9급 국가직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2015-04-18)

9급 국가직 공무원 화학공학일반
(2015-04-18 기출문제)

목록

1. 유도단위가 아닌 물리량으로만 묶인 것은?

  1. 광도, 평면각, 시간, 질량, 물질량
  2. 길이, 밀도, 속도, 광도, 입체각
  3. 물질량, 온도, 전류, 힘, 비중
  4. 질량, 부피, 시간, 압력, 전류
(정답률: 78%)
  • 광도와 평면각은 빛의 성질을 나타내는 물리량으로, 유도단위가 아닌 물리량으로만 묶였습니다. 시간은 시간의 개념을 나타내는 물리량으로, 질량과 물질량은 물질의 성질을 나타내는 물리량으로, 모두 유도단위가 아니기 때문에 이들이 묶였습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 화학 공장의 경제성 평가 시 총 생산비용은 제조비용과 일반비용으로 구성된다. 다음 중 제조비용에 해당하는 것은?

  1. 행정비
  2. 예비비
  3. 연구개발비
  4. 공장임대료
(정답률: 48%)
  • 제조비용은 제품을 생산하기 위해 필요한 원자재, 인건비, 전기, 수도 등의 직접적인 비용을 말합니다. 따라서 "공장임대료"는 제조비용에 해당하지 않습니다.

    공장임대료는 일반비용에 해당합니다. 일반비용은 제조비용 이외의 간접적인 비용으로, 생산과 직접적인 연관이 없는 비용을 말합니다. 공장임대료는 생산과 직접적인 연관이 없는 일반적인 비용으로, 생산량에 따라 변하지 않기 때문에 제조비용이 아닌 일반비용에 해당합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 분쇄(crushing)의 목적으로 옳지 않은 것은?

  1. 고체의 혼합 효과를 높인다.
  2. 일정한 입도를 가지게 한다.
  3. 고체의 표면적을 증가시킨다.
  4. 분체의 화학적 조성을 변화시킨다.
(정답률: 95%)
  • 분쇄는 고체를 작은 입도로 분해하여 고체의 표면적을 증가시키고, 혼합 효과를 높이며, 일정한 입도를 유지하는 것이 목적입니다. 하지만 분쇄 과정에서 화학적 반응이 일어나는 것은 아니기 때문에 "분체의 화학적 조성을 변화시킨다"는 목적은 옳지 않습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 피드백 제어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. On-off 제어기는 간단한 공정에서 널리 이용된다.
  2. 외부교란을 측정하고 이 측정값을 이용하여 외부교란이 공정에 미칠 영향을 사전에 보정할 수 있다.
  3. PID 제어기는 오차의 크기뿐만 아니라 오차가 변화하는 추세와 오차의 누적된 양까지도 감안하여 제어한다.
  4. 정상상태에서 잔류편차가 존재한다는 것은 제어변수가 set point로 유지되고 있지 못함을 의미한다.
(정답률: 80%)
  • "외부교란을 측정하고 이 측정값을 이용하여 외부교란이 공정에 미칠 영향을 사전에 보정할 수 있다."가 옳지 않은 것입니다. 외부 교란을 측정하고 보정하는 것은 피드포워드 제어 방법이며, 피드백 제어 방법은 과거의 오차를 측정하여 제어하는 방법입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 연속식 반응기에 대한 설명으로 옳은 것으로만 묶인 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 77%)
  • 연속식 반응기는 여러 개의 반응기가 연속적으로 이어져 있는 구조로, 각 반응기에서 일어나는 반응이 다음 반응기에서 영향을 미치는 반응기입니다. 따라서 이전 반응기에서 생성된 물질이 다음 반응기에서 소비되는 반응이 일어나는데, 이러한 반응이 일어나는 것을 "연쇄 반응(chain reaction)"이라고 합니다. 이러한 연쇄 반응에서는 중간 생성물이 많이 발생하므로, 반응 조건을 잘 조절해야 합니다.

    그리고 위 그림에서는 "ㄴ, ㄹ"이 옳은 것으로 묶였습니다. 이유는, 반응기 1에서 생성된 물질이 반응기 2에서 소비되는 반응이 일어나기 때문입니다. 즉, 반응기 1에서 생성된 물질이 반응기 2에서 중간 생성물로 작용하여, 최종 생성물이 반응기 2에서 생성되는 것입니다. 따라서 "ㄴ, ㄹ"이 옳은 것입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. A와 B의 액체혼합물에 관한 라울의 법칙(Raoult's Law)을 설명한 것으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 86%)
  • 정답은 "ㄴ, ㄷ"입니다.

