2024년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 나책형 기출문제

2024년 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)

1. 1번
   평형상태에 대한 설명으로 옳은 것은?
   1. ①평형은 미시적인 변화도 없는 정적 상태이다.
   2. ②단일 성분의 기체와 액체가 평형을 이룰 때, 깁스 상률에 의한 자유도는 2이다.
   3. ③일정한 온도와 압력에서 닫힌계의 평형상태는 시스템의 전체 깁스 에너지가 최소인 상태이다.
   4. ④모든 가역반응의 평형상태에서 정반응과 역반응의 반응속도상수는 같다.
2. 2번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
3. 3번
   압축인자(compressibility factor) Z에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
   1. ①압축인자는 같은 온도와 압력에서 실제기체의 몰부피를 이상기체의 몰부피로 나눈 값이다.
   2. ②이상기체의 압축인자는 항상 1이다.
   3. ③압력이 매우 낮아질 때, 압축인자의 값은 1에 접근한다.
   4. ④압력이 매우 낮아질 때, 실제기체에서 측정한 압력 변화에 따른 압축인자의 변화량은 기체 종류와 무관하다.
4. 4번
   단원자 이상기체 A 3몰을 일정한 압력에서 250K부터 750K까지 가열할 때, 엔트로피 변화량[kJK^-1]은? (단, A의 열용량 C_{P}＝1.0kJmol^-1K^-1이다)
   1. ①0
   2. ②ln3
   3. ③3
   4. ④3ln3
5. 5~6번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
6. 7번
   300K에서 기체 A가 비리얼(virial) 방정식을 따른다. 제2 비리얼 계수 B＝－190cm³mol^-1일 때, 10bar에서 A의 몰부피[cm³mol^-1]는? (단, 기체상수는 83barcm³mol^-1K^-1이고, 비리얼 계수는 B만 이용한다)
   1. ①2,110
   2. ②2,300
   3. ③2,490
   4. ④2,680
7. 8번
   일정한 온도와 압력에서 일어나는 반응 전후의 내부에너지 변화와 엔탈피 변화가 같은 것은? (단, 기체는 이상기체이고, 계는 닫힌계이며, 모든 반응은 완료되었다)
   1. ①C₃H₈(g)＋5O₂(g)→3CO₂(g)＋4H₂O(g)
   2. ②2H₂(g)＋O₂(g)→2H₂O(l)
   3. ③2MnO₂(s)→2MnO(s)＋O₂(g)
   4. ④H₂(g)＋Cl₂(g)→2HCl(g)
8. 9~11번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
9. 12번
   혼합용액의 상평형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
   1. ①성분 i의 활동도는 순수성분 i의 퓨개시티(fugacity)에 정비례한다.
   2. ②같은 온도와 압력에서 모든 구성성분에 대해 각 성분의 기체상과 액체상의 퓨개시티가 동일할 때, 용액은 평형이다.
   3. ③온도와 압력이 일정할 때, 부분 몰 성질은 독립적으로 변화할 수 없다.
   4. ④이상기체 혼합물에서 성분 i의 퓨개시티는 성분 i의 부분 압력과 같다.
