공기출 - 2019 국가직 7급 화공열역학 문제 정답

화공열역학-가 정답(2021-05-20 / 428.9KB / 356회)

2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 화공열역학 가 책형 1 쪽 화공열역학 문 1. 다음 중 에너지의 차원(dimension)인 것만을 모두 고르면? ㄱ. 압력과 부피의 곱 ㄴ. 엔트로피(entropy)와 온도의 곱 ㄷ. 화학포텐셜(chemical potential) ㄹ. 엔탈피(enthalpy) ① ㄱ, ㄴ ② ㄷ, ㄹ ③ ㄱ, ㄴ, ㄹ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ 문 2. 오토(Otto) 사이클에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 불꽃 점화 왕복기관의 이상적인 사이클이다. ② 2개의 등엔트로피 과정과 2개의 가역 등압과정으로 구성되어 있다. ③ 작동 유체의 열용량의 비( )가 증가하면 열효율은 증가한다. ④ 열효율은 기관의 압축비에 의존한다. 문 3. 난방장치에서 4 kg min-1의 질량유속으로 흐르는 7 °C의 차가운 외부공기가 3 kg min-1의 질량유속으로 흐르는 70 °C의 가열된 공기와 단열적으로 혼합된다. 이때 혼합기의 출구온도[°C]는? (단, 공기의 열용량은 모든 온도에서 일정하다) ① 34 ② 38 ③ 43 ④ 45 문 4. 기체의 냉각 및 액화 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 상압에서 수증기를 냉각하면 액화시킬 수 있다. ② 단열 팽창과정을 거쳐 냉각시킬 수 있다. ③ Claude 액화공정이 Linde 액화공정보다 효율적이다. ④ Joule－Thomson 계수가 음의 값을 갖는 조건에서 조름공정 (throttling)을 통해 냉각시킬 수 있다. 문 5. 그림은 A와 B 혼합물의 정압 기－액 평형곡선이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 는 A의 액상 몰분율, 는 A의 기상 몰분율이다)   t [°C] 100 80 60 ,  0  1 ① 가 0.7 인 액상 혼합물은 기화되더라도 그 조성은 변하지 않는다. ② 가 0.8 인 액상 혼합물의 기포점은 80 °C이다. ③ 가 0.2인 액상 혼합물로부터 가 0.5 이상인 기상 혼합물을 얻기 위해서는 90 °C 이상으로 가열하여야 한다. ④ 가 0.3 인 액상 혼합물을 50 °C에서 90 °C로 가열하여 계속 유지하였을 때 는 0.6 이다. 문 6. 1 bar, 60 °C에 있는 분자량이 100 g mol -1이고 끓는점이 100 °C인 액체 100 g을 1 bar하에서 가열하여 모두 120 °C의 기체로 만들었다. 이때 총 40 kJ의 열이 필요하였다면 이 액체의 증발잠열[J mol -1]은? (단, 액체열용량   [J mol -1 °C-1] ＝40＋2 t [°C]이고, 기체열용량   [J mol -1 °C -1] ＝ 60 ＋ 4 t [°C]이다) ① 20,000 ② 21,000 ③ 22,000 ④ 23,000 문 7. 다음 중 부피(V)를 나타내는 관계식만을 모두 고르면? (단, U 는 내부에너지, H는 엔탈피, G는 깁스에너지, S는 엔트로피, P는 압력, V는 부피, T는 온도이다) ㄱ.    ㄴ.    ㄷ.    ㄹ.    ① ㄱ, ㄴ ② ㄱ, ㄷ ③ ㄴ, ㄷ ④ ㄷ, ㄹ 2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 화공열역학 가 책형 2 쪽 문 8. 그림은 닫힌 계에서 ‘  ＝일정’을 따르는 이상기체의 가역공정을 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단,     이고, 와 는 각각 정압열용량과 정적열용량이며 온도에 따라 변하지 않는 상수이다) 압력, P 부피, V  ＝ ∞  ＝ 0  ＝ 1  ＝  ①   ∞일 때, 계에 의해 행해진 일은 0이다. ②   일 때, 계의 내부에너지 변화량은 계의 엔탈피 변화량과 같다. ③   일 때, 계에 출입하는 열의 양은 일의 양과 같다. ④   일 때, 계에 전달되는 열의 양은 계의 엔탈피 변화량과 같다. 문 9. 닫힌 계의 이상기체가 T1, P1의 온도[K], 압력 조건을 갖는 표준 상태에서 2T1, 2P1의 상태로 가역적으로 변하였을 때, 엔트로피의 변화는? (단, T는 온도[K], R은 기체상수이며, 이상기체의 정압 열용량   ＝ aT＋ 2bT 2이고 와 는 양의 상수이다) ① －R ln2 ② 0 ③ aT1 ＋ 3bT1 2－R ln2 ④ aT1 ＋ 3bT1 2 문 10. 밀도가 매우 작은 경우에 압축인자(compressibility factor)가 이상기체의 값인 1에 수렴하는 상태방정식은? (단, R은 기체상수 이며, 와 는 양의 상수이다) ①        ②          ③         ④         문 11. 단열계에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, T는 온도, V는 부피이며, 와 는 각각 정압열용량과 정적열용량이고     이다) ① 모두 등엔트로피(isentropic) 상태이다. ② 열과 일이 출입하지 못한다. ③ 닫힌 계에만 적용된다. ④ 이상기체는 ‘   ＝ 일정’의 관계를 따른다. 문 12. 