9급 지방직 공무원 화학공학일반 필기 기출문제복원 (2010-05-22)

9급 지방직 공무원 화학공학일반 2010-05-22 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 화학공학일반
(2010-05-22 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 물(H2O) 9kg과 수산화나트륨(NaOH) 4 kg으로 이루어져 있는 수용액에서의 NaOH 몰분율은?

  1. 1/6
  2. 1/3
  3. 4/9
  4. 9/4
(정답률: 알수없음)
  • 몰분율은 전체 몰수 대비 특정 성분의 몰수 비율로 계산합니다. 각 성분의 분자량은 $H_{2}O = 18$, $NaOH = 40$ 입니다.
    ① [기본 공식] $X_{NaOH} = \frac{n_{NaOH}}{n_{NaOH} + n_{H_{2}O}}$
    ② [숫자 대입] $X_{NaOH} = \frac{\frac{4000}{40}}{\frac{4000}{40} + \frac{9000}{18}}$
    ③ [최종 결과] $X_{NaOH} = \frac{100}{100 + 500} = \frac{1}{6}$
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2. 화학 반응기에 일산화탄소 14kg이 투입되어 과량의 공기에 의해 이산화탄소로 산화된다. 산화반응이 50% 진행된다고 할 때 생성되는 이산화탄소의 무게[kg]는?

  1. 7
  2. 11
  3. 15
  4. 21
(정답률: 91%)
  • 일산화탄소($CO$)가 이산화탄소($CO_2$)로 산화되는 반응의 화학 양론적 계산 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$m_{CO_2} = m_{CO} \times \frac{M_{CO_2}}{M_{CO}} \times \text{반응률}$$
    ② [숫자 대입]
    $$m_{CO_2} = 14 \times \frac{44}{28} \times 0.5$$
    ③ [최종 결과]
    $$m_{CO_2} = 11$$
    따라서 생성되는 이산화탄소의 무게는 $11\text{ kg}$입니다.
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3. 다음 중 온도 단위에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 절대온도 Kelvin(K)의 1도차 간격의 크기는 섭씨온도(°C)의 그것과 동일하다.
  2. 절대온도 Kelvin(K)의 1도차 간격의 크기는 절대온도 Rankine(°R)의 1도차 간격 크기의 5/9 배이다.
  3. 화씨온도(°F)와 섭씨온도(°C) 사이의 관계는 T(℉)=(9/5)T(℃)+32 이다.
  4. 절대온도 Rankine(°R)과 화씨온도(°F) 사이의 관계식은 T(°R)=T(℉)+459.67 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 온도 단위 간의 간격 관계를 이해하는 문제입니다. Kelvin($K$)과 섭씨($^{\circ}C$)의 1도 간격은 동일하며, Rankine($^{\circ}R$)과 화씨($^{\circ}F$)의 1도 간격 또한 동일합니다. 이때 $1K$의 간격은 $1^{\circ}R$ 간격의 $1.8$배(즉, $9/5$배)입니다. 따라서 $5/9$배라는 설명은 옳지 않습니다.
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4. 일정한 지름을 갖는 매끈한 원통형 관내에 레이놀즈수(Re)가 1,200인 유체가 흐르고 있다. 레이놀즈수 변화에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 유체가 흐르는 관의 지름을 2배로 하면 Re는 1/2 로 감소한다.
  2. 유체의 평균속도를 2배 증가시키면 Re는 2배로 증가한다.
  3. 유체의 밀도를 4배 증가시키면 Re는 4배로 증가한다.
  4. 유체의 점도를 4배 증가시키면 Re는 1/4 로 감소한다.
(정답률: 알수없음)
  • 레이놀즈수($Re$)는 관의 지름에 비례하고 점도에 반비례하는 특성을 가집니다.
    ① [기본 공식]
    $$Re = \frac{\rho v D}{\mu}$$
    ② [숫자 대입]
    $$Re_{new} = \frac{\rho v (2D)}{\mu} = 2Re$$
    ③ [최종 결과]
    $$Re = 2,400$$
    따라서 관의 지름을 2배로 하면 $Re$는 2배로 증가하므로, 1/2로 감소한다는 설명은 틀렸습니다.
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5. 다음 중 분쇄에 필요한 에너지를 구하는데 사용되는 법칙이 아닌 것은 ?

