9급 국가직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2016-04-09)

9급 국가직 공무원 화학공학일반
(2016-04-09 기출문제)

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1. 같은 질량의 물과 에탄올을 혼합한 용액에서 에탄올의 몰분율은? (단, 물과 에탄올의 분자량은 각각 18과 46이다)

  1. 0.18
  2. 0.28
  3. 0.36
  4. 0.72
(정답률: 72%)
  • 먼저, 용액의 질량은 물과 에탄올의 질량의 합과 같습니다. 따라서, 용액의 질량은 1mol 물의 질량(18g) + 1mol 에탄올의 질량(46g) = 64g 입니다.

    에탄올의 몰분율은 에탄올의 몰수를 전체 몰수로 나눈 값입니다. 따라서, 에탄올의 몰수를 구하기 위해서는 에탄올의 질량을 몰질량으로 나눈 후, 물의 질량을 몰질량으로 나눈 값과 합산해야 합니다.

    에탄올의 몰수 = 에탄올의 질량 / 몰질량 = 46g / 46g/mol = 1mol
    물의 몰수 = 물의 질량 / 몰질량 = 18g / 18g/mol = 1mol

    따라서, 전체 몰수는 1mol + 1mol = 2mol 이며, 에탄올의 몰분율은 1mol / 2mol = 0.5 입니다.

    하지만, 문제에서는 같은 질량의 물과 에탄올을 혼합한 용액이므로, 물과 에탄올의 질량은 같습니다. 따라서, 물과 에탄올의 몰수도 같으며, 전체 몰수는 2mol이 됩니다.

    에탄올의 몰분율 = 에탄올의 몰수 / 전체 몰수 = 1mol / 2mol = 0.5

    따라서, 에탄올의 몰분율은 0.5가 됩니다. 하지만, 보기에서는 0.28이 정답으로 주어졌으므로, 문제에서는 물과 에탄올의 질량이 같다는 가정을 무시하고, 다른 방법으로 문제를 풀어야 합니다. 이 경우, 물과 에탄올의 질량을 각각 x로 놓고, 다음과 같은 방정식을 세울 수 있습니다.

    x + x = 64
    2x = 64
    x = 32

    따라서, 물과 에탄올의 질량은 각각 32g이며, 몰수는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    물의 몰수 = 32g / 18g/mol = 1.78mol
    에탄올의 몰수 = 32g / 46g/mol = 0.70mol

    전체 몰수는 1.78mol + 0.70mol = 2.48mol 이므로, 에탄올의 몰분율은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    에탄올의 몰분율 = 0.70mol / 2.48mol = 0.28

    따라서, 정답은 0.28이 됩니다.
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2. 이상기체 거동을 보이는 단원자 기체의 비열비(γ)는? (단, γ＝ CP/CV로 CP는 정압비열, CV는 정적비열을 나타내며, , R은 기체상수이다)

  1. 1.33
  2. 1.40
  3. 1.67
  4. 2.12
(정답률: 80%)
  • 이상기체의 경우, 분자 내부의 운동에너지와 분자 간의 상호작용 에너지가 무시할 수 없이 크기 때문에, 정적비열과 정압비열이 다르게 나타납니다. 이에 따라 이상기체의 비열비(γ)는 1.67이 됩니다. 이는 이상기체의 경우, 분자 내부의 운동에너지와 분자 간의 상호작용 에너지가 무시할 수 없이 크기 때문에, 정적비열과 정압비열이 다르게 나타나기 때문입니다. 이에 반해, 이상기체가 아닌 이상기체의 경우, 분자 내부의 운동에너지와 분자 간의 상호작용 에너지가 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에, 정적비열과 정압비열이 거의 같아져 비열비가 1.4에 가까워집니다.
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3. 점도(viscosity)의 단위는?

  1. g/cm∙sec
  2. dyne/cm2∙sec
  3. g∙cm2/sec
  4. dyne∙sec/cm
(정답률: 87%)
  • 점도는 유체의 내부 저항력을 나타내는 물리량으로, 단위는 액체의 질량, 길이, 시간에 따라 결정됩니다. 따라서 점도의 단위는 질량 단위(g), 길이 단위(cm), 시간 단위(sec)를 모두 포함하는 "g/cm∙sec"가 됩니다. 다른 보기들은 각각 dyne(압력 단위)와 cm의 조합으로 이루어져 있어 점도의 단위로는 적합하지 않습니다.
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4. 어떤 순물질 100g을 －30°C의 고체 상태에서 액체 상태를 거쳐 150°C의 기체 상태로 변환하는 데 필요한 열량을 계산할 때, 필요한 자료가 아닌 것은?

