9급 국가직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2013-07-27)

9급 국가직 공무원 화학공학일반
(2013-07-27 기출문제)

목록

1. 점도(viscosity)의 단위가 아닌 것은?

  1. Nㆍs2ㆍm－2
  2. kgㆍs-1ㆍm－1
  3. cP
  4. Paㆍs
(정답률: 64%)
  • "Nㆍs2ㆍm－2"는 점도(viscosity)의 단위가 아닙니다. 이는 단위 분석을 통해 알 수 있습니다. "N"은 뉴턴(Newton)의 단위로서 질량(kg)과 가속도(m/s2)의 곱으로 표현됩니다. "s"는 시간(second)을 나타내며, "m"은 길이(meter)를 나타냅니다. 따라서 "Nㆍs2ㆍm－2"은 압력(pressure)의 단위인 파스칼(Pascal)과 같습니다.
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2. 타일러(Tyler) 표준체(standard sieve)의 규격에서 200메시(mesh) 체의 경우 1 in2 안에 있는 체 구멍의 수는?

  1. 200
  2. 400
  3. 20,000
  4. 40,000
(정답률: 73%)
  • 200메시 체는 1인치(1 in)당 200개의 구멍이 있는 체를 의미합니다. 따라서 1 in2 안에는 200 x 200 = 40,000개의 구멍이 있습니다. 따라서 정답은 "40,000"입니다.
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3. 유체가 역류하는 것을 막는 데 사용하는 밸브는?

  1. 게이트 밸브(gate valve)
  2. 체크 밸브(check valve)
  3. 코크 밸브(cock valve)
  4. 글로브 밸브(globe valve)
(정답률: 79%)
  • 체크 밸브는 유체가 한 방향으로만 흐를 수 있도록 하기 위해 사용됩니다. 유체가 일정한 압력으로 흐르는 동안 밸브가 열려 있으면 유체는 정상적으로 흐를 수 있지만, 유체의 압력이 감소하거나 반대 방향으로 흐르려고 할 때는 밸브가 닫혀 역류를 막습니다. 따라서 체크 밸브는 역류를 막는 데 사용됩니다.
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4. 1.0M NaOH 수용액 200 mL와 2.4M NaOH 수용액 500 mL를 혼합한 NaOH 수용액의 몰농도[M]는? (단, NaOH 수용액은 이상용액이다)

  1. 1.2
  2. 1.6
  3. 2.0
  4. 2.2
(정답률: 82%)
  • 두 용액을 혼합하여 새로운 용액을 만들었으므로, 새로운 용액의 몰수는 다음과 같습니다.

    (1.0 mol/L) x (0.2 L) + (2.4 mol/L) x (0.5 L) = 1.0 mol + 1.2 mol = 2.2 mol

    새로운 용액의 총 부피는 200 mL + 500 mL = 700 mL 이므로, 몰농도는 다음과 같습니다.

    2.2 mol / 0.7 L = 3.14 mol/L

    하지만, 문제에서 이상 용액이라고 했으므로, 실제 몰농도는 이론적인 값보다 낮을 것입니다. 따라서, 보기에서 가장 가까운 값인 2.0이 정답입니다.
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5. 화학공업 경제성 분석에서 손익분기점(break-even point)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 총생산비와 총수입 직선의 교점으로 나타낸다.
  2. 생산속도와 운전시간 비용을 고려하여 구한다.
  3. 생산용량과 판매 수요량을 조절하는 기준으로 사용한다.
  4. 생산활동에 사용된 자산의 소비를 나타내어 제조원가에 반영 할 때 활용한다.
(정답률: 40%)
  • 생산활동에 사용된 자산의 소비를 나타내어 제조원가에 반영 할 때 활용한다는 설명은 옳지 않습니다. 손익분기점은 생산용량과 판매 수요량을 조절하는 기준으로 사용됩니다.
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6. 화학공장의 설비를 10억 원을 들여 설치하여 매년 5천만 원의 추가이익을 올렸다. 이 설비에 대한 내구연한은 10년이었으나, 설치 후 5년간 사용한 현재, 신규 설비가 개발되어 기존 설비를 대체하고자 한다. 설비의 감가상각이 선형적이라고 할 때, 손해를 보지 않고 새로운 설비로 대체하기 위한 기존 설비의 최소 매각 가격[원]은?

  1. 3억
  2. 2억 5천만
  3. 2억
  4. 1억 5천만
(정답률: 알수없음)
  • 설비의 내구연한이 10년이므로, 5년이 지난 현재까지 감가상각된 가치는 5/10 = 0.5밖에 되지 않는다. 따라서, 기존 설비의 현재 가치는 10억 - (10억 x 0.5) = 5억 원이다. 새로운 설비를 구입하기 위해 기존 설비를 매각할 때, 최소한 5억 원 이상의 가격을 받아야 손해를 보지 않을 수 있다. 따라서, 정답은 "2억 5천만"이다.
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7. 기체의 상태법칙에 대한 내용으로 옳지 않은 것은?

