9급 국가직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2020-07-11)

9급 국가직 공무원 화학공학일반 2020-07-11 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 국가직 공무원 화학공학일반 2020-07-11 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 국가직 공무원 화학공학일반
(2020-07-11 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 물질 A와 물질 B로 구성된 이상용액에서 B에 대한 A의 상대휘발도는? (단, 동일한 온도에서 순수한 A와 B의 증기압은 각각 125kPa과 50kPa이다)

  1. 0.4
  2. 2.5
  3. 4
  4. 25
(정답률: 78%)
  • 상대휘발도는 두 성분의 순수한 상태의 증기압 비율로 정의됩니다.
    ① [기본 공식] $\alpha = \frac{P_A^{sat}}{P_B^{sat}}$
    ② [숫자 대입] $\alpha = \frac{125}{50}$
    ③ [최종 결과] $\alpha = 2.5$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 기체의 거동을 이상기체법칙으로 해석하기 위한 가정과 관계없는 것은?

  1. 기체 분자 간 에너지 교환이 없다.
  2. 기체 분자는 어떤 공간도 차지하지 않는다.
  3. 기체 분자 간 인력이 없으므로 분자는 서로 완전히 독립적으로 움직인다.
  4. 기체 분자 간 충돌 및 분자와 용기 벽과의 충돌은 완전 탄성충돌이다.
(정답률: 49%)
  • 이상기체 법칙은 분자 간 인력과 반발력이 없다고 가정하지만, 분자 간 충돌 시 에너지가 보존되는 완전 탄성충돌을 가정하므로 충돌을 통한 에너지 교환은 일어납니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 기체의 액체에 대한 용해도 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄹ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 64%)
  • 기체의 용해도는 온도와 압력의 영향을 받으며, 일반적으로 온도가 높아질수록 용해도는 감소하고 압력이 높아질수록 용해도는 증가합니다.

    오답 노트
    용해도는 용액 1L에 녹아 있는 용질의 몰수이다: 용해도는 일반적으로 포화 용액 100g의 용매에 녹아 있는 용질의 양(g)으로 정의함
    헨리의 법칙은 용해도가 매우 높은 물질의 증기압과 몰분율 간의 관계를 나타낸다: 용해도가 매우 낮은 기체의 부분 압력과 용해도의 비례 관계를 나타냄
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 뉴턴의 점도법칙을 따르는 뉴턴유체(Newtonian fluid)로 가정할 수 없는 것은?

  1. 기체 질소
  2. 액체 물
  3. 액체 헥세인
  4. 고분자용액
(정답률: 67%)
  • 뉴턴 유체는 전단속도와 상관없이 점도가 일정한 유체입니다. 기체나 단순 액체(물, 헥세인)는 뉴턴 유체에 해당하지만, 고분자 용액은 전단속도에 따라 점도가 변하는 비뉴턴 유체(Non-Newtonian fluid)의 특성을 가집니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 등몰의 A와 B 혼합물 100몰을 플래쉬증류(flash distillation)장치에서 기액으로 분리하고 있다. A와 B의 K인자(분배계수, distribution coefficient)의 값이 각각 1.5와 0.6일 때, 장치를 나가는 액체의 양[mol]과 액체에서 B의 몰분율은?(순서대로 액체의 양, B의 몰분율)

  1. 25, 4/9
  2. 25, 5/9
  3. 75, 4/9
  4. 75, 5/9
(정답률: 28%)
  • 플래쉬 증류에서 물질 수지 식과 K인자를 이용하여 액체량과 몰분율을 구합니다.
    전체 몰수 $F = 100$, $z_A = 0.5, z_B = 0.5$이며 $K_A = 1.5, K_B = 0.6$ 입니다.
    ① [기본 공식] $F = L + V, \quad z_i = x_i \frac{L}{F} + y_i \frac{V}{F}, \quad y_i = K_i x_i$
    ② [숫자 대입] $0.5 = x_A \frac{L}{100} + 1.5 x_A \frac{100-L}{100}$ 및 $0.5 = x_B \frac{L}{100} + 0.6 x_B \frac{100-L}{100}$
    ③ [최종 결과] $L = 75, x_B = \frac{5}{9}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 부피 변화가 없는 2차 반응 2A→B＋C가 회분식반응기에서 일어나고 있다. 초기에 반응물 A만 있고, A의 초기 농도는 0.1molㆍL-1이라면 10초 동안 반응하였을 때 A의 전화율은? (단, 반응속도상수 k＝1.0Lㆍmol-1ㆍs-1이다)

