화공기사 2016년 4회 기출 풀이(81번,82번,83번,*84번,*85번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 81번, 82번, 83번

81. 20%, 80% 로 구성된 혼합 가스가 암모니아 합성 반응기에 들어갈 때 체적 변화율 는?

 ① -0.4

 ② -0.5

 ③ 0.4

 ④ 0.5

정답 : 1번

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반응식을 써보면,

체적변화율은,

의 체적변화율을 물었으므로,

는 0.2

δ는 (2-4)/1

여기서 2는 생성물 계수, 4는 반응물 계수,

1은 의 계수(의 체적변화율을 물었으므로,)

0.2*(2-4)/1 = -0.4

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82. A 분해반응의 1차 반응속도 상수는 0.345/min 이고 반응초기의 농도 가 2.4mol/L 이다. 정용 회분식 반응기에서 A 의 농도가 0.9mol/L 될 때까지의 시간은?

 ① 1.84min

 ② 2.84min

 ③ 3.84min

 ④ 4.84min

정답 : 2번

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양변을 로 나누고, dt 를 곱하여 적분하면,

주어진 k=0.345/min, =2.4mol/L, =0.9mol/L 를 대입하면,

t = 2.843 min

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83. 다음과 같은 기상반응이 30L 정용회분반응기에서 등온적으로 일어난다. 초기 A 가 30mol 이 들어있으며, 반응기는 완전 혼합된다고 할 때 1차 반응일 경우 반응기에서 A의 몰수가 0.2mol로 줄어드는데 필요한 시간은?

 ① 7.1 min

 ② 8.0 min

 ③ 6.3 min

 ④ 5.8 min

정답 : 4번

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양변을 로 나누고, dt 를 곱하여 적분하면,

주어진 k=0.865/min, =30mol/30L=1mol/L, =0.2mol/30L=0.00667mol/L 를 대입하면,

(부피변화가 없기 때문에 그냥 30mol, 0.2mol 만 고려해도 되겠다.)

t = 5.79 min

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84. A + B → R 인 비가역 기상 반응에 대해 다음과 같은 실험 데이터를 얻었다. 반응 속도식으로 옳은 것은?

(단, 은 B의 반감기이고 및 는 각각 A 및 B의 초기 압력이다.)

실험번호	1	2	3	4
mmHg	500	125	250	250
mmHg	10	15	10	20
min	80	213	160	80

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 3번

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각 반응차수에서 반응물의 농도와 반감기의 관계를 알아야 한다.

보기에 있는 1차, 2차에 대해서만 생각해보자.

(유도해도되고 외워도된다.)

1차 : 

2차 : 

1차의 경우 초기농도에 관계가 없고, 2차의 경우 반비례한다.

먼저 눈에 들어오는 3,4번 실험을 비교해보면,

A의 초기농도(압력)는 같은데 B의 초기농도는 2배이고, 실험결과는 B의 반감기가 절반이 되었다.

즉, 반비례하니까 B는 2차이다.

그런데 B의 반감기만 주어져서 이런식으로 A의 차수는 구할 수 없어 보인다.

여기서부터는 확실히 모르겠는데..

화공월드 카페 등을 찾아보다가 맞다고 생각되는 해설을 정리해본다.

라고 하면,

는 일정하다고 볼 수 있다.

실험들을 보면 >>이고, 예를 들어 1번 실험에서

B가 절반이 되는 80분이 흘렀을 때 B와 A 모두 5만큼 소모된다.

B는 절반이나 사라졌지만 A는 500 중에 5만큼 사라졌으니

A는 일정하다고 보는거다.

그러면 위 식에서 를 상수로 보면 B에 대한 2차식이고, B의 반감기를 구하면,

1,3번 실험을 비교해보면, 가 일정할 때, 가 절반이 됐을 때 B의 반감기가 2배가 된다.

이렇게 되기 위해서는 α=1이다.

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85. 액체물질 A가 플러그흐름 반응기 내에서 비가역 2차 반응 속도식에 의하여 반응되어 95% 의 전화율을 얻었다. 기존 반응기와 크기가 같은 반응기를 한 개 더 구입해서 같은 전화율을 얻기 위하여 두 반응기를 직렬로 연결한다면 공급속도 는 몇배로 증가시켜야 하는가?

 ① 0.5

 ② 1

 ③ 1.5

 ④ 2

정답 : 4번

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PFR 설계식을 보면,

속도상수와 초기농도가 일정할 때 공간시간은 전화율에만 영향을 받는다.

즉, 전화율이 같으면 공간시간도 같다.

1. 문제에서 부피가 V인 PFR의 전화율이 95%이다.

2. 문제에서 부피가 2V인 PFR의 전화율을 95%로 하려고 한다.

(부피가 V인 PFR 2개를 직렬연결하면 이는 부피가 2V인 PFR과 전화율이 같다.)

전화율이 같으면 공간시간도 같다고 했으므로 1,2번의 공간시간은 같다.

이므로,

V가 2배가 되면 도 2배가 된다.  

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