화공기사 2017년 2회 기출 풀이(11번,12번,13번,14번,15번)

* 합격을 위해 맞춰야할 문제 : 13번, 14번, 15번

11. 다음 중 루이스-랜덜 규칙(Lewis-Randallrule)의 옳은 표현은?

(단, 실제 용액에 적용할 수 있는식, ; 용액 중 i 성분의 퓨개시티(Fugacity), ; 순수성분 i 의 퓨개시티, ; 표준상태에서 순수성분 i 의 퓨개시티, ; 성분 i 의 액상 몰분률이다.)

 ① 

 ② 

 ③ 

 ④ 

정답 : 3번

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Lewis-Randall 규칙

 : 이상용액에서 한 성분의 퓨가시티(Fugacity)는 같은 온도, 압력하의 순수성분의 퓨가시티와 그 성분의 몰분율의 곱과 같다.

보통 루이스 랜덜 식을 외울 때 라고 외웠을테다.

대충 형태를 보아하니 1번 아니면 3번이겠는데..

위 문제는 Lewis-Randall 규칙 을 실제 용액에 적용할 때 성립하는 식을 묻고있는 것이다.

거의 순수한 성분(x→1)일 때 성립한다는 점을 알아두자.

(헨리의 법칙과는 반대)

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12. 1 mol의 이상기체의 처음상태 50℃, 10kPa에서 20℃, 1kPa로 팽창했을 때의 엔트로피(S)의 변화는?

(단, 이다.)

 ① -2.6435R

 ② 2.6435R

 ③ -1.9616R

 ④ 1.9616R

정답 : 4번

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엔트로피 변화를 구할 때는 1차적으로 

식을 떠올리자.

여기서는 온도, 압력이 죄다 변하기 때문에..

엔트로피가 상태함수임을 이용해서 계산하기 편하게 구간을 쪼갤 필요가 있다.

그래서 구간을 쪼개는 방법에 따라 풀이가 여러가지가 있을 수 있겠다.

그 중에 나는 단열변화 + 정압변화 두 구간으로 나눠보겠다.

(단열변화는 엔트로피 변화가 0이니까 좀 쉽지 않을까 생각했다.)

각 변화에서 생기는 엔트로피 변화를 계산하여 더해주면 되겠다.

PV선도에 점을 찍어가며 따라오면 이해하기 쉬울 거라 생각한다.

단열변화는 엔트로피 변화가 0이다.

그럼 정압변화의 엔트로피 변화는?

정압과정에서 dQ = CpdT 이다.

엔트로피 변화 식에 대입하면

여기서 주의할 게 T2 = 293K(50℃) 인데 T1을 모른다는 거다.

(여기서 T1은 20℃ 가 아니다.)

50℃, 10kPa 이 단열변화하여 1kPa 이 됐을 때 온도를 구해보자. 그게 T1이다.

단열변화 식 PV^k = const. 에서 비열비 k = (7/2R) / (5/2R) = 1.4

V = nRT/P 를 대입해서 P와 T의 식으로 만들어주고 

T를 계산하면 167.3 K이 나온다.

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13. 물과 수증기와 얼음이 공존하는 삼중점에서 자유도의 수는?

 ① 0

 ② 1

 ③ 2

 ④ 3

정답 : 1번

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F = C - P + 2 - r - s

C = 1

P = 3

r, s = 0

따라서 F = 0

사실 계산할 것도 없다. 삼중점이 왜 점인가? 삼중점은 변수가 0개라서 점으로 표현되는 거다.

H2O의 삼중점은 온도와 압력이 정해져 있다. 얼만지는 안 외우고 있지만..

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14. 질량 1500kg의 승용차가 40km/h의 속도로 달린다. 이 승용차의 운동에너지는 몇 Nㆍm인가?

 ① 1.20×10^6

 ② 9.26×10^5

 ③ 1.20×10^5

 ④ 9.26×10^4

정답 : 4번

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1/2 * m * v^2  = 1/2 * 1500 * (40000/3600)^2

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15. 평형(equilibrium)에 대한 정의가 아닌 것은?

(단, G는 깁스(Gibbs)에너지, mix는 혼합에 의한 변화를 의미한다.)

 ① 계(system)내의 거시적 성질들이 시간에 따라 변하지 않는 경우

 ② 정반응의 속도와 역반응의 속도가 동일할 경우

 ③ 

 ④ 

정답 : 4번

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1번 : 맞는 거 같지?

2번 : 맞잖아.

3번 : 평형에서 ΔG=0 이다.

4번 : 이상용액을 표현하는 식으로 보인다.

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