이는 변화폭과 밸브 크기 변화에 영향이 서로 상쇄되지 않기 때문입니다. 즉, 변화폭과 밸브 크기가 작아지면 제어기 이득을 작게 조정해야 하고, 그 반대의 경우에는 크게 조정해야 합니다.
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71. 그림과 같은 액위계(liquid level system)에서 단면적은 3ft2, qo=8√hft3/min 이고 평균 조작수위 h=4ft일 때 시상수(time constant)는 얼마인가?

  1. 4/9min
  2. (3√3)/4min
  3. 3/4min
  4. 3/2min
(정답률: 알수없음)
  • 액위계는 1차 시스템으로 모델링할 수 있으므로, 시상수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    τ = 단면적 / 유량계수 = 3 / 8 = 3/8 min

    따라서, 정답은 "3/8min" 이다. 보기에서 "3/2min"은 오답이다.
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72. 공정유체 10m3를 담고 있는 완전혼합이 일어나는 탱크에 성분 A를 포함한 공정유체가 1m3/h로 유입되며 또한 동일한 유량으로 배출되고 있다. 공정유체와 함께 유입되는 성분 A의 농도가 1시간을 주기로 평균치를 중심으로 진폭 0.3mol/L 진동하며 변한다고 할 때 배출되는 A의 농도변화의 진폭은 약 몇 mol/L 인가?

  1. 0.5
  2. 0.05
  3. 0.005
  4. 0.0005
(정답률: 알수없음)
  • 주기가 1시간이므로, 1시간 동안 유입되는 A의 양은 1mol/L x 1m3/h = 1mol 이다. 따라서 10m3의 탱크에는 10mol의 A가 존재하게 된다.

    진폭이 0.3mol/L 이므로, A의 농도는 평균치에서 ±0.3mol/L 범위 내에서 변화한다. 따라서 배출되는 A의 농도 변화의 진폭은 0.3mol/L 이다.

    하지만, 배출되는 양은 유입되는 양과 같으므로, 1시간 동안 배출되는 A의 양은 1mol 이다. 따라서 배출되는 A의 농도 변화의 진폭은 0.3mol/L / 10m3 = 0.03mol/m3 = 0.005mol/L 이다.

    따라서 정답은 "0.005" 이다.
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73. 시간지연의 크기가 τ인 순수한 시간지연 공정의 전달 함수는?

(정답률: 알수없음)
  • 시간지연 공정의 전달 함수는 e^(-sτ)이다. 이는 라플라스 변환을 통해 유도할 수 있다. 따라서 ""가 정답이다.
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74. 어떤 1차계의 전달함수는 1/(2S+1)로 주어진다. 크기 1, 지속시간 1인 펄스입력변수가 도입되었을 때 출력은? (단, 정상상태에서의 입력과 출력은 모두 0 이다.)

  1. 1-e-t/2-{1-e-(t-1)/2}u(t-1)
  2. 1-e-(t-1)/2u(t-1)
  3. 1-te-t/2u(t-1)
  4. 1-{e-t/2+e-(t-1)/2}u(t-1)
(정답률: 알수없음)
  • 입력 변수가 펄스 함수이므로, 출력은 전달함수와 펄스 함수의 합성으로 구할 수 있다. 따라서 출력은 다음과 같다.

    y(t) = ∫₀ᴛ 1/(2S+1) δ(τ) dτ = 1/(2S+1)

    여기서 S는 라플라스 변환 변수이다. 정상상태에서의 입력과 출력이 모두 0이므로, y(t)는 u(t-1)에서만 영향을 받는다. 따라서 출력은 다음과 같다.

    y(t) = 1/(2S+1) - e^(-t/2) + e^(-(t-1)/2)u(t-1)

    이를 정리하면 다음과 같다.

    y(t) = 1 - e^(-(t-1)/2)u(t-1) - e^(-t/2)

    따라서 정답은 "1-e^(-t/2)-{1-e^(-(t-1)/2)}u(t-1)"이다.
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75. X1에서 X2로의 전달함수와 X2에서 X3로의 전달함수가 각각 다음과 같이 표현될 때 X1에서 X3로의 전달함수는?

(정답률: 알수없음)
  • 전달함수는 연속적으로 곱해지므로 X1에서 X3로의 전달함수는 X1에서 X2로의 전달함수와 X2에서 X3로의 전달함수를 곱한 것과 같다. 따라서, ""이 정답이다.
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76. 다음 입력과 출력의 그림에서 나타내는 것은? (단, L은 이동거리[cm]이고 V는 이동속도[cm/s]이다.)

  1. CR회로의 동작응답
  2. 용수철계의 응답
  3. 데드타임의 공정응답
  4. 적분요소의 계단상 응답
(정답률: 알수없음)
  • 입력 신호가 들어오고 나서 출력 신호가 나오기까지 시간이 지연되는 것을 나타내는 것이다. 이 그림에서는 입력 신호가 들어온 후 L1 시간 동안은 출력 신호가 변화하지 않고, L2 시간 동안에만 출력 신호가 변화하는 것을 볼 수 있다. 이러한 지연 시간이 데드타임이며, 공정에서 이러한 데드타임이 발생하면 공정의 응답이 느려지거나 불안정해질 수 있다. 따라서 이 그림은 데드타임의 공정응답을 나타낸다.
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77. 다음 미분방정식을 라플라스 변환시키면?

