2026년 5급 공채 기술 2차 화공열역학
문제 4개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.
제1문 (30점)
정상상태로 운전되는 가역 단열 노즐에 온도 450°C의 수증기를 1m/s의 속도로 주입하고 있다. 수평으로 설치된 이 노즐 출구에서의 수증기의 속도와 압력은 각각 700m/s, 0.1MPa이다. 수증기의 상태방정식은 P {V}＝nRT를 만족하고, 수증기의 정압 열용량은 절대온도(T \,)와 C_{{P}}^{{ig}} / R＝3.47＋(1.45×10-3)T \,의 관계식이 성립한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 절대온도＝섭씨온도＋273.15이고, 기체상수는 R＝8.314Jㆍmol-1ㆍK-1이며, 수증기의 분자량은 18.0g/mol이다) (총 30점)
- (1) 노즐 출구에서 수증기의 온도[°C]를 소수점 둘째 자리까지 구하시오. (15점)
- (2) 노즐 입구로 유입되는 수증기의 압력[MPa]을 소수점 둘째 자리까지 구하시오. (15점)
제2문 (20점)
일정한 온도(T \,)와 압력(P \,)에서 A와 B로 구성된 2성분계 액체 혼합물의 활동도 계수가 아래와 같다. 다음 물음에 답하시오. (단, \gamma_{i}는 성분 i의 활동도 계수이며, x_{i}는 성분 i의 몰분율이다) (총 20점)
\ln \gamma_{{\mathrm{A}}} = 1.643 \left( 1 + \frac{{1.643 x_{{\mathrm{A}}}}}{{1.193 x_{{\mathrm{B}}}}} \right)^{{- 2}}, \ln \gamma_{{\, \mathrm{B}}} = 1.193 \left( 1 + \frac{{1.193 x_{{\mathrm{B}}}}}{{1.643 x_{{\mathrm{A}}}}} \right)^{{- 2}}
- (1) \frac{G^{{E}}}{{RT}}를 소수점 셋째 자리까지 구하시오. (단, G^{E}는 과잉깁스에너지, R은 기체상수, T \,는 절대온도이다) (10점)
- (2) A의 몰분율이 0.6에서 공비혼합물을 형성할 때, 순수한 성분들의 포화압력비(\frac{{P_{{\mathrm{B}}}^{{sat}}}}{{P_{{\mathrm{A}}}^{{sat}}}})를 소수점 셋째 자리까지 구하시오. (단, \frac{{P_{{\mathrm{B}}}^{{sat}}}}{{P_{{\mathrm{A}}}^{{sat}}}}는 온도에 무관하게 일정하다) (10점)
제3문 (20점)
아래의 그림은 25°C에서 고체 흑연 C(s)과 수소 기체 H2(g)로부터 메테인 기체 CH4(g)를 생성하는 두 가지 반응 경로를 나타낸다.
[그림]
반응 A, B, C, D에서 반응열은 각각 \Delta H_{{\mathrm{A}}}^{{o}}, DeltaH_{{\mathrm{B}}}^{{o}}, DeltaH_{{\mathrm{C}}}^{{o}}, \Delta H_{{\mathrm{D}}}^{{o}}이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 25°C 에서 CH4(g)의 표준생성열은 \triangle H_{{1}}^{{o}}＝－18kcal/mol, 25°C에서 C－H의 결합해리열은 \Delta H_{{2}}^{{o}}＝99.5kcal/mol이며, 25°C에서 H－H의 결합해리열은 \triangle H_{{3}}^{{o}}＝104kcal/mol이다) (총 20점)
[그림]
반응 A, B, C, D에서 반응열은 각각 \Delta H_{{\mathrm{A}}}^{{o}}, DeltaH_{{\mathrm{B}}}^{{o}}, DeltaH_{{\mathrm{C}}}^{{o}}, \Delta H_{{\mathrm{D}}}^{{o}}이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 25°C 에서 CH4(g)의 표준생성열은 \triangle H_{{1}}^{{o}}＝－18kcal/mol, 25°C에서 C－H의 결합해리열은 \Delta H_{{2}}^{{o}}＝99.5kcal/mol이며, 25°C에서 H－H의 결합해리열은 \triangle H_{{3}}^{{o}}＝104kcal/mol이다) (총 20점)
- (1) 25°C에서 흑연의 승화열[kcal/mol]을 구하시오. (8점)
- (2) 25°C에서 에테인 기체 C2H6(g)의 생성열은 \triangle H_{{4}}^{{o}}＝－20kcal/mol이다. 25°C에서 C－C의 결합해리열[kcal/mol]을 구하시오. (12점)
제4문 (30점)
어떤 기체가 단열된 밸브를 통해 흘러서 조름공정(throttling process)에 의해 조름팽창한다. 위치에너지와 운동에너지의 변화가 없다면 기체의 압력은 감소하며, 조름공정에 의한 축일은 없다. 다음 물음에 답하시오. (단, T \,는 절대온도이다) (총 30점)
- (1) 엔탈피 변화 dH \,와 엔트로피 변화 dS 관계식을 이용하여 이 공정이 가역공정인지 비가역공정인지 판단하시오. (15점)
- (2) 이 공정에서 줄－톰슨(Joule-Thomson) 계수 \mu와 부피 팽창률(volume expansivity) \beta의 관계식은 다음과 같음을 증명하시오. (단, C_{{P}}는 정압 열용량이다) (10점)\mu = \frac{{V}}{{C_{{P}}}} \left( \beta T - 1 \right)
- (3) 기체가 V = \frac{{RT}}{{P}} + \left( b - \frac{{a}}{{RT}} \right)의 상태방정식을 따를 때 조름팽창 시 기체의 온도가 변하지 않는 조건을 설명하시오. (단, R은 기체상수이며, a와 b는 양의 상수이다) (5점)끝