2021 서울시 7급 반응공학 문제 정답 - 2021.10.16.

 

반응공학_7급정답(2021-10-16 / 278.4KB / 390회)

 

 반응공학(7급) B책형 1/3쪽 1. 의 그림은 반응온도()를 변화시키면서 반응 속도상수()를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 가장 옳은 것은? ① 기울기는 활성화 에너지 값이다. ② 반응 1이 반응 2보다 낮은 활성화 에너지를 가진다. ③ 반응온도 에서 반응 1보다 반응 2의 반응속도가 빠르다. ④ 반응 1에 비해 반응 2가 반응온도에 덜 민감하다. 2. 액상 반응이 혼합흐름반응기(CSTR)에서 일어난다. 이 반응기에서는 반응물 가 0.1mol/L ․ min의 속도로 반응되어 소멸되고 있다. 반응물 의 유입속도 는 0.6mol/min이고, 전환율 가 0.5라고 할 때 이 반응기의 부피[L]는? ① 3 ② 4.5 ③6 ④9 3. 반응물 와 촉매 에 의한 균일계 촉매 반응이 등온 회분식반응기에서 진행된다. 반응이 과 같이 두 개의 기초반응 경로로 일어나고 있을 때, 반응시간()에 따라 반응물 농도()의 변화를 측정한 결과가 와 같았다. 기울기에 대해 옳게 표현한 것은? (단, 반응 전 의 농도는 , 촉매의 농도는 이다.)        ①   ②  ③   ④   4. 의 반응에서 원하는 반응생성물 와 의 선택도 (selectivity)를 최대로 하기 위하여 반응물의 농도를 조절하는 방법은? ∙ 원하는 액상반응   ,            ∙ 원하지 않는 액상반응    ,              ① 는 낮게, 는 높게 ② 는 높게, 는 낮게 ③ ,  모두 낮게 ④ ,  모두 높게 5. 순수한 기체 를 반응물로 이용하여 고체 촉매 표면( ) 에서 의 단계를 거치는 반응(→)을 진행한다. 속도결정단계가 단계 1(의 흡착단계)이라고 할 때, 반응물 의 초기 소모속도에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은? 단계 1 :  ⇄  ․  (의 흡착단계, 속도결정단계) 단계 2 :  ․  ⇄  ․  (표면반응단계) 단계 3 :  ․  ⇄   (의 탈착단계) ① 반응물 의 초기 소모속도는 반응온도의 영향을 받는다. ② 반응물 의 초기 소모속도는 반응물 의 초기 분압에 비례한다. ③ 반응물 의 초기 소모속도는 촉매 표면의 활성점 수에 의존한다. ④ 반응물 의 초기 소모속도는 반응물 의 흡착 평형 상수에 의해 변한다. 6. 반응온도를 500K에서 1,000K으로 증가시켰을 때, 반응속도상수가 2배 증가하였다. 이 반응에 대한 활성화 에너지[J/mol]는? (단, 반응속도상수는 Arrhenius 관계식을 따르며, =8J/mol ․ K이며, ln2=0.7, ln3=1.1로 가정한다.) ① 5,600 ② 8,800 ③ 11,200 ④ 17,600 7. 어느 이상기체에 대하여 등온 등압 기상 1차 반응으로  →3이 일어나고 있다. 초기  농도는 1.0mol/L이고 50%의 비활성 기체가 존재하는 경우 반응물 가 75% 전환 후  농도[mol/L]는? ①   ②   ③   ④   반응공학(7급) B책형 2/3쪽 8. 반응식 + → +로 주어지는 기초 2차 액상 반응 에서 반응속도상수 는 1.5L/mol ․ sec이다. 유입농도 ==0.2mol/L일 때, 7초 동안 플러그흐름반응기 (PFR)에서 반응시켰을 때, 출구로 나가는 의 전환율은? (단, 소수점 셋째 자리에서 반올림한다.) ① 0.21 ② 0.35 ③ 0.68 ④ 0.75 9. 는 액상 내 비가역 기초반응이다. 의 반응을 위해 혼합흐름반응기(CSTR)와 플러그흐름반응기(PFR)를 차례로 직렬로 연결하고자 한다. 각 반응기의 단독 전환율은 각각 XCSTR=0.5, XPFR=0.8이라 할 때, 두 반응기를 모두 통과하는 데 걸리는 시간[분]은? (단, ln10=2.3, ln5=1.6으로 한다.)  →  =10mol/L, =0.02min-1 ① 50 ② 80 ③ 130 ④ 165 10. 등온 촉매충전층반응기(PBR)에서 압력강하가 없는 2차 비가역 기상 반응 →가 진행된다. 의 조건에서 전환율 75%에 도달하기 위해 필요한 촉매의 양[kg]은? (단, 모든 기체는 이상기체이다.) ∙ 반응물 의 초기 농도 =1mol/L ∙ 반응물 의 부피 유속 =10L/min ∙ 반응속도상수 =2L2 /mol ․ min ․ kg ① 10 ② 15 ③ 20 ④ 30 11. 