(정답률: 알수없음)
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78. 그림과 같은 닫힌루프계에서 입력 R에 대한 출력 Y의 전달함수는?

(정답률: 알수없음)
  • 닫힌루프계에서 입력 R에 대한 출력 Y의 전달함수는 루프의 전달함수와 외부 경로의 전달함수의 합으로 나타낼 수 있습니다. 따라서, Y = G/(1-GH) + F/(1-GH) = (G+F)/(1-GH) 이므로 정답은 "" 입니다.
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79. 다음 전달함수로 표현된 공정의 위상각은?

  1. tan-1(3ω)
  2. tan-1(-3ω)
  3. -1(-3ω)+ω
  4. -1(-3ω)-ω
(정답률: 알수없음)
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80. 다음 제어기 중 편차(offset)를 일으키지 않는 것은?

  1. 비례 - 미분 제어기
  2. on - off 제어기
  3. 비례 - 적분 제어기
  4. 비례 제어기
(정답률: 알수없음)
  • 비례-적분 제어기는 편차(offset)를 제거하기 위해 적분항을 포함하고 있기 때문에, 다른 제어기들과 달리 편차를 일으키지 않습니다. 비례항과 적분항이 함께 작용하여 시스템의 오차를 최소화하며, 안정적인 제어를 가능하게 합니다. 따라서, 비례-적분 제어기가 편차를 일으키지 않는 제어기입니다.
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5과목: 공정제어

81. 질산제조방법 중 상압법과 가압법에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 상압법에 비교하여 가압법은 산화율이 떨어진다.
  2. 가압법은 산화 및 흡수탑의 용적이 매우 커서 시설비가 높다.
  3. 가압법은 생성된 질산의 농도가 상압법보다 낮다.
  4. Frank-caro process는 가압법에 해당한다.
(정답률: 알수없음)
  • 가압법은 상압법에 비해 반응 조건이 더 엄격하고, 반응 온도와 압력이 높아서 질산의 생성 속도가 빠르지만, 이로 인해 생성된 질산이 더 많이 분해되어 산화되는 경향이 있어 산화율이 떨어지게 됩니다. 따라서 가압법으로 생산된 질산은 상압법으로 생산된 질산에 비해 더 낮은 순도를 가지게 됩니다.
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82. 석유계 아세탈렌의 제조법이 아닌 것은?

  1. 아크 분해법
  2. 부분 연소법
  3. 저온 분유법
  4. 수증기 분해법
(정답률: 알수없음)
  • 아세탈렌은 아크 분해법, 부분 연소법, 수증기 분해법으로 제조될 수 있지만, 저온 분유법은 아세트산과 에틸렌을 반응시켜 아세트알데하이드를 만드는 과정이므로 아세탈렌의 제조법이 아니다.
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83. 염화비닐 수지를 성형가공시 가열에 의한 유동성을 향상 시키기 위하여 사용하는 것은?

  1. 안정제
  2. 가소제
  3. 정촉매
  4. 부촉매
(정답률: 알수없음)
  • 염화비닐 수지는 가열에 의해 유동성이 향상되지 않기 때문에 가소제를 사용하여 유동성을 개선시킵니다. 가소제는 염화비닐 수지의 분자 구조를 더 유연하게 만들어주어 가열에 의한 유동성을 향상시키는 역할을 합니다. 따라서 정답은 "가소제"입니다. 안정제는 염화비닐 수지의 안정성을 향상시키는 역할을 하며, 정촉매와 부촉매는 반응속도를 촉진시키는 역할을 합니다.
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84. 다음 중 테레프탈산 합성을 위한 원료로 이용되지 않는 것은?

  1. p-자일렌
  2. 톨루엔
  3. 벤젠
  4. 무수프탈산
(정답률: 알수없음)
  • 벤젠은 테레프탈산 합성을 위한 원료로 이용되지 않습니다. 이유는 벤젠과 테레프탈산은 구조가 다르기 때문입니다. 테레프탈산은 벤젠 화합물이 아니며, 벤젠을 이용해 테레프탈산을 합성할 수 없습니다. 따라서 벤젠은 테레프탈산 합성을 위한 원료로 이용되지 않습니다.
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85. 다음 중 복합비료에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 비료 3요소 중 2종 이상을 하나의 화합물 상태로 함유하도록 만든 비료를 화성비료라 한다.
  2. 화성비료는 비효성분의 총량에 따라서 저농도과 고농도 화성비료로 구분할 수 있다.
  3. 배합비료는 주로 산성과 염기성의 혼합을 사용하는 것이 좋다.
  4. 질소, 인산 또는 칼륨을 포함하는 단일비료를 2종 이상 혼합하여 2성분 이상의 비료요소를 조정해서 만든 비료를 배합비료라 한다.
(정답률: 알수없음)
  • "배합비료는 주로 산성과 염기성의 혼합을 사용하는 것이 좋다."가 틀린 설명입니다. 배합비료는 작물의 생육에 필요한 여러 비료요소를 조합하여 만든 비료로, 산성과 염기성의 혼합을 사용하는 것이 아니라, 작물의 특성과 토양의 특성에 맞게 조합하여 사용하는 것이 좋습니다.
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86. 다음 중 증기압이 최저가 되는 황산의 농도는?

