2019 국가직 7급 반응공학 문제 정답 - 2019.8.17.

 

반응공학-가정답(2021-05-20 / 221.0KB / 190회)

 

 2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 반응공학 가 책형 1 쪽 반응공학 문 1. 등온 혼합흐름 반응기에서 →인 비가역 2차 액상 반응을 진행하여 전환율 80 %를 얻었다. 이 반응을 같은 부피의 플러그흐름 반응기에서 조업한다면 전환율은? (단, 다른 조건은 변함없다) ①   ②   ③   ④   문 2. 다음과 같은 액상 평행반응이 경쟁적으로 진행된다.        경우, 원하지 않는 부산물 에 비하여 원하는 생성물 를 더 많이 얻기 위한 방법이 아닌 것은?  →         →       ① 혼합흐름 반응기를 사용한다. ② 순환비(recycle ratio)가 큰 재순환 반응기(recycle reactor)를 사용한다. ③ 불활성물질로 희석된 원료를 사용한다. ④ 회분식 반응기를 사용한다. 문 3. 등온 혼합흐름 반응기에서 →인 비가역 1차 액상 반응이 진행된다. 이 반응의 반응속도상수가 1 min－1 , 의 초기농도가 1 mol L －1 , 의 초기 몰유속이 100 mol min－1일 때, 의 전환율 80 %를 얻기 위한 반응기의 부피[L]는? ① 100 ② 200 ③ 300 ④ 400 문 4. 등온 회분식 반응기에서 →인 비가역 2차 액상 반응을 진행하여 반응 개시 후 전환율 20 %에 도달하는 데 10 min이 걸렸다. 전환율 50 %에 도달하는 데 걸리는 시간[min]은? (단, 다른 조건은 변함없다) ① 20 ② 30 ③ 40 ④ 50 문 5. 반응물 의 초기농도( )를 바꾸며 농도가 초기농도의 반이 되는 시간()을 측정하는 반감기 방법을 이용하여 실험한 결과,  에 대해 이 변하지 않았다. 이 반응에 대해 A의 농도 ( )와 시간() 사이의 선형관계를 얻을 수 있는 것은? ①   대  ② ln  대  ③    대  ④     대  문 6. 400 K에서 이상기체 의 반응속도식이 (가)와 같다. 이 반응의 속도식이 (나)처럼 표현될 수 있다면, 반응속도상수()의 값과 단위는? (단, 는 의 기체압력,  는 의 농도, 기체상수는  ＝ 8 × 10－5 atm m 3 mol－1 K -1이다) (가)       [atm h－1] (나)      [mol m －3 h－1] ① 0.128 m 3 mol－1 h－1 ② 0.256 m 3 mol－1 h－1 ③ 0.128 mol m －3 h－1 ④ 0.256 mol m －3 h－1 문 7. 등온 혼합흐름 반응기에서 →인 비가역 1차 반응이 진행된다. 반응물 만을 반응기에 주입할 때, 부피가 인 혼합흐름 반응기를 이용하여 얻을 수 있는 전환율이 80 %이었다. 이를 대체하여 부피가   인 혼합흐름 반응기 두개를 직렬로 연결한다면, 최종적으로 얻을 수 있는 전환율은? (단, 반응속도 상수와 부피유속은 동일하다) ①   ②   ③   ④   문 8. 다음의 반응계에서 혼합흐름 반응기와 플러그흐름 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 와 의 초기농도는 0이다)  →       →    ① 플러그흐름 반응기가 의 최대농도를 얻는 데 혼합흐름 반응기보다 항상 짧은 공간시간을 요구한다. ② 반응기에서 얻어지는 의 최대농도는 플러그흐름 반응기가 혼합흐름 반응기보다 항상 크다. ③ 의 총괄수율은 어떤 전환율에서도 플러그흐름 반응기가 혼합흐름 반응기보다 항상 크다. ④   가 1보다 클 때, 높은 의 총괄수율을 얻기 위해서는 의 전환율을 낮추는 것이 유리하다. 2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 반응공학 가 책형 2 쪽 문 9. 회분식 반응기에서 다음과 같은 2단계의 비가역 액상 반응이 진행된다. 원하는 생성물 의 농도가 최대가 되는 시점에서 의 농도가 1 mol L －1일 때, 이 시점에서 성분 와 의 농도 [mol L －1]는? (단, 의 초기농도는   ＝ 2.0 mol L －1 , 의 초기농도는 3.0 mol L －1 , 과 의 초기농도는 0이다) 반응식:     ＝ 2.0 L mol－1 min－1     ＝ 1.0 L mol－1 min－1 의 최대 농도   max 관계식:    max            ≠ 의 농도 의 농도 ① 0.25 0.75 ② 0.25 1.25 ③ 0.50 0.50 ④ 0.50 1.00 문 10. →의 1차 기상 촉매반응이 진행된다. 촉매를 매우 미세하게 분쇄하여 촉매 내부에서 물질의 확산저항을 제거하였을 때, 촉매 단위 질량당 반응속도가 어떤 일정 의 농도에서 2.0 × 10－4 mol s－1 g－1이었다. 이 촉매를 직경 0.5 cm 구형으로 크게 성형한 촉매입자를 이용하여 동일 조건에서 반응 실험을 한 결과, 동일 의 농도에서 반응속도가 1.5 × 10－5 mol s－1 g－1이었다. 이 성형 촉매 입자의 내부유효인자(internal effectiveness factor)는? ① 0.075 ② 0.10 ③ 0.125 ④ 0.15 문 11. 플러그흐름 반응기에서 →인 균일계 기상반응이 진행된다. 반응초기에 50 %의 불활성기체와 50 %의 반응물 가 공급된다고 할 때, 부피변화분율 는? ① 0.5 ② 0.75 ③ 1.0 ④ 1.25 문 12. 불균일 반응(heterogeneous reaction)의 예로 옳지 않은 것은? ① 공기 중에서 탄소입자의 연소 ② 호기성 발효(aerobic fermentation) ③ 에틸아세테이트의 가수분해 반응 ④ 물에 빠진 못이 녹스는 현상 문 13. 온도가 에서 로 증가하였을 때, 반응속도상수가 2배 증가 하였다. 이 반응에 대한 활성화 에너지()와 반응온도의 관계식은? (단, 반응속도상수는 Arrhenius 관계식을 따르며, 은 기체상수, 과 에서 빈도인자(frequency factor)는 동일한 값을 갖는다) ①       ②       ln ③       ln ④       문 14. 다음과 같은 반응 →가 활성화된  를 경유해서 진행된다.  에 대해 유사 정상상태 가정(pseudo steady state assumption)을 사용하여 유도된 반응속도식은? (단,  는 의 농도,   는  의 농도이다)                           ①         ②        ③        ④         문 15. 초기 부피가 인 등온 정압 회분식 반응기에서 반응물 의 초기농도를  로 균일계 0차 반응을 진행하여 최종적으로 부피가 로 되었을 때의 반응시간은? (단, 는 부피변화분율, 는 반응속도 상수,   이다) ①    ln  ②         ③      ④   ln     2019년도 국가공무원 7급 공개경쟁채용 필기시험 반응공학 가 책형 3 쪽 문 16. 단열 혼합흐름 반응기에서 다음의 액상반응이 상변화 없이 진행된다. 반응 개시 후 전환율이 75 %에 도달하였을 때의 반응기 온도[K]는? (단,  는 의 농도, 의 초기농도는 4.0 mol L -1, 반응 초기온도는 300 K, 반응열은 ＝－20 kcal mol－1 , 반응기 부피당 열용량은  ＝1 kcal L －1 K －1이며, 반응의  ,  및 는 모두 온도에 무관하며 일정한 값을 갖는다) →     [mol L －1 min－1] ① 330 ② 345 ③ 360 ④ 375 문 17. 일정한 온도에서 기상반응이 일어나는 충전층 반응기(packed-bed reactor)에서 촉매 입자 크기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 에르군(Ergun) 식은 다공성 입자가 충전된 층에서의 압력강하를 계산하는 식이다. ② 촉매 입자의 직경이 작아지면 반응물과 생성물의 촉매 내부 확산저항이 작아진다. ③ 유동층에 비하여 고정층에서는 매우 작은 입자의 촉매 사용이 가능하다. ④ 촉매 입자의 직경이 커지면 반응기 내의 압력강하가 작아진다. 문 18. 정용 회분식 반응기에서 순수한 반응물인 사산화이질소()가 이산화질소()로 분해되는 등온 가역 기상반응이 다음과 같이 진행된다. 이 반응의 농도평형상수()는? (단,  는 사산화 이질소의 초기농도, 는 평형전환율이다)      ①       ②          ③        ④        문 19. 플러그흐름 반응기에서 수용액 반응물 의 분해 반응을 수행한 결과, 1차 반응속도로 분해되며 그 농도가 반으로 감소하는 데 공간시간이 7 min이었다. 동일한 반응을 의 부피유속 2 L min－1로 공급하며, 각각의 부피가 20 L인 두 개의 직렬로 연결된 연속혼합 흐름 반응기에서 수행했을 때, 최종적으로 얻을 수 있는 전환율은? (단, ln2 ＝ 0.7이며, 반응온도는 동일하다) ① 0.50 ② 0.58 ③ 0.67 ④ 0.75 문 20. 플러그흐름 반응기로부터 생성물 흐름을 분리하여 그중의 일부를 반응기 입구로 재순환시키는 재순환 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 순환비는 반응계를 떠나는 유체의 부피를 반응기 입구로 되돌아가는 유체의 부피로 나눈 값이다. ② 일반적으로 반응속도가 양의 차수일 때 재순환 반응기가 플러그흐름 반응기보다 낮은 전환율을 나타낸다. ③ 순환비를 높일수록 혼합흐름 반응기의 특성을 나타낸다. ④ 재순환 반응기에서 자동촉매반응(autocatalytic reaction)이 일어날 때 일정한 전환율을 얻으면서 반응기의 부피를 최소로 하는 최적의 순환비는 반드시 존재한다.