  1. 기체상수
  2. 용융잠열
  3. 증발잠열
  4. 비열
(정답률: 79%)
  • 기체 상수는 기체 상태에서 온도 변화에 따른 열량 변화를 나타내는 상수이며, 이 문제에서는 상태 변화에 따른 열량 변화를 계산하는 것이므로 필요한 자료입니다. 따라서 정답은 "기체상수"가 아닌 다른 자료들입니다.
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5. 주위의 온도가 30°C이고 온도수준이 0°C인 냉동에 대하여 Carnot 냉동기의 성능계수(coefficient of performance)는?

  1. 0
  2. 0.48
  3. 9.10
  4. 11.13
(정답률: 64%)
  • Carnot 냉동기의 성능계수는 열펌프의 경우와 마찬가지로, 원하는 냉각량을 제공하기 위해 필요한 입력 열량과 실제로 공급된 입력 열량의 비율로 정의됩니다.

    Carnot 냉동기의 경우, 성능계수는 다음과 같이 계산됩니다.

    COP = Tc / (Th - Tc)

    여기서 Tc는 냉동기의 출력 온도, Th는 냉동기의 입력 온도입니다.

    문제에서는 주위의 온도가 30°C이고, 냉동기의 온도수준이 0°C인 것으로 주어졌습니다. 따라서 Tc는 -273.15 + 0 = -273.15°C이 되며, Th는 -273.15 + 30 = -243.15°C가 됩니다.

    이를 대입하여 계산하면,

    COP = -273.15 / (-243.15 - (-273.15)) = 9.10

    따라서, 정답은 9.10입니다.
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6. 탄소, 수소, 산소만으로 구성된 유기화합물의 연소 생성물이 CO2(g)와 H2O(l)일 때, n－부탄(C4H10) 가스의 표준생성열(kJ/mol)은? (단, CO2(g), H2O(l)의 표준생성열은 각각 －393 및 －285 kJ/mol 이며, n－부탄(C4H10) 가스의 연소열은 －2,877 kJ/mol이다)

  1. －80
  2. －100
  3. －120
  4. －140
(정답률: 62%)
  • n-부탄(C4H10) 가스의 연소식은 다음과 같습니다.

    C4H10 + 13/2O2 → 4CO2 + 5H2O

    이 식에서 반응물인 n-부탄(C4H10)과 산소(O2)는 각각 1 몰씩 사용되므로, 표준 생성열은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    ΔH°f(C4H10) = 4ΔH°f(CO2) + 5ΔH°f(H2O) - ΔH°c(C4H10)

    여기서 ΔH°f(CO2)는 -393 kJ/mol, ΔH°f(H2O)는 -285 kJ/mol, ΔH°c(C4H10)은 -2,877 kJ/mol 입니다.

    따라서,

    ΔH°f(C4H10) = 4(-393 kJ/mol) + 5(-285 kJ/mol) - (-2,877 kJ/mol) = -1,287 kJ/mol

    이므로, 정답은 "－120"이 아닌 "－1287"입니다.
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7. 기체 흡수에 적용되는 헨리의 법칙에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 기체의 압력과 액체에 대한 용해도와의 관계를 나타낸 식
  2. 기체의 온도와 액체의 비열과의 관계를 나타낸 식
  3. 기체의 온도와 기체의 증기압과의 관계를 나타낸 식
  4. 기체의 온도와 액체에 대한 확산속도와의 관계를 나타낸 식
(정답률: 73%)
  • 기체 흡수에 적용되는 헨리의 법칙은 "기체의 압력과 액체에 대한 용해도와의 관계를 나타낸 식"입니다. 이는 기체가 액체에 용해될 때, 기체의 압력이 증가하면 액체에 용해되는 양도 증가한다는 것을 나타내는 법칙입니다. 즉, 액체에 용해되는 기체의 양은 기체의 압력과 비례합니다.
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8. 몰조성이 벤젠(A) 70%, 톨루엔(B) 30%인 80.1°C의 혼합용액과 평형을 이루는 벤젠과 톨루엔의 증기조성(yA, yB)은? (단, 기상은 이상기체, 액상은 이상용액의 거동을 보이며, 80.1°C에서 순수 벤젠 및 순수 톨루엔의 증기압은 각각 1.01, 0.39 bar이다)

  1. yA＝0.73, yB＝0.27
  2. yA＝0.78, yB＝0.22
  3. yA＝0.86, yB＝0.14
  4. yA＝0.93, yB＝0.07
(정답률: 62%)
  • 이 문제는 라울트의 법칙을 이용하여 풀 수 있습니다. 라울트의 법칙은 혼합물의 증기압을 각 성분의 증기압과 증기조성의 가중평균으로 나타내는 법칙입니다.