  1. 97.2%
  2. 98.3%
  3. 99.8%
  4. 100%
(정답률: 알수없음)
  • 증기압은 물질의 농도에 따라 달라지는데, 농도가 높을수록 증기압이 높아진다. 따라서 황산 농도가 높을수록 증기압이 높아지고, 황산 농도가 낮을수록 증기압이 낮아진다. 따라서 보기에서 황산 농도가 가장 낮은 "98.3%"이 증기압이 최저가 된다.
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87. 다음 중 염기성 비료로서 산성토양의 개량 및 잡초, 해충, 병원균의 구제에도 사용되는 비료는?

  1. Urea
  2. NH4Cl
  3. CaCN2
  4. (NH4)SO4
(정답률: 알수없음)
  • CaCN2는 염기성 비료로서 pH를 높여줌으로써 산성토양의 개량에 사용됩니다. 또한, CaCN2는 분해되면서 질소와 칼슘을 제공하므로 잡초, 해충, 병원균의 구제에도 사용됩니다.
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88. 다음과 같은 반응으로 하루 4ton의 염소가스를 생산하는 공장이 있다. 이 공장에서 하루동안 얻어지는 NaOH의 양은 약 몇 ton인가? (단, 나트륨의 원자량은 23이고, CI의 원자량은 35.5이다.)

  1. 4.5
  2. 7.8
  3. 9.0
  4. 14.3
(정답률: 알수없음)
  • 반응식을 보면 2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O이다. 이 반응에서 1 mol의 Cl2가 반응하면 2 mol의 NaOH가 소비된다. 따라서 1 mol의 Cl2가 소비되면 2 x 40 g = 80 g의 NaOH가 소비된다. 하루에 생산되는 Cl2의 몰 수는 4,000 kg / 70 g/mol = 57.14 mol이다. 따라서 하루에 생산되는 NaOH의 몰 수는 57.14 mol x 2 = 114.28 mol이다. 이를 톤으로 환산하면 114.28 mol x 40 g/mol / 1,000 kg = 4.57 ton이므로, 약 4.5 ton의 NaOH가 생산된다.
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89. 1000ppm의 처리제를 사용하여 반도체 폐수 1000m3/day를 처리하고자 할 때 하루에 필요한 처리제는 몇 kg 인가?

  1. 1
  2. 10
  3. 100
  4. 1000
(정답률: 알수없음)
  • 1000ppm은 100만 분의 1이므로 1m3의 폐수에 1000/1,000,000 = 0.001kg의 처리제가 필요합니다. 하루에 처리하는 폐수 양이 1000m3이므로, 하루에 필요한 처리제 양은 1000m3 x 0.001kg/m3 = 1kg 입니다. 따라서 정답은 "1000"이 아닌 "1"입니다.
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90. 석유화학 공정 중 전화(conversion)와 정제로 구분할 때 전화공정에 해당하지 않는 것은?

  1. 분해(cracking)
  2. 알킬화(alkylation)
  3. 스위트닝(swwtening)
  4. 개질(reforming)
(정답률: 10%)
  • 전화공정은 석유원유를 보다 가치 있는 화학물질로 변환하는 과정을 말한다. 이 중에서 스위트닝은 전화공정에 해당하지 않는다. 스위트닝은 정제 공정 중 하나로, 석유 제품 중에서 당을 첨가하여 단맛을 내는 과정을 말한다. 이는 석유화학 공정 중에서는 보다 가치 있는 화학물질을 생산하는 것과는 관련이 없다. 따라서 스위트닝은 전화공정에 해당하지 않는다.
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91. 황산제조에서 연실의 주된 작용이 아닌 것은?

  1. 반응열을 발산시킨다.
  2. 생성된 산무의 응축을 위한 표면을 부여한다.
  3. Glover 탑에서 나오는 가스의 혼합과 SO2를 산화시키기 위하여 시간과 공간을 부여한다.
  4. 가스 중의 질소산화물을 H2SO4에 흡수시켜 회수하여 황질황산을 공급한다.
(정답률: 알수없음)
  • 황산제조에서 연실의 주된 작용은 "가스 중의 질소산화물을 H2SO4에 흡수시켜 회수하여 황질황산을 공급한다." 입니다. 이유는 연실은 가스 중의 질소산화물을 황산 제조 과정에서 재활용하기 위해 사용되며, 반응열을 발산시키거나 생성된 산무의 응축을 위한 표면을 부여하는 것은 연실의 부가적인 작용입니다. 또한 Glover 탑에서 나오는 가스의 혼합과 SO2를 산화시키기 위하여 시간과 공간을 부여하는 것도 연실의 부가적인 작용입니다.
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92. 접촉식 황산제조에 있어 사용하는 바나듐 계동의 촉매를 사용할 경우 전화기 내의 온도 범위를 옳게 나타낸 것은?

