2016 국가직 7급 반응공학 문제 정답 - 2016.8.27.

 

반응공학-2정답(2021-05-02 / 274.4KB / 159회)

 

 반응공학 2 책형 1 쪽 반응공학 문 1. 회분식 반응기에서 액상반응 3A ＋ B → 3C ＋ D가 진행된다. 원료물질이 10 mol L -1의 A와 4 mol L -1의 B로만 구성되어 있다면, A의 전환율이 20 %일 때 B와 D의 농도[mol L -1]는? B 농도(CB) D 농도(CD) ① 2.67 2 ② 4 0.67 ③ 2.67 1.33 ④ 3.33 0.67 문 2. 부피변화가 없는 비가역 1차 반응을 혼합흐름 반응기와 플러그 흐름 반응기에서 각각 진행하고자 한다. 동일한 입구조건으로부터 두 반응기 모두 80 % 전환율을 달성하고자 한다면 혼합흐름 반응기 부피는 플러그흐름 반응기 부피의 몇 배인가? (단, ln 0.2 ＝ －1.6으로 가정한다) ① 0.4 ② 1.6 ③ 2.0 ④ 2.5 문 3. 다음의 기상 기초반응이 등온 정압 혼합흐름 반응기에서 진행된다. 순수한 반응물 가 반응기에 공급될 때 전환율 에서 이 반응기의 부피()는? (단, 와 은 이상기체이고 는 의 초기 부피유속,  는 의 초기농도이다) →     ①          ②       ③        ④          문 4. 온도 100 K에서 어떤 기상반응의 반응 속도식은 다음의 (가)와 같다. 이 속도식을 (나)와 같이 반응물 의 분압()에 대하여 나타낼 때 의 값은? (단, 는 이상기체이고 반응진행에 따른 몰수변화는 없으며 은 기체상수이다) (가)  mol L s          (나)       ①  ②   ③  ④   문 5. 다음과 같이 경쟁하는 두 반응이 있다. 이 반응이 동시에 진행될 때 반응물 에 대한 생성물 의 순간수율은?  → ,       →  ,      ①     ②   ③    ④  문 6. 회분식 반응기에서 진행된 액상반응 실험결과, XA/(1 － XA)가 시간 t[h]에 대하여 기울기 1인 직선으로 표현되었다. A의 초기 농도(CA0)가 0.1 mol L -1일 때 이 반응의 속도상수[L mol-1 h -1]는? (단, 반응속도는 A의 농도에만 의존하며 XA는 A의 전환율이다) ① 7 ② 8 ③ 9 ④ 10 문 7. 불균일촉매반응에서 단위면적을 기준으로 한 반응속도가  ′′  로 표현되었다. 반응면까지 전달되는 반응물 의 물질전달 플럭스(flux)     이다. 정상상태에서 벌크상의  농도()로 표현된 반응속도식( ′′)은? (단, 는 촉매입자표면에서의 의 농도, 은 물질전달계수이다) ①   ②   ③        ④       문 8. 구형 고체 연료의 연소 과정은 수축핵 모델(shrinking core model)로 설명될 수 있다. 이는 연소되는 과정에서 회(ash)가 생성 되고 고체 입자 크기는 유지되면서 미반응 핵이 점차 줄어드는 모델이다. 고체 연료의 반경을 , 미반응 핵의 반경을 라고 할 때, 화학반응이 율속단계인 경우 반응 기체 의 농도 그래프로 옳은 것은? (단, 는 기체 경막 밖에서의 농도를 나타낸다) ①       반경위치 ②        반경위치 ③       반경위치 ④        반경위치 반응공학 2 책형 2 쪽 문 9. 액상 비가역반응의 혼합흐름 반응기에 대한 담쾰러 수(Damköhler 수, Da)의 설명으로 옳은 것은? ① 1차 반응의 경우 Da는 반응물 A의 유입유량과 출구 반응속도의 비이다. ② 1차 반응의 경우 Da는 반응속도와 대류속도의 비이다. ③ Da가 0.1 이하이면 단일반응기에서 전환율이 90 % 이상이다. ④ 2차 반응의 경우 Da는 반응물 A의 초기농도(CA0)의 제곱에 비례한다. 문 10. 혼합흐름 반응기에서 초기농도 인 순수한 반응물 로부터 기초 연속반응      가 진행된다. 과 의 값이 동일할 때 의 농도()를 공간시간()의 함수로 표현한 식은? ①     ②        ③     ④        문 11. 정용 회분식 반응기에서 반응물 A의 반감기를 측정하였다. 측정된 반감기는 초기 반응물 농도에 관계없이 일정하였다. 이 반응의 반응차수는? ① 0차 ② 1차 ③ 2차 ④ 3차 문 12. 회분식 반응기에서 비가역 1차 반응 A→ B가 진행되었다. A의 초기농도(CA0)가 5.0 mol L -1일 때 반응시간 460 s 경과 후 A의 농도(CA)가 0.5 mol L -1로 감소하였다. 