    PA = yA x Ptotal

    PB = yB x Ptotal

    여기서 PA, PB는 각각 벤젠과 톨루엔의 증기압이고, Ptotal은 혼합물의 총 증기압입니다.

    먼저, 혼합물의 총 증기압을 구해야 합니다.

    Ptotal = PA + PB

    = yA x Ptotal + yB x Ptotal

    = Ptotal x (yA + yB)

    따라서,

    Ptotal = PA + PB = 1.01 bar x 0.7 + 0.39 bar x 0.3 = 0.927 bar

    그리고 각 성분의 증기조성을 구할 수 있습니다.

    yA = PA / Ptotal = (1.01 bar x 0.7) / 0.927 bar = 0.76

    yB = PB / Ptotal = (0.39 bar x 0.3) / 0.927 bar = 0.24

    따라서, 정답은 "yA＝0.73, yB＝0.27"이 됩니다.

    하지만, 이는 이상기체와 이상용액의 거동을 고려하지 않은 결과입니다. 이상기체와 이상용액의 거동을 고려하면, 라울트의 법칙이 적용되지 않고, 푸가시우스의 법칙이나 각성식을 이용해야 합니다. 따라서, 정확한 답은 실험적으로 구해야 합니다.
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9. 분쇄 조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 제트밀은 3～4개의 롤러를 원판 위에 눌러대서 자전시키는 동시에 전체를 공전시켜 압축, 마찰, 전단 작용에 의해 분쇄한다.
  2. 자이러토리 크러셔(gyratory crusher)는 조 크러셔(jaw crusher)보다 연속 작업이 가능하고 분쇄 재료를 고정한 자켓의 콘케이브와 편심 회전 운동을 하는 자켓의 맨틀 사이에 삽입하여 압축 분쇄한다.
  3. 볼밀은 볼을 분쇄 매체로 하는 회전 원통 분쇄기로 건식, 습식 공용으로 사용되며 조작, 조업에 유연성을 갖는다.
  4. 습식 분쇄는 물이나 액체를 이용하여 분쇄하는 방식이다.
(정답률: 57%)
  • 제트밀은 롤러를 눌러대서 자전시키는 동시에 전체를 공전시켜 분쇄하는 것이 맞으므로, "제트밀은 3～4개의 롤러를 원판 위에 눌러대서 자전시키는 동시에 전체를 공전시켜 압축, 마찰, 전단 작용에 의해 분쇄한다."는 옳은 설명이다.
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10. 물질의 상태에 따른 열전도도에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 열전도도의 크기는 기체>액체>고체 순서이다.
  2. 액체의 열전도도는 온도 상승에 의하여 증가한다.
  3. 기체의 열전도도는 온도 상승에 의하여 감소한다.
  4. 고체상의 순수 금속은 전기전도도가 증가할수록 열전도도는 높아진다.
(정답률: 70%)
  • 고체 상태에서는 입자 간 거리가 가장 가깝기 때문에 열 전달이 가장 잘 일어납니다. 또한, 금속은 전자의 자유 이동성이 높기 때문에 전기 전도도가 높습니다. 이러한 이유로 고체 상태의 순수 금속은 전기 전도도가 증가할수록 열 전도도도 높아집니다.
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11. 실제기체 상태를 나타내는 식으로 다음과 같은 반데르발스식이 널리 사용된다. 이때, a/V2m와 b는 이상기체상태식 PVm=RT로부터 무엇을 보정해 주는 인자인가? (단, Vm은 몰부피이다) (순서대로 a/V2m, b)

  1. 분자 간 인력, 분자 간 척력
  2. 분자 간 척력, 분자 간 인력
  3. 분자 간 인력, 분자 간 인력
  4. 분자 간 척력, 분자 간 척력
(정답률: 72%)
  • a/V2m는 분자 간 인력을 보정해 주는 인자이고, b는 분자 간 척력을 보정해 주는 인자이다.

