2025년 국가직 7급 공개경쟁채용 화공열역학 가책형 기출문제
2025년 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.
- 1번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 2번이상기체로 채워진 닫힌계의 가역 공정에서 엔탈피 변화량(\triangle H \,)에 대한 설명으로 옳은 것은?
- ①\triangle H \,는 항상 0이다.
- ②\triangle H \,는 계의 경로에만 의존한다.
- ③닫힌계에서는 엔탈피를 정의할 수 없다.
- ④정압 공정에서 \triangle H \,는 계로 유입된 열과 같다.
- 3번200K에서 기체 A가 비리얼(virial) 방정식을 따르며, 제2 비리얼 계수 B는 －200cm3mol-1이다. 이 온도에서 기체 A의 몰부피가 1,000cm3mol-1이 되는 압력[bar]은? (단, 비리얼 방정식은 제2 비리얼 계수만 고려하고, 기체상수 R＝80cm3barmol-1K-1이다)
- ①12.8
- ②25.6
- ③128
- ④256
- 4번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 5번일정한 압력으로 유지되는 피스톤－실린더 장치 내에 초기온도가 300K인 이상기체 2몰이 밀폐되어있다. 장치 내부로 800J의 열이 유입될 때, 이상기체의 최종온도[K]는? (단, 정적 열용량은 \frac{{3}}{{2}} R \,이고, 기체상수 R＝8Jmol-1K-1이다. 가역 공정이고, 기체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)
- ①320
- ②330
- ③340
- ④350
- 6번어느 주택에 냉방용량이 30kW이고 증기－압축 사이클로 작동하는 냉방 시스템을 설치하고자 한다. 이 냉방 시스템의 성능계수는 Carnot 성능계수의 75%이고, Carnot 사이클로 작동할 경우 응축기 온도(T_{{\mathrm{H}}})와 증발기 온도(T_{{\mathrm{C}}})의 비율\left( \frac{{T_{{\mathrm{H}}}}}{{T_{{\mathrm{C}}}}} \right)은 1.25이다. 증기－압축 냉방 시스템에 소요되는 전력량[kW]은? (단, 두 사이클은 같은 온도 수준에서 작동한다)
- ①6
- ②7.5
- ③10
- ④24
- 7~8번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 9번성분 A와 B로 구성된 용액에서 성분 A의 몰분율은 0.2이고, 성분 A와 B의 부분 몰부피는 각각 55cm3mol-1, 17.5cm3mol-1이다. 순수한 물질 A와 B의 몰부피는 각각 57.5cm3mol-1, 18cm3mol-1일 때, 용액 1,000cm3를 만드는 데 필요한 순수한 물질 A와 B의 부피[cm3]의 합은? (단, 혼합 과정에서 온도와 압력은 일정하고, 두 성분의 반응 및 증발은 없다고 가정한다)
- ①1,000
- ②1,018
- ③1,036
- ④1,054
- 10번용액 1몰의 과잉 깁스 에너지(excess Gibbs energy, G^{{E}})가 G^{{E}} = aT \, \, lnT \, + \, aT \, + \, b로 표현될 때, 일정한 압력과 조성에서 용액의 과잉 엔탈피(H^{{E}})를 나타낸 것은? (단, a와 b는 상수, T \,는 온도이다)
- ①- aT + b
- ②aT - b
- ③( aT + a ) \, lnT \, + \, aT \, + \, 2 a \, + \, b
- ④( aT - a ) \, lnT \, + \, aT \, - \, 2 a \, + \, b
- 11번이상기체 1몰의 \left( \frac{{Partial S}}{{Partial V}} \right)_{{T}}와 같은 것은? (단, P는 압력, T \,는 온도, V \,는 부피, S \,는 엔트로피, R \,은 기체상수이다)
- ①\frac{{R}}{{V}}
- ②- \frac{{R}}{{V}}
- ③\frac{{P}}{{R}}
- ④- \frac{{P}}{{R}}
- 12번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 13번잔류 성질(residual property)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 임의의 열역학적 성질에 대하여 M^{{R}}은 잔류 성질, M은 실제기체의 성질, M^{{\, ig}}는 이상기체의 성질이다)
- ①잔류 성질 M^{{R}} \, = \, M \, - \, M^{{\, ig}}로 정의된다.
- ②잔류 성질은 압축인자(Z \,)를 이용하여 계산될 수 있다.
- ③열역학적 성질값은 실제기체가 이상기체보다 더 크므로 잔류 성질은 항상 0보다 크다.
- ④실제기체의 성질 변화를 예측하기 위해 이상기체로 가정하여 성질 변화를 계산하고 잔류 성질로 보정한다.