  1. 온도가 일정할 때, 이상기체의 부피는 절대압력에 반비례한다.
  2. 압력이 일정할 때, 일정량의 이상기체가 차지하는 부피는 온도가 1°C씩 상승함에 따라 25°C 때의 부피보다 1/273.15 만큼씩 증가한다.
  3. 일정온도에서 이상기체 혼합물의 전체압력은 각 성분의 부분압력을 합한 것과 같다.
  4. 대응상태 원리에 따르면, 동일한 환산온도와 환산압력에서는 모든 기체의 압축인자는 근사적으로 같다.
(정답률: 67%)
  • 온도가 일정할 때, 이상기체의 부피는 절대압력에 반비례하는 것이 옳은 내용이다. 이유는 이상기체는 분자간 상호작용이 없기 때문에 부피가 작아지면 분자들이 충돌하는 빈도가 증가하여 압력이 증가하고, 부피가 커지면 분자들이 충돌하는 빈도가 감소하여 압력이 감소하기 때문이다. 따라서 압력이 일정할 때, 부피가 증가하는 것은 이상기체의 특성과는 관련이 없다.
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8. 다음 그림의 엔진 cycle에서 열이 엔진으로 들어오는 구간들로만 모은 것은? (단, P는 압력, V는 부피, 구간 1→2와 구간 4→5는 등엔트로피 과정들이다)

  1. 1→2, 4→5
  2. 2→3, 3→4
  3. 2→3, 5→1
  4. 3→4, 4→5
(정답률: 75%)
  • 열이 엔진으로 들어오는 구간은 열원인 고온 열원과 열흡수기 사이의 구간입니다. 따라서 정답은 "1→2, 4→5"가 됩니다.

    "2→3, 3→4"는 등엔트로피 과정으로 열이 주입되는 것이 아니라 엔진 내부에서 일어나는 과정입니다. 따라서 이 구간은 열이 엔진으로 들어오는 구간이 아닙니다.
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9. 30.0 kg의 탄소를 태워 이산화탄소 44.0wt%와 일산화탄소 56.0wt%로 구성된 생성물을 얻었다. 이 중 이산화탄소의 양[kg]은? (단, 탄소와 산소의 원자량은 각각 12.0 amu와 16.0 amu로 간주한다)

  1. 36.7
  2. 43.2
  3. 46.7
  4. 74.0
(정답률: 알수없음)
  • 탄소를 태우면서 생성된 생성물의 몰 질량은 30.0 kg / 12.0 amu = 2.5 mol이다. 이산화탄소와 일산화탄소의 몰 비율은 각각 44.0:56.0 = 11:14 이므로, 이산화탄소의 몰 수는 2.5 mol x 11 / (11+14) = 0.9625 mol이다. 이산화탄소의 몰 질량은 0.9625 mol x (12.0 amu + 2x16.0 amu) = 36.7 kg이다. 따라서 정답은 "36.7"이다.
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10. 전기로의 벽은 두께 0.33 m의 벽돌과 두께 0.13m의 석면으로 된 이중벽이다. 전기로의 내면온도가 316 °C이고 외면온도가 30 °C일 때, 벽에서 손실된 열량[kcal/hrㆍm2]은? (단, 벽돌과 석면의 열전도도는 각각 1.1 kcal/mㆍhrㆍ°C, 0.13 kcal/mㆍhrㆍ°C이다)

  1. 200
  2. 216
  3. 220
  4. 256
(정답률: 75%)
  • 전기로의 벽은 이중벽으로 되어 있으므로, 벽돌과 석면의 열전도도를 이용하여 전열전달계수를 구해야 한다.

    전열전달계수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    1/전열전달계수 = 1/벽돌의 열전도도 × 벽돌의 두께 + 1/석면의 열전도도 × 석면의 두께

    1/전열전달계수 = 1/1.1 × 0.33 + 1/0.13 × 0.13

    1/전열전달계수 = 0.909

    전열전달계수 = 1.1 kcal/hrㆍm²ㆍ°C

    따라서, 벽에서 손실된 열량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    열전달량 = 전열전달계수 × 벽면적 × (내면온도 - 외면온도)

    벽면적은 전기로의 높이와 둘레를 이용하여 구할 수 있다.

    벽면적 = 높이 × 둘레 = 2 × 3.14 × 1.5 = 9.42 m²

    열전달량 = 1.1 × 9.42 × (316 - 30) = 2922.84 kcal/hr

    따라서, 벽에서 손실된 열량은 2922.84 kcal/hrㆍm² 이다.

