2023 국가직 7급 반응공학 문제 정답 (2차) - 2023.9.24.

 

230923 국가 7급 2차 반응공학-가정답(2023-09-24 / 405.9KB / 91회)

 

230923 국가 7급 2차 반응공학-가정답(2023-09-24 / 893.0KB / 22회)

 

 2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 책형 1쪽 반응공학 1. 다음 분해반응이 기초속도법칙을 따를 때, 반응차수는? C2H6 → C2H4 ＋ H2 ① 0 ② 1 ③ 2 ④ 3 2. 화학 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 공간시간은 반응기 부피를 반응기로 유입되는 부피유량으로 나눈 것이다. ② 회분식반응기는 대규모 조업이나 개발이 완료된 공정, 그리고 연속운전이 용이한 공정에 사용된다. ③ 여러 개의 작은 동일 부피의 연속교반탱크반응기(CSTR)들이 직렬연결된 계로 플러그흐름반응기(PFR)를 근사하여 모델링할 수 있다. ④ 등온 1차 반응의 경우 동일한 반응조건에서 동일한 전환율을 달성하기 위해 필요한 연속교반탱크반응기 부피가 플러그흐름 반응기 부피보다 일반적으로 더 크다. 3. 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 A→B 액상 1차 반응을 진행하여 A의 전환율 50 %를 얻었다. 동일한 반응조건에서 반응기 부피를 3배로 크게 할 경우, A의 전환율[%]은? ① 65 ② 75 ③ 85 ④ 95 4. 등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 다음 세 개의 비가역 액상 기초반응이 경쟁적으로 진행된다. 반응 1, 반응 2, 반응 3의 반응속도 상수   가 모두 같을 때, 반응 시작 1시간 후 C 및 D에 대한 B의 총괄선택도(BCD)는? (단, BCD ＝ 생성된 B의 몰 수 생성된 C와 D의 몰 수 이다) ○ 반응 1: A → B ○ 반응 2: A → C ○ 반응 3: A → D ①   ②   ③   ④   5. 등온 회분식반응기에서 A → B 액상 반응을 진행하여 반응차수와 반응속도상수를 결정하려고 한다. A의 반감기는 A의 초기농도에 반비례하며, A의 초기농도가 10 mol L -1일 때 반감기가 10분이다. 이 반응의 반응차수와 반응속도상수를 바르게 연결한 것은? 반응차수 반응속도상수 ① 1 0.01 min-1 ② 1 0.1 min-1 ③ 2 0.01 L mol-1 min-1 ④ 2 0.1 L mol-1 min-1 2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 책형 2쪽 6. 등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→B 액상 기초반응을 진행하여 다음 그래프를 얻었다. 동일한 반응조건에서 10 L min-1의 A를 연속교반탱크반응기(CSTR)에 공급하여 반응을 진행할 경우, A의 전환율 60 %를 얻기 위해 필요한 CSTR 부피[L]는? (단, 는 반응시간, A는 A의 초기농도, B는 에서 B의 농도이다) ① 32.5 ② 37.5 ③ 42.5 ④ 45 7. 등온 플러그흐름반응기(PFR)에서 A →B 기상 2차 반응을 PFR에서 진행하여 전환율 A를 얻었다. 이 반응을 동일 부피의 등온 연속 교반탱크반응기(CSTR)에서 진행하여 동일한 전환율을 얻기 위해 필요한 반응온도를 CSTR이라 할 때, 옳은 것은? (단, 반응속도 상수는 아레니우스(Arrhenius) 식을 따르며, 는 활성화에너지, 은 기체상수이며, 반응기 종류와 반응온도 이외의 다른 반응조건은 동일하다) ①   CSTR  PFR  ln  A   ②   CSTR  PFR  ln  A  ③   CSTR   PFR    ln  A  ④   CSTR   PFR    ln  A  8. 변용 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→2B 기상 1차 반응을 일정 온도 및 압력에서 진행하여, 반응 시작 10분 후 반응기 부피가 50 % 증가하였다. 이 반응의 반응속도상수[min-1]는? (단, ln ＝0.7 이다) ① 0.07 ② 0.7 ③ 1.4 ④ 7.0 9. 200 L 정용 등온 회분식반응기를 이용하여 초기조건 500 K, 80 atm 에서 A→B＋C 기상 2차 반응을 진행한다. 초기 반응물이 A 75 %와 비활성기체 25 %로 구성되어 있을 때, A의 전환율 80 %를 얻기 위해 필요한 반응시간[min]은? (단, 기체는 모두 이상기체이고, 반응속도 상수는 0.1 L mol-1 min-1 , 기체상수는 0.08 atm L mol-1 K -1이다) ①   ②   ③   ④   10. 등온 플러그흐름반응기(PFR)에서 A ＋2B →C 기상반응을 진행한다. 반응물 A와 B는 동일한 농도로 8 atm, 1,000 K에서 반응기로 유입 되며, 반응기 입구에서 전체 반응물의 부피 유량은 5.0 L min-1이다. 제한반응물(limiting reactant)의 전환율이 80 %일 때, 반응기 출구 에서 A와 C의 몰유량[mol min-1]을 바르게 연결한 것은? (단, 기체는 모두 이상기체이고, 기체상수는 0.08 atm L mol-1 K -1이다) A의 몰유량 C의 몰유량 ① 0.10 0.10 ② 0.10 0.15 ③ 0.15 0.10 ④ 0.15 0.15 2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 책형 3쪽 11. 아레니우스(Arrhenius) 식    에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 는 반응속도상수,  는 절대온도, 는 빈도인자, 는 활성화에너지, 은 기체상수이다) ① 활성화에너지는 반응이 일어나기 위해서 반응물들이 반드시 넘어야 하는 에너지 장벽이다. ② 반응온도가 높을수록 반응속도상수는 증가한다. ③ 반응속도상수는 반응물 농도의 함수이다. ④ ln 를   에 대해 도시하여, 기울기로부터 활성화에너지를 구할 수 있다. 12. 정상상태 플러그흐름반응기(PFR)에서 A →B 반응을 진행할 때, A에 관한 몰수지식으로 옳은 것은? (단, A는 반응기로 공급되는 A의 몰유량, A는 A의 전환율,  는 반응기 부피, A는 A의 소멸속도, 는 반응시간이다) ① A A A ② A  A A ③ A  A  A ④ A A A 13. 원통형 플러그흐름반응기(PFR)에서 A → B 액상 2차 반응을 일정 온도에서 진행하여 A의 전환율 80 %를 얻었다. 반응기 부피가 12 L이고 평균유속이 10 m min-1일 때, 반응기 단면적의 지름[m]은? (단, 반응속도상수는 1 L mol-1 min-1 , A의 초기농도는 1 mol L -1 , 원주율  ＝ 3이다) ① 0.01 ② 0.02 ③ 0.03 ④ 0.04 14. 등온 회분식반응기에서 A →B 액상 0차 반응을 진행한다. A의 초기 농도는 1 mol L -1이며, 반응 시작 30분 후 A의 농도가 0.2 mol L -1로 감소하였다. 이 반응의 반응속도상수[mol L -1 h -1]는? ① 0.4 ② 0.8 ③ 1.6 ④ 3.2 15. 등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→B 액상 기초반응을 진행하여 반응 시작 20분 후 A의 전환율 80 %를 얻었다. 동일한 반응물을 동일한 반응조건에서 부피가 2 L인 플러그흐름반응기(PFR)에 공급하여 반응을 진행할 경우, A의 전환율 80 %를 얻기 위한 A의 부피유량[L min-1]은? ① 0.1 ② 0.15 ③ 0.2 ④ 0.25 16. 그림은 연속교반탱크반응기(CSTR)와 플러그흐름반응기(PFR)에서 진행한 A   R   S 연속 액상 1차 반응에 대해 A의 전환율(A)과 R의 수율(A A R )과의 관계를 반응속도상수 비율(  )에 따라 나타낸 그래프이다. CSTR을 나타내는 것과 반응속도상수 비율의 크기 비교를 바르게 연결한 것은? (단, 모든 반응은 순수한 A를 반응물로 일정 온도에서 진행한다) CSTR 반응속도상수 비율의 크기 비교 ① 점선            ② 점선            ③ 실선            ④ 실선            2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 책형 4쪽 17. 