2022년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 나책형 기출문제

2022년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 나책형 25문항 중 14문항의 발문과 선지입니다. 시험 시간은 25분입니다. 나머지 11문항은 그림이나 지문이 있어 앱에서 볼 수 있습니다. 정답·해설은 앱에서 볼 수 있습니다.

출처: 국가공무원 채용시스템(인사혁신처)

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1번
내부가 진공 이중벽인 보온병에 미지근한 물을 반만 채우고 밀봉하였다. 보온병은 이상적으로 완벽하게 단열되어 있으며, 물은 보온병 외부로 전혀 새어 나오지 않는다고 가정한다. 보온병 내부를 열역학적 계(system)라고 할 때, 계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1. ①해당 계는 물리적으로 닫힌계라고 볼 수 있다.
2. ②열의 출입이 불가능한 이상적인 단열계이다.
3. ③물질은 통과하지 못하는 계이다.
4. ④일의 출입이 불가능한 계이다.
2번
냉동 시스템이 2kW의 동력으로 작동하고 있으며, 냉동되는 속도는 5kJs^-1라고 한다. 이 냉동 시스템의 성능계수는?
1. ①0.4
2. ②2.5
3. ③5.0
4. ④10.0
3번
이상기체로 간주되는 여러 기체 성분들을 혼합시킨다. 혼합 후 혼합물의 열역학적 성질이, 같은 온도와 압력에 있는 혼합 전 순수성분들의 성질에 그 성분의 몰수를 곱한 값의 합과 같은 것은?
1. ①A(헬름홀츠에너지)
2. ②H \,(엔탈피)
3. ③S \,(엔트로피)
4. ④G \,(깁스에너지)
4~6번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
7번
320K, 500kPa의 물이 단열펌프를 지나 8,000kPa로 방출된다. 320K에서 포화액체 물의 비부피는 1,000cm³kg^-1이며, 이송되는 동안 비부피는 변하지 않는다. 펌프의 효율이 25%라면, 단열 압축공정에 필요한 펌프의 일[kJkg^-1]은? (단, 이 과정에서 운동에너지와 위치에너지의 변화는 무시한다. 1J＝1MPacm³이다)
1. ①7.5
2. ②15.0
3. ③20.0
4. ④30.0
8~9번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
10번
유량이 10kgs^-1인 수증기가 100ms^-1의 속도로 압축기로 들어가서 압축기 입구 압력의 3배로 압축되었다가 다시 노즐로 들어가서 압축기 입구 조건(온도 및 압력)과 같은 상태로 팽창되면서 500ms^-1의 속도로 방출된다. 이 과정이 정상상태, 단열조건에서 일어날 때, 압축기에서 필요한 동력[kW]은? (단, 압축기 입구와 노즐 출구의 높이차는 없다고 가정한다)
1. ①120
2. ②240
3. ③1,200
4. ④2,400
11번
표준 반응열에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1. ①표준 반응열에서 표준 상태는 고체, 액체, 기체와 상관없이 1bar 압력을 기반으로 한다.
2. ②음수의 표준 반응열을 갖는 반응은 흡열반응이다.
3. ③화학 반응식의 각 화학양론계수들이 두 배가 되면 표준 반응열도 두 배가 된다.
4. ④표준 반응열을 계산하기 위해 표준 생성열을 이용할 수 있다.
12~13번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
14번
1kW의 동력을 생산하기 위해 제작된 열기관이 있다. 600K의 수증기를 열원으로 사용하고 300K의 주위로 열을 버린다. 열기관의 효율을 최대치의 80%로 운전할 때, 한 시간 동안 주위로 버리는 열량[kWh]은?
1. ①1.0
2. ②1.5
3. ③2.0
4. ④2.5
15번
터보 제트 기관에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1. ①압축 일을 줄이기 위해 확산기를 이용한다.
2. ②축방향 흐름 압축기는 압축 일을 행하며, 연료는 연소실로 분사되어 연소된다.
3. ③방출압력까지의 나머지 팽창은 노즐에서 이루어지며, 여기에서 기관에 대한 기체의 속도는 유입되는 공기속도 이상의 수준까지 증가된다.
4. ④압축과 팽창 과정이 가역 단열 과정이라면, 터보 제트 기관의 사이클은 Otto 사이클을 따른다.
16~17번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
18번
정상 끓는점(normal boiling point)에서 물의 기화 엔탈피 변화는 40.7kJmol^-1이다. 이 조건에서 2mol의 물이 기화할 때, 물의 엔트로피 변화[JK^-1]는?
1. ①약 109
2. ②약 218
3. ③약 407
4. ④약 814
19번
초기온도와 초기압력이 각각 300K와 P_{1}인 이상기체를 가역적으로 압축시키는 닫힌계를 고려하자. 이 기체를 P_{2}(＝2 P_{1})까지 등온 압축시킬 때 필요한 일과 같은 크기의 일을 사용하여 동일한 초기 조건에 있는 기체를 단열 압축시킨다면, 기체의 온도변화(\Delta T \,)는? (단, 기체의 정적 열용량(C_{{V}} \,)은 기체상수 R과 같다. 압축과정에서 기체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시하며, 축일은 없다)
1. ①\left( 300 \right) \, \ln 2
2. ②\frac{{300}}{{\ln 2}}
3. ③\left( 300 R \right) \, \ln 2
4. ④\frac{{300 R}}{{\ln 2}}
  .
20번
액체(l)에서 증기(v)로 상전이가 일어나는 2상 계가 있다. 화합물의 포화 증기압(P^{{sat}})의 온도 의존성을 표현하는 Clapeyron 식으로 옳은 것은? (단, T \,는 온도, R \,은 기체상수, \Delta H^{{lv}} ( = H^{{v}} - H^{{\, l}} \, )는 상전이 시 엔탈피(H \,)의 변화, \Delta V^{{lv}} ( = V^{{v}} - V \, \,^{{l}} )는 상전이 시 몰부피(V \, \,)의 변화, \Delta Z^{{lv}} ( = Z^{{v}} - Z \, \,^{{l}} )는 상전이 시 압축인자(Z \,)의 변화이다)
1. ①\frac{{d \, lnP^{{sat}}}}{{dT}} \, = \, \frac{{\Delta H^{{\, lv}}}}{{RT^{{2}} \Delta V \, \,^{{lv}}}}
2. ②\frac{{d \, lnP^{{sat}}}}{{d ( 1 / T )}} \, = \, - \frac{{\Delta H^{{lv}}}}{{R \Delta Z^{{lv}}}}
3. ③\frac{{d \, lnP^{{sat}}}}{{d ( 1 / T \, )}} \, = \, - \frac{{\Delta H^{{\, lv}}}}{{R \Delta V \, \,^{{lv}}}}
4. ④\frac{{d \, P^{{sat}}}}{{dT}} \, = \, \frac{{\Delta H^{{\, lv}}}}{{RT^{{2}} \Delta Z^{{\, lv}}}}
21번
순수한 유체의 부피(V \, )는 온도(T \,)와 압력(P \,)의 함수이며 부피 팽창률(\beta, volume expansivity)과 등온 압축률(\kappa, isothermal compressibility)은 항상 양의 값으로 온도와 압력의 변화에 대해 일정하다고 가정할 때, 유체의 부피 변화의 비\left( \frac{V_{2}}{V}_{1} \right)를 계산하는 식으로 옳은 것은?
1. ①\ln \left( \frac{{V_{{2}}}}{{V_{{1}}}} \right) \, = \, \kappa \, \left( T_{{2}} - T_{{1}} \right) \, - \, \beta \, \left( P_{{2}} - P_{{1}} \right)
2. ②\ln \left( \frac{{V_{{2}}}}{{V_{{1}}}} \right) \, = \, \kappa \, \left( T_{{2}} - T_{{1}} \right) \, + \, \beta \, \left( P_{{2}} - P_{{1}} \right)
3. ③\ln \left( \frac{{V_{{2}}}}{{V_{{1}}}} \right) \, = \, \beta \, \left( T_{{2}} - T_{{1}} \right) \, + \, \kappa \, \left( P_{{2}} - P_{{1}} \right)
4. ④\ln \left( \frac{{V_{{2}}}}{{V_{{1}}}} \right) \, = \, \beta \, \left( T_{{2}} - T_{{1}} \right) \, - \, \kappa \, \left( P_{{2}} - P_{{1}} \right)
22번
한 발명가가 1mol의 공기를 이용하여 500K, 2bar에서 350K, 1.4bar로 상태를 변화시키면서 300K에 있는 주위로 열을 방출하는 비흐름 공정을 고안했다. 이 공정에서 생성될 수 있는 최대 일[J]은? (단, 공기는 이상기체로 간주하고, C_{{P}}＝\frac{7}{2} R이며, R은 기체상수이고, \ln \left( 0.7 \right) \approx - 0.36으로 계산한다)
1. ①- 105 R
2. ②－ 106 R
3. ③－ 107 R
4. ④－ 108 R
23번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
24번
van der Waals 상태 방정식 \left( P + \frac{{a}}{{V^{{2}} \,}} \right) \left( V - b \right) \, = RT \,이 적용되는 기체의 \left( \frac{{Partial U}}{{Partial V}} \right)_{{T}}는? (단, U \,는 몰내부에너지, V \,는 몰부피이다)
1. ①a
2. ②\frac{1}{V}
3. ③\frac{1}{V}^{2}
4. ④\frac{a}{V}^{2}
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