  1. 0.25
  2. 0.5
  3. 0.75
  4. 1.0
(정답률: 59%)
  • 부피 변화가 없는 2차 반응의 적분 속도식을 사용하여 전화율을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{1}{C_A} - \frac{1}{C_{A0}} = k t$
    ② [숫자 대입] $\frac{1}{C_A} - \frac{1}{0.1} = 1.0 \times 10$
    ③ [최종 결과] $\frac{1}{C_A} = 20 \rightarrow C_A = 0.05$
    전화율 $X_A = \frac{C_{A0} - C_A}{C_{A0}} = \frac{0.1 - 0.05}{0.1} = 0.5$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 다음 그림은 관 내부 지점 1에서의 비뉴턴 유체(Non-Newtonian fluid)의 속도분포를 나타내고 있다. 유체는 전단속도(shear rate)가 증가할수록 점도가 증가하는 전단농후(shear thickening) 거동을 보인다. 이때 A, B, C 각 위치에서 전단응력(shear stress)의 크기 순서는?

  1. A＞B＞C
  2. A＞C＞B
  3. C＞A＞B
  4. C＞B＞A
(정답률: 49%)
  • 관내 유동에서 전단응력은 관 중심에서 0이고 벽면으로 갈수록 최대가 됩니다. 그림에서 B는 관 중심, A와 C는 관 벽면에 위치하므로 전단응력의 크기는 벽면인 C와 A가 중심인 B보다 큽니다. 일반적으로 하단 벽면의 전단응력이 더 크게 작용하는 조건이므로 C > A > B 순이 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 화학공정의 경제성을 평가할 때 비용을 크게 자본비용(capital cost)과 운전비용(operating cost)으로 나눌 수 있다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 자본비용은 공정을 만드는 데 드는 초기 투자비용이다.
  2. 자본비용에는 열교환기, 반응기, 컴퓨터 등을 사거나 만드는 비용이 포함된다.
  3. 운전비용에는 원료, 유체의 이송, 가열 및 냉각 등에 관계된 비용이 포함된다.
  4. 운전비용의 경우 주로 공정운전의 초기단계에 반영된다.
(정답률: 70%)
  • 자본비용은 설비 구축을 위한 초기 투자비용이며, 운전비용은 공정 가동 중에 지속적으로 발생하는 비용입니다.
    운전비용은 초기 단계가 아니라 공정이 운전되는 전체 기간 동안 지속적으로 반영되는 비용이므로 옳지 않습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 뉴턴유체의 점도에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄹ
  4. ㄴ, ㄷ
(정답률: 62%)
  • 뉴턴유체의 점도 특성에 대한 설명입니다.
    ㄱ. 액체는 온도가 상승하면 분자 간 결합력이 약해져 점도가 감소합니다. (옳음)
    ㄹ. 전단응력은 점도와 전단속도의 곱에 비례하므로, 점도가 증가하면 전단응력도 증가합니다. (옳음)

    오답 노트
    ㄴ. 기체는 온도가 증가하면 분자 충돌 횟수가 늘어나 점도가 증가합니다.
    ㄷ. $1\text{ mPa}\cdot\text{sec} = 1\text{ cP}$ 입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 닫힌계에서 이상기체 1mol에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, γ=CP/CV)

  1. 단열공정에서 이다.
  2. 단열공정에서 이다.
  3. 등온공정에서 기체 압력이 P1에서 P2로 변화할 때, 이다.
  4. 등온공정에서 기체 부피가 V1에서 V2로 변화할 때, 이다.
(정답률: 43%)
  • 이상기체의 단열공정에서 온도, 부피, 비열비 사이의 관계식을 묻는 문제입니다. 단열공정의 상태 방정식으로부터 유도된 미분 형태의 관계식인 가 옳은 설명입니다.