다음 복합반응에서 반응물 A가 분해되어 1개의 목적 생성물 D와 3개의 비목적 생성물 X, Y, Z가 생성된다. X, Y, Z에 대한 D의 순간 선택도(DXYZ)가 최대가 될 때, 반응물 A의 농도는? (단, 는 의 생성속도, 는 의 생성반응에 대한 반응속도상수, A는 A의 농도, DXYZ ＝ X  Y  Z D 이다) ①   D Z ②   Z X  Y ③   X  Y  Z D ④   D X  Y  Z 18. 동일한 부피의 연속교반탱크반응기(CSTR) 개를 직렬로 연결하여 A → B 액상 기초반응을 일정 온도에서 진행한다. CSTR 한 개의 공간시간()은? (단, 는 반응속도상수, A는 첫 번째 반응기로 유입되는 A의 농도, A는  번째 반응기 출구에서 A의 농도이다) ①     A A     ②     A A     ③   A A      ④   A A      19. 50 L 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 발열 액상 기초반응을 진행한다. A의 초기농도가 1 mol L -1 , 초기 반응온도가 400 K일 때, 지속적인 열제거로 반응기의 온도를 400 K로 유지한다. 반응 시작 5분 후 열제거 속도[kcal min-1]의 크기는? (단, 교반기에 의해 반응기에 가해진 일은 무시하고, 반응속도상수는 0.2 min-1 , 반응열 ∆(400 K) ＝ －10 kcal mol-1이다) ①   ②   ③   ④   20. 고체 촉매가 균일하게 충전된 등온 충전층반응기(PBR)에서 A → B 기상 반응을 진행할 때, 압력강하는   ＝    식을 따른다. 반응기 길이가 5 m일 때, 입구에서 압력이 10 atm, 출구에서 압력이 8.66 atm이었다. 동일한 반응조건에서 반응기 길이를 15 m로 늘려 반응기 부피를 3배로 크게 했을 때, 반응기 출구에서의 압력[atm]은? (단, 는 반응기 입구에서 압력,  는 반응기 출구에서 압력, 는 압력강하 파라미터, 는 촉매 무게, 0.866의 제곱은 0.75이다) ① 1.5 ② 2.5 ③ 5.0 ④ 7.5 21. 다음은 플러그흐름반응기(PFR)의 반응기 입구에 추적자를 펄스 입력 (pulse input)한 후 반응기 출구에서 시간에 따른 추적자 농도를 측정한 결과이다. 반응기에서 유체의 평균체류시간[min]은? (단, 35분 이후 추적자는 검출되지 않는다) 시간[min] 0 5 10 15 20 25 30 35 추적자 농도[g L -1] 0 2 5 7 3 2 1 0 ① 11.25 ② 13.25 ③ 14.25 ④ 15.25 2023년도 국가공무원 7급 공채 제2차 필기시험 반응공학 책형 5쪽 22. 정상상태 단열 플러그흐름반응기(PFR)에서 A ＋ B → C 액상 기초 반응을 진행한다. 동일한 몰유량의 A와 B가 반응기로 공급되고, 반응기 입구와 반응기 출구에서의 온도가 각각 과 일 때, 반응기 출구에서 A의 전환율(A)은? (단, 반응한 A의 단위몰당 반응열 ∆＝ －6,000 cal mol-1 , A와 B의 열용량 A ＝ B ＝15 cal mol-1 K -1 , C의 열용량 C ＝ 30 cal mol-1 K -1이고, 반응열과 열용량은 모두 온도에 무관하며 일정한 값을 갖는다) ①     ②     ③     ④     23. 등온 회분식반응기에서 5mol L -1의 순수한 A를 반응물로 A   B   C 액상반응을 진행한다. 반응 시작 2시간 후 B의 농도[mol L -1]는? (단,  ＝ 0.1 h -1 ,  ＝ 0.05 mol L -1 h -1 ,  ＝ 0.8이다) ① 1 ② 0.9 ③ 0.1 ④ 0.05 24. 분자체(molecular sieve) 촉매인 제올라이트에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 천연물질에서 얻어질 수 있는 분자체 촉매이다. ② 제올라이트 세공의 크기에 따라 다양한 분자들의 체류시간을 조절할 수 있다. ③ 미세한 활성물질 입자를 제올라이트 표면에 분산시켜 담지 촉매를 제조할 수 있다. ④ 제올라이트를 활용하면 반응속도를 증가시킬 수는 있지만, 목적 생성물의 선택도를 향상시킬 수 없다. 25. 고체표면 활성점(S)에 일산화탄소(CO)의 해리 흡착(CO ＋2S ⇄CㆍS ＋ OㆍS)에 대한 흡착등온식으로부터 다음 그래프를 얻었다. 이 그래프의 기울기와 절편을 바르게 연결한 것은? (단, CO는 CO의 분압, OㆍS는 OㆍS의 농도, 는 전체활성점 농도, 는 흡착 평형상수이다) 기울기 －절편 ①      ②      ③     ④    