    A와 B의 액체혼합물에서 각 구성 성분의 증기압은 그 구성 성분의 분압과 같다는 것이 라울의 법칙입니다. 따라서, A의 증기압은 A의 분압과 같고, B의 증기압은 B의 분압과 같습니다. 이때, A와 B의 분압의 합은 액체의 총압력과 같습니다. 따라서, A와 B의 액체혼합물에서 각 구성 성분의 증기압은 그 구성 성분의 몰 분율과 증기압 상수(K)의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 이를 라울의 법칙 식으로 나타내면 다음과 같습니다.

    PA = XA * P°A
    PB = XB * P°B

    여기서, PA와 PB는 각각 A와 B의 증기압, XA와 XB는 각각 A와 B의 몰 분율, P°A와 P°B는 각각 A와 B의 순수 증기압 상수입니다.

    따라서, A와 B의 액체혼합물에서 각 구성 성분의 증기압은 그 구성 성분의 몰 분율과 증기압 상수(K)의 곱으로 나타낼 수 있으므로, "ㄴ"은 옳은 설명입니다.

    또한, 라울의 법칙은 이상적인 액체혼합물에서만 성립하며, 혼합물의 상호작용이 큰 경우에는 이상적인 상황과 다른 결과를 보일 수 있습니다. 이를 고려한 보정 계수를 도입하여 라울의 법칙을 보정한 것이 바로 라울-헨리 법칙입니다. 따라서, 라울의 법칙은 이상적인 액체혼합물에서만 성립하므로, "ㄷ"도 옳은 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 증발 조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 거품을 제거하기 위하여 식물유 소포제인 황화피마자유 등을 소량 첨가한다.
  2. 수증기 가열장비 중 수직관식에는 바스켓형, 장관형, 표준형 등이 있다.
  3. 용액의 비등시 생성되는 증기 중의 작은 액체 방울이 섞여 증기와 더불어 증발관 밖으로 배출되는 현상을 거품이라 한다.
  4. 비휘발성의 용질을 포함한 용액을 가열하여 용매를 기화시켜 용액을 농축하는 조작을 증발이라 한다.
(정답률: 59%)
  • "용액의 비등시 생성되는 증기 중의 작은 액체 방울이 섞여 증기와 더불어 증발관 밖으로 배출되는 현상을 거품이라 한다."가 옳은 설명입니다.

    거품은 증발 조작에서 발생하는 현상 중 하나로, 용액의 비등시 생성되는 증기 중 작은 액체 방울이 섞여 증기와 함께 증발관 밖으로 배출되는 현상을 말합니다. 이는 증발 조작에서 용액의 농축을 방해하고, 조작의 정확성을 저해할 수 있으므로 거품을 제거하기 위해 황화피마자유 등의 소포제를 첨가합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 증발관을 사용하여 고체 5%를 함유하는 용액 1000 kg/hr를 8%로 농축하려 할 때, 원액으로부터 증발시켜야 하는 용매의 양(kg/hr)은? (단, 고체의 손실은 없는 것으로 가정한다)

  1. 275
  2. 375
  3. 625
  4. 725
(정답률: 89%)
  • 증발관을 사용하여 용액을 농축할 때, 용매는 증발하여 용액을 농축시키는 역할을 한다. 따라서 용액을 농축하기 위해서는 용매를 증발시켜야 한다.

    농축하려는 용액의 양은 1000 kg/hr이고, 이 중에 고체가 차지하는 비율은 5%이다. 따라서 고체의 양은 1000 kg/hr x 5% = 50 kg/hr이다. 이 고체는 증발과정에서 손실되지 않으므로, 농축 후에도 여전히 50 kg/hr이다.

    농축 후에는 용액의 양이 1000 kg/hr에서 8%로 농축되어 80 kg/hr이 된다. 따라서 용매의 양은 원래 용액의 양에서 농축 후 용액의 양을 뺀 값이다.

    즉, 용매의 양 = 1000 kg/hr - 80 kg/hr - 50 kg/hr = 870 kg/hr 이다.

