9급 국가직 화학공학일반 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

13년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

13년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

점도(viscosity)의 단위가 아닌 것은?

1Nㆍs²ㆍm^－2

2kgㆍs^-1ㆍm^－1

3cP

4Paㆍs

정답 및 해설

점도 단위가 아닌 것은 N· $s^{2}$ ·m⁻²이다.

점도의 SI 단위는 Pa·s = N·s·m⁻² = kg·m⁻¹·s⁻¹로, 초(s)의 지수가 1이어야 한다.

kg·s⁻¹·m⁻¹: Pa·s를 기본단위로 풀어 쓴 것이다.
cP: 센티푸아즈(10⁻³ Pa·s)로 점도 단위다.
Pa·s: 점도의 SI 단위다.

문제 2

타일러(Tyler) 표준체(standard sieve)의 규격에서 200메시(mesh) 체의 경우 1 in² 안에 있는 체 구멍의 수는?

1200

2400

320,000

440,000

정답 및 해설

200 mesh 체의 1 $\mathrm{in}^{2}$ 에는 40,000개의 구멍이 있다. mesh는 1 in 길이당 구멍 수이므로 면적당 수는 제곱이 된다.

$200\times200=40000$

200: 길이당 구멍 수를 그대로 쓴 값이다.
400: 제곱 계산(200 × 200)과 맞지 않는다.
20,000: 제곱 계산값의 절반으로 맞지 않는다.

문제 3

유체가 역류하는 것을 막는 데 사용하는 밸브는?

1게이트 밸브(gate valve)

2체크 밸브(check valve)

3코크 밸브(cock valve)

4글로브 밸브(globe valve)

정답 및 해설

역류를 막는 밸브는 체크 밸브다.

정방향 흐름에서만 열리고 역방향 압력이 걸리면 자동으로 닫힌다.

게이트 밸브: 유로 개폐용이다.
코크 밸브: 마개를 돌려 유로를 여닫는다.
글로브 밸브: 유량 조절용이다.

문제 4

1.0M NaOH 수용액 200 mL와 2.4M NaOH 수용액 500 mL를 혼합한 NaOH 수용액의 몰농도[M]는? (단, NaOH 수용액은 이상용액이다)

11.2

21.6

32.0

42.2

정답 및 해설

혼합 용액의 몰농도는 2.0 M이다. 이상용액이므로 부피가 단순 합산되고, NaOH 몰수를 더해 전체 부피로 나눈다.

$n=1.0\times0.2+2.4\times0.5=0.2+1.2=1.4\,\mathrm{mol}$
$C=\dfrac{1.4}{0.2+0.5}=2.0\,\mathrm{M}$

농도를 단순 평균(1.7 M)하면 안 되고 부피 가중해야 한다.

문제 5

화학공업 경제성 분석에서 손익분기점(break-even point)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1총생산비와 총수입 직선의 교점으로 나타낸다.

2생산속도와 운전시간 비용을 고려하여 구한다.

3생산용량과 판매 수요량을 조절하는 기준으로 사용한다.

4생산활동에 사용된 자산의 소비를 나타내어 제조원가에 반영 할 때 활용한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 생산활동에 사용된 자산의 소비를 제조원가에 반영할 때 활용한다는 진술이다.

이는 손익분기점이 아니라 감가상각에 대한 설명이다.

총생산비 직선과 총수입 직선의 교점: 손익분기점의 정의다.
생산속도와 운전시간 비용을 고려해 구함: 고정비·변동비를 생산량 함수로 놓고 구한다.
생산용량과 판매 수요량 조절의 기준: 최소 생산·판매량의 기준이 된다.

문제 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?

13억

22억 5천만

32억

41억 5천만

정답 및 해설

최소 매각 가격은 2억 5천만 원이다. 투자액 10억 원 중 5년간 회수한 금액을 빼면 손해를 보지 않기 위해 매각으로 회수해야 할 금액이 나온다.

연 감가상각액: $\dfrac{10}{10}=1$ 억 원 → 5년간 5억 원 회수
추가이익: $0.5\times5=2.5$ 억 원

미회수액 = 10 − 5 − 2.5 = 2.5억 원. 추가이익은 감가상각비를 비용으로 뺀 뒤의 이익이므로, 감가상각으로 적립된 금액과 추가이익을 모두 회수액으로 본다.

문제 7

기체의 상태법칙에 대한 내용으로 옳지 않은 것은?

1온도가 일정할 때, 이상기체의 부피는 절대압력에 반비례한다.

2압력이 일정할 때, 일정량의 이상기체가 차지하는 부피는 온도가 1°C씩 상승함에 따라 25°C 때의 부피보다 1/273.15 만큼씩 증가한다.

3일정온도에서 이상기체 혼합물의 전체압력은 각 성분의 부분압력을 합한 것과 같다.

4대응상태 원리에 따르면, 동일한 환산온도와 환산압력에서는 모든 기체의 압축인자는 근사적으로 같다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 1℃ 상승마다 25℃ 때의 부피보다 1/273.15씩 증가한다는 진술이다. 샤를 법칙의 기준은 0℃ 때의 부피다.

$V_t=V_0\left(1+\dfrac{t}{273.15}\right)$

온도 일정 시 부피는 절대압력에 반비례: 보일 법칙이다.
전체 압력 = 성분 분압의 합: 돌턴 분압 법칙이다.
같은 환산온도·환산압력에서 압축인자가 근사적으로 같음: 대응상태 원리다.

문제 8

다음 그림의 엔진 cycle에서 열이 엔진으로 들어오는 구간들로만 모은 것은? (단, P는 압력, V는 부피, 구간 1→2와 구간 4→5는 등엔트로피 과정들이다)

11→2, 4→5

22→3, 3→4

32→3, 5→1

43→4, 4→5

정답 및 해설

열이 들어오는 구간은 2→3과 3→4이다. 그림은 정적가열과 정압가열이 이어지는 복합(사바테) 사이클이다.

2→3은 부피 일정한 채 압력이 오르는 정적 가열, 3→4는 압력 일정한 채 부피가 커지는 정압 가열이다.

1→2와 4→5: 등엔트로피(가역 단열) 과정이라 열 출입이 없다.
5→1: 부피 일정한 채 압력이 떨어지는 정적 방열 과정으로 열이 나간다.

문제 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)

136.7

243.2

346.7

474.0

정답 및 해설

생성된 이산화탄소는 약 36.7 kg이다. 탄소 수지로 생성물 총질량을 구한다.

생성물 총질량을 M이라 하면 탄소 몰수:
$\dfrac{0.44M}{44}+\dfrac{0.56M}{28}=0.01M+0.02M=0.03M$
$0.03M=\dfrac{30}{12}=2.5\;\Rightarrow\;M=83.3\,\mathrm{kg}$

$CO_2=0.44\times83.3=36.7\,\mathrm{kg}$ . 투입 탄소가 모두 C $\mathrm{O}_{2}$ 와 CO로 가므로 탄소 원자 수지가 기준이다.

문제 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)

1200

2216

3220

4256

정답 및 해설

손실 열량은 220 kcal/hr· $m^{2}$ 이다. 직렬 평면벽은 각 층 저항을 더한다.

$\dfrac{L_1}{k_1}+\dfrac{L_2}{k_2}=\dfrac{0.33}{1.1}+\dfrac{0.13}{0.13}=0.3+1.0=1.3$

$\dfrac{q}{A}=\dfrac{316-30}{1.3}=\dfrac{286}{1.3}=220\,\mathrm{kcal\,hr^{-1}\,m^{-2}}$ . 저항 대부분이 얇지만 열전도도가 작은 석면층에 있다.

문제 11

분리조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1기상 중 입자가 부유하는 상태를 에어로졸(aerosol)이라 한다.

2액상 중 입자가 부유하는 상태를 서스펜션(suspension)이라 한다.

3기체 중에 부유하고 있는 고체나 액체의 입자를 포집하는 조작을 집진이라 한다.

4원심력에 의해 입자를 분리하는 대표적인 장치는 스크러버(scrubber)이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 원심력으로 입자를 분리하는 대표 장치가 스크러버라는 진술이다.

원심력 분리의 대표 장치는 사이클론이고, 스크러버는 세정액으로 입자를 포집한다.

기상 중 부유 입자 상태는 에어로졸: 정의다.
액상 중 부유 입자 상태는 서스펜션: 정의다.
기체 중 부유 입자를 포집하는 조작은 집진: 정의다.

문제 12

점토의 진밀도가 2.0 g/cm³이고 겉보기밀도가 1.2 g/cm³일 때, 공극률은?

10.8

20.6

30.4

40.2

정답 및 해설

공극률은 0.4이다. 공극률은 겉보기 부피 중 빈 공간이 차지하는 비율이다.

$\varepsilon=1-\dfrac{\rho_{bulk}}{\rho_{true}}=1-\dfrac{1.2}{2.0}=0.4$

겉보기밀도가 진밀도의 60%이므로 나머지 40%가 공극이다.

문제 13

화학공정을 제어하기 위해서는 각종 신호를 빨리 피드백해 주는 제어기가 필수적이다. 온도 제어와 관련된 다양한 제어 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1미분 제어기는 온도 편차의 변화속도에 비례하여 조작되지만 잔류편차를 제거하지는 않는다.

2비례－적분 제어기는 온도 제어에 많은 시간이 소요될 수 있다.

3비례－미분 제어기는 온도가 과도하게 상승하는 것을 막을 수 있다.

4비례－적분－미분 제어기를 사용하면 과도한 온도상승 억제와 빠른 안정화를 동시에 이룰 수 있다.

정답 및 해설

비례－미분(PD) 제어기는 온도 편차의 변화율을 이용해 과도한 변동을 줄이고 응답을 안정화하지만, 온도가 과도하게 상승하는 것을 직접 막는 기능은 없다. 미분 제어는 잔류편차를 제거하지 않으며, 과도한 온도상승 억제와 빠른 안정화는 비례－적분－미분(PID) 제어에서 기대할 수 있다.

문제 14

2A+B →3C인 기초반응(elementary reaction)에 대해 동일한 온도에서 A의 농도를 2배 증가시키고 B의 농도를 반으로 감소시킬 때, 반응속도는?

1반으로 감소한다.

22배 증가한다.

34배 증가한다.

4변하지 않는다.

정답 및 해설

반응속도는 2배 증가한다. 기초반응은 반응식의 계수가 곧 반응 차수다.

$-r=kC_A^2C_B$
$\dfrac{r_2}{r_1}=2^2\times\dfrac{1}{2}=2$

A의 2차 효과(4배)와 B의 1차 효과(1/2배)를 곱한다.

문제 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.)

4판단하기 어렵다.

정답 및 해설

열전도도가 가장 큰 물질은 C다. 정상상태 직렬 벽에서는 모든 층을 지나는 열유속이 같으므로, 온도 기울기가 완만한 층일수록 열전도도가 크다.

$q=-k\dfrac{dT}{dx}=\mathrm{const}\;\Rightarrow\;k\propto\dfrac{1}{|dT/dx|}$

그림에서 같은 두께당 온도 강하가 A에서 가장 크고 C에서 가장 작다( $\mathrm{T}_{3}$ 에서 $\mathrm{T}_{4}$ 로 거의 평탄). 따라서 C > B > A 순으로 열전도도가 크다.

A: 온도 기울기가 가장 급해 열전도도가 가장 작다.
B: 온도 기울기가 A와 C의 중간이라 열전도도도 중간이다.
판단하기 어렵다: 열유속이 일정하다는 조건만으로 기울기 비교가 가능하다.

문제 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)

정답 및 해설

올바른 온도 분포는 위쪽에 수평선(응축 증기 온도 일정), 아래쪽에 위치에 따라 상승하는 곡선(피가열 유체)인 그림이다.

응축하는 포화 증기는 잠열만 내놓으므로 열교환기 전 길이에서 온도가 일정하다. 이 경우 병류와 향류의 구분이 의미가 없고, 찬 유체는 증기 온도에 점근하며 데워진다.

두 유체 온도가 모두 직선으로 변하는 그림: 두 유체 모두 현열 교환하는 향류의 모습이다.
두 유체 온도가 모두 곡선으로 변하는 그림: 현열 교환 병류의 모습이다.
아래쪽이 수평선인 그림: 찬 쪽 유체가 끓는(비등) 경우로, 응축 증기가 고온 측인 상황과 다르다.

문제 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)

1120

2420

3540

4800

정답 및 해설

기체상의 전체 압력은 420 mmHg이다. 같은 질량이므로 분자량으로 몰분율을 구한 뒤 라울 법칙을 적용한다.

질량 180 g씩: $n_A=\dfrac{180}{60}=3$ , $n_B=\dfrac{180}{90}=2$
$x_A=0.6$ , $x_B=0.4$

$P=0.6\times500+0.4\times300=300+120=420\,\mathrm{mmHg}$ . 질량이 같아도 분자량이 작은 A의 몰분율이 더 크다.

문제 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?

150

275

3100

4125

정답 및 해설

지름 2 cm 배관의 유속은 100 cm/s이다. 질량유량을 밀도로 나눠 부피유량을 구한다.

$Q=\dfrac{157}{0.5}=314\,\mathrm{cm^3\,s^{-1}}$
$A=\dfrac{\pi}{4}(2)^2=3.14\,\mathrm{cm^2}$
$V=\dfrac{314}{3.14}=100\,\mathrm{cm\,s^{-1}}$

지름 1 cm 구간 정보는 연속식상 필요 없다.

문제 19

이상적인 유동층(fluidized bed) 반응기의 조작에 있어서 유속(v)과 반응기 내부 압력강하(△P)와의 관계를 옳게 나타낸 그림은?

정답 및 해설

올바른 그림은 유속에 따라 압력강하가 증가하다가 일정값에서 수평이 되는 그래프다.

최소유동화 속도 전까지는 고정층이라 유속이 커질수록 ΔP가 증가한다. 유동화가 시작되면 ΔP가 층의 단위 면적당 유효 무게와 같아져 유속을 높여도 더 이상 변하지 않는다.

계속 가파르게 증가하는 곡선: 유동화되지 않는 고정층의 거동이다.
증가 후 감소하는 곡선: 이상적 유동층의 일정 압력강하와 다르다.
원점을 지나는 직선: 고정층 층류 구간만 연장한 모양이다.

문제 20

A→B 반응이 2차 반응일 때, 속도상수를 결정하는 과정에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, C_A는 A의 농도이며, A의 초기 농도는 C_A0이다)

1반응시간 경과에 따른

의 변화를 그래프로 나타내면 원점을 지나는 직선으로 표시된다.

2반응시간 경과에 따른

의 변화를 그래프로 나타낼 때, 직선으로 표시되며 직선의 기울기는 속도상수에 해당된다.

3반응시간 경과에 따른 1/C_A의 변화를 그래프로 나타내면 원점을 지나는 직선으로 표시된다.

4반응시간 경과에 따른 1/C_A의 변화를 그래프로 나타낼 때, 직선으로 표시되며 직선의 기울기는 속도상수에 해당된다.

정답 및 해설

옳은 설명은 1/ $\mathrm{C}_{A}$ 를 시간에 대해 그리면 직선이 되고 기울기가 속도상수라는 것이다.

$-\dfrac{dC_A}{dt}=kC_A^2\;\Rightarrow\;\dfrac{1}{C_A}=\dfrac{1}{C_{A0}}+kt$

절편이 $1/C_{A0}$ 이므로 직선은 원점을 지나지 않는다.

−ln( $\mathrm{C}_{A}$ / $\mathrm{C}_{A0}$ )가 원점을 지나는 직선: 1차 반응의 적분형이다.
−ln( $\mathrm{C}_{A}$ / $\mathrm{C}_{A0}$ ) 직선의 기울기가 속도상수: 역시 1차 반응에 해당한다.
1/ $\mathrm{C}_{A}$ 가 원점을 지나는 직선: 절편 1/ $\mathrm{C}_{A0}$ 를 무시했다.

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13년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

점도(viscosity)의 단위가 아닌 것은?

1Nㆍs²ㆍm^－2

2kgㆍs^-1ㆍm^－1

3cP

4Paㆍs

정답 및 해설

점도 단위가 아닌 것은 N· $s^{2}$ ·m⁻²이다.

점도의 SI 단위는 Pa·s = N·s·m⁻² = kg·m⁻¹·s⁻¹로, 초(s)의 지수가 1이어야 한다.

kg·s⁻¹·m⁻¹: Pa·s를 기본단위로 풀어 쓴 것이다.
cP: 센티푸아즈(10⁻³ Pa·s)로 점도 단위다.
Pa·s: 점도의 SI 단위다.

문제 2

타일러(Tyler) 표준체(standard sieve)의 규격에서 200메시(mesh) 체의 경우 1 in² 안에 있는 체 구멍의 수는?

1200

2400

320,000

440,000

정답 및 해설

200 mesh 체의 1 $\mathrm{in}^{2}$ 에는 40,000개의 구멍이 있다. mesh는 1 in 길이당 구멍 수이므로 면적당 수는 제곱이 된다.

$200\times200=40000$

200: 길이당 구멍 수를 그대로 쓴 값이다.
400: 제곱 계산(200 × 200)과 맞지 않는다.
20,000: 제곱 계산값의 절반으로 맞지 않는다.

문제 3

유체가 역류하는 것을 막는 데 사용하는 밸브는?

1게이트 밸브(gate valve)

2체크 밸브(check valve)

3코크 밸브(cock valve)

4글로브 밸브(globe valve)

정답 및 해설

역류를 막는 밸브는 체크 밸브다.

정방향 흐름에서만 열리고 역방향 압력이 걸리면 자동으로 닫힌다.

게이트 밸브: 유로 개폐용이다.
코크 밸브: 마개를 돌려 유로를 여닫는다.
글로브 밸브: 유량 조절용이다.

문제 4

1.0M NaOH 수용액 200 mL와 2.4M NaOH 수용액 500 mL를 혼합한 NaOH 수용액의 몰농도[M]는? (단, NaOH 수용액은 이상용액이다)

11.2

21.6

32.0

42.2

정답 및 해설

혼합 용액의 몰농도는 2.0 M이다. 이상용액이므로 부피가 단순 합산되고, NaOH 몰수를 더해 전체 부피로 나눈다.

$n=1.0\times0.2+2.4\times0.5=0.2+1.2=1.4\,\mathrm{mol}$
$C=\dfrac{1.4}{0.2+0.5}=2.0\,\mathrm{M}$

농도를 단순 평균(1.7 M)하면 안 되고 부피 가중해야 한다.

문제 5

화학공업 경제성 분석에서 손익분기점(break-even point)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1총생산비와 총수입 직선의 교점으로 나타낸다.

2생산속도와 운전시간 비용을 고려하여 구한다.

3생산용량과 판매 수요량을 조절하는 기준으로 사용한다.

4생산활동에 사용된 자산의 소비를 나타내어 제조원가에 반영 할 때 활용한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 생산활동에 사용된 자산의 소비를 제조원가에 반영할 때 활용한다는 진술이다.

이는 손익분기점이 아니라 감가상각에 대한 설명이다.

총생산비 직선과 총수입 직선의 교점: 손익분기점의 정의다.
생산속도와 운전시간 비용을 고려해 구함: 고정비·변동비를 생산량 함수로 놓고 구한다.
생산용량과 판매 수요량 조절의 기준: 최소 생산·판매량의 기준이 된다.

문제 6

13억

22억 5천만

32억

41억 5천만

정답 및 해설

최소 매각 가격은 2억 5천만 원이다. 투자액 10억 원 중 5년간 회수한 금액을 빼면 손해를 보지 않기 위해 매각으로 회수해야 할 금액이 나온다.

연 감가상각액: $\dfrac{10}{10}=1$ 억 원 → 5년간 5억 원 회수
추가이익: $0.5\times5=2.5$ 억 원

문제 7

기체의 상태법칙에 대한 내용으로 옳지 않은 것은?

1온도가 일정할 때, 이상기체의 부피는 절대압력에 반비례한다.

2압력이 일정할 때, 일정량의 이상기체가 차지하는 부피는 온도가 1°C씩 상승함에 따라 25°C 때의 부피보다 1/273.15 만큼씩 증가한다.

3일정온도에서 이상기체 혼합물의 전체압력은 각 성분의 부분압력을 합한 것과 같다.

4대응상태 원리에 따르면, 동일한 환산온도와 환산압력에서는 모든 기체의 압축인자는 근사적으로 같다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 1℃ 상승마다 25℃ 때의 부피보다 1/273.15씩 증가한다는 진술이다. 샤를 법칙의 기준은 0℃ 때의 부피다.

$V_t=V_0\left(1+\dfrac{t}{273.15}\right)$

온도 일정 시 부피는 절대압력에 반비례: 보일 법칙이다.
전체 압력 = 성분 분압의 합: 돌턴 분압 법칙이다.
같은 환산온도·환산압력에서 압축인자가 근사적으로 같음: 대응상태 원리다.

문제 8

다음 그림의 엔진 cycle에서 열이 엔진으로 들어오는 구간들로만 모은 것은? (단, P는 압력, V는 부피, 구간 1→2와 구간 4→5는 등엔트로피 과정들이다)

11→2, 4→5

22→3, 3→4

32→3, 5→1

43→4, 4→5

정답 및 해설

열이 들어오는 구간은 2→3과 3→4이다. 그림은 정적가열과 정압가열이 이어지는 복합(사바테) 사이클이다.

2→3은 부피 일정한 채 압력이 오르는 정적 가열, 3→4는 압력 일정한 채 부피가 커지는 정압 가열이다.

1→2와 4→5: 등엔트로피(가역 단열) 과정이라 열 출입이 없다.
5→1: 부피 일정한 채 압력이 떨어지는 정적 방열 과정으로 열이 나간다.

문제 9

136.7

243.2

346.7

474.0

정답 및 해설

생성된 이산화탄소는 약 36.7 kg이다. 탄소 수지로 생성물 총질량을 구한다.

생성물 총질량을 M이라 하면 탄소 몰수:
$\dfrac{0.44M}{44}+\dfrac{0.56M}{28}=0.01M+0.02M=0.03M$
$0.03M=\dfrac{30}{12}=2.5\;\Rightarrow\;M=83.3\,\mathrm{kg}$

$CO_2=0.44\times83.3=36.7\,\mathrm{kg}$ . 투입 탄소가 모두 C $\mathrm{O}_{2}$ 와 CO로 가므로 탄소 원자 수지가 기준이다.

문제 10

1200

2216

3220

4256

정답 및 해설

손실 열량은 220 kcal/hr· $m^{2}$ 이다. 직렬 평면벽은 각 층 저항을 더한다.

$\dfrac{L_1}{k_1}+\dfrac{L_2}{k_2}=\dfrac{0.33}{1.1}+\dfrac{0.13}{0.13}=0.3+1.0=1.3$

$\dfrac{q}{A}=\dfrac{316-30}{1.3}=\dfrac{286}{1.3}=220\,\mathrm{kcal\,hr^{-1}\,m^{-2}}$ . 저항 대부분이 얇지만 열전도도가 작은 석면층에 있다.

문제 11

분리조작에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1기상 중 입자가 부유하는 상태를 에어로졸(aerosol)이라 한다.

2액상 중 입자가 부유하는 상태를 서스펜션(suspension)이라 한다.

3기체 중에 부유하고 있는 고체나 액체의 입자를 포집하는 조작을 집진이라 한다.

4원심력에 의해 입자를 분리하는 대표적인 장치는 스크러버(scrubber)이다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 원심력으로 입자를 분리하는 대표 장치가 스크러버라는 진술이다.

원심력 분리의 대표 장치는 사이클론이고, 스크러버는 세정액으로 입자를 포집한다.

기상 중 부유 입자 상태는 에어로졸: 정의다.
액상 중 부유 입자 상태는 서스펜션: 정의다.
기체 중 부유 입자를 포집하는 조작은 집진: 정의다.

문제 12

점토의 진밀도가 2.0 g/cm³이고 겉보기밀도가 1.2 g/cm³일 때, 공극률은?

10.8

20.6

30.4

40.2

정답 및 해설

공극률은 0.4이다. 공극률은 겉보기 부피 중 빈 공간이 차지하는 비율이다.

$\varepsilon=1-\dfrac{\rho_{bulk}}{\rho_{true}}=1-\dfrac{1.2}{2.0}=0.4$

겉보기밀도가 진밀도의 60%이므로 나머지 40%가 공극이다.

문제 13

1미분 제어기는 온도 편차의 변화속도에 비례하여 조작되지만 잔류편차를 제거하지는 않는다.

2비례－적분 제어기는 온도 제어에 많은 시간이 소요될 수 있다.

3비례－미분 제어기는 온도가 과도하게 상승하는 것을 막을 수 있다.

4비례－적분－미분 제어기를 사용하면 과도한 온도상승 억제와 빠른 안정화를 동시에 이룰 수 있다.

정답 및 해설

문제 14

2A+B →3C인 기초반응(elementary reaction)에 대해 동일한 온도에서 A의 농도를 2배 증가시키고 B의 농도를 반으로 감소시킬 때, 반응속도는?

1반으로 감소한다.

22배 증가한다.

34배 증가한다.

4변하지 않는다.

정답 및 해설

반응속도는 2배 증가한다. 기초반응은 반응식의 계수가 곧 반응 차수다.

$-r=kC_A^2C_B$
$\dfrac{r_2}{r_1}=2^2\times\dfrac{1}{2}=2$

A의 2차 효과(4배)와 B의 1차 효과(1/2배)를 곱한다.

문제 15

4판단하기 어렵다.

정답 및 해설

열전도도가 가장 큰 물질은 C다. 정상상태 직렬 벽에서는 모든 층을 지나는 열유속이 같으므로, 온도 기울기가 완만한 층일수록 열전도도가 크다.

$q=-k\dfrac{dT}{dx}=\mathrm{const}\;\Rightarrow\;k\propto\dfrac{1}{|dT/dx|}$

A: 온도 기울기가 가장 급해 열전도도가 가장 작다.
B: 온도 기울기가 A와 C의 중간이라 열전도도도 중간이다.
판단하기 어렵다: 열유속이 일정하다는 조건만으로 기울기 비교가 가능하다.

문제 16

정답 및 해설

올바른 온도 분포는 위쪽에 수평선(응축 증기 온도 일정), 아래쪽에 위치에 따라 상승하는 곡선(피가열 유체)인 그림이다.

두 유체 온도가 모두 직선으로 변하는 그림: 두 유체 모두 현열 교환하는 향류의 모습이다.
두 유체 온도가 모두 곡선으로 변하는 그림: 현열 교환 병류의 모습이다.
아래쪽이 수평선인 그림: 찬 쪽 유체가 끓는(비등) 경우로, 응축 증기가 고온 측인 상황과 다르다.

문제 17

1120

2420

3540

4800

정답 및 해설

기체상의 전체 압력은 420 mmHg이다. 같은 질량이므로 분자량으로 몰분율을 구한 뒤 라울 법칙을 적용한다.

질량 180 g씩: $n_A=\dfrac{180}{60}=3$ , $n_B=\dfrac{180}{90}=2$
$x_A=0.6$ , $x_B=0.4$

$P=0.6\times500+0.4\times300=300+120=420\,\mathrm{mmHg}$ . 질량이 같아도 분자량이 작은 A의 몰분율이 더 크다.

문제 18

150

275

3100

4125

정답 및 해설

지름 2 cm 배관의 유속은 100 cm/s이다. 질량유량을 밀도로 나눠 부피유량을 구한다.

$Q=\dfrac{157}{0.5}=314\,\mathrm{cm^3\,s^{-1}}$
$A=\dfrac{\pi}{4}(2)^2=3.14\,\mathrm{cm^2}$
$V=\dfrac{314}{3.14}=100\,\mathrm{cm\,s^{-1}}$

지름 1 cm 구간 정보는 연속식상 필요 없다.

문제 19

이상적인 유동층(fluidized bed) 반응기의 조작에 있어서 유속(v)과 반응기 내부 압력강하(△P)와의 관계를 옳게 나타낸 그림은?

정답 및 해설

올바른 그림은 유속에 따라 압력강하가 증가하다가 일정값에서 수평이 되는 그래프다.

계속 가파르게 증가하는 곡선: 유동화되지 않는 고정층의 거동이다.
증가 후 감소하는 곡선: 이상적 유동층의 일정 압력강하와 다르다.
원점을 지나는 직선: 고정층 층류 구간만 연장한 모양이다.

문제 20

A→B 반응이 2차 반응일 때, 속도상수를 결정하는 과정에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, C_A는 A의 농도이며, A의 초기 농도는 C_A0이다)

1반응시간 경과에 따른

의 변화를 그래프로 나타내면 원점을 지나는 직선으로 표시된다.

2반응시간 경과에 따른

의 변화를 그래프로 나타낼 때, 직선으로 표시되며 직선의 기울기는 속도상수에 해당된다.

3반응시간 경과에 따른 1/C_A의 변화를 그래프로 나타내면 원점을 지나는 직선으로 표시된다.

4반응시간 경과에 따른 1/C_A의 변화를 그래프로 나타낼 때, 직선으로 표시되며 직선의 기울기는 속도상수에 해당된다.

정답 및 해설

옳은 설명은 1/ $\mathrm{C}_{A}$ 를 시간에 대해 그리면 직선이 되고 기울기가 속도상수라는 것이다.

$-\dfrac{dC_A}{dt}=kC_A^2\;\Rightarrow\;\dfrac{1}{C_A}=\dfrac{1}{C_{A0}}+kt$

절편이 $1/C_{A0}$ 이므로 직선은 원점을 지나지 않는다.

−ln( $\mathrm{C}_{A}$ / $\mathrm{C}_{A0}$ )가 원점을 지나는 직선: 1차 반응의 적분형이다.
−ln( $\mathrm{C}_{A}$ / $\mathrm{C}_{A0}$ ) 직선의 기울기가 속도상수: 역시 1차 반응에 해당한다.
1/ $\mathrm{C}_{A}$ 가 원점을 지나는 직선: 절편 1/ $\mathrm{C}_{A0}$ 를 무시했다.