2015 서울시 7급 반응공학 문제 정답 - 2015.6.13.

 

반응공학_7급_A형정답(2021-04-25 / 371.8KB / 172회)

 

 - 13 - 1. 어떤 고체촉매반응에서 고체촉매의 크기를 충분히 작게 하 였더니, 촉매반응의 전체 반응속도가 촉매 외부의 유체흐름 조건이나 촉매세공 내 확산에 의해 영향을 받지 않았다. 이 촉매반응의 율속단계로 볼 수 없는 것은? ① 흡착 ② 표면반응 ③ 탈착 ④ 외부확산 2. A → B인 기초 반응에서 속도 상수()는 =0.001sec-1이 다. 초기 농도가  =1.0mol/일 때 일정부피의 회분 반응 에서 99.9%의 전환율을 얻는 데 필요한 시간은 얼마인가? (단, ln10=2.3으로 가정한다.) ① 2300sec ② 4600sec ③ 6900sec ④ 9200sec 3. 정용 회분식 반응기에서 반감기가 3.5×102 s인 1차 분해 반응의 속도상수 는? (단, ln2=0.7로 가정한다.) ① 0.2 s-1 ② 0.02 s-1 ③ 0.002 s-1 ④ 0.0002 s-1 4. 플러그흐름반응기(PFR) 1개를 사용하여 비가역 액상 1차 반응 A→R 을 수행하니, 전환율이  =0.5가 되었다. 공급물의 속도를 동일하게 유지하며 같은 반응기를 1개 더 연결하면 최종전환율  는 얼마인가? ① 0.60 ② 0.75 ③ 0.85 ④ 0.95 5. 직렬 연결된 2개의 혼합흐름반응기(CSTR)에서 각각 다음 평행반응들이 일어난다. 최종적으로 원하는 생성물 R을 최 대로 얻기 위한 작업방법을 바르게 서술한 것은? ∙ 반응기1： U(원하지 않는 생성물)        ↗A ↘ D(원하는 생성물)        ∙ 반응기2： R(원하는 생성물)             ↗D ↘ S(원하지 않는 생성물)              ① 반응기1 : A의 농도를 낮게 작업, 반응기2: 고온으로 작업 ② 반응기1 : A의 농도를 높게 작업, 반응기2: 고온으로 작업 ③ 반응기1 : A의 농도를 낮게 작업, 반응기2: 저온으로 작업 ④ 반응기1 : A의 농도를 높게 작업, 반응기2: 저온으로 작업 6. 1차 비가역 균일계 기상 기초반응(A → 2B)이 순수한 A로 부터 반응이 시작되어, 5분 후에 반응기의 부피가 50% 증 가되었다. 일정 온도, 일정 압력에서 부피가 변하는 회분식 반응기(Batch reactor)를 이용하여 반응이 진행되었다면 속도상수 는 얼마인가? (단, ln2=0.7, ln3=1.1로 가정한다.) ① 0.07 min-1 ② 0.10 min-1 ③ 0.12 min-1 ④ 0.14 min-1 7. 액상 기초반응 2A → B 를 회분식 반응기(Batch reactor) 에서 진행하되, 반응물 A의 초기농도를   1mol/로 하여 10분간 진행하니, A의 농도가 0.5mol/가 되었다. 반응속도상수 값은 얼마인가? ① 1/mol ․ min ② 0.1/mol ․ min ③ 0.5/mol ․ min ④ 0.01/mol ․ min 8. 비가역 균일계 액상반응(A→B)은 A에 관하여 0차 반응이다. 이 반응을 혼합흐름반응기(CSTR)에서 수행할 때 50%의 전환율을 나타내었다면, 같은 크기의 관형흐름반응기(PFR) 에서 반응하면 얻을 수 있는 전환율은 얼마인가? (단, 반응 기의 종류 이외의 다른 모든 반응조건은 동일하다.) ① 25% ② 40% ③ 50% ④ 75% 9. 1차 비가역 균일계 액상반응(A → B)이 10의 혼합흐름 반응기(CSTR)와 30의 관형흐름반응기(PFR)를 직렬로 연결한 반응시스템에서 진행된다. 순수한 반응물 A를 이용 하여 =0.1min-1, =1/min,  =10mol/min의 조건 으로 반응을 진행할 때, 두 개의 반응기를 통과한 후의 반응물 A의 최종 농도는 얼마인가? (단,  =20으로 가정한다.) ① 0.25mol/ ② 0.3mol/ ③ 0.35mol/ ④ 0.4mol/ 10. 액상 0차반응 A→R 을 A의 초기농도   1mol/로 하여 회분식반응기에서 수행하니, A의 반감기가 5분이었 다. 이 반응을 혼합흐름반응기(CSTR)에서 A의 초기몰유 량  1mol/min로 하여 수행함으로써, A의 전환율 ( )을 50%가 되게 하려 한다. 필요한 반응기 부피는? ① 1L ② 5L ③ 10L ④ 20L 11. 다음 중 A의 단분자형 1차 연속반응 A   R   S을 플러그 흐름반응기(PFR)에서 진행할 때, A의 전환율  대   를 그린 그래프로 옳은 것은? (단, 각 반응단계는 1차반응임) ① ② ③ ④ 12. 2차 비가역 균일계 액상반응(A → B)이 순환비(recycle ratio)가 4인 관형흐름반응기(PFR)에서 진행된다. 순수 한 A를 반응물로 출발하여 일정 온도에서 반응을 진행하 여 A가 50%까지 전환되었다. 다른 반응조건은 동일하게 하고 순환류를 폐쇄시킬 경우 A의 전환율은 얼마인가? (단, 순환비는 반응기 입구로 되돌아가는 유체의 부피를 반응기를 떠나는 유체의 부피로 나눈 값을 의미한다.) ① 0.5 ② 0.625 ③ 0.750 ④ 0.875 Ⓐ - 14 - 13. 