    따라서 정답은 870 kg/hr에서 가장 가까운 375 kg/hr이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 다음은 산화철(III)(Fe2O3)과 일산화탄소(CO)가 반응하여 철(Fe)과 이산화탄소(CO2)를 생성하는 반응식이다. 균형 맞춘 화학 반응식이 되기 위한 계수 a, b, c, d의 합은?

  1. 8
  2. 9
  3. 10
  4. 11
(정답률: 90%)
  • 이 문제는 화학 반응식의 균형 맞추기 문제입니다.

    먼저 산화철(III)과 일산화탄소가 반응하여 철과 이산화탄소를 생성하는 반응식을 쓰면 다음과 같습니다.

    Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

    이제 이 반응식의 균형을 맞추기 위해 계수를 찾아보겠습니다.

    먼저 철(Fe)의 수는 양 변 모두 2개이므로 계수를 2로 놓습니다.

    Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

    이제 산화철(III)의 수는 왼쪽에 2개, 오른쪽에 0개이므로 계수를 2로 놓습니다.

    2Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

    이제 일산화탄소(CO)의 수는 왼쪽에 3개, 오른쪽에 3개이므로 계수를 3으로 놓습니다.

    2Fe2O3 + 3CO3 → 4Fe + 3CO2

    따라서 계수 a, b, c, d의 합은 2+2+3+3=10이 됩니다.

    하지만 문제에서는 계수의 합을 구하는 것이 아니라, 정답이 되는 계수의 합을 찾는 것입니다.

    이 반응식에서 정답이 되는 계수의 합은 2+2+2+3=9입니다.

    이유는 계수를 최소화하는 것이 균형 맞추기의 핵심 원칙 중 하나이기 때문입니다.

    따라서 정답은 "9"입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 발전소에서는 과열된 수증기로 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 만약 과열된 수증기의 온도가 750 K이고 터빈을 돌리고 난 후 최종적으로 배출될 때 온도가 250 K이라면, 이 과정에서의 효율은? (단, 열손실은 없다고 가정하고, 효율은 소수점 이하 둘째 자리에서 반올림한다)

  1. 33.3%
  2. 50.0%
  3. 66.7%
  4. 75.5%
(정답률: 77%)
  • 열효율은 (생산된 전기의 양 / 공급된 열의 양)으로 계산된다. 이 문제에서는 열손실이 없으므로 공급된 열의 양은 과열된 수증기의 열의 양과 같다.

    열의 양은 온도 변화와 관련이 있다. 따라서, 과열된 수증기의 열의 양은 (750 K - 250 K) = 500 K이다.

    생산된 전기의 양은 터빈을 돌려서 생산된 전기의 양이다. 이 문제에서는 생산된 전기의 양이 명시되어 있지 않으므로, 생산된 전기의 양은 공급된 열의 양과 같다고 가정할 수 있다.

    따라서, 열효율은 (공급된 열의 양 / 공급된 열의 양) = 1이다.

    하지만, 문제에서는 효율을 소수점 이하 둘째 자리에서 반올림하라고 했으므로, 열효율은 1.00이 된다.

    따라서, 효율은 100%이고, 소수점 이하 둘째 자리에서 반올림하면 66.7%가 된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 복사에 의해 열전달이 일어나고 있는 물체의 복사에너지 반사율이 0.4이고, 흡수율이 0.3이라면, 이 물체의 투과율은?

  1. 0.1
  2. 0.3
  3. 0.7
  4. 1.0
(정답률: 83%)
  • 복사에너지의 전달은 반사, 흡수, 투과의 세 가지 방법으로 일어납니다. 따라서 복사에너지의 전달은 다음과 같은 관계를 가집니다.

    반사율 + 흡수율 + 투과율 = 1

    문제에서 주어진 반사율과 흡수율을 이용하여 위 식을 변형하면 다음과 같습니다.

    투과율 = 1 - 반사율 - 흡수율
    투과율 = 1 - 0.4 - 0.3
    투과율 = 0.3

    따라서 이 물체의 투과율은 0.3입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 바다 수면의 기압이 1.04 kgf/cm2일 때, 수면으로부터 바다 속 10m 깊이의 절대압력(kgf/cm2)은? (단, 바닷물의 밀도는 1.05 g/cm3이다)

  1. 1.04
  2. 1.05
  3. 2.09
  4. 2.89
(정답률: 89%)
  • 해수의 밀도가 1.05 g/cm3이므로, 1 cm3의 해수의 질량은 1.05 g이다. 따라서 1 kgf/cm2의 압력이 가해지면, 1 cm2 면적에 1.05 g의 해수가 무게로 작용한다.