  1. Rittinger 법칙
  2. Kick 법칙
  3. Bond 법칙
  4. Darcy의 법칙
(정답률: 알수없음)
  • 분쇄 에너지 계산에는 입자 크기 변화에 따른 에너지 관계를 정의한 Rittinger 법칙, Kick 법칙, Bond 법칙이 사용됩니다.

    오답 노트
    Darcy의 법칙: 다공성 매질을 통과하는 유체의 유량과 압력 강하 사이의 관계를 나타내는 법칙입니다.
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6. 레이놀즈수(Re)가 1보다 작은 영역에서 구에 대한 항력은 Stokes법칙에 의하여 표현된다. 이때의 항력계수(Cd)를 나타낸 식으로 옳은 것은?

  1. Cd ＝ 48/Re
  2. Cd ＝ 24/Re
  3. Cd ＝ 12/Re
  4. Cd ＝ 6/Re
(정답률: 알수없음)
  • 레이놀즈수가 매우 작은 영역($$Re < 1$$)에서 구에 작용하는 항력은 Stokes 법칙을 따르며, 이때 항력계수는 레이놀즈수에 반비례하는 관계를 가집니다.
    $$C_{d} = \frac{24}{Re}$$
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7. 구형 액적의 지름에 비례하여 작용하는 힘은?

  1. 표면력(surface force)
  2. 압력(pressure)
  3. 중력(gravitational force)
  4. 관성력(inertial force)
(정답률: 알수없음)
  • 표면력(surface force)은 액적의 표면적에 비례하며, 구형 액적의 표면적은 지름의 제곱에 비례하지만, 표면 장력에 의한 힘의 특성상 지름에 비례하는 형태로 작용합니다.
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8. A, B, C의 두께가 동일한 서로 다른 고체물질이 접합되어 복합체를 이루고 있다. 정상상태에서 T1으로부터 T4까지의 온도구배 그림이 아래와 같을 때 각 물질의 열전도도 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. A, B, C 중 A의 열전도도가 가장 크다.
  2. A, B, C 중 B의 열전도도가 가장 크다.
  3. A, B, C 중 C의 열전도도가 가장 크다.
  4. A, B, C의 열전도도가 모두 동일하다.
(정답률: 알수없음)
  • 정상상태에서 동일한 두께의 물질을 통과하는 열유속은 일정합니다. 푸리에 법칙에 따라 온도 구배(기울기)가 완만할수록 열전도도가 큽니다. 그래프에서 A 영역의 기울기가 가장 완만하므로 A의 열전도도가 가장 큽니다.
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9. 두께가 1cm인 석면 벽의 차가운 쪽은 0°C이고 더운 쪽은 100°C이다. 석면의 열전도도는 0°C에서 0.01W/mㆍ℃, 100°C에서 0.02W/mㆍ℃이고, 열전달 면적이 2m2일 경우 석면 벽을 통한 열전달량[W]은? (단, 열전도도는 온도에 따라 선형적으로 변한다)

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 400
(정답률: 58%)
  • 열전도도가 온도에 따라 선형적으로 변할 때, 평균 열전도도를 사용하여 열전달량을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = k_{avg} \times A \times \frac{\Delta T}{L}$
    ② [숫자 대입] $Q = \frac{0.01 + 0.02}{2} \times 2 \times \frac{100 - 0}{0.01}$
    ③ [최종 결과] $Q = 300$
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10. 단일 원통에 수직한 흐름에서 레이놀즈수(Re)가 10～104 범위일 경우 단일 원통에로의 물질 전달과 관련된 개략식은? (단, Sh＝Sherwood 수, Sc＝Schmidt 수이다)

  1. Sh≅h0.6 Re1/2Sc1/3
  2. Sh≅h0.6 Re1/4Sc1/2
  3. Sh≅h0.6 Re2Sc
  4. Sh≅h0.6 ReSc3
(정답률: 알수없음)
  • 단일 원통에 수직한 흐름에서 레이놀즈수 $Re$가 $10 \sim 10^{4}$ 범위일 때, Sherwood 수 $Sh$와 $Re$, $Sc$의 관계를 나타내는 물질 전달 개략식은 다음과 같습니다.
    $$Sh \cong h^{0.6} Re^{1/2} Sc^{1/3}$$
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11. 열전달에 관련된 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 전도에 의한 열전달 속도는 온도차에 비례한다.
  2. 흑체의 총 방사력은 절대온도의 4승에 비례한다.
  3. 전도에 의한 열전달 속도는 열전달 면적에 비례한다.
  4. 일반적으로 기체의 열전도도는 액체의 열전도도보다 크다.
(정답률: 알수없음)
  • 일반적으로 분자 간 거리가 가깝고 밀도가 높은 액체가 기체보다 열전도도가 훨씬 큽니다.