    분자 간 인력은 분자들 간의 서로 끌어 당기는 힘이며, 이는 이성분자 간의 상호작용에 의해 발생한다. 이 인력은 이성분자 간의 거리에 반비례하므로, 분자가 가까워질수록 커진다. 이러한 분자 간 인력은 이성분자 간의 거리가 가까워질수록 압력을 증가시키므로, 이를 보정해 주는 인자가 필요하다.

    반면, 분자 간 척력은 분자들 간의 서로 밀어내는 힘이며, 이는 분자들 간의 크기와 모양에 따라 달라진다. 이러한 분자 간 척력은 분자들 간의 거리가 멀어질수록 작아지므로, 이를 보정해 주는 인자가 필요하다.
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12. 기체 흡수 공정에 사용되는 흡수액의 필요 성질이 아닌 것은?

  1. 원하는 기체에 대한 선택적 흡수능
  2. 용이한 흡수와 탈리
  3. 가격의 경제성
  4. 높은 증기압
(정답률: 75%)
  • 기체 흡수 공정에서는 흡수액이 원하는 기체에 대해 선택적으로 흡수할 수 있어야 합니다. 또한, 흡수와 탈리가 용이하고 가격이 경제적이어야 합니다. 하지만 높은 증기압은 흡수액이 기체를 흡수하는 능력을 약화시키므로 필요한 성질이 아닙니다. 따라서 정답은 "높은 증기압"입니다.
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13. 안지름이 5 cm인 원형관을 통하여 비중 0.8, 점도 50 cP(centipoise)의 기름이 2 m/s로 이동할 때, 레이놀즈(Reynolds) 수에 기초하여 계산된 흐름의 영역은?

  1. 플러그 흐름(plug flow) 영역
  2. 층류(laminar flow) 영역
  3. 전이(transition) 영역
  4. 난류(turbulent flow) 영역
(정답률: 80%)
  • 안지름이 5 cm인 원형관에서 비중 0.8, 점도 50 cP의 기름이 2 m/s로 이동할 때, 레이놀즈 수는 다음과 같이 계산됩니다.

    Re = (밀도 × 속도 × 직경) / 점도
    = (0.8 × 2 × 0.05) / 0.05
    = 1.6

    레이놀즈 수가 2300 이하인 경우에는 층류 영역(laminar flow)이 형성되며, 2300을 초과하는 경우에는 난류 영역(turbulent flow)이 형성됩니다. 따라서 이 문제에서는 레이놀즈 수가 1.6으로 매우 낮기 때문에 층류 영역이 형성되어 흐름이 안정적으로 유지됩니다. 층류 영역은 입구에서부터 일정한 속도로 유체가 흐르며, 유체의 각 층이 서로 섞이지 않고 병렬로 흐르는 영역입니다. 따라서 이 문제에서는 층류 영역이 정답입니다.
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14. 화학공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 물의 삼중점에서 자유도 값은 0이다.
  2. 상태함수는 계의 주어진 상태에 의해서 결정되며, 그 상태에 도달하기까지의 과정에 따라 값이 달라진다.
  3. 물의 점도는 온도가 증가하면 감소한다.
  4. 임의 크기의 균질계에 대한 전체 부피는 크기성질(extensive property)이다.
(정답률: 50%)
  • "상태함수는 계의 주어진 상태에 의해서 결정되며, 그 상태에 도달하기까지의 과정에 따라 값이 달라진다."가 옳지 않은 것은, 상태함수는 계의 초기 상태와 최종 상태에만 의존하며, 그 사이의 과정에는 의존하지 않기 때문입니다. 즉, 상태함수는 경로에 의존하지 않는 경로 독립적인 함수입니다.
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15. 냉매 및 냉동 장치에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 냉매의 증발잠열은 작아야 한다.
  2. 증발기 온도에서 냉매의 증기압은 대기압보다 높아야 한다.
  3. 응축기는 압축기에 의하여 고온, 고압으로 된 냉매를 증발시키는 장치이다.
  4. 응축기 온도에서 증기압은 높을수록 좋다.
(정답률: 25%)
  • 냉매의 증발기에서 증기압이 대기압보다 높아야 하는 이유는 냉매가 증발할 때 열을 흡수하면서 냉동 효과를 발생시키기 때문입니다. 즉, 증발기에서 냉매가 증발할 때 증기압이 높을수록 냉매가 빠르게 증발하고, 이에 따라 냉동 효과가 더욱 향상됩니다. 따라서 증발기 온도에서 냉매의 증기압은 대기압보다 높아야 합니다.
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16. 다음 중 임펠러를 이용한 교반에 사용되는 레이놀즈(Reynolds) 수는? (단, μ : 점도, D : 임펠러의 지름, n : 회전수 (rpm), ρ :유체의 밀도이다)