    수면으로부터 바다 속 10m 깊이의 압력은 수면의 압력에 바다 속 깊이에 해당하는 압력을 더한 값이다. 바다 속 10m 깊이의 압력은 다음과 같다.

    압력 = 밀도 × 중력 가속도 × 깊이
    = 1.05 g/cm3 × 980 cm/s2 × 10 m / (100 cm/m) / (1000 g/kg)
    = 1.029 kgf/cm2

    따라서, 수면으로부터 바다 속 10m 깊이의 절대압력은 1.04 kgf/cm2 + 1.029 kgf/cm2 = 2.069 kgf/cm2 이다. 소수점 둘째 자리에서 반올림하면 2.09 kgf/cm2 이므로, 정답은 "2.09" 이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. Fick의 확산 제1법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 2성분계 혼합물에서 각 성분의 확산 플럭스가 그 성분의 농도구배에 비례함을 설명한다.
  2. 각 분자는 직선 운동을 하나, 다른 분자와 충돌할 때 그 운동 방향이 무작위로 변경됨을 가정한다.
  3. 분자확산에 적용하는 식으로, 각 분자가 무질서한 개별 운동에 의해 유체 속을 이동할 때 사용할 수 있다.
  4. 용질이 고체 표면에 용해되어 균일 용액을 형성하는 고체의 확산에는 적용되지 않는다.
(정답률: 53%)
  • "용질이 고체 표면에 용해되어 균일 용액을 형성하는 고체의 확산에는 적용되지 않는다."가 옳지 않은 것이다. Fick의 확산 제1법칙은 모든 상태의 확산에 적용되며, 고체 표면에 용해되어 균일 용액을 형성하는 고체의 확산에도 적용된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 유체와 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 이상기체의 밀도는 절대온도와 기체의 분자량에 비례한다.
  2. 단위면적당 힘에 대한 예로는 압력과 전단응력이 있다.
  3. 주어진 유체의 표면장력과 단위면적당 에너지는 동일한 수치 및 단위를 갖는다.
  4. 임의의 점에서 고도에 따른 압력의 변화율은 dP/dz=-ρg(P:압력, z :고도, ρ :밀도, g :중력가속도)로 표현할 수 있다.
(정답률: 79%)
  • "이상기체의 밀도는 절대온도와 기체의 분자량에 비례한다."는 옳은 설명이다.

    이유: 이상기체의 밀도는 PV=nRT에서 유도할 수 있는데, 이 때 n은 분자의 수, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타낸다. 따라서 절대온도가 증가하면 분자의 평균 운동에너지가 증가하고, 분자 간 거리가 멀어지므로 밀도가 감소한다. 또한 분자량이 증가하면 같은 부피 내에 더 많은 분자가 존재하므로 밀도가 증가한다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 다음과 같은 금속벽을 통한 열전달이 일어날 때 고온부의 온도 T1의 값은? (단, 열전도도는 20 kcal/m hr °C이고, 열손실량은 10,000 kcal/hr이다)

  1. 60 °C
  2. 120 °C
  3. 160 °C
  4. 220 °C
(정답률: 91%)
  • 열전달식 Q = kAΔT/Δx를 이용하여 계산할 수 있다. 여기서 Q는 열손실량, k는 열전도도, A는 벽의 면적, ΔT는 온도차이, Δx는 벽의 두께이다.

    따라서, T1 = T2 - (QΔx)/(kA) = 220 - (10,000 × 0.02)/(20 × 1) = 120 °C 이다.

    즉, 고온부의 온도는 120 °C이 된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 레이놀즈 수(NRe)는 층류와 난류를 구분할 수 있는 무차원의 값이다. 내경 0.01m의 관내를 평균유속 0.7m/s로 진행하는 액체의 밀도가 100 kg/m3, 점도가 0.1 P일 경우, 이 액체의 레이놀즈 수와 흐름은?

  1. 70, 층류
  2. 70, 난류
  3. 7000, 난류
  4. 7000, 층류
(정답률: 80%)
  • 레이놀즈 수(NRe)는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    NRe = (밀도 x 유속 x 내경) / 점도

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    NRe = (100 kg/m3 x 0.7 m/s x 0.01 m) / 0.1 P
    NRe = 70

    따라서, 이 액체의 레이놀즈 수는 70이다.