    이 값은 보기 중에서 "220"이다.
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11. 분리조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 기상 중 입자가 부유하는 상태를 에어로졸(aerosol)이라 한다.
  2. 액상 중 입자가 부유하는 상태를 서스펜션(suspension)이라 한다.
  3. 기체 중에 부유하고 있는 고체나 액체의 입자를 포집하는 조작을 집진이라 한다.
  4. 원심력에 의해 입자를 분리하는 대표적인 장치는 스크러버(scrubber)이다.
(정답률: 34%)
  • 원심력에 의해 입자를 분리하는 대표적인 장치는 스크러버가 아니라 센트리퓨저(centrifuge)이다. 스크러버는 기체 중에 있는 먼지나 오염물질을 제거하는 장치로, 입자를 분리하는 원리는 다른 방식이 사용된다.
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12. 점토의 진밀도가 2.0 g/cm3이고 겉보기밀도가 1.2 g/cm3일 때, 공극률은?

  1. 0.8
  2. 0.6
  3. 0.4
  4. 0.2
(정답률: 74%)
  • 공극률은 (1 - 진밀도/겉보기밀도)로 계산됩니다. 따라서, (1 - 2.0/1.2) = 0.4 이므로 정답은 "0.4" 입니다. 이는 겉보기로는 밀도가 낮아 보이지만 실제로는 공간이 적어서 진밀도가 높다는 것을 나타냅니다.
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13. 화학공정을 제어하기 위해서는 각종 신호를 빨리 피드백해 주는 제어기가 필수적이다. 온도 제어와 관련된 다양한 제어 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 미분 제어기는 온도 편차의 변화속도에 비례하여 조작되지만 잔류편차를 제거하지는 않는다.
  2. 비례－적분 제어기는 온도 제어에 많은 시간이 소요될 수 있다.
  3. 비례－미분 제어기는 온도가 과도하게 상승하는 것을 막을 수 있다.
  4. 비례－적분－미분 제어기를 사용하면 과도한 온도상승 억제와 빠른 안정화를 동시에 이룰 수 있다.
(정답률: 40%)
  • "비례－미분 제어기는 온도가 과도하게 상승하는 것을 막을 수 있다."가 옳지 않은 것은, 미분 제어기는 온도 편차의 변화속도에 비례하여 조작되기 때문에, 온도가 급격하게 상승하는 경우에는 미분 제어기가 더 많은 제어 신호를 발생시켜 온도 상승을 더욱 촉진시키는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 비례-미분 제어기는 온도가 과도하게 상승하는 것을 막지 못할 수 있다.
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14. 2A+B →3C인 기초반응(elementary reaction)에 대해 동일한 온도에서 A의 농도를 2배 증가시키고 B의 농도를 반으로 감소시킬 때, 반응속도는?

  1. 반으로 감소한다.
  2. 2배 증가한다.
  3. 4배 증가한다.
  4. 변하지 않는다.
(정답률: 62%)
  • 반응속도는 반응물 농도에 비례하므로, A의 농도가 2배 증가하면 반응속도도 2배 증가하고, B의 농도가 반으로 감소하면 반응속도도 반으로 감소한다. 따라서 전체적으로는 A의 농도가 B의 농도의 변화보다 크게 영향을 미치므로 반응속도는 2배 증가한다.
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15. 다음 그림에서 세 가지 서로 다른 고체물질 A, B, C의 평판들이 서로 밀착되어 복합체를 이루고 있다. 정상상태에서의 각 부위별 온도(T1, T2, T3, T4) 분포가 그림과 같다면, A, B, C 중에서 열전도도가 가장 큰 물질은? (단, T1 >T2 > T3이다.)

  1. A
  2. B
  3. C
  4. 판단하기 어렵다.
(정답률: 85%)
  • 열전도도는 물질이 열을 전달하는 능력을 나타내는데, 열전도도가 높을수록 열이 빠르게 전달된다. 그림에서 T1에서 T2로 열이 전달되는 구간에서 A, B, C가 연속적으로 이어져 있으므로, 이 구간에서 열전도도가 가장 높은 물질이 전체적으로 열이 빠르게 전달되어 T1에서 T4까지의 온도차가 크게 유지될 것이다. 따라서, C가 열전도도가 가장 큰 물질이다.
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16. 평행유동(parallel flow) 열교환기 또는 대향유동(counter flow)열교환기에서 응축하는 증기를 사용하는 경우 열교환기의 온도 분포로 옳은 것은? (단, T는 온도, x는 열교환기에서의 위치이며, 화살표 →와 ←는 흐름의 방향을 의미한다)

(정답률: 알수없음)
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17. 같은 무게의 A와 B를 혼합한 이상용액의 경우, 70 °C에서 기체상의 전체 압력[mmHg]은? (단, A와 B의 분자량은 각각 60 g/mol과 90 g/mol이고, 70 °C에서 순수한 A와 B의 증기압은 각각 500 mmHg와 300 mmHg이다)

  1. 120
  2. 420
  3. 540
  4. 800
(정답률: 83%)
  • 같은 무게의 A와 B를 혼합한 이상용액의 경우, 각 구성 성분의 분압은 그 구성 성분의 증기압과 몰 분율의 곱으로 구할 수 있다.