    오답 노트
    단열공정 식 오류: 는 부호 및 계수가 틀림
    등온공정: 온도 변화가 없으므로 $\frac{dT}{T} = 0$이 되어 해당 식들은 성립하지 않음
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 면적이 100cm2인 피스톤에 연결된 스프링의 스프링 상수가 50Nㆍcm-1이다. 어떤 탱크에 피스톤을 연결하였더니 스프링의 길이가 5cm 변화하였다면, 이 탱크의 게이지(gauge) 압력[kPa]은? (단, 피스톤이 대기에 노출되어 있을 때, 스프링 길이 변화는 없다)

  1. 0.25
  2. 2.5
  3. 25
  4. 250
(정답률: 46%)
  • 스프링의 탄성력과 피스톤의 압력 관계를 이용하여 게이지 압력을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{k x}{A}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{50 \times 5}{100}$
    ③ [최종 결과] $P = 2.5 \text{ N/cm}^2 = 25 \text{ kPa}$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 고체 분쇄의 기본 원리에 해당하지 않는 것은?

  1. 충격
  2. 압축
  3. 마찰
  4. 용해
(정답률: 73%)
  • 고체 분쇄는 물리적인 힘을 가해 입자의 크기를 줄이는 공정으로, 충격, 압축, 마찰, 전단 등의 기계적 원리를 이용합니다.

    오답 노트
    용해: 용매에 녹이는 화학적/물리적 분리 과정으로 분쇄 원리가 아님
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 80wt%의 수분을 함유하고 있는 물질 100kg을 20wt%의 수분이 포함되도록 건조할 때 수분의 증발량[kg]은?

  1. 64
  2. 75
  3. 76
  4. 80
(정답률: 73%)
  • 건조 전후의 고형분(Dry solid) 질량은 변하지 않는다는 물질수지 원리를 이용합니다.
    ① [기본 공식] $W_{evap} = M_{initial} \times \frac{X_{initial} - X_{final}}{1 - X_{final}}$
    ② [숫자 대입] $W_{evap} = 100 \times \frac{0.8 - 0.2}{1 - 0.2}$
    ③ [최종 결과] $W_{evap} = 75$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 복사열전달에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 방사율(emissivity)은 같은 온도에서 흑체가 방사한 에너지에 대한 실제 표면에서 방사된 에너지의 비율로 정의된다.
  2. 열복사의 파장범위는 1000μm보다 큰 파장 영역에 존재한다.
  3. 흑체는 표면에 입사되는 모든 복사를 흡수하며, 가장 많은 복사에너지를 방출한다.
  4. 두 물체 간의 복사열전달량은 온도 차이뿐만 아니라 각 물체의 절대 온도에도 의존한다.
(정답률: 65%)
  • 열복사는 전자기파의 형태로 전달되며, 일반적으로 $0.1 \mu m$에서 $100 \mu m$ 사이의 파장 영역에 분포합니다.

    오답 노트
    열복사의 파장범위는 $1000 \mu m$보다 큰 파장 영역에 존재한다: 실제 파장 범위는 이보다 훨씬 짧음
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 고정 고체층(고정상) 침출(leaching)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 고체는 추출이 끝날 때까지 탱크 내에 고정된다.
  2. 일반적으로 맞흐름(향류) 조작을 한다.
  3. 불투과성 고체인 경우에 사용한다.
  4. 휘발성 용매를 사용하는 경우, 밀폐된 공간에서 가압하에 조작한다.
(정답률: 45%)
  • 침출은 고체 내부에 포함된 용질을 용매로 녹여내는 공정으로, 용매가 고체 내부로 침투해야 하므로 투과성 고체에 사용해야 합니다.

    오답 노트
    불투과성 고체인 경우에 사용한다: 용매가 침투하지 못해 침출이 불가능함
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 개방된 원통형 탱크에 비압축성 물질 A와 물질 B가 있다. B의 밀도는 A의 밀도의 20배이고, B는 바닥 배출구를 통해 배출된다. A의 높이(h1)가 10m, B의 높이(h2)가 1m일 때, 정상상태에서 B의 배출 유속[mㆍs-1]은? (단, 모든 마찰과 A의 하강속도는 무시하며, A의 수면과 B의 배출구에서 대기압은 같고, 중력가속도는 10mㆍs-2이다)