  1. 100~200℃
  2. 200~300℃
  3. 400~600℃
  4. 600~800℃
(정답률: 알수없음)
  • 바나듐 계동은 접촉식 황산제조에서 촉매로 사용되며, 이 촉매는 400~600℃의 온도 범위에서 가장 효과적으로 작용하기 때문에 해당 온도 범위가 옳은 것입니다. 이 범위를 벗어나면 촉매의 활성화가 떨어지거나 반응 속도가 느려지는 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
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93. 아디프산과 헥사메틸렌디아민을 원료로 하여 제조되는 물질은?

  1. 나일론 6
  2. 나일론 66
  3. 나일론 11
  4. 나일론 12
(정답률: 알수없음)
  • 아디프산과 헥사메틸렌디아민은 나일론 66의 주요 원료이다. 이 두 원료가 반응하여 생성되는 폴리아미드 중 하나인 나일론 66은 강도가 높고 내열성이 우수하며, 의류, 자동차 부품, 산업용 부품 등 다양한 분야에서 사용되는 고성능 공업재료이다.
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94. 황산 용액의 포화조에 암모니아 가스를 주입하여 황산암모늄을 제조할 때 85wt%황산 1000kg을 포화조에서 암모니아 가스와 반응시키면 약 몇 kg의 황산암모늄 결정이 석출되겠는가? (단, 반응온도에서 황산암모늄 용해도는 97.5g/100gㆍH2O이며, 수분의 증발 및 분리공정 중 손실은 없다.)

  1. 788.7
  2. 895.7
  3. 998.7
  4. 1095.7
(정답률: 알수없음)
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95. 원유를 증류할 때 상압증류공정의 탑저에서 나오는 전사유(Reduced Crude)나 감압증류공정에서 나오는 유분을 경유유분과 함께 제품규격에 맞게 배합한 것은?

  1. 나프다
  2. 등유
  3. 중유
  4. 아스팔트
(정답률: 알수없음)
  • 상압증류공정의 탑저에서 나오는 전사유나 감압증류공정에서 나오는 유분은 경유유분과 함께 제품규격에 맞게 배합되어 중유가 된다. 이는 경유와 아스팔트 사이의 중간 분획물로, 경유보다는 무거우면서도 아스팔트보다는 가벼운 성질을 가지고 있다. 따라서 중유는 도로용 연료로 사용되는 등유와 산업용 연료로 사용되는 아스팔트 사이에서 중간 제품으로 사용된다.
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96. 벤젠을 니트로화하여 니트로벤젠을 만들 때에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. HNO3과 H2SO4의 혼산을 사용하여 니트로화 한다.
  2. NO+2이 공격하는 친전자적 치환반응이다.
  3. 발열반응이다.
  4. D, V, S의 값은 7이 가장 적합하다.
(정답률: 알수없음)
  • "발열반응이다"는 설명이 옳지 않습니다. 니트로화 반응은 발열반응이 아니라, 친전자적 치환반응입니다.

    "D, V, S의 값은 7이 가장 적합하다"는 이유는, 니트로화 반응에서는 벤젠 분자의 전자배치에 따라 반응성이 달라지기 때문입니다. D, V, S는 벤젠 분자의 3개의 위치를 나타내는데, 이 위치에 이미 다른 기질이 결합되어 있으면 반응이 일어나지 않습니다. 따라서, D, V, S의 값이 모두 7인 경우, 벤젠 분자의 모든 위치에 결합된 기질이 없어서 반응이 가장 쉽게 일어납니다.
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97. 황산 존재하에서 C2H5OH에 KBr을 작용시키면 생성되는 주 생성물은?

  1. CH3-O-CH3
  2. C2H5OBr
  3. C2H5Br
  4. CH3CHO
(정답률: 알수없음)
  • KBr은 황산 존재하에서 Br- 이온을 생성하고, 이 Br- 이온은 C2H5OH의 OH기에 치환 반응을 일으켜 C2H5Br을 생성합니다. 따라서 정답은 "C2H5Br"입니다.
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98. 부식전류가 크게 되는 원인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 용존 산소농도가 낮을 때
  2. 온도가 높을 때
  3. 금속이 전도성이 큰 전해액과 접촉하고 있을 때
  4. 금속표면의 내부응력의 차가 클 때
(정답률: 알수없음)
  • 용존 산소농도가 낮을 때는 금속 표면에 산화물이 생성되지 않아 부식반응이 촉진되지 않기 때문에 부식전류가 크게 되지 않습니다. 따라서, 이것이 부식전류가 크게 되는 원인으로 가장 거리가 먼 것입니다.
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99. 다음 중 밭농사를 주로 하는 지역에서는 사용되나 흡습성이 강하고 논농사에는 부적합한 비료로서 Fauser법으로 생산하는 것은?

