2023년 국가직 7급 공개경쟁채용 반응공학 가책형 기출문제

2023년 국가직 7급 공개경쟁채용 반응공학 가책형 25문항 중 16문항의 발문과 선지입니다. 시험 시간은 25분입니다. 나머지 9문항은 그림이나 지문이 있어 앱에서 볼 수 있습니다. 정답·해설은 앱에서 볼 수 있습니다.

출처: 국가공무원 채용시스템(인사혁신처)

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1번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
2번
화학 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1. ①공간시간은 반응기 부피를 반응기로 유입되는 부피유량으로 나눈 것이다.
2. ②회분식반응기는 대규모 조업이나 개발이 완료된 공정, 그리고 연속운전이 용이한 공정에 사용된다.
3. ③여러 개의 작은 동일 부피의 연속교반탱크반응기(CSTR)들이 직렬연결된 계로 플러그흐름반응기(PFR)를 근사하여 모델링할 수 있다.
4. ④등온 1차 반응의 경우 동일한 반응조건에서 동일한 전환율을 달성하기 위해 필요한 연속교반탱크반응기 부피가 플러그흐름반응기 부피보다 일반적으로 더 크다.
3번
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. ①65
2. ②75
3. ③85
4. ④95
4~6번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
7번
등온 플러그흐름반응기(PFR)에서 A→B 기상 2차 반응을 T_{{\mathrm{PFR}}}에서 진행하여 전환율 X_{{\mathrm{A}}}를 얻었다. 이 반응을 동일 부피의 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 진행하여 동일한 전환율을 얻기 위해 필요한 반응온도를 T_{{\mathrm{CSTR}}}이라 할 때, 옳은 것은? (단, 반응속도상수는 아레니우스(Arrhenius) 식을 따르며, E_{{a}}는 활성화에너지, R은 기체상수이며, 반응기 종류와 반응온도 이외의 다른 반응조건은 동일하다)
1. ①\frac{{R}}{{E_{{a}}}} \left( T_{{\mathrm{CSTR}}} \, - \, T_{{\mathrm{PFR}}} \right) \, = \, \ln \frac{{1}}{{( 1 \, - \, X_{{\mathrm{A}}} )}}
2. ②\frac{{R}}{{E_{{a}}}} \left( T_{{\mathrm{CSTR}}} \, - \, T_{{\mathrm{PFR}}} \right) \, = \, \ln ( 1 \, - \, X_{{\mathrm{A}}} )
3. ③\frac{{E_{{a}}}}{{R}} \left( \frac{{1}}{{T_{{\mathrm{CSTR}}}}} \, - \, \frac{{1}}{{T_{{\mathrm{PFR}}}}} \right) \, = \, \ln \frac{{1}}{{( 1 \, - \, X_{{\mathrm{A}}} )}}
4. ④\frac{{E_{{a}}}}{{R}} \left( \frac{{1}}{{T_{{\mathrm{CSTR}}}}} \, - \, \frac{{1}}{{T_{{\mathrm{PFR}}}}} \right) \, = \, \ln ( 1 \, - \, X_{{\mathrm{A}}} )
8번
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 2＝0.7이다)
1. ①0.07
2. ②0.7
3. ③1.4
4. ④7.0
9번
200L 정용 등온 회분식반응기를 이용하여 초기조건 500K, 80atm에서 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, 반응속도상수는 0.1Lmol^-1min^-1, 기체상수는 0.08atmLmol^-1K^-1이다)
1. ①\frac{{20}}{{3}}
2. ②\frac{{40}}{{3}}
3. ③\frac{{60}}{{3}}
4. ④\frac{{80}}{{3}}
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11번
아레니우스(Arrhenius) 식( k ( T \, ) = Ae^{{- E_{{a}} / RT \,}} )에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, k는 반응속도상수, T \,는 절대온도, A는 빈도인자, E_{{a}}는 활성화에너지, R은 기체상수이다)
1. ①활성화에너지는 반응이 일어나기 위해서 반응물들이 반드시 넘어야 하는 에너지 장벽이다.
2. ②반응온도가 높을수록 반응속도상수는 증가한다.
3. ③반응속도상수는 반응물 농도의 함수이다.
4. ④\ln \, k를 \frac{{\, 1}}{{T \, \,}}에 대해 도시하여, 기울기로부터 활성화에너지를 구할 수 있다.
12번
정상상태 플러그흐름반응기(PFR)에서 A→B 반응을 진행할 때, A에 관한 몰수지식으로 옳은 것은? (단, F_{{\mathrm{A} 0}}는 반응기로 공급되는 A의 몰유량, X_{{\mathrm{A}}}는 A의 전환율, V \,는 반응기 부피, - r_{{\mathrm{A}}}는 A의 소멸속도, t는 반응시간이다)
1. ①- r_{{\mathrm{A}}} = F_{{\mathrm{A} 0}} \frac{{dX_{{\mathrm{A}}}}}{{dV}}
2. ②- r_{{\mathrm{A}}} = \frac{{F_{{\mathrm{A} 0}} \,}}{{V}} dX_{{\mathrm{A}}}
3. ③- r_{{\mathrm{A}}} = {\frac{F_{{\mathrm{A} 0}}}{{V}}} \frac{{dX_{{\mathrm{A}}}}}{{dt}}
4. ④- r_{{\mathrm{A}}} = VF_{{\mathrm{A} 0}} \frac{{dX_{{\mathrm{A}}}}}{{dt}}
13번
원통형 플러그흐름반응기(PFR)에서 A→B 액상 2차 반응을 일정 온도에서 진행하여 A의 전환율 80%를 얻었다. 반응기 부피가 12L이고 평균유속이 10mmin^-1일 때, 반응기 단면적의 지름[m]은? (단, 반응속도상수는 1Lmol^-1min^-1, A의 초기농도는 1molL^-1, 원주율 \pi＝3이다)
1. ①0.01
2. ②0.02
3. ③0.03
4. ④0.04
14번
등온 회분식반응기에서 A→B 액상 0차 반응을 진행한다. A의 초기농도는 1molL^-1이며, 반응 시작 30분 후 A의 농도가 0.2molL^-1로 감소하였다. 이 반응의 반응속도상수[molL^-1h^-1]는?
1. ①0.4
2. ②0.8
3. ③1.6
4. ④3.2
15번
등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→B 액상 기초반응을 진행하여 반응 시작 20분 후 A의 전환율 80%를 얻었다. 동일한 반응물을 동일한 반응조건에서 부피가 2L인 플러그흐름반응기(PFR)에 공급하여 반응을 진행할 경우, A의 전환율 80%를 얻기 위한 A의 부피유량[Lmin^-1]은?
1. ①0.1
2. ②0.15
3. ③0.2
4. ④0.25
16~17번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
18번
동일한 부피의 연속교반탱크반응기(CSTR) n개를 직렬로 연결하여 A→B 액상 기초반응을 일정 온도에서 진행한다. CSTR 한 개의 공간시간(\tau)은? (단, k는 반응속도상수, C_{{\mathrm{A} 0}}는 첫 번째 반응기로 유입되는 A의 농도, C_{{\mathrm{A}}}는 n 번째 반응기 출구에서 A의 농도이다)
1. ①\frac{{n}}{{k}} [ 1 \, - \, ( \frac{{C_{{\mathrm{A}}}}}{{C_{{\mathrm{A} 0}}}} )^{{\frac{{1}}{{n}}}} ]
2. ②\frac{{1}}{{k}} [ 1 \, - \, ( \frac{{C_{{\mathrm{A}}}}}{{C_{{\mathrm{A} 0}}}} )^{{\frac{{1}}{{n}}}} ]
3. ③\frac{{1}}{{k}} [ n ( \frac{{C_{{\mathrm{A} 0}}}}{{C_{{\mathrm{A}}}}} )^{{\frac{{1}}{{n}}}} \, - \, 1 ]
4. ④\frac{{1}}{{k}} [ ( \frac{{C_{{\mathrm{A} 0}}}}{{C_{{\mathrm{A}}}}} )^{{\frac{{1}}{{n}}}} \, - \, 1 ]
19번
50L 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→B 발열 액상 기초반응을 진행한다. A의 초기농도가 1molL^-1, 초기 반응온도가 400K일 때, 지속적인 열제거로 반응기의 온도를 400K로 유지한다. 반응 시작 5분 후 열제거 속도[kcalmin^-1]의 크기는? (단, 교반기에 의해 반응기에 가해진 일은 무시하고, 반응속도상수는 0.2min^-1, 반응열 \triangle H_{{R}} \,(400K)＝－10kcalmol^-1이다)
1. ①\frac{{100}}{{e}}
2. ②\frac{{150}}{{e}}
3. ③\frac{{200}}{{e}}
4. ④\frac{{250}}{{e}}
20번
고체 촉매가 균일하게 충전된 등온 충전층반응기(PBR)에서 A→B 기상 반응을 진행할 때, 압력강하는 \frac{{P}}{{P_{{0}}}}＝( 1 \, - \, \alpha W \, )^{{1 / 2}} 식을 따른다. 반응기 길이가 5m일 때, 입구에서 압력이 10atm, 출구에서 압력이 8.66atm이었다. 동일한 반응조건에서 반응기 길이를 15m로 늘려 반응기 부피를 3배로 크게 했을 때, 반응기 출구에서의 압력[atm]은? (단, P_{{0}} \,는 반응기 입구에서 압력, P \,는 반응기 출구에서 압력, \alpha는 압력강하 파라미터, W \,는 촉매 무게, 0.866의 제곱은 0.75이다)
1. ①1.5
2. ②2.5
3. ③5.0
4. ④7.5
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22번
정상상태 단열 플러그흐름반응기(PFR)에서 A＋B→C 액상 기초반응을 진행한다. 동일한 몰유량의 A와 B가 반응기로 공급되고, 반응기 입구와 반응기 출구에서의 온도가 각각 T_{{1}}과 T_{{2}}일 때, 반응기 출구에서 A의 전환율(X_{{\mathrm{A}}})은? (단, 반응한 A의 단위몰당 반응열 \triangle H_{{R}}＝－6,000calmol^-1, A와 B의 열용량 C_{{P , \mathrm{A}}}＝C_{{P , \mathrm{B}}}＝15calmol^-1K^-1, C의 열용량 C_{{P , \mathrm{C}}}＝30calmol^-1K^-1이고, 반응열과 열용량은 모두 온도에 무관하며 일정한 값을 갖는다)
1. ①\frac{{T_{{2}} \, - \, T_{{1}}}}{{100}}
2. ②\frac{{T_{{2}} \, - \, T_{{1}}}}{{150}}
3. ③\frac{{T_{{2}} \, - \, T_{{1}}}}{{200}}
4. ④\frac{{T_{{2}} \, - \, T_{{1}}}}{{300}}
23번
등온 회분식반응기에서 5molL^-1의 순수한 A를 반응물로 A\, \, REL \rightarrow {k_{{1}}} {} \,BREL \rightarrow {k_{{2}}} {}C 액상반응을 진행한다. 반응 시작 2시간 후 B의 농도[molL^-1]는? (단, k_{{1}}＝0.1 h^-1, k_{{2}}＝0.05 molL^-1h^-1, e^{{- 0.2}}＝0.8이다)
1. ①1
2. ②0.9
3. ③0.1
4. ④0.05
24번
분자체(molecular sieve) 촉매인 제올라이트에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1. ①천연물질에서 얻어질 수 있는 분자체 촉매이다.
2. ②제올라이트 세공의 크기에 따라 다양한 분자들의 체류시간을 조절할 수 있다.
3. ③미세한 활성물질 입자를 제올라이트 표면에 분산시켜 담지 촉매를 제조할 수 있다.
4. ④제올라이트를 활용하면 반응속도를 증가시킬 수는 있지만, 목적 생성물의 선택도를 향상시킬 수 없다.
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