2021년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 가책형 기출문제

2021년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 가책형 25문항 중 15문항의 발문과 선지입니다. 시험 시간은 25분입니다. 나머지 10문항은 그림이나 지문이 있어 앱에서 볼 수 있습니다. 정답·해설은 앱에서 볼 수 있습니다.

출처: 국가공무원 채용시스템(인사혁신처)

1. 1번
   단열된 비커에 있는 10°C 물 300g을 전기 열선으로 가열한다. 전압 12V에서 2A 전류가 500s 동안 열선에 흐를 때, 물의 최종온도[°C]는? (단, 물의 비열은 1calg^-1°C^-1, 1J＝0.24cal이며, 열선에 공급된 전기 에너지는 모두 물의 온도를 높이는 데 사용된다)
   1. ①19.6
   2. ②29.2
   3. ③40.0
   4. ④52.0
2. 2번
   압축기를 사용하여 질량유량이 0.02kgs^-1인 공기 흐름을 정상상태에서 압축한다. 압축기 출구와 입구 사이의 공기 단위질량당 엔탈피 변화량은 120kJkg^-1이고 공기 단위질량당 10kJkg^-1의 열이 외부로 방출될 때, 공기 흐름에 가해지는 단위시간당 일의 크기[kW]는? (단, 운동에너지와 위치에너지의 변화는 무시한다)
   1. ①2.2
   2. ②2.4
   3. ③2.6
   4. ④2.8
3. 3번
   열용량에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, C는 열용량, C_{P}는 정압 열용량, C_{V}는 정적 열용량, H는 몰 엔탈피, Q는 열, R은 기체상수, T는 온도이다)
   1. ①C_{P} = \left( \frac{partialH}{partialT} \right)_{P}로 정의된다.
   2. ②이상기체의 경우 모든 온도에서 C_{P} - C_{V} = R이다.
   3. ③이상기체의 C_{V}는 온도만의 함수이다.
   4. ④C = \left( \frac{partialQ}{partialT} \right)로 정의되며 상태함수이다.
4. 4번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
5. 5번
   작동 기체가 이상기체인 Carnot 기관에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
   1. ①완전히 가역적인 방식으로 작동한다.
   2. ②두 개의 단열과정과 두 개의 일정부피 과정으로 이루어진다.
   3. ③하나의 사이클에 걸친 기관의 엔트로피 변화는 0이다.
   4. ④고온의 열 저장고, 저온의 열 저장고 및 기관의 엔트로피 변화의 총합 \DeltaS_tot는 0이다.
6. 6번
   힘(force)의 크기를 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은?
   1. ①1lb_f>1kg_f>1N>1dyne
   2. ②1lb_f>1kg_f>1dyne>1N
   3. ③1kg_f>1lb_f>1N>1dyne
   4. ④1kg_f>1lb_f>1dyne>1N
7. 7번
   내부에너지에 대한 관계식으로 옳지 않은 것은? (단, U는 몰 내부에너지, C_{V}는 정적 열용량, P는 압력, S는 몰 엔트로피, T는 온도, V는 몰 부피이다)
   1. ①이상기체일 때 \left( \frac{partialU}{partialT} \right)_{V} = \left( \frac{partialU}{partialT} \right)_{P}
   2. ②\left[ \frac{\partial}{partialS} \left( \frac{partialU}{partialV} \right)_{S} \right]_{V} = \left( \frac{partialT}{partialV} \right)_{S}
   3. ③\left[ \frac{\partial}{partialV} \left( \frac{partialU}{partialS} \right)_{V} \right]_{S} = \left( \frac{partialP}{partialS} \right)_{V}
   4. ④dU = C_{V} dT + \left[ T \left( \frac{partialP}{partialT} \right)_{V} - P \right] dV
8. 8번
   환산압력(reduced pressure)이 1.25일 때, 퓨개시티(fugacity) 계수가 0.5인 순수한 기체의 퓨개시티[bar]는? (단, 이 기체의 임계압력 P_{c}는 40bar이다)
   1. ①20
   2. ②25
   3. ③30
   4. ④35
9. 9번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
10. 10번
    부피 3L인 용기에 373K의 기체 30mol이 있을 때, van der Waals 상태방정식으로 계산한 기체의 압력[atm]은? (단, 이 기체의 van der Waals 상태방정식 상수 a, b는 각각 1.370atmL²mol^-2과 0.018Lmol^-1이고, 기체상수 R은 0.082Latmmol^-1K^-1이다)
    1. ①206
    2. ②236
    3. ③266
    4. ④296
11. 11번
    온도 500K의 열 저장고가 600K의 또 다른 열 저장고로부터 6×10⁶kJ의 열을 받았다. 열 전달과정에서 각 열 저장고의 온도변화가 없을 때, 이 과정에서 전체 엔트로피의 변화 \DeltaS_tot[kJK^-1]는?
    1. ①2,000
    2. ②4,000
    3. ③6,000
    4. ④8,000
12. 12번
    Clapeyron 식을 적용하여 순수한 물질의 상변화에 수반되는 잠열을 계산할 때 필요한 자료로 옳지 않은 것은?
    1. ①상변화에 수반되는 부피 변화
    2. ②상변화가 일어나는 온도
    3. ③상변화 온도에서 온도에 대한 포화증기압의 기울기
    4. ④상변화에 수반되는 Gibbs 에너지 변화
13. 13번
    이상기체 혼합물의 단위 몰당 열역학 성질에 대한 표현으로 옳지 않은 것은? (단, G는 몰 Gibbs 에너지, H는 몰 엔탈피, S는 몰 엔트로피, P는 압력, R은 기체상수, y_{i}와 \Gamma_{i} ( T )는 각각 성분 i의 몰분율과 일정 온도 T에서의 적분 상수, 상첨자 ig는 이상기체를 의미하며, M_{i}^{ig}(M = G, H 또는 S)는 순수한 이상기체 성분 i의 열역학 성질이다)
    1. ①H^{{ig}} = \sum_{{i}}^{{}} y_{{i}} H_{{i}}^{{ig}}
    2. ②S^{{ig}} = \sum_{{i}}^{{}} y_{{i}} S_{{i}}^{{ig}} + R \sum_{{i}}^{{}} y_{{i}} lny_{{i}}
    3. ③G^{{ig}} = \sum_{{i}}^{{}} y_{{i}} G_{{i}}^{{ig}} + RT \sum_{{i}}^{{}} y_{{i}} lny_{{i}}
    4. ④G^{{ig}} = \sum_{{i}}^{{}} y_{{i}} \Gamma_{{i}} ( T ) + RT \sum_{{i}}^{{}} y_{{i}} \ln ( y_{{i}} P )
14. 14번
    조름공정에 의해 425°C, 200kPa의 기체 압력이 50kPa로 감소할 때 온도[°C]는? (단, Joule-Thomson 계수는 0.6°CkPa^-1로 일정하다)
    1. ①335
    2. ②340
    3. ③345
    4. ④350
15. 15번
    성능계수가 3.5인 Carnot 냉동기가 분당 2,520kJ의 열을 흡수할 때, 이 냉동기를 작동시키기 위한 전력량[kW]은? (단, 냉동기에 공급된 전력은 모두 냉동기의 알짜 일로 전환된다)
    1. ①8
    2. ②10
    3. ③12
    4. ④14
16. 16~22번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
17. 23번
    혼합물의 기액 상평형에서 성분 i의 평형비 K_{{i}}는 \frac{{y_{{i}}}}{{x_{{i}}}}로 정의된다. K_{i}에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, x_{i}와 y_{{i}}는 각각 성분 i의 액상 몰분율과 기상 몰분율이고, P_{i}^{sat}은 성분 i의 포화증기압, f_{{i}}는 순수한 성분 i의 퓨개시티(fugacity), \gamma_{{i}}는 성분 i의 활동도 계수, H_{i}는 성분 i의 Henry 상수이며, 상첨자 V와 L은 각각 기상과 액상을 의미한다)
    1. ①Raoult의 법칙을 따를 때, K_{{i}} = \frac{{P_{{i}}^{{sat}}}}{{P}}이다.
    2. ②기상은 이상기체이고 액상은 Henry의 법칙을 따를 때, K_{{i}} = \frac{{H_{{i}}}}{{P}}이다.
    3. ③기상, 액상 모두 Lewis/Randall 규칙을 따를 때, K_{{i}} = \frac{{f_{{i}}^{{V}}}}{{f_{{i}}^{{L}}}}이다.
    4. ④수정된 Raoult의 법칙을 따를 때, K_{{i}} = \frac{{\gamma_{{i}} P^{{sat}}_{{i}}}}{{P}}이다.
18. 24번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
19. 25번
    온도 500K에서 기상 가역반응인 A＋B ⇄ C＋D의 표준반응열은 －4,600R[Jmol^-1]이고 평형상수는 1이다. 온도 1,000K에서 초기 1mol의 A와 1mol의 B가 반응하여 평형에 도달했을 때, D의 몰분율은? (단, 혼합물은 이상기체이며, R은 기체상수[Jmol^-1K^-1]이고, 표준반응열은 온도에 무관하며, ln(0.1)＝-2.3이다)
    1. ①\frac{{1}}{{7}}
    2. ②\frac{{1}}{{9}}
    3. ③\frac{{1}}{{11}}
    4. ④\frac{{1}}{{22}}