5급 공채 2차

2021년 5급 공채 기술 2차 공업화학

문제 4개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (30점)

스티렌의 자유라디칼 중합반응 중 특정 시간(tn)에서 개시제, 스티렌, 성장하는 라디칼의 농도는 각각 [I], [M], [R]이다. 개시반응의 속도상수를 ki, 성장반응의 속도상수를 kp, 정지반응의 속도상수를 kt라고 하고, 개시제의 개시효율을 f라고 할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 성장하는 라디칼의 농도는 정상 상태를 유지한다) (총 30점)
  1. (1) 성장반응의 속도식은 반응에 참여하는 물질들의 농도와 성장반응의 속도상수를 사용하여 나타낼 수 있다. 이 과정에서 성장반응의 속도상수와 관련된 가정이 필요한데, 가장 중요한 가정을 기술하시오. (5점)
  2. (2) 중합반응이 진행되는 과정에서 특정 시간 t2에서의 [I]와 [M]은 특정 시간 t1에서의 [I]와 [M]에 비해 각각 \frac{{1}}{{4}}과 \frac{{1}}{{3}}로 감소하였다. t1에서의 성장반응 속도를 R이라고 하고 t2에서의 성장반응 속도를 \frac{{\mathrm{R}}}{{\mathrm{a}}}이라고 할 때, a를 구하시오.(10점)
  3. (3) 특정 시간 tn에서의 수평균 중합도(DP(tn))는 v≤DP(tn)≤2v를 만족함을 증명하고, DP(tn)＝2v가 성립되는 조건을 기술하시오. (단, v는 특정 시간 tn에서의 평균 동역학적 사슬길이(kinetic chain length)이다) (15점)

제2문 (20점)

최근 신재생에너지 분야가 발전하면서 효율이 높은 열 및 전력 복합시스템(CHP), 태양전지와 연료전지가 산업의 많은 분야에서 각광 받고 있다. 그중 태양전지의 신재생에너지 기술은 전기자동차(EV)의 전원으로 사용되고 있다. 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
  1. (1) 북반구 도시에서 남향으로 경사진 차고 지붕은 완전한 태양복사에너지(1kW/m2)를 하루 평균 5시간 받는다. 하루 평균 21km을 운행하는 0.3kWh/km의 EV의 전력을 태양전지로부터 공급을 받고자 한다. 이때, 20% 효율의 태양전지(PV)의 필요 면적을 구하시오. (단, PV에서 교류(AC) 전력 배선망으로 전달되는 전환효율은 70%이다) (10점)
  2. (2) 열 및 전력 복합 시스템(CHP)에 연료전지의 한 종류인 고체산화물 연료전지 (SOFC)가 사용되고 있다. SOFC에 기반한 CHP는 천연가스 연료 에너지의 50%는 전기로, 나머지 20%는 유용한 열에너지로 전환시킨다. 한편, 개별시스템의 경우 30% 효율의 배전망 전기와 80% 효율의 보일러가 각각 전력과 열에너지를 제공한다. 개별시스템과 CHP가 같은 전력과 열에너지를 제공하는 경우, 개별시스템과 비교하여 CHP는 몇 %의 에너지(연료)가 절약되는지 구하시오. (단, 유효숫자는 소수점 이하 첫째자리까지 나타낸다) (10점)

제3문 (25점)

황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)은 대기 중에 배출량이 많아 인체 건강과 지구 생태계에 나쁜 영향을 미치는 물질로서 배출억제를 위한 대책이 세계적으로 실행되고 있다. 전 세계적으로 DeSOx 기술과 DeNOx 기술이 실용화되어 환경제어에 크게 이바지하고 있다. 다음 물음에 답하시오. (총 25점)
  1. (1) SOx 제거 공정 중 사전 탈황과 사후 탈황에 대해서 정의하고, 두 공정을 선택하는 기준에 대해서 기술하시오. (10점)
  2. (2) 사후 탈황 공정 중 재생공정인 Wellman-Lord 공정에 대해서 설명하시오. (5점)
  3. (3) NOx 제거 공정 중 선택적 촉매환원법(SCR, selective catalytic reduction)과 관련된 세 가지 종류의 반응에 대해서 설명하고, 이 공정법의 문제점을 기술하시오. (10점)

제4문 (25점)

다음은 알켄(alkene)의 할로젠수소화(hydrohalogenation) 반응이다. 다음 물음에 답하시오. (총 25점)
[그림]
  1. (1) 위 반응의 반응 메커니즘과 주생성물을 기술하시오. (15점)
  2. (2) 충분한 반응 시간 후에 반응기 안에 반응물과 생성물이 섞여 있다. 이때, 반응물과 생성물을 분리할 수 있는 방법에 대해 반응물과 생성물의 끓는점 차이를 통해 기술하시오. (10점)