  1. NH4Cl
  2. NH4NO3
  3. NH2CONH2
  4. (NH4)2SO4
(정답률: 알수없음)
  • NH4NO3은 질산성 비료로서 흡습성이 강하고 높은 용해도를 가지고 있어 빠르게 흡수되어 작물의 성장을 촉진시킵니다. 따라서 밭농사에서는 적합하지만, 논농사에서는 수분이 많아 흡습성이 더욱 강해 작물에 과도한 영양분을 공급하여 과잉생장을 유발할 수 있으므로 부적합합니다.
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100. 아세틸렌을 원료로 하여 합성되지 않는 물질은?

  1. 아세트알데히드
  2. 염화비닐
  3. 메틸알코올
  4. 아세트산 비닐
(정답률: 알수없음)
  • 아세틸렌은 에틸렌과 같은 알케인계 화합물로, 이중결합을 가지고 있습니다. 이중결합은 반응성이 높은 화학적 성질을 가지고 있기 때문에, 아세틸렌을 원료로 하는 합성 과정에서는 이중결합이 유지되어야 합니다.

    하지만 메틸알코올은 알코올계 화합물로, 이중결합을 가지고 있지 않습니다. 따라서 아세틸렌을 원료로 하는 합성 과정에서는 메틸알코올이 합성되지 않습니다.

    반면, 아세트알데히드와 아세트산 비닐은 아세틸렌을 원료로 하는 합성 과정에서 생성될 수 있습니다. 염화비닐은 아세틸렌과 염소가 반응하여 생성되는 화합물로, 아세틸렌을 원료로 하는 합성 과정에서 생성될 수 있습니다.
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6과목: 화학공업개론

101. 다음은 단열 조작선의 그림이다. 조작선을 기울기는 로 나타내는데 이 기울기가 큰 경우에는 어떤 형태의 반응기가 가장 좋겠는가? (단, CP는 열용량, △Hr은 반응열을 나타낸다.)

  1. 플러그 흐름
  2. 혼합 흐름
  3. 교반형
  4. 회분식
(정답률: 알수없음)
  • 기울기가 큰 단열 조작선은 열을 많이 주입해도 온도가 크게 상승하지 않는 것을 의미한다. 따라서 열을 효율적으로 전달할 수 있는 플러그 흐름 반응기가 가장 좋은 선택이다. 플러그 흐름 반응기는 반응물과 생성물이 반응기 내에서 빠르게 혼합되어 반응이 일어나는 구조를 가지고 있기 때문에 열 전달이 효율적이다. 반면에 혼합 흐름 반응기는 반응물과 생성물이 서로 다른 구역에서 혼합되기 때문에 열 전달이 불편하다. 교반형 반응기는 혼합 흐름 반응기와 비슷하지만, 교반 장치를 이용하여 혼합을 강제로 일으키기 때문에 열 전달이 더욱 효율적이다. 회분식 반응기는 반응물과 생성물이 일정한 속도로 회전하면서 혼합되기 때문에 열 전달이 균일하게 이루어진다.
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102. 다음 Arrhenius식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. A는 지수 앞자리인자 또는 빈도인자이다.
  2. 활성화에너지의 단위는 J/mol 또는 cal/mol이다.
  3. e-E/RT는 반응이 일어나기에 충분한 최소에너지 E를 가지는 분자들 사이의 충돌분율을 나타낸다.
  4. 활성화에너지 E는 전환이 된 후 분자들이 가져야 하는 최소에너지이다.
(정답률: 알수없음)
  • "활성화에너지 E는 전환이 된 후 분자들이 가져야 하는 최소에너지이다."가 옳지 않은 설명이다. 활성화에너지는 반응이 일어나기 위해 분자들이 가져야 하는 추가 에너지이며, 전환이 된 후 분자들이 가져야 하는 최소 에너지는 반응 열이다.
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103. 비가역 1차 액상반응 A→R이 플러그흐름 반응기에서 전화율이 50%로 반응된다. 동일조건에서 반응기의 크기만 2배로 하면 전화율은 몇 %가 되는가?

  1. 67
  2. 70
  3. 75
  4. 100
(정답률: 알수없음)
  • 플러그흐름 반응기에서 전화율은 반응기 내부의 용액이 완전히 혼합되어 있어야 최대화된다. 따라서 반응기의 크기가 2배로 커진다면, 용액이 혼합되는 시간이 더 길어지므로 전화율이 높아질 것이다. 이러한 이유로 전화율은 75%가 된다.
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104. 회분식반응기에서 A→R, A→R, -rR=3C0.5Amol/Lㆍh, CAD=1mol/L의 반응이 일어날 때 1시간 후의 전화율은?

  1. 0
  2. 1/2
  3. 2/3
  4. 1
(정답률: 알수없음)
  • 회분식반응기에서 A→R, A→R 반응은 1차 반응이므로, -rA=kCA이다. 따라서, -rR=kCA=3C0.5Amol/Lㆍh이다. 이를 통해, k=3C-0.5A/h이다.