와 같이 순환비()가 5인 등온 플러그흐름 반응기(PFR)를 이용해 균일계 2차 비가역 액상 반응 →가 진행된다. 순환지류 지점( ) 이후 반응물 의 전환율()로 80%를 얻었다. 순환비를 무한대(∞)로 증가시킨 경우, 얻을 수 있는 반응물 의 전환율[%]은? (단, 유입되는 반응물 의 농도는 로 나타내고, 순환비 이외의 다른 반응조건은 변화시키지 않는다.) ① 60 ② 70 ③ 75 ④ 80 12. 부피 변화가 없는 비가역 반응(→ )을 정상상태의 플러그흐름반응기(PFR)로 진행시키고자 한다. 이때 반응기 설계 과정에서 반응차수에 따라 다양한 성능식이 사용될 수 있다. 이 반응기와 관련하여 반응물의 초기농도(), 반응속도상수(), 전환율(), 공간 시간()의 관계식과 관련이 없는 것은? ①    ②  ln ③     ④    13. 반응차수가 1인 비가역 기초반응(→ )이 있다. 이 반응을 0.4L의 혼합흐름반응기(CSTR)에서 액체 상태를 유지시키며 정상상태로 진행시킬 때의 전환율은 50%이다. 동일한 유속, 농도, 온도, 압력 조건에서 전환율을 90%까지 끌어 올리기 위해서 필요한 플러그 흐름반응기(PFR)의 부피와 가장 가까운 값[L]은? (단, ln10=2.3으로 한다.) ① 0.08 ② 0.40 ③ 0.92 ④ 5.75 14. 2차 반응식이      라고 하면 등부피의 혼합흐름 반응기(CSTR)에서의 물질 수지식으로부터 구한 의 농도에 관한 표현으로 옳은 것은? (단, 는 공간시간, 는 반응속도상수, 는 초기농도이다.) ①        ②        ③        ④        15. 부피 변화가 없는 비가역 1차 반응(→ )이 있다. 이 반응을 10L의 혼합흐름반응기(CSTR) 내에서 등온 및 등압 조건으로 진행하여 40%의 전환율을 얻었다. 동일한 크기의 혼합흐름반응기(CSTR)를 이용하여 최종 전환율을 올리기 위해서는 반응기를 순차적으로 연결할 수 있다. 동일한 반응 조건에서 위에서 사용한 10L 혼합흐름반응기(CSTR)의 직렬 연결을 통해 최종 전환율을 85% 이상으로 올리기 위한 총 혼합 흐름반응기(CSTR) 수의 최솟값은? ①1 ②2 ③3 ④4 반응공학(7급) B책형 3/3쪽 16. 부피가 변하는 회분식반응기에 기체 를 100% 채우고 의 반응을 20분 동안 진행한 결과, 초기 반응기 부피의 2배로 팽창하였다. 동일한 초기 조건 및 반응기에서 기체 와 비활성 기체 가 75%: 25%로 희석된 원료를 사용할 때, 초기 반응기 부피의 2배로 팽창하는 데 걸리는 시간[min]은? (단, 반응 원료를 제외한 다른 반응조건은 변화시키지 않으며, 모든 기체는 이상기체이다.)  → (0차 반응) ① 10 ② 20 ③ 30 ④ 40 17. 플러그흐름반응기(PFR)에서 비가역 액상 1차 반응 →, →는 의 반응식으로 표기된다. 초기 농도를 라 할 때, 공간시간 에 따른 의 농도 로 옳은 것은? →,    →,    ①              ②              ③              ④              18. 액상 비가역 2차 반응 →의 속도상수는 =0.01L/mol ․ sec이고 초기농도()는 1mol/L라고 가정한다. 이때 회분식반응기에서 99.9%의 전환율에 도달하기 위하여 필요한 시간[sec]은? ① 99 ② 999 ③ 9,990 ④ 99,900 19. 원하는 생성물 의 생산을 더 효율적으로 하기 위한 플러그흐름반응기(PFR) 또는 혼합흐름반응기(CSTR)의 반응기 설계 전략으로 가장 옳지 않은 것은? ① 반응 →가 비가역 2차 반응일 때, PFR이 동일한 부피의 CSTR보다 전환율을 높이는 데 더 유리하다. ② 직렬반응 → →를 PFR에서 진행할 때는, 환류 (recycle) 비율을 높이면 의 생산량을 증가시키는 데 더 유리하다. ③ 경쟁반응 →와 →가 있고 →의 활성화 에너지가 더 높다면, 온도를 높이는 것이  대비 의 생산량을 줄이는 데 더 유리하다. ④ 경쟁반응 →와 →의 반응차수가 다르다면, 반응물 의 초기농도를 변화시켜 와 의 상대적인 양을 제어할 수 있다. 20. 액상에서 일어나는 단일 비가역 반응(→ )에 대하여 반응물 의 초기농도에 대한 반감기(반응물 의 농도가 초기농도의 절반이 되는 데 걸리는 시간)를 조사하였더니 와 같이 결과가 나타났다. 이 반응의 차수 은? ① 0 ② 0.2 ③ 0.8 ④ 1.8 이 면은 여백입니다.