2020년 5급 공채 기술 2차 화공열역학(선택)

문제 5개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (10점)

냉장고에 보관한 2L의 물을 얼리기 위하여 냉장고 안의 온도를 0°C까지 낮추었다. 냉장고 밖의 온도는 25°C로 항상 일정할 때, 다음 물음에 답하시오. (총 10점)

(1) 2L의 물을 얼리는 데 필요한 최소한의 일의 양을 계산할 때, 필요한 가정을 기술하시오. (2점)
(2) 1)의 가정을 이용하여 2L의 액체상태인 물(0°C)이 얼음으로 상변화하기 위해 냉장고에 공급되어야 하는 최소한의 일[kJ]을 구하시오. (단, 물의 밀도는 1.0g/cm³, 분자량은 18.0g/mol, 물의 용융엔탈피(\triangle \hat{{H_{{m}}}})는 6.0kJ/mol이다) (8점)

제2문 (10점)

이상기체 A, B, C의 기상 반응인 A＋2B→C가 진행될 때, 다음 물음에 답하시오. (총 10점)

(1) 2bar, 1,000K에서 초기 1mol의 A와 1mol의 B가 반응하였을 때, A의 평형 전환율이 40%로 확인되었다. 해당 반응의 평형상수를 구하시오. (3점)
(2) 1bar, 1,000K에서 초기 1mol의 A와 1mol의 B가 반응하였을 때, B의 평형 몰분율을 구하시오. (3점)
(3) 1bar, 1,500K에서 해당 반응의 평형상수를 구하시오. (단, 해당 반응의 표준반응 엔탈피 △H°는 －32.6kJ/mol로 일정하다) (4점)

제3문 (10점)

어떤 기체의 상태방정식이 다음과 같이 표현된다. 이 기체의 \left( \frac{{Partial P}}{{Partial T}} \right)_{{V}}를 T와 P의 함수로 나타내시오. (단, a와 b는 상수이고, R은 기체상수이다) (10점)

P \, V \, = \, R \, T \, + \, \left( a \, + \, \frac{{b \, + \, T}}{{R \, T^{{2}}}} \right) \, P

제4문 (10점)

어떤 기체의 상태방정식이 다음과 같이 표현된다. 이 기체가 500K에서 등온 가역적으로 운전되는 연속공정에서, 1,000mol/min의 속도로 1atm에서 5atm으로 압축될 때, 물음에 답하시오. (단, a＝0.2atm, b＝900cm³/mol, T_{0}＝10K이며, \mathrm{R}은 기체상수이다) (총 10점)

\left( P \, + a \right) \, \left( V \, - \, b \right) \, = R \, \left( T - T_{{0}} \right) \,

(1) 압축기로 공급되어야 하는 일의 속도를 구하는 식을 유도하시오. (8점)
(2) 공급되어야 하는 일의 속도[kW]를 구하시오. (2점)

제5문 (10점)

상평형도에서 두 개의 상 사이의 평형상태로부터 Clapeyron 식을 유도할 수 있다. 일례로 고체 암모니아와 액체 암모니아의 포화압 P는 온도 T의 함수로, 다음과 같은 Clausius－Clapeyron 식으로 표현된다. 이 식들을 이용하여, 암모니아의 삼중점 온도[K]와 용융열[kJ/mol]을 구하시오. (단, 기체는 이상기체이며, 잠열은 상수로 간주한다) (10점)

①고체－기체 평형에서, lnP ( Pa ) = 35.82 - \frac{{3 , 750}}{{T ( K )}}
②액체－기체 평형에서, lnP ( Pa ) = 32.28 \, - \, \frac{{3 , 061}}{{T ( K )}}