화공기사 2015년 2회 기출 풀이(96번,97번,98번,99번,100번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 96번, 97번, 98번, 99번, 100번

96. A → R 의 반응에서 0℃ 와 100℃ 사이에서 반응이 진행되는데 두 온도사이에서 A 와 R 의 비열이 같고 반응엔탈피 이였다면 은 얼마인가?

 ① -3.375cal

 ② -18,000cal

 ③ +3.375cal

 ④ +18,000cal

정답 : 2번

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엔탈피가 상태함수라는 점에 주목해보자.

(2)---------------373K ---------------(3)

↓                                           ↑

(1)---------------298K ---------------(4)

위 그림(?)이 이해가 될런지 모르겠다..

(2) - (3) 과정의 엔탈피 변화와 (2) - (1) - (4) - (3) 과정의 엔탈피 변화는 같다.

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97. 100℃, 1atm 에서 2A → R+S 을 반응시키는데 20% 의 비활성 물질을 포함하는 원료를 회분식 반응기에서 처리 할 경우, 반응물 A 는 95% 가 전환되고 이 때 소요된 시간이 5분 10초 이다. 만일 동일조성의 반응물을 100mol/h 의 속도로 플러그 흐름 반응기로 처리하여 95% 전환시키고자 할 경우 필요한 반응기 크기는 몇 L 이겠는가?

(단, 이 반응은 기상반응이며 이상기체라고 가정한다.)

 ① 235

 ② 329

 ③ 540

 ④ 660

정답 : 2번

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기상반응이지만 체적변화율은 0 이다.

회분식 반응기와 PFR은 기본적으로 특성이 같다.

문제에서 전화율이 같으므로 공간시간은 5분 10초가 된다.

이제 에서 v0 만 알면 V를 구할 수 있다.

100 mol/h 가 주어져 있으므로 이를 v0로 바꾸기 위해서는 mol/L 가 필요하다.

이상기체라고 가정한다는 힌트가 있으니 PV=nRT를 활용해보자.

n/V = P/RT = 1atm / (0.0821 * 373K) = 0.03265 mol/L

비활성물질이 20% 이므로, 0.03265*0.8 = 0.02612 mol/L 가 반응할 수 있는 물질의 농도이다.

100 mol/h / 0.02612 mol/L = 3828.484 L/h = 1.063 L/s

310s * 1.063 L/s = 329.7 L

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98. 회분반응기(batch reactor)의 일반적인 특성에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

 ① 일반적으로 소량 생산에 적합하다.

 ② 단위 생산량당 인건비와 취급비가 적게 드는 장점이 있다.

 ③ 연속조작이 용이하지 않은 공정에 사용된다.

 ④ 하나의 장치에서 여러 종류의 제품을 생산하는데 적합하다.

정답 : 2번

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1번 : 연속조작은 대량 생산에 적합. 

2번 : 인건비와 취급비가 많이 든다.

(연속조작이 자동화가 잘되어있기 때문에 상대적으로 연속조작에는 인건비가 적게든다.)

3번 : 연속조작(흐름 반응기)이 아무래도 장점이 많은데 batch 를 쓰는 건 그럴만한 이유가 있을 것이다.

4번 : 연속공정보다 Grade change(생산 제품의 종류를 바꾸는 것)가 간단하다. 

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99. 어떤 반응의 속도상수가 25℃ 에서는 이고, 65℃ 에서는 이다. 이 반응의 활성화 에너지는 약 몇 kcal 인가?

 ① 14.8

 ② 24.8

 ③ 34.8

 ④ 44.8

정답 : 2번

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아레니우스식

을 정리하면,

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100. 20℃ 와 30℃에서 어떤 반응의 평형상수 K 는 각각 이다. 이 반응의 반응열 값은 약 몇 kcal/mol 인가?

 ① 12.2

 ② 24.3

 ③ 28.4

 ④ 56.4

정답 : 3번

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온도와 평형상수와의 관계인 반트호프식을 써보면,

양변에 dT를 곱하고 적분하면,

숫자를 대입하면,

ΔH = 28391 cal/mol = 28.39 kcal/mol

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