2014 국가직 7급 화공열역학 문제 정답 - 2014.7.26.

 

화공열역학-A정답(2021-04-22 / 199.1KB / 222회)

 

 화공열역학 A 책형 1 쪽 화공열역학 문 1. 실린더 내의 어떤 기체 5 kg을 압축하기 위해 15 kJ의 일이 투입 되었고, 12 kJ의 열이 실린더 외부로 손실되었다. 이 과정에서 실린더 내의 기체가 얻은 내부에너지 변화[kJ]는? ① －27 ② 27 ③ －3 ④ 3 문 2. 라울의 법칙을 따르는 성분 A와 성분 B가 기－액 평형을 이루고 있다. 298 K에서 성분 A의 액상몰분율이 0.2일 때 성분 A의 기상몰분율(yA)과 전체 압력(P)은? (단, 298 K에서 성분 A의 증기압은 80 kPa, 성분 B의 증기압은 60 kPa이다) 기상몰분율(yA) 전체 압력(P) ① 0.21 76 kPa ② 0.23 76 kPa ③ 0.25 64 kPa ④ 0.50 75 kPa 문 3. 어떤 순수한 기체의 상태방정식이   일 경우, 이 기체의 퓨개시티 계수(fugacity coefficient)는? (단, 는 상수, 는 몰부피(molar volume)이다) ①   ②    ③ exp       ④ exp       문 4. Carnot 사이클 열기관을 작동하기 위한 다음의 저온과 고온 조건 중에서 가장 높은 열효율을 얻을 수 있는 경우는? 저온 고온 ① 100 K 200 K ② 200 K 300 K ③ 200 K 400 K ④ 100 K 300 K 문 5. 뚜껑에 단면적이 5 mm2인 구멍이 있는 압력밥솥이 있다. 압력 밥솥의 내부 온도를 올리기 위해 구멍에 추를 올려놓았다. 이 밥솥의 물이 120 °C에서 끓게 하기 위하여 올려놓아야 할 추의 질량[kg]은? (단, 중력가속도는 9.8 m/s2 , 120 °C에서 수증기압은 199.3 kPa, 대기압은 101.3 kPa이다) ① 0.01 ② 0.05 ③ 4.9 ④ 9.8 문 6. 1 kg의 어떤 액체가 실린더 내에서 일정 온도와 100 kPa 압력에서 완전히 기화하는 가역공정이 있다. 이 공정이 일어나는 동안 200 kJ의 열량이 실린더 내부로 가해질 때, 이 물질이 얻는 내부에너지[kJ]는? (단, 액체의 비부피(specific volume)는 0.01 m 3/kg, 증기의 비부피는 1.67 m 3/kg이다) ① 34 ② 168 ③ 200 ④ 366 문 7. 초기에 300 K에 있는 2몰(mol)의 이상기체가 가역 단열과정으로 팽창할 때 외부에 372 cal의 일을 한다면, 이 기체의 최종 온도[K]는? (단, 이 기체의 정적 열용량(CV)은 1.5 R, R ＝ 2 cal/mol K이다) ① 298 ② 238 ③ 207 ④ 176 문 8. 8 bar, 20 m 3의 상태에 있는 이상기체 A와 3 bar, 10 m 3의 상태에 있는 이상기체 B를 일정 온도에서 50 m 3의 용기에 넣어 혼합할 때 전체 압력[bar]은? ① 2.6 ② 3.0 ③ 3.8 ④ 6.3 문 9. 몰질량 15 g/mol, 부분 몰부피 60 cm3/mol인 액체 A 2몰(mol)과 몰질량 10 g/mol, 부분 몰부피 40 cm3/mol인 액체 B 6몰(mol)을 섞었을 때 이 혼합물의 밀도[g/cm3]는? ① 0.15 ② 0.25 ③ 0.5 ④ 1.5 문 10. 증류탑으로 유입되는 원류(feed stream)가 플래시(flash) 증발이 일어날 수 있는 압력 조건은? (단, Pdew는 이슬점 압력, Pbubble은 기포점 압력이다) ① P < Pdew ② P > Pbubble ③ Pdew < P < Pbubble ④ Pbubble < P < Pdew 문 11. 이상기체 상태방정식을 따르는 물질의   는? ① －R/P ② R/P ③ R/V ④ 1 화공열역학 A 책형 2 쪽 문 12. 헵테인(heptane)의 연소반응이 다음과 같이 진행될 때 정적 열량계 에서 측정한 헵테인의 연소열이 －1,070 kcal/mol이라면, 정압 열량계 에서 측정한 헵테인의 연소열[kcal/mol]은? (단, 모든 기체는 이상 기체 상태이고 온도는 300 K로 일정하며 R＝2.0 cal/mol K이다) C7H16(g) ＋ 11 O2(g) ⇌ 7 CO2(g) ＋ 8 H2O(g) ① －1,068.2 ② －1,071.8 ③ －2,870.0 ④ 730.0 문 13. 이상기체가 조름 공정(throttling process)을 통하여 2 m 3/mol에서 4 m 3/mol로 팽창할 때 이 기체의 엔트로피 변화는? (단, R은 기체상수이다) ① R ln 5 ② R ln 2 ③ 2 R ④ 0.5 R 문 14. 화력발전소는 생성되는 수증기의 온도와 냉각용 강물의 온도 사이에서 작동되는 열기관으로 볼 수 있다. 400 MW급 화력발전소가 보일러에서 600 K의 수증기를 생산하고 응축과정에서는 300 K의 강물에 열을 배출한다. 이 발전소의 실제 열효율이 Carnot 엔진 열효율의 80 %로 운전될 때 강물로 배출되는 열전달 속도[MW]는? ① 320 ② 400 ③ 500 ④ 600 문 15. 잔류 성질(residual property)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 이상기체의 잔류 깁스에너지(GR )의 값은 0이다. ② 잔류 성질은 액체 혼합물에도 적용된다. ③ 잔류 성질은 실제기체(real gas)의 세기(intensive) 열역학 값에서 이상기체의 세기 열역학 값을 뺀 것이다. ④ 혼합물 중 임의 성분의 퓨개시티 계수(fugacity coefficient)는 잔류 깁스에너지 G R /RT의 부분 성질이다. 문 16. 그림의 Rankine 사이클 각 단계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? 보일러 터빈 응축기 4 1 2 3 펌프 ① 1 → 2는 과냉각된 물을 정압 가열과정으로 포화온도까지 가열하는 과정이다. ② 2 → 3은 터빈에서 증기가 응축기 내부의 수증기 압력으로 팽창하는 가역 단열과정이다. ③ 3 → 4는 응축기에서 위치 4의 포화액체를 생산하는 정압 등온과정이다. ④ 4 →1은 포화액체를 보일러 내부의 수증기 압력까지 압축하는 가역 단열과정이다. 문 17. 메탄올을 이용한 수소 생산 반응식이 다음과 같을 때, 평형에서 수증기의 몰분율이 0.3이라면 생산되는 수소의 몰분율은? (단, 이상기체라고 가정하기에 충분히 낮은 압력과 60 °C의 온도에서 반응이 진행되며, 초기에 주입된 수증기는 2몰(mol), 메탄올은 1몰 (mol), 이산화탄소는 1몰(mol)이다) H2O(g) ＋ CH3OH(g) ⇌ CO2(g) ＋ 3 H2(g) ① 0.3 ② 0.4 ③ 0.5 ④ 0.6 문 18. 3,000 J/s의 열량을 흡수해야 하는 어떤 냉동시스템이 가역공정 에서 1 kW의 동력이 필요하다. 이 공정의 응축기(condenser)에서 냉매의 온도가 308K일 때 증발기(evaporator)에서 냉매의 온도[K]는? ① 201 ② 211 ③ 221 ④ 231 문 19. 어떤 온도와 압력에서 수증기의 엔트로피가 5.0 kJ/kg K이라면 질(quality : 증기의 몰백분율, %)은? (단, 동일 상태에서 포화액체의 엔트로피는 2.0 kJ/kg K, 포화증기의 엔트로피는 7.0 kJ/kg K이다) ① 40 ② 60 ③ 70 ④ 80 문 20. 이상기체로 가정되는 500 K의 질소로부터 정상상태의 흐름과정 에서 얻을 수 있는 최대의 일[cal/mol]은? (단, 주위의 온도는 290 K 에서 일정하며, 이 과정에서 엔탈피 변화 ∆ ＝ －6,552 cal/mol, 엔트로피 변화 ∆ ＝ 1.2 cal/mol K이다) ① 5,952 ② 6,204 ③ 6,900 ④ 7,152