부피가 10L인 2개의 혼합흐름반응기(CSTR)가 직렬로 연결되어 있다. 첫 반응기에서 비가역 액상 1차반응 A → R 을 수행하니, 출구 흐름에서 전환율이  =0.5가 되었 다. 이 2개의 CSTR들을 1개의 큰 CSTR로 대체하여 같 은 흐름조건에서 같은 전환율을 얻고자 한다면, 큰 CSTR 의 부피는 얼마인가? ① 15L ② 20L ③ 25L ④ 30L 14. 발열반응(exothermic reaction)이면서 가역인 1차반응 A ⇌ B 을 단열조작에 의해 평형전환율 Xe까지 수행할 때, 전환율 대 1  의 그래프 모양과 그에 따른 적합한 반응기를 바르게 나타낸 것은? ① ② ③ ④ 15. 어떤 액상반응에 대한 반응속 도의 역수 1  를 반응물의 농도  에 대해서 그린 그래 프가 아래와 같다. 2개의 반응 기(플러그흐름반응기(PFR) 또는 혼합흐름반응기(CSTR)) 를 적절히 사용함으로써 A의 농도를 초기농도  에서 최종농도  까지 반응시키려 한다. 가장 적합한 방법은 무엇인가? ① 농도  까지는 작은 CSTR을, 그 후에는 큰 CSTR을 사용한다. ② 농도  까지는 작은 PFR을, 그 후에는 큰 PFR을 사용 한다. ③ 농도  까지는 CSTR을, 그 후에는 PFR을 사용한다. ④ 농도  까지는 PFR을, 그 후에는 CSTR을 사용한다. 16. 평행반응 A→R(원하는 생성물) & A → S(원하지 않는 생성물) 에 대해서, R에 대한 순간수율 (φ)을 반응물의 농도  의 함 수로 그린 그래프는 아래와 같 다. 플러그흐름반응기(PFR)와 혼합흐름반응기(CSTR)를 적절히 사용함으로써 A의 농 도를 초기농도  에서 최종농도  로 줄이려고 한다. 원하는 생성물 R을 많이 얻기 위한 가장 적합한 방법은 무엇인가? ① 농도  까지는 작은 CSTR을 그 후에는 큰 CSTR을 사 용한다. ② 농도  까지는 작은 PFR을 그 후에는 큰 PFR을 사용 한다. ③ 농도  까지는 CSTR을 그 후에는 PFR을 사용한다. ④ 농도  까지는 PFR을 그 후에는 CSTR을 사용한다. 17. 기체 A와 기체 B가 고체 촉매상에서 비가역반응을 통하여 기체 C를 생성한다.(A + B →C) 표면반응이 속도제한단계 (Rate-limiting step)이며, 엘레이-리디얼(Eley-Rideal) 메커니즘을 따라 반응이 진행된다. 즉, 반응이 진행되는 동안 반응물 A와 생성물 C는 촉매 표면에 흡착하고, 반응물 B는 흡착하지 않는다. 다음에 표시된 속도식 중 옳은 것은? ( : A의 흡착평형상수,  : B의 흡착평형상수,  : C의 흡착평형상수,   : A의 분압,   : B의 분압,   : C의 분압,  : 반응속도상수) ①                 ②               ③             ④          18. 생물시스템에서 연속반응기 대비 회분반응기가 많이 쓰이는 이유로 올바른 것은? ① 필요로 하는 물질의 양이 많아 연속 작업이 불필요하다. ② 반응속도가 너무 느려 반응시간이 너무 오래 걸린다. ③ 필요로 하는 물질의 양이 너무 적어 연속 작업이 필요하다. ④ 반응속도가 너무 빨라 반응시간이 짧게 걸린다. 19. 효소(Enzyme)와 기질(Substrate)의 반응은 일반적으로 미카엘리스-멘텐 속도식을 따라 진행되는 것으로 알려져 있다.(           ,   : 미카엘리스 상수, (): 기질 의 농도) 이 속도식을 역수로 취하여 를 축으로  를 축으로 도시하면 축 절편이 1/ 이고, 기 울기가   인 직선이 된다. 이 형태의 그래프를 라 인위버-버크 도시라 한다. 이 그래프에서 효소반응의 억 제제(inhibitor)와 관련된 다음의 설명 중 옳은 것은? ① 경쟁 억제제(competitive inhibitor)의 농도가 늘어나면 라인위버-버크 도시에서 축 절편이 증가한다. ② 무경쟁 억제제(uncompetitive inhibitor)의 농도가 늘어 나면 라인위버-버크 도시에서 축 절편이 증가한다. ③ 무경쟁 억제제(uncompetitive inhibitor)의 농도가 늘어 나면 라인위버-버크 도시에서 기울기가 감소한다. ④ 비경쟁 억제제(noncompetitive inhibitor, 또는 혼합 억 제제)의 농도가 늘어나면 라인위버-버크 도시에서 축 절편은 증가하고 기울기는 감소한다. 20. A → P 반응이 다음 세 개의 기초반응으로 구성된 메커니 즘을 가진다. A* 는 활성중간체이며 I는 불활성 분자이다. 활성화         ………① 비활성화         ………② 분해      ………③ 유사 정상상태 가정법(Pesudo-steady-state hypothesis) 을 이용하여 속도식을 유도하면 본 반응은 반응물 A에 관 하여 몇 차 반응인가? (단, 불활성 분자의 농도 는 반응 중에 일정하다고 가정한다.) ① 0차 ② 1차 ③ 2차 ④ 3차