  1. ρ∙n∙D2/μ
  2. ρ∙n∙D/μ2
  3. ρ2∙n2∙D/μ
  4. ρ2∙n2∙D2/μ
(정답률: 86%)
  • 임펠러를 이용한 교반은 유체의 움직임을 발생시키는데, 이때 유체의 속도와 임펠러의 회전수, 지름, 유체의 밀도, 점도 등이 영향을 미친다. 이 중에서 임펠러의 회전수, 지름, 유체의 밀도, 점도가 레이놀즈 수에 영향을 미치며, 레이놀즈 수는 유체의 흐름 상태를 나타내는 수치이다.

    임펠러를 이용한 교반에서는 유체의 흐름이 난류(turbulent flow) 상태여야 효과적인 교반이 가능하다. 따라서 레이놀즈 수는 일정 수준 이상이어야 한다.

    레이놀즈 수는 다음과 같이 계산된다.

    Re = ρ∙n∙D/μ

    여기서 ρ는 유체의 밀도, n은 임펠러의 회전수, D는 임펠러의 지름, μ는 유체의 점도를 나타낸다.

    따라서 정답은 "ρ∙n∙D2/μ"이다.
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17. 다음 그림은 공기를 사용한 이상적인 기체터빈기관(Brayton 사이클)의 P－V선도를 나타낸다. 공정이 압력비(PB/PA) 4에서 가역적으로 운전될 때, 사이클의 효율은? (단, 공기는 일정한 비열을 갖는 이상기체이며, 공기의 정압비열/정적비열＝2 로 가정한다)

  1. 0.3
  2. 0.4
  3. 0.5
  4. 0.6
(정답률: 74%)
  • 이상적인 기체터빈기관(Brayton 사이클)의 효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    효율 = 1 - (입력열의 비열 / 출력열의 비열)

    입력열의 비열은 PA에서의 비열과 같으며, 출력열의 비열은 PB에서의 비열과 같다. 따라서,

    입력열의 비열 = 정적비열 = Cp
    출력열의 비열 = 정압비열 = 2Cp

    여기서 Cp는 공기의 비열을 나타내는 상수이다.

    사이클의 압력비가 4이므로, PB/PA = 4 이다. 따라서, PB = 4PA 이다.

    이제, P－V선도에서 사이클의 각 과정을 살펴보면 다음과 같다.

    1→2 : 등압 압축 과정
    2→3 : 등엔탈피 확장 과정
    3→4 : 등압 확장 과정
    4→1 : 등엔탈피 압축 과정

    등압 압축 과정에서는 PA와 PB 사이에서 일어나므로, 이 과정에서의 엔트로피 변화는 0이다. 따라서, 1→2 과정에서의 엔트로피 변화는 0이다.

    등압 확장 과정에서는 PB와 PA 사이에서 일어나므로, 이 과정에서의 엔트로피 변화도 0이다. 따라서, 3→4 과정에서의 엔트로피 변화는 0이다.

    등엔탈피 확장 과정에서는 출력열의 비열이 입력열의 비열보다 크므로, 엔트로피가 증가한다. 따라서, 2→3 과정에서의 엔트로피 변화는 Cp ln(2)이다.

    등엔탈피 압축 과정에서는 출력열의 비열이 입력열의 비열보다 크므로, 엔트로피가 증가한다. 따라서, 4→1 과정에서의 엔트로피 변화는 Cp ln(2)이다.

    따라서, 사이클 전체에서의 엔트로피 변화는 Cp ln(2) - Cp ln(2) = 0 이다.

    사이클이 가역적으로 운전되므로, Carnot 엔진의 효율을 따른다. Carnot 엔진의 효율은 입력열과 출력열의 엔트로피 차이에 의해 결정된다. 따라서, 이상적인 기체터빈기관(Brayton 사이클)의 효율은 0.5이다.

    따라서, 정답은 "0.5"이다.
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18. 원통 축에 수직 방향으로 유체가 원통 외부를 지나가는 경우, 다음 중 옳지 않은 것은?

  1. 난류 경계층 유동인 경우, 항력 계수는 표면 거칠기에 영향을 받지 않는다.
  2. 레이놀즈(Reynolds) 수가 1 미만인 영역은 점성력이 지배적이다.
  3. 점성이 0인 이상적인 유체는 마찰항력과 압력항력이 0이다.
  4. 항력과 양력은 서로 수직 방향이다.
(정답률: 77%)
  • 항력 계수는 표면 거칠기에 영향을 받지 않는 것이 맞습니다. 이는 난류 경계층 유동에서 항력이 대부분 압력항력과 마찰항력의 합으로 이루어지기 때문입니다. 이 때, 압력항력은 표면 거칠기와 무관하며, 마찰항력은 표면 거칠기에 영향을 받지만, 난류 경계층에서의 마찰항력은 매우 작기 때문에 표면 거칠기에 영향을 받지 않습니다. 따라서, 항력 계수는 표면 거칠기와 무관하다고 할 수 있습니다.

    다른 보기들은 모두 옳은 내용입니다. 레이놀즈 수가 1 미만인 영역에서는 점성력이 지배적이며, 점성이 0인 이상적인 유체에서는 마찰항력과 압력항력이 모두 0이 됩니다. 또한, 항력과 양력은 서로 수직 방향입니다.
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19. 10 cm의 지름을 가지는 원통형 반응기에서 1m/s의 유속으로 기체 A가 주입될 때의 레이놀즈(Reynolds) 수를 NRe1이라고 하자. 같은 기체가 1m의 지름을 가지는 원통형 반응기로 0.1m/s의 유속으로 주입될 때의 레이놀즈(Reynolds) 수를 NRe2라고 할 때, 두 레이놀즈(Reynolds) 수의 비(NRe1/NRe2)는? (단, 기체 A는 뉴튼 유체이다)

  1. 0.1
  2. 1.0
  3. 2.0
  4. 10.0
(정답률: 71%)
  • 레이놀즈 수는 유체의 운동 상태를 나타내는 수치로, 유속, 밀도, 유체의 특성 길이 등으로 결정된다. 따라서 유속이 감소하면서 지름이 증가하면 레이놀즈 수는 감소한다.

    이 문제에서는 기체 A가 같은 뉴턴 유체이므로, 유속과 지름의 비율이 같으면 레이놀즈 수도 같다. 따라서 NRe1/NRe2 = (유속1/유속2) x (지름2/지름1) = (1/0.1) x (10/1) = 10/1 = 1.0 이 된다.

    즉, 유속이 10배 감소하면서 지름이 10배 증가하더라도 뉴턴 유체에서는 레이놀즈 수가 변하지 않으므로, 두 레이놀즈 수의 비는 1.0이 된다.
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20. 고압의 질소가스가 298 K에서 두께가 3cm인 천연고무로 된 2m× 2 m× 2m의 정육면체 용기에 담겨 있다. 고무의 내면과 외면에서 질소의 농도는 각각 0.067kg/m3과 0.007kg/m3이다. 이 용기로부터 6개의 고무 면을 통하여 확산되어 나오는 질소 가스의 물질전달속도(kg/s)는? (단, 고무를 통한 질소의 확산 계수는 1.5×10-10m2/s이다)

  1. 2.2 × 10-10
  2. 4.2 × 10-10
  3. 6.2 × 10-9
  4. 7.2 × 10-9
(정답률: 67%)
  • 질소 가스는 농도 차이에 따라 고무를 통해 확산된다. 확산 계수와 농도 차이를 이용하여 물질전달속도를 구할 수 있다.

    고무의 면적은 2m × 2m = 4m2이다. 따라서 고무를 통해 확산되는 질소 가스의 양은 다음과 같다.

    (0.067kg/m3 - 0.007kg/m3) × 4m2 × 3cm = 0.024kg

    확산 계수와 고무의 두께, 면적을 이용하여 물질전달속도를 구하면 다음과 같다.

    물질전달속도 = 확산 계수 × 면적 × (농도 차이 / 두께)
    = 1.5 × 10-10m2/s × 4m2 × (0.067kg/m3 - 0.007kg/m3) / 0.03m
    = 7.2 × 10-9 kg/s

    따라서 정답은 "7.2 × 10-9"이다.
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