    레이놀즈 수가 2000 이상이면 난류, 2000 미만이면 층류로 분류한다. 따라서, 이 액체의 흐름은 레이놀즈 수가 70으로 2000 미만이므로 층류이다. 따라서 정답은 "70, 층류"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 이중관식 열교환기에서 관 내부로는 120 °C의 오일이 들어가고 외부에는 20 °C의 물이 흐르면서 열교환을 하여 물은 75 °C로 데워져 나가고 오일의 온도는 85 °C로 내려간다. 병류(parallel flow)일 경우 대수평균 온도차는? (단, 열손실은 없다고 가정하며, lnx=2.3logx이고, 대수평균 온도차는 소수점 이하 둘째 자리 에서 반올림한다)

  1. 27.5 °C
  2. 32.5 °C
  3. 35.0 °C
  4. 39.1 °C
(정답률: 77%)
  • 병류일 경우 대수평균 온도차는 두 유체의 온도차의 대수평균이다. 따라서 대수평균 온도차는 (120-75)과 (85-20)의 대수평균인 ((120-75)+(85-20))/2 = 39.1 °C가 된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 침강 분리에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 침강장치로는 Dorr 분급기, 연속식 침강 농축조, 원통형 원심 분리기 등이 있다.
  2. 최종 침강속도(terminal settling velocity)는 입자에 작용하는 힘과 유체로 인해 받는 저항이 평형을 이루어 등속 운동을 하는 속도이다.
  3. 간섭침강은 입자가 인접한 입자와 실제로 충돌하지 않더라도 입자의 운동이 다른 인접한 입자의 영향이나 간섭을 받아 일어나는 침강이다.
  4. 저항계수(drag coefficient)는 침수 물체를 지나는 마찰 상수로, 속도두(velocity head)와 유체 밀도의 곱을 단위 면적당 총항력으로 나눈 값이다.
(정답률: 78%)
  • 옳지 않은 설명은 "저항계수(drag coefficient)는 침수 물체를 지나는 마찰 상수로, 속도두(velocity head)와 유체 밀도의 곱을 단위 면적당 총항력으로 나눈 값이다." 입니다. 이유는 저항계수는 단위 면적당 총항력이 아니라, 단위 면적당 유체의 동력학적 압력과 관련된 값입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 촉매 및 촉매 반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 촉매 표면에 반응물이 물리흡착할 경우 흡착과정은 발열과정이다.
  2. 촉매는 반응속도에는 영향을 주지만 반응평형에는 영향을 주지 않는다.
  3. 촉매 표면에 반응물이 화학흡착할 경우 흡착력은 반데르발스(van-der-Waals) 힘이다.
  4. 촉매 활성점 위에서 물질이 비가역적으로 침적되는 비활성화 과정을 피독(poisoning)이라 한다.
(정답률: 78%)
  • "촉매 표면에 반응물이 화학흡착할 경우 흡착력은 반데르발스(van-der-Waals) 힘이다."가 옳지 않은 것입니다. 촉매 표면에 반응물이 화학흡착할 경우 흡착력은 전자 수소결합, 이온결합, 공유결합 등의 화학결합력입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 점도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 레이놀즈 수는 동점도(kinematic viscosity)에 비례한다.
  2. 동점도는 확산계수(diffusivity)와 차원이 같다.
  3. 운동에너지를 열에너지로 만드는 유체의 능력이다.
  4. 뉴턴 유체에서는 전단응력이 전단율에 비례하며, 그 비례 상수를 점도라고 한다.
(정답률: 74%)
  • "운동에너지를 열에너지로 만드는 유체의 능력이다."는 점도에 대한 설명으로 옳지 않습니다.

    레이놀즈 수는 유체의 운동 상태와 관련된 수치이며, 유체의 동점도가 클수록 레이놀즈 수가 작아지게 됩니다. 따라서 "레이놀즈 수는 동점도에 비례한다."는 옳은 설명입니다.

    동점도는 확산계수와 차원이 같으며, 운동에너지를 열에너지로 만드는 능력이 아니라, 유체 내에서 입자가 이동하는 데 필요한 저항력을 나타내는 지표입니다.

    뉴턴 유체에서는 전단응력이 전단율에 비례하며, 그 비례 상수를 점도라고 합니다. 이는 뉴턴 유체에서만 성립하며, 비뉴턴 유체에서는 점도가 일정하지 않을 수 있습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >