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반응공학-가
정답(2021-09-11 / 422.9KB / 310회)
2021년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 가 책형 1 쪽 반응공학 문 1. → 반응에서 ＝ 20 mol m －3 s－1일 때, , , , [mol m －3 s－1]를 바르게 연결한 것은? (단, 는 화학종 의 생성속도이다) ① 20 －40 －20 20 ② 20 －40 20 －20 ③ －20 40 20 －20 ④ －20 40 －20 20 문 2. → 반응의 반응속도상수가 400 K에서 1 s－1 , 500 K에서 100 s－1으로 각각 측정되었다. 이 반응의 반응차수와 활성화 에너지[J mol－1]는? (단, 반응속도상수는 Arrhenius 관계식을 따르며, R은 기체상수[J mol－1 K －1], ln100 ＝ 4.6이다) 반응차수 활성화 에너지 ① 0 1.2 × 103 × R ② 0 2.3 × 103 × R ③ 1 4.6 × 103 × R ④ 1 9.2 × 103 × R 문 3. 등온 회분식반응기에서 액상 반응을 진행한다. 실험 결과를 이용하여 적분법으로 얻은 반응차수와 반응속도상수에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 는 반응속도상수, 는 반응시간, 는 의 농도, 는 의 초기농도이다) ① 0차 반응이라면, 이다. ② 1차 반응이라면, ln 이다. ③ 2차 반응이라면, 이다. ④ 3차 반응이라면, 이다. 문 4. → 액상 반응을 진행한다. 부피가 같은 연속교반탱크반응기 (CSTR)와 플러그흐름반응기(PFR) 중 어느 반응기를 사용하더라도 동일한 의 전환율을 얻게 된다면, 이 반응의 반응차수는? (단, 반응은 등온 정상상태에서 진행하고, 나머지 조건은 동일하다) ① 0 ② 1 ③ 2 ④ 3 문 5. 등온 회분식반응기에서 액상 기초반응을 진행한다. 반응물 의 농도가 초기농도의 10 %로 줄어드는 데 걸리는 시간[min]은? (단, 반응속도상수 ＝ 0.2 min－1 , ln10 ＝ 2.3이다) ① 2.3 ② 4.6 ③ 11.5 ④ 23 문 6. 등온 회분식반응기에서 A ⇄ R 가역 기상 기초반응을 진행한다. 반응이 평형에 도달했을 때 의 전환율이 0.75이면, 이 반응의 농도평형상수()는? (단, 기체는 모두 이상기체이고, 는 의 초기농도, ＝ 2 mol L －1 , ＝ 2 mol L －1이다) ① 4 ② 5 ③ 6 ④ 7 2021년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 가 책형 2 쪽 문 7. → 액상 반응의 반응속도식이 일 때, 초기농도 10 mol L －1인 순수한 반응물 를 연속교반탱크반응기 (CSTR)에서 공간시간() 60 min으로 운전하여 생성물 를 얻었다( ). 동일 반응 조건에서 초기농도만 6 mol L －1로 변경하여 생성물 를 얻었다면( ), 생성물 의 농도비( )는? (단, 는 의 농도, ＝ 0.1 min－1 , ＝ 1 L mol－1이다) ① 0.75 ② 0.8 ③ 0.9 ④ 1.0 문 8. → 액상 2차 반응을 연속교반탱크반응기(CSTR)와 플러그 흐름반응기(PFR)에서 각각 진행한다. 동일 운전 조건에서 반응물 A를 90 % 전환하기 위해 필요한 CSTR 부피와 PFR 부피의 비(VCSTR/VPFR)는? ① 2 ② 5 ③ 10 ④ 20 문 9. 정상상태 단열 플러그흐름반응기(PFR)에서 순수한 를 반응물로 → 발열 액상 반응을 진행한다. 반응기 입구에서 의 농도와 온도가 각각 5 mol L －1 , 400 K일 때 반응기 출구에서 온도가 440 K에 도달하였다면, 반응물 의 출구 농도[mol L －1]는? (단, 반응물 의 몰당 열용량 ＝ 0.4 kcal mol－1 K －1 , 반응열 ∆＝ － 20 kcal mol－1이며, 와 ∆은 온도에 무관하며 일정한 값을 갖는다) ① 0.5 ② 1 ③ 1.5 ④ 2 문 10. 촉매의 비활성화에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 소결은 촉매가 고온에 장시간 노출되어 촉매활성 표면적이 상실됨으로써 촉매의 활성을 잃어버리는 것이다. ② 코크스화는 촉매 표면상에 탄소계 물질이 침적되는 현상이다. ③ 피독은 촉매독 분자가 활성점에 비가역적으로 화학흡착하여 주반응에 이용할 수 있는 활성점의 수를 감소시킴으로써 발생한다. ④ 코크스화는 분산된 금속 활성점의 응집을 초래한다. 문 11. 등온 회분식반응기에서 다음의 액상 반응을 1 mol L －1의 순수한 반응물 를 이용하여 진행한다. 반응물이 생성물로 완전히 전환될 때까지 걸리는 시간[h]은? → , [mol L －1 h－1] ① 0.25 ② 0.5 ③ 0.75 ④ 1 문 12. → 액상 기초반응을 진행한다. 여러 개의 연속교반탱크반응기 (CSTR)가 직렬로 연결되어 있을 때, 하나의 플러그흐름반응기 (PFR)와 직렬로 연결된 CSTR들의 최종전환율이 같아지는 조건은? (단, 총 CSTR 부피의 합과 하나의 PFR 부피는 같다) ① PFR에서 반응물의 공급 유량을 느리게 한다. ② PFR에서 반응물의 공급 유량을 빠르게 한다. ③ CSTR의 부피를 작게 하여 CSTR 개수를 무수히 많게 한다. ④ CSTR의 부피를 크게 하여 CSTR 개수가 한 개가 되게 한다. 2021년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 가 책형 3 쪽 문 13. 다음 두 개의 반응이 일정 온도에서 동시에 진행될 때 의 생산을 최대화할 수 있는 흐름 방식은? , , ① ② ③ ④ 문 14. 등온 등압 플러그흐름반응기(PFR)에서 기상 기초반응을 진행한다. 순수한 반응물 가 198 L min－1의 부피 유량으로 주입될 때, 의 농도가 최대가 되는 반응기 부피[L]는? (단, 기체는 모두 이상기체이고, ＝ 1 min－1 , ＝ 100 min－1 , ln10 ＝ 2.3이다) ① 2.3 ② 4.6 ③ 6.9 ④ 9.2 문 15. 플러그흐름반응기(PFR) 3개를 직렬 및 병렬로 연결하여 액상 반응을 진행한다. 몰유량 기준으로 전체 공급물의 25 %는 흐름 1로, 75 %는 흐름 2로 흘러간다. P1과 P2에서 전환율이 동일할 때, 반응기 R3의 부피[L]는? ① 10 ② 20 ③ 40 ④ 80 문 16. 다음 반응메커니즘으로 → 촉매반응이 진행된다. 표면반응이 속도결정단계일 때, 총괄반응속도식은? (단, 는 촉매활성점, 는 전체 활성점의 농도, 는 의 분압, 이다) ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ① ② ③ ④ 문 17. 부피가 250 L로 동일한 두 개의 연속교반탱크반응기(CSTR)를 직렬로 연결하였다. 순수한 반응물 를 부피유량 25 L min－1로 주입하여 인 액상 기초반응을 진행할 때, 두 번째 반응기 출구에서 의 전환율은? (단, 반응속도상수 ＝ 0.1 min－1이다) ① 0.5 ② 0.75 ③ 0.85 ④ 0.9 2021년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 가 책형 4 쪽 문 18. 정상상태 단열 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 ⇄ 발열 가역 기초반응을 진행한다. 에너지 수지식, 물질 수지식, 화학평형식으로 부터 도출된 반응온도()와 의 전환율() 사이의 관계들이 그림과 같을 때, (가) ～ (다)에 해당하는 것은? (가) (나) (다) ① 에너지 수지식 물질 수지식 화학평형식 ② 물질 수지식 에너지 수지식 화학평형식 ③ 물질 수지식 화학평형식 에너지 수지식 ④ 에너지 수지식 화학평형식 물질 수지식 문 19. 다공성 구형 촉매 입자상에서 일어나는 불균일계 반응에 대한 설명으로 옳은 것은? ① 표면반응이 율속단계이면 촉매 입자 기공 내부에서의 반응물 농도가 촉매 입자 외부 표면에서의 반응물 농도와 유사하다. ② 내부확산이 율속단계이면 반응의 내부유효인자는 1에 가까워진다. ③ 내부확산이 율속단계이면 Thiele 계수가 1보다 작아진다. ④ 촉매 입자 직경이 작아질수록 내부유효인자는 0에 가까워진다. 문 20. 정상상태 단열 플러그흐름반응기(PFR)에서 순수한 반응물 A를 이용하여 A ⇄ B 가역 반응을 진행한다. 입구와 출구에서의 온도가 각각 , 일 때, 입구 온도에서의 평형상수에 대한 출구 온도에서의 평형상수 비()는? (단, 반응열과 반응물 A의 몰당 열용량 는 온도에 무관하게 일정한 값을 가지며, 은 기체상수, 는 반응기 출구에서 A의 전환율이다) ① exp ② exp ③ exp ④ exp 문 21. 부피가 1 L인 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 등온 액상 반응을 진행한다. 의 농도가 최대로 되는 공급원료의 부피유량[L min－1]은? (단, 공급원료 내 , , 의 농도는 각각 1 mol L －1 , 0.5 mol L －1 , 0 mol L －1이며, ＝ ＝ 1 min－1이다) ① 1 ② 3 ③ 4 ④ 8 문 22. 연속교반탱크반응기(CSTR) 뒤에 플러그흐름반응기(PFR)가 직렬로 연결된 반응기에서 등온 액상 기초반응을 진행한다. CSTR 부피는 PFR 부피의 2배이고 CSTR의 공간시간()은 1.0 h일 때, PFR 출구에서 의 전환율은? (단, 두 반응기에서 반응온도는 동일하고, 반응속도상수 ＝ 2.0 h－1이다) ① ② ③ ④ 문 23. 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 두 개의 비가역 액상 기초 반응을 동시에 진행한다. 비목적 생성물(U)에 대한 목적 생성물 (D)의 순간 선택도()를 0.8로 유지하려고 할 때, 반응물 의 전환율은? (단, 의 초기농도는 10 mol L －1 , 는 번 반응에서 의 소멸속도, ＝ ＝ D의 생성속도 U의 생성속도 이다) 1번 반응: , [mol L －1 s－1] 2번 반응: , [mol L －1 s－1] ① 0.25 ② 0.375 ③ 0.5 ④ 0.625 2021년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 가 책형 5 쪽 문 24. 기체 가 촉매표면의 활성점()에 아래와 같이 해리 흡착될 때, 기체 에 대한 흡착등온식은? (단, 는 전체 활성점의 농도, ∙는 A에 의해 점유된 활성점의 농도, 는 의 흡착평형 상수, 는 의 분압이다) ∙ ∙ ① ∙ ② ∙ ③ ∙ ④ ∙ 문 25. 회분식반응기를 격막을 이용하여 같은 부피로 나눈 후 왼쪽 반응기에 초기농도 20 mol L －1 , 오른쪽 반응기에 초기농도 10 mol L －1의 순수한 반응물 를 동일한 부피로( ) 주입하여 → 등온 비가역 액상 1차 반응을 동시에 진행한다. 왼쪽 반응기의 전환율이 0.7일 때 반응을 멈추고 두 반응기 사이의 격막을 제거하여 혼합하였다면 반응기 전체에서 의 농도 [mol L －1]는? (단, 두 반응기의 온도는 항상 같게 유지되고, 격막 제거 시 두 반응기 용액은 완전히 혼합된다) ① 3.0 ② 4.5 ③ 5.5 ④ 6.0
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