10. 13번
    300°C, 10Pa의 기체 A가 엔탈피의 변화 없이 오리피스를 지난다. 온도와 압력이 280°C, 2Pa로 감소했다면, 기체 A의 Joule-Thomson 계수[°CPa^-1]는? (단, 기체 흐름은 정상상태이고, 해당 공정에서 Joule-Thomson 계수는 일정하다)
    1. ①1.5
    2. ②2.5
    3. ③3.5
    4. ④4.5
11. 14번
    표준상태에서 이상기체들의 가역반응 중 온도가 T_{1}에서 T_{2}로 증가하였을 때, 평형상수(K_{{\mathrm{P}}})가 4배 증가하였다. 반응엔탈피(\triangle H°)는? (단, \triangle H°는 온도에 무관하게 일정하고, R \,은 기체상수이다)
    1. ①4 R \, \frac{{T_{{1}} T_{{2}}}}{{T_{{2}} - T_{{1}}}}
    2. ②4 R \, \frac{{T_{{2}} - T_{{1}}}}{{T_{{1}} T_{{2}}}}
    3. ③R \, \frac{{T_{{2}} - T_{{1}}}}{{T_{{1}} T_{{2}}}} \ln 4
    4. ④R \, \frac{{T_{{1}} T_{{2}}}}{{T_{{2}} - T_{{1}}}} \ln 4
12. 15~16번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
13. 17번
    이상기체 1몰의 엔트로피(S \,)가 일정할 때, \left( \frac{{Partial T}}{{Partial P}} \right)_{{S}}와 같은 것은? (단, P \,는 압력, T \,는 온도, V \,는 몰부피, R \,은 기체상수, C_{{P}}는 정압 열용량, C_{V} \,는 정적 열용량이다)
    1. ①\frac{{V}}{{C_{{P}}}}
    2. ②\frac{{R}}{{P}}
    3. ③\frac{{T}}{{C_{{P}}}}
    4. ④\frac{{RT}}{{C_{{V}}}}
14. 18번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
15. 19번
    두 종류의 액체가 섞인 실제용액의 과잉 깁스 에너지가 \frac{G^{{E}}}{{RT}} \, =Ax_{{1}} x_{{2}}로 주어졌다. 해당 용액을 이루고 있는 순수한 성분들의 증기압 비(\frac{{P_{{1}}^{{sat}}}}{{P_{{2}}^{{sat}}}})는 온도에 무관하게 1.649로 일정하다. 공비점에서 x_{{1}}＝0.7일 때, 상수 A의 값은? (단, T \,는 온도, R \,은 기체상수, x_{{i}}는 액체상에서 성분 i의 몰분율, ln1.649＝0.5이다)
    1. ①0.5
    2. ②0.75
    3. ③1.0
    4. ④1.25
16. 20번
    400K, 1bar의 이상기체 A 1몰을 4bar로 등온압축할 때, 필요한 일[J]은? (단, 기체상수 R＝8Jmol^-1K^-1이고, ln2＝0.7이다)
    1. ①2,240
    2. ②3,200
    3. ③4,480
    4. ④6,400
17. 21번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
18. 22번
    내부 온도를 250K로 유지하기 위한 냉동기 작동 동력은 0.5kW이다. 냉동기 외부 온도가 300K로 유지될 때, 단위시간당 방출되는 열의 크기(\left| \dot{{Q \, \,}} \right|)[kW]는? (단, 냉동기는 Carnot 사이클로 작동하며, 냉동기의 성능계수는 Carnot 성능계수의 60%이다)
    1. ①1.5
    2. ②2
    3. ③3
    4. ④5
19. 23번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
20. 24번
    흐름과정에 대한 열역학적 설명으로 옳지 않은 것은?
    1. ①아음속의 압축성 유체가 단면적이 일정하고 마찰이 있는 수평관을 단열 정상상태로 흐를 때, 흐름방향으로 압력은 감소한다.
    2. ②수렴 노즐공정에서 아음속 흐름에 대해 이론적으로 도달 가능한 최대 유속은 음속이다.
    3. ③축일과 열전달이 없는 등엔탈피 조름공정에서 이상기체는 압력이 감소하면 온도가 감소한다.
    4. ④유체가 터빈에서 가역 단열팽창할 때, 축일은 주어진 터빈에서 얻을 수 있는 최대의 일이다.
21. 25번
    칸막이에 의해 동일한 부피로 나누어진 박스에 질소(N₂) 2몰과 산소(O₂) 4몰이 각각 들어있다. 일정한 온도에서 칸막이를 제거하여 두 기체가 혼합될 때, \frac{{\triangle G}}{{RT}}의 값은? (단, 기체는 반응하지 않는 이상기체이고, 칸막이의 부피는 무시한다. ln2＝0.7, ln3＝1.1로 계산하고, \triangle G \,는 깁스 에너지 변화량, R \,은 기체상수, T \,는 온도이다)
    1. ①－0.4
    2. ②－3.8
    3. ③－4.2
    4. ④－6.6