    반응속도식을 적용하면, dCR/dt=-rR=kCA^2 이다. 초기 농도가 CAD=1mol/L 이므로, CA=CAD-CR=1-CR 이다. 이를 위 식에 대입하면, dCR/dt=k(1-CR)^2 이다.

    이 식을 적분하면, t=0일 때 CR=0이고, t=1시간일 때 CR=0.5이므로, 1시간 후의 전화율은 1이다. 따라서, 정답은 "1"이다.
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105. 불균일 촉매반응에서 확산이 반응율속영역에 있는지를 알기 위한 식과 관계없는 것은?

  1. Thiele modulus
  2. Weisz-Prater식
  3. Mears식
  4. Langmuir-Hishelwood식
(정답률: 알수없음)
  • Langmuir-Hishelwood식은 반응속도식 중 하나로, 표면 흡착과 반응이 동시에 일어나는 경우에 적용된다. 따라서 확산과는 관계가 없다. 반면 Thiele modulus, Weisz-Prater식, Mears식은 모두 불균일 촉매반응에서 확산이 반응속도에 영향을 미치는지를 알기 위한 식이다.
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106. 어떤 반응에서 1/CA을 시간 t로 플롯하여 기울기 1인 직선을 얻었다. 이 반응의 속도식은?

  1. -rA=CA
  2. -rA=2CA
  3. -rA=C2A
  4. -rA=2C2A
(정답률: 알수없음)
  • 1/CA을 시간 t로 플롯하여 기울기 1인 직선을 얻었다는 것은 다음과 같은 식이 성립한다는 것을 의미합니다.

    $$frac{1}{C_A} = kt + frac{1}{C_{A0}}$$

    여기서 $C_{A0}$는 반응 시작 시의 몰농도이고, $k$는 속도상수입니다. 이를 정리하면 다음과 같은 속도식을 얻을 수 있습니다.

    $$-r_A = kC_A^2$$

    따라서 정답은 "-rA=C2A"입니다. 이유는 반응 속도식에서 몰농도의 제곱에 비례하는 속도상수가 있기 때문입니다.
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107. 0차 반응의 반응물 농도와 시간과의 관계를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 0차 반응의 반응물 농도와 시간은 일정하게 감소한다. 그래프에서는 직선으로 표현되어 있으며, 이는 0차 반응이 일어나는 속도가 반응물 농도와 관계없이 일정하다는 것을 나타낸다. 따라서, 정답은 "" 이다.
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108. 같은 조건에서 반응온도를 10℃에서 20℃로 올렸을 때 반응속도가 3배로 되었다. 이 때의 활성화에너지는 약 몇 kcal/mol인가?

  1. 11.44
  2. 18.18
  3. 20.43
  4. 35.62
(정답률: 알수없음)
  • 반응속도는 Arrhenius 식으로 나타낼 수 있다.

    k = A * exp(-Ea/RT)

    여기서 k는 반응속도, A는 pre-exponential factor, Ea는 활성화에너지, R은 기체상수, T는 절대온도이다.

    같은 조건에서 온도가 10℃에서 20℃로 올라갔을 때, 반응속도가 3배가 되었으므로,

    k2/k1 = 3

    exp(-Ea/RT2) / exp(-Ea/RT1) = 3

    exp(-Ea/R * (1/T2 - 1/T1)) = 3

    위 식에서 T1 = 10 + 273.15 = 283.15 K, T2 = 20 + 273.15 = 293.15 K 이므로,

    exp(-Ea/R * (1/293.15 - 1/283.15)) = 3

    ln(3) = -Ea/R * (1/293.15 - 1/283.15)

    Ea = -R * ln(3) / (1/293.15 - 1/283.15)

    Ea = 8.314 * ln(3) / (10)

    Ea = 18.18 kcal/mol

    따라서 정답은 "18.18"이다.
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109. 반응차수 n이 1보다 큰 경우 이상 반응기의 가장 효과적인 배열 순서는? (단, 플러그흐름 반응기와 작은 혼합흐름 반응기의 부피는 같다.)

  1. 플러그흐름 반응기 → 큰 혼합흐름 반응기 → 작은 혼합흐름 반응기
  2. 큰 혼합흐름 반응기 → 작은 혼합흐름 반응기 → 플러그흐름 반응기
  3. 플러그흐름 반응기 → 작은 혼합흐름 반응기 → 큰 혼합흐름 반응기
  4. 작은 혼합흐름 반응기 → 플러그흐름 반응기 → 큰 혼합흐름 반응기
(정답률: 알수없음)
  • 반응차수 n이 1보다 큰 경우, 반응속도는 농도의 거듭제곱에 비례하므로 농도가 높은 상태에서 먼저 반응을 진행시키는 것이 효과적이다. 따라서 큰 혼합흐름 반응기에서 농도가 높은 물질을 먼저 혼합시키고, 작은 혼합흐름 반응기에서 더욱 농도가 높은 물질을 혼합시킨 후, 마지막으로 플러그흐름 반응기에서 반응을 완료시키는 것이 가장 효과적인 배열 순서이다. 따라서 정답은 "플러그흐름 반응기 → 작은 혼합흐름 반응기 → 큰 혼합흐름 반응기"이다.
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110. 정용 회분식 반응기에서 단분자형 0차 비가역 반응에서의 반응이 지속되는 시간 t의 범위는? (단, CAO는 A성분의 초기농도, k는 속도상수를 나타낸다.)

(정답률: 알수없음)
  • 정용 회분식 반응기에서 단분자형 0차 비가역 반응에서의 반응이 지속되는 시간 t의 범위는 0 ≤ t ≤ 1/k 이다. 이는 반응속도식인 -rA = kCA에서 CA = CAO(1-kt)를 대입하여 풀면 얻을 수 있다. 따라서 t=0일 때 CA=CAO, t=1/k일 때 CA=0이 되므로 0 ≤ t ≤ 1/k이다. 따라서 정답은 ""이다.
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111. 다음 중 불균일 촉매반응(heterogeneous catalytic reaction)의 단계가 아닌 것은?

  1. 생성물의 탈착과 확산
  2. 반응물의 물질전달
  3. 촉매표면에 반응물의 흡착
  4. 촉매표면에 구조변화
(정답률: 알수없음)
  • 촉매표면에 구조변화는 불균일 촉매반응의 단계가 아닙니다. 이는 촉매의 활성상태를 유지하기 위해 필요한 과정으로, 촉매 표면의 구조가 변화하여 활성상태를 유지하거나 개선시키는 것을 말합니다. 다른 보기들은 모두 불균일 촉매반응에서 중요한 단계들입니다.
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112. 기체반응 2A→R+S를 1atm, 100℃등온하의 회분식 반응기에서 반응시킨 결과, 20%의 inert gas를 포함한 반응물 A의 90%를 반응시키는데 5분이 걸렸다. 동일 조성의 반응물을 1atm, 100℃ 하에서 운전되는 플러그 흐름 반응기에 100mol/h로 공급하여 90%의 전화율을 얻고자 한다면 반응기 체적은 약 몇 L로 해야 하는가?

  1. 255
  2. 319
  3. 3100
  4. 4220
(정답률: 알수없음)
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113. 다음과 같은 반응에서 최초 혼합물인 반응물 A가 25%, B가 25%인 것에 불활성기체가 50% 혼합되었다고 한다. 반응이 완결되었을 때 용적변화율 εA는 얼마인가?

  1. 0.125
  2. -0.25
  3. 0.5
  4. 0.875
(정답률: 알수없음)
  • 반응물 A와 B의 몰 비율은 모두 0.25이므로, 용질의 총 몰수는 2 몰이다. 불활성기체가 50% 혼합되었으므로, 불활성기체의 몰수는 1 몰이다. 따라서 혼합물의 총 몰수는 3 몰이다.

    반응이 완결되면, A와 B는 모두 반응하여 C로 변하게 된다. 따라서 최종 몰 비율은 A:0, B:0, C:2이다.

    따라서, 최종 용적은 초기 용적의 2/3이 되므로, 용적변화율 εA는 (1/3) / (4/3) = 0.25가 된다.

    하지만, 문제에서는 εA가 아니라, εC를 구하는 것이다. 따라서, εC는 εA의 역수인 1/εA = 1/0.25 = 4이다.

    따라서, 정답은 0.125이다.
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114. 다음 각 그림의 빗금친 부분의 넓이 가운데 플러그 반응기의 공간시간 τp를 나타내는 것은? (단, 밀도 변화가 없는 반응이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 공간시간 τp는 반응속도와 관련된 값으로, 반응물이 반응에 참여하는 시간과 그 반응물이 있는 공간의 크기에 반비례한다. 따라서, 빗금친 부분의 넓이가 작을수록 τp가 커지게 된다. 그러므로, ""가 정답이다.
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115. 다음 반응에서 체적팽창률(fratrional change in volume, εA의 값은?

  1. -1/2
  2. 0
  3. 1/2
  4. 1
(정답률: 알수없음)
  • 체적팽창률은 ΔV/V₀ = εAΔT로 계산된다. 이 문제에서는 ΔT가 0이므로 체적팽창률은 0이 된다. 따라서 정답은 "0"이다.
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116. 그림과 같은 반응물과 생성물의 에너지 상태가 주어졌을 때 반응열 관계로 옳은 것은?

  1. 발열반응이며, 발열량은 20cal 이다.
  2. 발열반응이며, 발열량은 50cal 이다.
  3. 흡열반응이며, 흡열량은 20cal 이다.
  4. 흡열반응이며, 흡열량은 50cal 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 반응 전의 에너지 상태가 반응 후보다 높으므로 반응은 엔탈피가 감소하는 흡열반응이다. 따라서 정답은 "흡열반응이며, 흡열량은 20cal 이다." 이다.
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117. 어떤 이상기체가 600℃에서 다음 반응식과 같은 2차 반응이 일어날 때 반응속도상수 kc값은 70[Lㆍmol-1ㆍs-1]이었다고 하면 반응물 A분압의 감소속도[atmㆍs-1]를 반응속도로 할 때 반응속도 상수는 약 몇 atm-1ㆍmin-1인가?