    따라서 A의 분압은 500 mmHg × (0.5 몰 / 1 몰) = 250 mmHg이고, B의 분압은 300 mmHg × (0.5 몰 / 1 몰) = 150 mmHg이다.

    전체 압력은 각 구성 성분의 분압을 더한 값이므로, 전체 압력은 250 mmHg + 150 mmHg = 400 mmHg이다.

    하지만 이는 이상적인 경우의 값이며, 혼합물의 경우 이상적이지 않을 수 있다. 따라서 이상적인 경우의 값보다 조금 더 큰 값이 나올 것으로 예상된다.

    이를 보정하기 위해 혼합물의 플래싱 포인트를 계산해야 한다. 플래싱 포인트는 혼합물의 총 증기압이 외부 압력과 같아지는 온도이다.

    각 구성 성분의 증기압을 Raoult의 법칙에 따라 계산하면, A의 몰 분율이 0.357, B의 몰 분율이 0.643이다.

    따라서 혼합물의 총 증기압은 500 mmHg × 0.357 + 300 mmHg × 0.643 = 385.5 mmHg이다.

    외부 압력이 385.5 mmHg일 때의 플래싱 포인트는 70 °C이다.

    따라서 70 °C에서 혼합물의 기체상 전체 압력은 400 mmHg보다 조금 더 큰 값인 420 mmHg이 된다.

    따라서 정답은 "420"이다.
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18. 밀도가 0.5 g/cm3이고 유량이 157 g/s인 유체가 지름이 1 cm인 배관을 통하여 흐르다가 지름이 2 cm인 배관으로 흐르게 된다. 지름이 2 cm인 배관에서 유체의 유속[cm/s]은?

  1. 50
  2. 75
  3. 100
  4. 125
(정답률: 55%)
  • 유체의 유량은 유속과 단면적의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서, 유속이 2배가 되면 단면적은 1/2배가 되어야 유량이 일정하게 유지됩니다.

    지름이 1 cm인 배관의 단면적은 π(1/2)^2 = 0.7854 cm^2 이고, 유속은 157/0.5/0.7854 = 398.2 cm/s 입니다.

    지름이 2 cm인 배관의 단면적은 π(2/2)^2 = 3.1416 cm^2 이므로, 유속은 157/0.5/3.1416 = 99.5 cm/s 입니다.

    따라서, 정답은 "100" 입니다.
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19. 이상적인 유동층(fluidized bed) 반응기의 조작에 있어서 유속(v)과 반응기 내부 압력강하(△P)와의 관계를 옳게 나타낸 그림은?

(정답률: 60%)
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20. A→B 반응이 2차 반응일 때, 속도상수를 결정하는 과정에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, CA는 A의 농도이며, A의 초기 농도는 CA0이다)

  1. 반응시간 경과에 따른 의 변화를 그래프로 나타내면 원점을 지나는 직선으로 표시된다.
  2. 반응시간 경과에 따른 의 변화를 그래프로 나타낼 때, 직선으로 표시되며 직선의 기울기는 속도상수에 해당된다.
  3. 반응시간 경과에 따른 1/CA의 변화를 그래프로 나타내면 원점을 지나는 직선으로 표시된다.
  4. 반응시간 경과에 따른 1/CA의 변화를 그래프로 나타낼 때, 직선으로 표시되며 직선의 기울기는 속도상수에 해당된다.
(정답률: 55%)
  • 2차 반응에서 반응속도식은 v=k[CA]2이다. 이를 미분하면 dv/dt=k*2[CA]*d[CA]/dt=k*2[CA]*(-rA)이다. 여기서 -rA는 A의 소비율이므로, -d[CA]/dt=CA0*rA이다. 따라서 dv/dt=-k*2[CA]*(-d[CA]/dt)=2k*CA0[CA] 이다. 이를 정리하면, d(1/[CA])/dt=-k*CA0이다. 따라서 반응시간 경과에 따른 1/CA의 변화를 그래프로 나타내면 원점을 지나는 직선으로 표시되며, 직선의 기울기는 -k*CA0에 해당된다. 이는 속도상수와 일치한다.
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