- 14번성분 A와 B로 구성된 이성분계가 300K, 0.3bar에서 기－액 평형상태에 있다. 성분 A의 활동도계수 \gamma_{{\mathrm{A}}}에 대하여 \ln ( \gamma_{{\mathrm{A}}} ) = \frac{{10}}{{7}} ( x_{{\mathrm{B}}} )^{{2}}을 만족하고, x_{{\mathrm{A}}}＝0.3일 때, 기체상에서 A의 몰분율은? (단, 기체상은 이상기체이고, 해당 온도에서 물질 A의 포화 증기압은 0.2bar이다. x_{{\mathrm{A}}}와 x_{{\mathrm{B}}}는 액체상에서 성분 A, B의 몰분율이고, \ln 2＝0.7로 계산한다)
- ①0.2
- ②0.4
- ③0.6
- ④0.7
- 15번초기에 \mathrm{CH}_{{4}}, \mathrm{H}_{{2}} \mathrm{O}, \mathrm{CO}_{{2}}가 각각 2몰, 1몰, 1몰 존재하는 계에서 3 \mathrm{CH}_{{4}} ( \mathrm{g} ) + 2 \mathrm{H}_{{2}} \mathrm{O} ( \mathrm{g} ) + \mathrm{CO}_{{2}} ( \mathrm{g} ) \, \, - > \, \, 8 \mathrm{H}_{{2}} ( \mathrm{g} ) + 4 \mathrm{CO} ( \mathrm{g} )의 반응이 일어난다. 반응이 일어나는 동안 각 성분의 몰분율을 반응진척도(extent of reaction, \varepsilon)를 이용하여 옳게 나타낸 것은? (단, 반응 전 초기 상태에서 \varepsilon＝0이고, y_{{i}}는 성분 i의 기체상에서의 몰분율이다)
- ①y_{{\mathrm{CH}_{{4}}}} = \frac{{2 + 3 \varepsilon}}{{4 - 6 \varepsilon}}
- ②y_{{\mathrm{H}_{{2}} \mathrm{O}}} = \frac{{1 - 2 \varepsilon}}{{4 - 6 \varepsilon}}
- ③y_{{\mathrm{H}_{{2}}}} = \frac{{4 - 8 \varepsilon}}{{4 + 6 \varepsilon}}
- ④y_{{\mathrm{CO}}} = \frac{{4 \varepsilon}}{{4 + 6 \varepsilon}}
- 16번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 17번이상기체로 이루어진 닫힌계의 엔트로피 변화량(\triangle S \,)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
- ①계가 비가역 공정을 거쳐 초기상태로 돌아오면 \triangle S \,는 0이다.
- ②가역 단열 공정에서 계에 가해진 일은 계의 엔트로피를 변화시키지 않는다.
- ③가역 공정에서 계의 온도가 T \,로 유지되면서 열 Q \,가 유입될 때,\triangle S \,는 \frac{{Q}}{{T}}이다.
- ④정적 공정에서 계의 온도가 T_{{1}}에서 T_{{2}}로 변화할 때, \triangle S \,는 온도비 \frac{{T_{{2}}}}{{T_{{1}}}}에 비례한다.
- 18번이상기체가 느린 유속으로 압축기에 유입되어 압축 공정을 거친 후, 단열된 노즐을 통해 초기 압력과 온도 조건으로 돌아가면서 최종 속도 400ms-1로 팽창된다. 압축 공정에서 170kJkg-1의 일이 가해졌을 때, 압축 공정에서 방출되는 열의 크기[kJkg-1]는? (단, 정상상태 흐름 공정이고, 압축기에 유입되는 지점에서 이상기체의 운동에너지는 무시하며, 위치에너지의 변화와 마찰에 의한 손실은 없다)
- ①10
- ②90
- ③130
- ④170
- 19번화학 반응의 평형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, T \,는 온도, R은 기체상수, \triangle H \, \, °는 반응의 표준 엔탈피 변화, \triangle G \, \, °는 반응의 표준 깁스 에너지 변화, \mu_{{i}}는 물질 i의 화학포텐셜(chemical potential)이다)
- ①표준상태에서 \frac{{d ( \triangle G \, \, ° / RT \, )}}{{dT}} \, = \, - \frac{{\triangle H \, \, °}}{{RT^{{\, 2}}}}가 성립한다.
- ②정반응이 발열 반응이면 온도가 증가함에 따라 평형상수는 증가한다.
- ③평형상태의 닫힌계에서 온도와 압력이 일정할 때, 전체 깁스 에너지는 최소이다.
- ④물질 A, B, C의 화학반응 \mathrm{A} \, + \, \mathrm{B} \, \, \rightarrow \, \mathrm{C}가 평형에 도달했을 때, - \mu_{{\mathrm{A}}} \, - \, \mu_{{\mathrm{B}}} \, + \mu_{{\mathrm{C}}} \, = 0이 성립한다.
- 20번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 21번환산온도 T_{{r}}＝1.2, 환산압력 P_{{r}}＝0.6인 조건에서 기체 A의 압축인자(Z \,)는 압력에 대한 비리얼(virial) 방정식을 이용하여 계산할 수 있다. 비리얼 방정식은 제2 비리얼 계수만 고려하고, 제2 비리얼 계수가 Pitzer 상관관계식을 따른다고 할 때, 기체 A의 압축인자는? (단, 해당 온도, 압력 조건에서 제2 비리얼 계수에 대한 Pitzer 상관관계식의 B^{{0}}와 B^{{1}}은 각각 －0.23, 0.06이고, 기체 A의 이심인자(acentric factor)는 0.2이다)
- ①0.564
- ②0.891
- ③0.986
- ④1.014
- 22~24번 그림이나 지문이 있는 문항입니다. 앱에서 보기
- 25번일정한 온도에서 단일 성분의 기체와 액체가 평형을 이루고 있다. 기체의 잔류 몰부피(residual molar volume, V^{{R}})가 V^{{R}} \, = \, a + bT \,로 표현될 때, 액체의 퓨개시티 계수(fugacity coefficient)를 옳게 나타낸 것은? (단, a와 b는 상수, T \,는 온도, R은 기체상수, P^{{sat}}은 해당 조건에서 물질의 포화 증기압이다)
- ①\frac{{\left( a + bT \, \right) P^{{sat}}}}{{RT}}
- ②\frac{{\left( 2 a + bT \, \right) P^{{sat}}}}{{2 RT}}
- ③\exp \left( \frac{{\left( a + bT \, \right) P^{{sat}}}}{{RT}} \right)
- ④\exp \left( \frac{{\left( 2 a + bT \, \right) P^{{sat}}}}{{2 RT}} \right)