  1. 58.67
  2. 68.67
  3. 78.67
  4. 88.67
(정답률: 알수없음)
  • 반응식에서 A의 분압이 감소하는 속도는 B의 분압이 감소하는 속도와 같다. 따라서 B의 분압 감소속도를 구하면 된다.

    반응식의 속도식은 다음과 같다.

    v = -d[A]/dt = -d[B]/dt = kc[A]2

    여기서 [A]는 A의 분압이므로, [A] = PA이다. 따라서,

    dPA/dt = -kcPA2

    양변을 PA2로 나누고, 양변을 dt로 나누면,

    -dPA/PA2 = kcdt

    양변을 적분하면,

    ∫PA0PA PA-2 dPA = ∫0t kc dt

    -1/PA - (-1/PA0) = kct

    PA = 1/(kct + 1/PA0)

    여기서 t = 1 min, PA0 = 1 atm으로 대입하면,

    PA = 0.941 atm

    따라서, A의 분압 감소속도는

    dPA/dt = -0.059 atm/min

    반응속도 상수는 kc = 70[Lㆍmol-1ㆍs-1]이므로,

    kc = 70 atm-1ㆍmin-1

    따라서, 반응속도 상수는 약 58.67 atm-1ㆍmin-1이다.
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118. 성분 A의 비가역 반응에 대한 연속교반탱크반응기의 설계식으로 옳은 것은? (단, NA는 A성분의 몰수, V는 반응기 부피, t는 시간, FAO는 초기 유입 A의 몰유량, FA는 출구 A의 몰유량, rA는 반응속도이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 답은 ""이다. 이유는 연속교반탱크반응기의 설계식은 Fick의 2번째 법칙을 이용하여 유도할 수 있다. Fick의 2번째 법칙은 다음과 같다.

    d(N_A/V)/dt = F_AO/V - F_A/V - r_A

    여기서 d(N_A/V)/dt는 A성분의 몰농도 변화율, F_AO/V는 초기 유입 A의 몰유량, F_A/V는 출구 A의 몰유량, r_A는 반응속도이다. 이 식을 적분하면 다음과 같은 식이 된다.

    (N_A/V)t = (F_AO/V)t - ∫0t r_A dt - ∫0t (F_A/V) dt

    여기서 (N_A/V)t는 시간 t에서의 A성분의 몰농도, ∫0t r_A dt는 시간 0부터 t까지의 반응속도의 적분, ∫0t (F_A/V) dt는 시간 0부터 t까지의 출구 A의 몰유량의 적분이다.

    따라서, 연속교반탱크반응기의 설계식은 다음과 같다.

    (N_A/V)t = (F_AO/V)t - θ∫0t r_A dt

    여기서 θ는 반응기 내의 평균 체류시간이다.
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119. 효소반응에 의해 생체 내 단백질을 합성할 때에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 실온에서 효소반응의 선택성은 일반적인 반응과 비교해서 높다.
  2. Michaelis-Menten식이 사용될 수 있다.
  3. 효소반응은 시간에 대해 일정한 속도로 진행된다.
  4. 효소와 기질은 반응 효소-기질 복합체를 형성한다.
(정답률: 알수없음)
  • "효소반응은 시간에 대해 일정한 속도로 진행된다."라는 설명이 틀린 것이다. 실제로는 효소반응은 초기에는 기질과 효소의 농도에 따라 속도가 변화하며, 일정한 속도로 진행되는 것이 아니라 농도가 일정 수준 이하로 떨어지면 반응 속도가 느려지거나 멈출 수 있다. 이러한 현상은 반응속도론에서 Michaelis-Menten 모델로 설명된다.
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120. 어떤 단일 성분 물질의 분해반응은 1차 반응으로 99%까지 분해하는데 6646초가 소요되었다면 30%까지 분해하는데는 약 몇 초가 소요되는가?

  1. 515
  2. 540
  3. 720
  4. 813
(정답률: 알수없음)
  • 1차 반응에서 반응물의 농도가 시간에 비례하여 감소하므로, 99%까지 분해하는데 걸린 시간인 6646초는 1/e (약 0.37)의 시간인 반감기 시간의 1.44배이다. 따라서 반감기 시간은 6646/1.44 ≈ 4615초이다. 이제 30%까지 분해하는데 걸리는 시간을 구하기 위해, 분해된 양이 전체의 70%가 되는 시간을 구하면 된다. 이때 분해된 양은 100%에서 70%인 30%이므로, 분해된 양이 1/e (약 0.37)배가 되는 시간인 반감기 시간을 t라고 하면, 0.3 = e^(-t/4615)이 된다. 이를 로그를 이용하여 풀면 t ≈ 515초가 된다. 따라서 정답은 "515"이다.
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