기체와 액체의 열역학적 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① Clapeyron 식을 사용하여 증발잠열을 구하기 위해서는 포화액체 및 포화증기의 몰부피 데이터가 필요하다. ② 기체의 경우에 일정압력에서의 열용량은 일정부피에서의 열용량보다 항상 크거나 같다. ③ 닫힌 계에서 완전 비압축성 물질의 내부에너지는 온도에만 의존한다. ④ Joule－Thomson 계수는 엔탈피가 일정한 과정에서 온도변화에 따른 압력의 변화이다. 문 13. 그림은 화학반응 A, B, C의 평형상수 K와 온도 T의 관계를 나타낸다. 표준상태에서 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 각 반응의 표준반응 엔탈피 와 표준반응 엔트로피 는 온도와 무관하다) ln K 0 A B C 1/T ① A는 발열반응이고, B와 C는 흡열반응이다. ② A와 B는 발열반응이고, C는 흡열반응이다. ③ A는 흡열반응이고, B와 C는 발열반응이다. ④ A와 B는 흡열반응이고, C는 발열반응이다. 문 14. 그림은 상태 1에서 상태 2를 거쳐 다시 상태 1로 돌아오는 사이클 공정을 나타낸다. 과정 1 → 2(실선)는 가역공정이고 과정 2 → 1 (점선)은 비가역공정이며, 각 과정에서 출입하는 열이 각각 Q1과 Q2이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, P는 압력, V는 부피, T는 온도이다) 1 2 P V ㄱ. 전체 사이클에 대한 내부에너지 변화량은 0이다. ㄴ. 전체 사이클에 대한 계의 엔트로피 변화량은 0이다. ㄷ. 과정 2 →1 (점선)에서 엔트로피 변화량은     이다. ① ㄱ, ㄴ ② ㄱ, ㄷ ③ ㄴ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ, ㄷ 2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 화공열역학 가 책형 3 쪽 문 15. 595 K에서 몰부피가 2 L mol -1인 벤젠 기체의 압력(P )은 Redlich-Kwong 상태방정식으로부터 P ＝ 21.4 bar로 계산되었다. 이상기체 상태방정식을 적용하여 계산된 벤젠 기체의 압력을 Pideal이라고 할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 기체상수 R ＝ 0.08 atm L mol -1 K -1이다) ① P ＜ Pideal이며, 분자 간 밀치는 힘이 이상기체보다 우세하다. ② P ＞ Pideal이며, 분자 간 밀치는 힘이 이상기체보다 우세하다. ③ P ＜ Pideal이며, 분자 간 당기는 힘이 이상기체보다 우세하다. ④ P ＞ Pideal이며, 분자 간 당기는 힘이 이상기체보다 우세하다. 문 16. 24 atm, 300 K으로 압축된 이상기체 10 L를 가역적으로 0.5 atm, 100 K으로 단열팽창시켰을 때, 얻어질 일()의 양( )은? (단, 기체상수 R ＝ 0.08 atm L mol -1 K -1이며, 이 과정에서 이상기체의 정적열용량 Cv＝ 20 J mol -1K -1로 간주한다) ① 10 kJ ② 20 kJ ③ 30 kJ ④ 40 kJ 문 17. 그림과 같이 재가열(re-heating) 과정을 갖는 Rankine 사이클 기관의 에너지 효율은? (단, 지점 1 ∼ 6의 엔탈피[kJ]는 각각 H1 ＝ 500, H2 ＝ 1,000, H3 ＝ 9,500, H4 ＝ 8,000, H5 ＝ 9,500, H6 ＝ 7,500 이며, 지점 1과 지점 6은 각각 포화액체와 포화기체 상태이다) 보일러 터빈 재가열 사이클 응축기 3 4 5 6 2 펌프 Ⅰ Ⅱ 1 ① 0.25 ② 0.30 ③ 0.35 ④ 0.40 문 18. 가역 압축기로 비열이 일정한 이상기체를 압축하는 정상상태 흐름공정이 등온압축(PV＝ 일정), 폴리트로픽압축(PVn ＝ 일정), 단열압축(PVm ＝ 일정)인 각각의 경우에 대해 공정에 필요한 일()의 양( )이 적은 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은? (단, P는 압력, V는 부피이고, 1＜n＜m이며, 각 공정의 압력범위는 동일하고, 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다) ① 등온압축, 폴리트로픽압축, 단열압축 ② 폴리트로픽압축, 단열압축, 등온압축 ③ 단열압축, 등온압축, 폴리트로픽압축 ④ 등온압축, 단열압축, 폴리트로픽압축 문 19. 어떤 닫힌 계의 압력(P) － 부피(V) 선도에서 단분자 이상기체의 가역공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, T는 온도이고, 단분자 이상기체의 정적열용량과 정압열용량은 서로 다른 상숫값을 갖는다) T＝ 일정 A C B V P ① A → B 경로에 대한 내부에너지 변화량은 0이다. ② B → C 경로를 거치면 온도가 감소한다. ③ C → A 경로에 대한 엔탈피 변화량은 정적열용량과 온도차의 곱이다. ④ A → C 경로에 대한 엔탈피 변화량과 B → C 경로에 대한 엔탈피 변화량은 같다. 문 20. 300 K의 물 1 g에 대한    의 계산값[cm3]은? (단, 300 K에서 물의    ＝2 × 10 -4 cm3 K -1 이고, 밀도는 1 g cm-3 이며, H는 엔탈피, P는 압력, T는 온도, V는 부피이다) ① 0.94 ② 0.99 ③ 1.06 ④ 1.24