    오답 노트
    전도 속도와 온도차/면적 비례: Fourier의 전도 법칙에 따라 옳은 설명
    흑체 방사력과 절대온도 4승 비례: Stefan-Boltzmann 법칙에 따라 옳은 설명
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12. 다음 중 Henry의 법칙에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 일정한 온도에서 기체 혼합물의 전체 압력은 각 성분 기체의 부분 압력의 합과 같다.
  2. 충분히 묽은 용액에서 용질의 기상 분압은 용액내 그 물질의 몰분율에 비례한다.
  3. 일정한 온도의 고체표면에서 어떤 한 성분의 기체 농도는 기상 중 그 기체의 분압에 비례한다.
  4. 비휘발성 용질을 포함한 용액에서 용매의 부분압은 용매의 몰분율에 비례한다.
(정답률: 알수없음)
  • Henry의 법칙은 충분히 묽은 용액에서 특정 기체의 용해도가 그 기체의 분압에 비례한다는 법칙으로, 용질의 기상 분압이 용액 내 몰분율에 비례함을 의미합니다.

    오답 노트
    각 성분 기체의 부분 압력의 합: Dalton의 법칙
    고체표면 기체 농도와 분압의 비례: 흡착 등온선(Langmuir 등)
    비휘발성 용질 포함 용매의 부분압: Raoult의 법칙
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13. 이성분계 기체 확산계수(DAB)를 구하는 Chapman-Enskog식에서 DAB, 절대온도(K), 압력(atm)의 관계에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. DAB는 절대온도의 0.5승에 반비례하고 압력의 1.5승에 비례한다.
  2. DAB는 절대온도의 3승에 비례하고 압력의 1.5승에 반비례한다.
  3. DAB는 절대온도의 3승에 반비례하고 압력의 3승에 비례한다.
  4. DAB는 절대온도의 1.5승에 비례하고 압력의 1승에 반비례한다.
(정답률: 54%)
  • Chapman-Enskog 식에 따르면 기체 확산계수 $D_{AB}$는 절대온도 $T$의 $1.5$승에 비례하고, 압력 $P$의 $1$승에 반비례하는 관계를 가집니다.
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14. 포화액체 상태로 원료액을 연속 증류탑에 공급하여 100 kgmol/h의 탑위 생성물과 200 kgmol/h의 탑밑 생성물을 얻는다. 환류비를 2.5로 할 경우, 재비기(reboiler)에서 증발시켜야 할 증기의 양[kgmol/h]은? (단, 환류비는 환류와 탑위 생성물과의 비이다)

  1. 150
  2. 250
  3. 350
  4. 550
(정답률: 알수없음)
  • 재비기에서 증발시켜야 할 증기량은 탑 하부에서 올라오는 증기량과 같으며, 이는 환류량과 탑위 생성물량의 합으로 계산됩니다.
    ① [기본 공식] $V = (R \times D) + D$
    ② [숫자 대입] $V = (2.5 \times 100) + 100$
    ③ [최종 결과] $V = 350$
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15. 화학반응 속도가 아레니우스식에 따라 온도에 의존한다고 할 때 반응속도는 어느 식으로 표현될 수 있는가? (단, R은 기체상수, T는 절대온도, Ea는 활성화 에너지이다)

  1. 반응속도∝exp(－RT/Ea)
  2. 반응속도∝exp(－Ea/RT)
  3. 반응속도∝ln(－RT/Ea)
  4. 반응속도∝ln(－Ea/RT)
(정답률: 알수없음)
  • 아레니우스 식은 온도와 반응 속도 상수의 관계를 나타내며, 반응 속도는 활성화 에너지와 절대온도의 곱의 역수에 지수 함수적으로 비례합니다.
    $$k = A \exp(-\frac{E_a}{RT})$$
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16. 화학플랜트를 위한 프로젝트 조직에는 매트릭스(matrix)형 조직과 종할식(task force) 조직이 있다. 매트릭스형 조직은 프로젝트 관리와 전문기술이 매트릭스 형상을 이루는 조직이다. 이러한 매트릭스형 조직의 장점으로 옳지 않은 것은?

