화공기사 2015년 4회 기출 풀이(11번,12번,13번,14번,15번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 13번, 14번, 15번

11. 퓨개시티(fugacity)에 관한 설명 중 틀린 것은?

(단, 는 성분 i 의 깁스 자유에너지, f 는 퓨개시티이다.)

 ① 이상기체의 압력대신 비이상기체에서 사용된 새로운 함수이다.

 ② 에서 P 대신 퓨개시티를 쓰면 이 식은 실제 기체에 적용할 수 있다.

 ③ 의 등식이 성립된다.

 ④ 압력과 같은 차원을 갖는다.

정답 : 3번

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퓨개시티계수란 퓨개시티를 압력으로 나눈 값인데 이상기체에서 1이다.

즉, 이상기체에서는 퓨개시티와 압력이 같다.

이로 미루어보아

1번 : 이상기체의 압력대신 비이상기체에서 사용한다고 생각할 수 있다.

2번 : 1번에 대한 예시라고 보면 되겠다.

3번 : f/P 가 퓨개시티계수이다. P→0 이란 말은 이상기체에 근접한다는 말인데

이상기체에서는 퓨개시티계수가 무한대가 아니라 1이다.

4번 : 차원도 압력과 같은 차원을 갖는다.

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12. 다음 중 이상용액의 성질은?

(단, : 용액 중 성분 i의 퓨개시티 계수, : 성분 i 의 활동도 계수, , : 표준상태에서 이상기체 i의 퓨개시티, : 표준상태에서 용액 중 성분 i의 퓨개시티, : 성분 i 의 액상 몰분율이다.)

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 2번

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2번 : 용액 중 i 성분의 퓨개시티계수와 순수성분의 퓨개시티계수가 같다.

(같은 온도와 압력에서) 는 뜻이다.

이상용액일 때 성립하는 루이스-랜덜 법칙의 한 표현이니 외워두면 좋다.

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13. 120℃ 와 30℃ 사이에서 Carnot 증기기관이 작동하고 있을 때 1,000J의 일을 얻으려면 열원에서의 열량은 약 몇 J 이어야 하는가?

 ① 1540

 ② 4367

 ③ 5446

 ④ 6444

정답 : 2번

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카르노 기관에서 두 온도만 가지고 효율을 구할 수 있다.

(393-303)/393 = 0.2290

W = 1000 J 이 되려면

Qh = 1000/0.2290 = 4366.81 J

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14. 205℃, 10.2atm 에서의 과열수증기의 퓨개시티계수가 0.9415 일 때의 퓨개시티(Fugacity)는 약 얼마인가?

 ① 9.6atm

 ② 10.6atm

 ③ 11.6atm

 ④ 12.6atm

정답 : 1번

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퓨개시티계수 = f/P

f / 10.2atm = 0.9414

f = 9.60 atm

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15. 화학 포텐셜(Chemical Potential)에 대한 설명이 올바르지 못한 것은?

 ① 단위는 압력의 단위인 kPa 로 표시된다.

 ② 로 표시될 수 있다.

 ③ 로 표시될 수 있다.

 ④ 평형에서 각 성분의 값들이 같아 져야 한다.

정답 : 1번

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3번 : 화학포텐셜 = 부분몰깁스 (암기)

부분몰깁스를 나타낸 식은 3번이다.

1번 : 부분몰깁스 식에서 알 수 있듯이 단위는 J/mol 이다.(에너지/몰 or 에너지/질량)

4번 : 평형하면 화학포텐셜이 같음이 떠올라야 한다.

2번 : 3번의 부분몰깁스 식은 A, H, U 에 대해서도 비슷한 형식으로 쓸 수 있는데 다음과 같다.

화공기사 수준에서 부분몰깁스 외에 굳이 외울필요는 없어보이지만 외우고 싶다면,

맥스웰 식과 연관지으면 쉽다. 예를들면,

dG = -SdT+VdP

dT, dP 가 있으니 화학포텐셜 식에서는 T와 P를 고정시킨다.

dA = -SdT-PdV

dT, dV 가 있으니 화학포텐셜 식에서는 T와 V를 고정시킨다.

H 와 U도 마찬가지 형태이다.

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