반응속도상수(k) 및 A의 농도가 초기농도에서 0.05 mol L -1로 감소할 때까지 걸리는 시간 (t)은? (단, ln 10 ＝ 2.30으로 가정한다) k[s-1] t[s] ① 0.005 1840 ② 0.005 920 ③ 0.010 1840 ④ 0.010 920 문 13. 플러그흐름 반응기에서 → (     ) 액상 비가역 2차 반응이 일어날 때, 부피 1 L 반응기를 사용하여 의 전환율 50 %를 얻었다. 4 L 반응기를 사용할 때 의 전환율[%]은? ① 65 ② 70 ③ 75 ④ 80 문 14. 반응물 , 에 대해 다음 두 액상반응이 경쟁하여 진행된다. 보기에 제시된 반응기들을 목적생성물 의 수율이 높은 순으로 나열한 것은? →      →       A B  low  low A B  high,  low A B  low,  high A  high,  high B B A A B ① (나) － (가) － (라) － (다) ② (나) － (라) － (가) － (다) ③ (다) － (라) － (가) － (나) ④ (라) － (나) － (다) － (가) 문 15. 다음은 중간체  를 거치는 2단계 반응으로 구성된 비기초반응 이다. 중간체 생성속도를 0으로 가정하여 구한 생성물 의 반응 속도식은? (가) 1단계 :        (나) 2단계 :     ①         ②        ③        ④       문 16. 다음 반응을 위해 동일한 입구 조건에서 플러그흐름 반응기 또는 혼합흐름 반응기 중 하나를 선택하여 사용하고자 한다. 이 반응과 관련된 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 반응기로 유입되는 반응물 중 와 의 초기농도는 각각 9 mol L -1 및 1 mol L -1이다)    →        ① 반응속도가 최대일 때 의 전환율은 약 44.4 %이다. ② 의 출구 전환율이 30 %일 때 혼합흐름 반응기 부피가 플러그 흐름 반응기 부피에 비해 작다. ③ 최대 반응속도를 보이는 의 출구 전환율에서 플러그흐름 반응기와 혼합흐름 반응기의 부피는 같다. ④ 의 출구 전환율이 90 %일 때 플러그흐름 반응기의 부피가 혼합흐름 반응기의 부피에 비해 작다. 반응공학 2 책형 3 쪽 문 17. 다공성 촉매입자 표면 속도론에서 정의된 유효인자(effectiveness factor)에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 유효인자가 1이면 기공확산에 의한 저항은 무시할 수 있다. ② 유효인자가 1보다 크면 반응의 율속단계는 물질전달 단계이다. ③  를 기공 내 반응물의 농도,  를 기공 입구에서 반응물의 농도라 하면 0차 반응에서 유효인자는    와 같다. ④ 유효인자는 경막확산이 개입할 때 반응속도와 경막확산이 없을 때 반응속도의 비로 정의된다. 문 18. 다음 복합반응에서 S의 농도를 최대로 하기 위한 온도 진행 순서는? (단, En은 n번 반응의 활성화에너지를 나타낸다) A R S T L M N 1 3 5 2 4 6 E1 ＝ 10 kJ mol-1, E3 ＝ 15 kJ mol-1, E5 ＝ 20 kJ mol-1 E2 ＝ 25 kJ mol-1, E4 ＝ 10 kJ mol-1, E6 ＝ 25 kJ mol-1 ① 고온 → 고온 → 저온 ② 저온 → 저온 → 저온 ③ 저온 → 고온 → 저온 ④ 고온 → 저온 → 저온 문 19. 순수한 A가 반응하는 경우 반응기의 단열조작선(adiabatic operating line)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 는 의 전환율, 는 비열, 은 반응엔탈피, 는 온도변화를 의미한다) ① 반응물과 생성물의 비열 차이가 없는 경우, 단열조작선은     로 표현된다. ② 단열조작에서   값이 큰 반응에서는 혼합흐름 반응기가 적절하고, 이 값이 작은 반응에서는 플러그흐름 반응기가 적절 하다. ③ 흡열반응의 경우 온도 에 대한 전환율  그래프에서 단열조작선의 기울기가 음의 값으로 나타난다. ④ 등온조건의 경우 온도 에 대한 전환율  그래프에서 단열조작선의 기울기는 무한대이다. 문 20. 다음 액상 기초반응들이 혼합흐름 반응기에서 일어난다. 반응물로 순수한 가 100 mol min-1의 속도로 공급되며, 반응기의 공간 시간은 20 min이다. 반응기 출구에서 A, R, S, P의 몰분율은 각각 0.2, 0.5, 0.2, 0.1이다. 이 때,     의 값[min－1]은?         k1 k2 k3 ① 0.175 0.02 0.025 ② 0.02 0.175 0.025 ③ 0.025 0.02 0.175 ④ 0.02 0.025 0.175