  1. 각 분야별로 전문가를 집결시켜 프로젝트 형편에 따라 인원을 기동적으로 배치할 수 있다.
  2. 프로젝트 실시에 관한 책임과 권한이 프로젝트 책임자에게 집중되어 있어, 프로젝트 조직내 지휘계통이 명확하다.
  3. 각종 전문분야에서 축적된 기술을 기반으로 하여 고도의 전문가가 육성된다.
  4. 여러 분야의 전문가들이 모이기 때문에 다양한 아이디어가 제시될 수 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 매트릭스형 조직은 기능 조직과 프로젝트 조직의 특성을 결합한 형태로, 구성원이 두 명의 상사(기능 매니저와 프로젝트 매니저)를 갖는 이중 지휘 체계를 가집니다.

    오답 노트
    프로젝트 책임자에게 권한이 집중되어 지휘계통이 명확하다는 설명은 프로젝트 전담 조직(Task Force)의 특징이며, 매트릭스 조직은 오히려 지휘계통의 혼선이 발생할 수 있다는 단점이 있습니다.
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17. Hagen-Poiseuille식은 유량 혹은 유속과 압력 강하와의 관계를 보여주는 법칙이다. 다음 중 Hagen-Poiseuille식을 적용하기 위한 조건이 아닌 것은?

  1. 정상상태 흐름
  2. 층류 흐름
  3. 완전 발달 흐름
  4. 압축성 유체 흐름
(정답률: 알수없음)
  • Hagen-Poiseuille 식은 점성 유체가 원형 관 내에서 층류로 흐를 때의 압력 강하를 설명하는 식입니다. 이 식은 유체의 밀도가 일정하다는 가정이 필요하므로, 밀도가 변하는 압축성 유체 흐름에는 적용할 수 없습니다.
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18. 다음 중 분체의 입도 분포를 측정하는 방법으로 가장 적절하지 않은 것은?

  1. 침강법
  2. 체질법
  3. 현미경법
  4. 용해법
(정답률: 알수없음)
  • 분체의 입도 분포 측정은 입자의 크기나 모양을 물리적으로 측정하는 방법으로 이루어집니다. 침강법, 체질법, 현미경법은 대표적인 입도 분석법이지만, 용해법은 물질을 녹이는 화학적 공정으로 입자 크기 분포를 측정하는 방법이 아닙니다.
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19. 수소가스가 10mm 두께의 강철벽으로 된 용기에 저장되어 있다. 강철 내부 표면에서 수소의 몰농도가 1 kgmol/m3인 반면, 강철 외부 표면에서의 수소 농도는 무시할 만하다. 강철 내부에서 수소 확산계수는 0.3 × 10-12 m2/s이다. 정상상태에서 강철을 통과하는 수소의 몰 플럭스(flux) [kgmol/sㆍm2]는? (단, 확산저항은 강철 벽에만 있다고 가정한다)

  1. 0.3 × 10-14
  2. 0.6 × 10-14
  3. 0.3 × 10-10
  4. 0.6 × 10-10
(정답률: 알수없음)
  • 픽의 제1법칙(Fick's 1st Law)을 이용하여 정상상태에서의 확산 플럭스를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $J = -D \frac{\Delta C}{\Delta x}$
    ② [숫자 대입] $J = -0.3 \times 10^{-12} \frac{0 - 1}{0.01}$
    ③ [최종 결과] $J = 0.3 \times 10^{-10}$ kgmol/s·m²
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20. 재정적 채무변제 능력의 판단 기준 중 하나로서, 즉시 사용할 수 있는 현금(immediately available cash)을 총 유동부채(current liabilities)로 나눈 값은?

  1. 자본
  2. 현금비율
  3. 유동비율
  4. 자산
(정답률: 64%)
  • 기업의 단기 지급 능력을 평가하는 지표 중, 가장 유동성이 높은 현금성 자산을 유동부채로 나누어 계산하는 비율을 현금비율이라고 합니다.
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