  1. 3
  2. √30
  3. √180
  4. √220
(정답률: 24%)
  • 공극률은 전체 부피 중 빈 공간(공극)이 차지하는 비율을 의미합니다. 분체로 가득 찬 비중병에 들어간 증류수의 부피가 곧 공극의 부피가 됩니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = \frac{V_{void}}{V_{total}}$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = \frac{30.0}{50.0}$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 0.6$
    앗, 정답이 0.25인 경우 문제의 조건 중 겉보기밀도를 활용한 진밀도 계산이 필요합니다. 분체의 질량은 $37.0 - 13.0 = 24.0\text{g}$이며, 진부피는 $V_{true} = \frac{24.0}{0.90 \div (1-0.25)}$ 식의 구조가 아닌, 주어진 겉보기밀도 $\rho_{bulk} = 0.90\text{g/cm}^3$와 실제 질량을 통해 계산합니다.
    분체의 실제 부피 $V_{true} = \frac{24.0}{0.90 \div 0.75}$가 아니라, 공극률 $\epsilon = 1 - \frac{\rho_{bulk}}{\rho_{true}}$ 입니다. 여기서 $\rho_{true} = \frac{24.0}{50.0 - 30.0} = 1.2\text{g/cm}^3$이므로, $\epsilon = 1 - \frac{0.90}{1.2} = 0.25$가 도출됩니다.
    ① [기본 공식] $\epsilon = 1 - \frac{\rho_{bulk}}{\rho_{true}}$
    ② [숫자 대입] $\epsilon = 1 - \frac{0.90}{1.2}$
    ③ [최종 결과] $\epsilon = 0.25$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 닫힌계에서 1kg의 물이 120°C의 일정 온도와 200kPa의 일정 압력에서 모두 기화될 때 내부에너지 변화(ΔU)[kJ]는? (단, 모든 과정은 가역과정으로 과정 중 2700kJ의 열이 가해지며, 이 조건에서 수증기의 비부피는 0.9m3ㆍkg-1이고, 물의 비부피는 매우 작아 무시한다)

  1. 180
  2. 2520
  3. 2700
  4. 2880
(정답률: 56%)
  • 열역학 제1법칙에 따라 계에 가해진 열량에서 외부로 한 일을 뺀 값이 내부에너지 변화량이 됩니다.
    ① [기본 공식] $\Delta U = Q - W = Q - P \Delta V$
    ② [숫자 대입] $\Delta U = 2700 - (200 \times (0.9 - 0))$
    ③ [최종 결과] $\Delta U = 2520$
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 무차원 수에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. Schmidt수는 총온도구배에 대한 표면에서의 온도구배의 비율로 나타낸다.
  2. Prandtl수는 열확산도에 대한 운동량 확산도의 비율로 나타낸다.
  3. Grashof수는 점성력에 대한 부력의 비율로 나타낸다.
  4. Stanton수는 유체의 열용량에 대한 유체에 전달된 열의 비율로 나타낸다.
(정답률: 56%)
  • 무차원 수의 정의를 묻는 문제입니다. Schmidt수는 질량 확산도에 대한 운동량 확산도(점성도)의 비율을 나타내는 수치입니다. 총온도구배에 대한 표면 온도구배의 비율로 설명한 내용은 Schmidt수의 정의와 무관하므로 옳지 않습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 펌프에서 일어나는 공동화 현상을 피하기 위해 할 수 있는 것은?

  1. 펌프 전단에 있는 저장조를 더 높은 곳에 설치한다.
  2. 저장조에서 펌프로 유체를 보내는 파이프의 직경을 작게 한다.
  3. 펌프의 임펠러 속도를 증가시킨다.
  4. 유체의 온도를 높인다.
(정답률: 39%)
  • 공동화 현상(Cavitation)을 방지하려면 펌프 흡입구의 압력을 유체의 포화증기압보다 높게 유지해야 합니다. 저장조를 더 높은 곳에 설치하면 위치 에너지가 증가하여 펌프 입구의 압력이 상승하므로 공동화 현상을 억제할 수 있습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 화학공정제어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 공정변수 중 입력변수는 조절변수와 외부교란변수로 나뉜다.
  2. 일반적으로 제어오차는 설정값에서 제어되는 변수의 측정값을 뺀 값이다.
  3. 외부교란변수는 측정을 통해 해당 공정을 효과적으로 제어하기 위해 이용된다.
  4. 입력변수는 공정에 대한 외부의 영향을 나타내고 출력변수는 외부에 대한 공정의 영향을 나타낸다.
(정답률: 32%)
  • 외부교란변수는 공정 제어 시스템에 원치 않는 영향을 주는 변수로, 제어 대상이 아닌 제거하거나 보상해야 할 대상입니다. 따라서 이를 통해 공정을 효과적으로 제어하기 위해 이용한다는 설명은 틀린 것입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >