2023년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 가책형 기출문제
2023년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 가책형 25문항 중 13문항의 발문과 선지입니다. 시험 시간은 25분입니다. 나머지 12문항은 그림이나 지문이 있어 앱에서 볼 수 있습니다. 정답·해설은 앱에서 볼 수 있습니다.
- 1번닫힌계의 피스톤－실린더 장치 내 유체(계)에 작용하는 압축－팽창 일(work)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 일은 계로 유입될 때 양수로 간주하고, P는 압력, V \, \,^{{t}}는 총부피(total volume)이다)
- ①계를 압축하는 경우 가역일은 비가역일보다 크다.
- ②압축－팽창 일은 초기 및 최종상태들뿐만 아니라 경로에 따라 달라진다.
- ③압축－팽창 일은 계의 총부피 변화와 연관되어 있다.
- ④압축－팽창 일은 가역과정일 때 - \int_{{}}^{{}} {P \, dV^{{\, \, t}}}이다.
- 2번이상기체의 닫힌계 가역 공정에 대하여 초기상태에서 최종상태로의 계의 엔탈피 변화와 항상 같은 것은? (단, 초기상태와 최종상태의 온도는 다르다)
- ①정적 공정에서 내부에너지 변화
- ②정적 공정에서 계 내부로 전달되는 열
- ③정압 공정에서 내부에너지 변화
- ④정압 공정에서 계 내부로 전달되는 열
- 3번3,070kJkg-1의 비엔탈피 값을 가진 300°C, 300kPa의 과열증기가 단열 압축기를 통해 600kPa로 압축된다. 가역단열 압축 시 600kPa의 과열증기의 비엔탈피 값은 3,270kJkg-1이다. 압축기의 효율이 80%라면, 압축기 출구에서 과열증기의 비엔탈피[kJkg-1] 값은? (단, 정상상태 흐름 공정이고, 증기의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)
- ①3,110
- ②3,170
- ③3,230
- ④3,320
- 4번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 5번어떤 화합물에 대한 증기압의 온도 의존성은 특정 온도 구간에서 식 \ln \, P^{{\, \mathrm{sat}}} \, = \, 4 \, - \, \frac{{\mathrm{A}}}{{T}}와 같다. Clausius-Clapeyron 식을 사용하여 해당 온도 구간에서 증발잠열을 계산한 결과 40kJmol-1의 일정한 값을 얻었을 때, 온도 의존성 식에 보인 상수 \mathrm{A}[K]의 값은? (단, 이 화합물의 기체상은 이상기체로 간주하며, 기체상수는 8Jmol-1K-1이다)
- ①1,000
- ②3,200
- ③5,000
- ④9,000
- 6~8번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 9번1bar에서 A(g)⇄2B(g) 반응이 진행된다. 이 반응의 표준 반응열이 반응온도와 관계없이 항상 일정한 경우는? (단, 화합물 A와 화합물 B의 정압 몰열용량은 각각 온도에 관계없이 일정한 값을 가진다)
- ①A의 정압 몰열용량이 B의 정압 몰열용량과 같을 때
- ②A의 정압 몰열용량이 B의 정압 몰열용량의 0.5배일 때
- ③A의 정압 몰열용량이 B의 정압 몰열용량의 2배일 때
- ④A의 정압 몰열용량이 B의 정압 몰열용량의 4배일 때
- 10번온도(T \,), 압력(P \,), 몰부피(V \,)에 관한 van der Waals 상태방정식 P \, = \frac{{RT}}{{V \, - \, b}} \, - \, \frac{{a}}{{V^{{2}}}}에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
- ①이 상태방정식은 주어진 온도에서 부피에 대하여 항상 3개의 실근을 가진다.
- ②a와 b는 특정 성분에 따라 고유한 값을 가지며 양의 상수들이다.
- ③\frac{{a}}{{V^{{\, 2}}}}항이 존재하는 이유는 분자들 간의 인력을 고려하기 위함이다.
- ④물리적으로 의미가 있는 V \,의 값은 언제나 상수 b보다 큰 양의 실수여야 한다.
- 11~12번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 13번450°C, 20kgfcm-2의 어떤 기체가 정상상태 흐름에서 조름 공정을 통해 출구 압력이 5kgfcm-2로 감소할 때, 기체의 출구 온도[°C]는? (단, 이 기체의 Joule-Thomson 계수는 6°Ccm2kgf-1로 일정하다)
- ①330
- ②360
- ③390
- ④420
- 14번고온부의 온도 T_{{H}} \,와 저온부의 온도 T_{{C}} \, 사이에서 작동하는 이상적인 Carnot 열기관의 효율이 0.25이다. 같은 T_{{H}} \,와 T_{{C}} \, 사이를 이상적인 Carnot 냉동기로 냉각시킨다고 할 때, Carnot 냉동기의 성능계수는?
- ①0.25
- ②1
- ③3
- ④4
- 15번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 16번성분 A와 B로 구성된 2성분계 혼합물을 기상과 액상으로 플래시(flash)시켰을 때, 100°C의 온도와 100kPa의 압력에서 기상과 액상이 평형을 이루고 있다. 성분 A의 포화증기압은 200kPa이고, 액상에서 성분 A의 몰분율은 0.2이다. 기상과 액상 전체에서 성분 A의 총괄 몰분율이 0.3일 때, 기상과 액상 전체에서 기상이 차지하는 몰분율은? (단, 기액 상평형 계산은 Raoult의 법칙을 따른다)
- ①0.2
- ②0.4
- ③0.5
- ④0.6
- 17번견고한 고압가스 용기에 300K의 질소가 충전되어 있다. 질소가 0.1kgh-1의 일정한 속도로 밸브를 통해 배출되고 있다. 배출 중 용기 내 온도를 일정하게 유지하기 위해 시간당 공급해야 할 열[kJh-1]은? (단, 질소는 이상기체이고, 정압 열용량은 1.0kJkg-1K-1, 정적 열용량은 0.7kJkg-1K-1이다. 배출 과정에서 질소의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시하며, 열손실과 축일은 없다)
- ①6
- ②9
- ③21
- ④30
- 18번부피가 일정한 닫힌계 반응기에서 1mol의 일산화탄소(CO) 가스와 2mol의 수소(H2) 가스를 반응시켜 1mol의 메탄올(CH3OH) 가스를 합성한다. 1,000K, 1bar에서 이 반응에 대한 반응 엔탈피는 －103kJ이다. 반응이 1,000K의 일정한 온도에서 일어난다면, 이 과정 동안에 전달되는 열(\left| Q \, \, \right|)[kJ]은? (단, 반응물과 생성물은 모두 이상기체로 간주하고, 관련된 일은 없으며, 기체상수 R는 8Jmol-1K-1이다)
- ①87
- ②95
- ③103
- ④119
- 19번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 20번대기압에서 수행되는 정상상태 흐름 공정에서 T_{{1}} \,의 온도와 {\dot{{n}}}_{{1}}[mols-1]의 유속으로 공급되는 공기가 T_{{2}} \, \,의 온도와 {\dot{{n}}}_{{2}}[mols-1]의 유속으로 공급되는 공기와 연속적으로 혼합되어 대기압에서 온도가 T_{{3}}인 생성물 흐름으로 배출된다. 이 공정의 엔트로피 생성률({\dot{{S}}}_{{\g en}} \,)을 구하는 식은? (단, 공기는 이상기체이고, 공기의 정압 열용량 C_{{P}} \,는 온도에 무관하게 일정하며, 외부의 온도는 T_{{0}} \,이고, {\dot{{Q}}}는 계로 전달되는 열전달률로서 계로 전달될 때 양의 값을 갖는다. T_{{1}} \, > T_{{2}} \, > T_{{3}} \, > T_{{0}} \,이며, 흐름들의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)
- ①C_{{P}} \, \, \left( {\dot{{n}}}_{{1}} \, \ln \frac{{T_{{2}}}}{{T_{{1}}}} \, + \, {\dot{{n}}}_{{2}} \, \ln \frac{{T_{{3}}}}{{T_{{2}}}} \right) \, - \, \frac{{{\dot{{Q}}}}}{{T_{{0}}}}
- ②C_{{P}} \, \left( {\dot{{n}}}_{{1}} \, + \, {\dot{{n}}}_{{2}} \right) \left( \ln \frac{{T_{{2}}}}{{T_{{1}}}} \, + \, \ln \frac{{T_{{3}}}}{{T_{{2}}}} \right) \, - \, \frac{{{\dot{{Q}}}}}{{T_{{0}}}}
- ③C_{{P}} \, \, \left( {\dot{{n}}}_{{1}} \, \ln \frac{{T_{{3}}}}{{T_{{1}}}} \, + \, {\dot{{n}}}_{{2}} \, \ln \frac{{T_{{3}}}}{{T_{{2}}}} \right) \, - \, \frac{{{\dot{{Q}}}}}{{T_{{0}}}}
- ④C_{{P}} \, \left( {\dot{{n}}}_{{1}} \, + \, {\dot{{n}}}_{{2}} \right) \left( \ln \frac{{T_{{3}}}}{{T_{{1}}}} \, + \, \ln \frac{{T_{{3}}}}{{T_{{2}}}} \right) \, - \, \frac{{{\dot{{Q}}}}}{{T_{{0}}}}
- 21~23번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 24번가스 터빈 기관에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
- ①압축기, 연소실, 터빈의 구성요소를 포함한다.
- ②터빈에 유입되는 연소기체의 온도가 높을수록 효율은 높아진다.
- ③실제 가스 터빈에서 기체의 터빈 입구 최고온도는 터빈의 재료에 따라 제한된다.
- ④이상적인 사이클의 알짜(net) 일은 등엔트로피 팽창으로 터빈에서 생산된 일이다.
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