7급 국가직 반응공학 2016년 기출문제

회분식 반응기에서 액상반응 3A ＋ B → 3C ＋ D가 진행된다. 원료물질이 10 mol L^-1의 A와 4 mol L^-1의 B로만 구성되어 있다면, A의 전환율이 20 %일 때 B와 D의 농도[mol L^-1]는?

B 농도(C_B) D 농도(C_D)

부피변화가 없는 비가역 1차 반응을 혼합흐름 반응기와 플러그흐름 반응기에서 각각 진행하고자 한다. 동일한 입구조건으로부터 두 반응기 모두 80 % 전환율을 달성하고자 한다면 혼합흐름 반응기 부피는 플러그흐름 반응기 부피의 몇 배인가? (단, ln 0.2 ＝ －1.6으로 가정한다)

다음의 기상 기초반응이 등온 정압 혼합흐름 반응기에서 진행된다. 순수한 반응물 $A$가 반응기에 공급될 때 전환율 $X_A$에서 이 반응기의 부피($V$)는? (단, $A$와 $R$은 이상기체이고 $v_{A0}$는 $A$의 초기 부피유속, $C_{A0}$는 $A$의 초기농도이다)

$2A\to R,-r_A=k{C}_A^2$

온도 100 K에서 어떤 기상반응의 반응 속도식은 다음의 (가)와 같다. 이 속도식을 (나)와 같이 반응물 $A$의 분압($p_A$)에 대하여 나타낼 때 $k$의 값은? (단, $A$는 이상기체이고 반응진행에 따른 몰수변화는 없으며 $R$은 기체상수이다)

(가) $-r_A[\mathrm{mol}{\mathrm{L}}^{-1}{\mathrm{s}}^{-1}]=-\frac{d{C}_A}{dt}=2C_A^2$

(나) $-\frac{d{p}_A}{dt}=k{p}_A^2$

다음과 같이 경쟁하는 두 반응이 있다. 이 반응이 동시에 진행될 때 반응물 $A$에 대한 생성물 $R$의 순간수율은?

$A+B\to R$, $r_R=C_A^{0.5}{C}_B^{0.5}$

$A+B\to S$, $r_S=2C_A{C}_B^{1.5}$

회분식 반응기에서 진행된 액상반응 실험결과, X_A/(1 － X_A)가 시간 t[h]에 대하여 기울기 1인 직선으로 표현되었다. A의 초기농도(C_A0)가 0.1 mol L^-1일 때 이 반응의 속도상수[L mol^-1 h^-1]는? (단, 반응속도는 A의 농도에만 의존하며 X_A는 A의 전환율이다)

불균일촉매반응에서 단위면적을 기준으로 한 반응속도가 $-r^{{}^{\prime \prime }}=k{C}_{\mathrm{As}}$로 표현되었다. 반응면까지 전달되는 반응물 $A$의 물질전달 플럭스(flux) $J_A=k_m\left(C_A-C_{\mathrm{As}}\right)$이다. 정상상태에서 벌크상의 $A$ 농도($C_A$)로 표현된 반응속도식($-r^{{}^{\prime \prime }}$)은? (단, $C_{\mathrm{As}}$는 촉매입자표면에서의 $A$의 농도, $k_m$은 물질전달계수이다)

구형 고체 연료의 연소 과정은 수축핵 모델(shrinking core model)로 설명될 수 있다. 이는 연소되는 과정에서 회(ash)가 생성되고 고체 입자 크기는 유지되면서 미반응 핵이 점차 줄어드는 모델이다. 고체 연료의 반경을 $R$, 미반응 핵의 반경을 $r_c$라고 할 때, 화학반응이 율속단계인 경우 반응 기체 $A$의 농도 그래프로 옳은 것은? (단, $C_{\mathrm{Ag}}$는 기체 경막 밖에서의 농도를 나타낸다)

액상 비가역반응의 혼합흐름 반응기에 대한 담쾰러 수(Damköhler 수, Da)의 설명으로 옳은 것은?

혼합흐름 반응기에서 초기농도 $C_{A0}$인 순수한 반응물 $A$로부터 기초 연속반응 $A\stackrel{k_1}{\to }R\stackrel{k_2}{\to }S$가 진행된다. $k_1$과 $k_2$의 값이 동일할 때 $R$의 농도($C_R$)를 공간시간($\tau$)의 함수로 표현한 식은?

정용 회분식 반응기에서 반응물 A의 반감기를 측정하였다. 측정된 반감기는 초기 반응물 농도에 관계없이 일정하였다. 이 반응의 반응차수는?

회분식 반응기에서 비가역 1차 반응 A → B가 진행되었다. A의 초기농도(C_A0)가 5.0 mol L^-1일 때 반응시간 460 s 경과 후 A의 농도(C_A)가 0.5 mol L^-1로 감소하였다. 반응속도상수(k) 및 A의 농도가 초기농도에서 0.05 mol L^-1로 감소할 때까지 걸리는 시간(t)은? (단, ln 10 ＝ 2.30으로 가정한다)

k[s^-1] t[s]

플러그흐름 반응기에서 $2A\to R+P$ ($-r_A=k{C_A}^2$) 액상 비가역 2차 반응이 일어날 때, 부피 1 L 반응기를 사용하여 $A$의 전환율 50 %를 얻었다. 4 L 반응기를 사용할 때 $A$의 전환율[%]은?

반응물 $A$, $B$에 대해 다음 두 액상반응이 경쟁하여 진행된다. 보기에 제시된 반응기들을 목적생성물 $R$의 수율이 높은 순으로 나열한 것은?

$A+B\to R+T,r_R=k_{1}C{}_A^3{C}_B$

$A+B\to S+U,r_S=k_2{C}_{A}C{}_B^2$

다음은 중간체 $A_2^{\ast }$를 거치는 2단계 반응으로 구성된 비기초반응이다. 중간체 생성속도를 0으로 가정하여 구한 생성물 $P$의 반응속도식은?

(가) 1단계 : $2A\underset{k_2}{\overset{k_1}{\rightleftarrows }}{A}_2^{\ast }$

(나) 2단계 : $A_2^{\ast }+B\stackrel{k_3}{\to }A+P$

다음 반응을 위해 동일한 입구 조건에서 플러그흐름 반응기 또는 혼합흐름 반응기 중 하나를 선택하여 사용하고자 한다. 이 반응과 관련된 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 반응기로 유입되는 반응물 중 $A$와 $R$의 초기농도는 각각 9 mol L^-1 및 1 mol L^-1이다)

$A+R\to R+R,-r_A=k{C}_A{C}_R$

다공성 촉매입자 표면 속도론에서 정의된 유효인자(effectiveness factor)에 대한 설명으로 옳은 것은?

다음 복합반응에서 S의 농도를 최대로 하기 위한 온도 진행 순서는? (단, E_n은 n번 반응의 활성화에너지를 나타낸다)

E₁ ＝ 10 kJ mol^-1, E₃ ＝ 15 kJ mol^-1, E₅ ＝ 20 kJ mol^-1

E₂ ＝ 25 kJ mol^-1, E₄ ＝ 10 kJ mol^-1, E₆ ＝ 25 kJ mol^-1

순수한 A가 반응하는 경우 반응기의 단열조작선(adiabatic operating line)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $X_A$는 $\alpha$의 전환율, $C_p$는 비열, $\Delta H_R$은 반응엔탈피, $\Delta T$는 온도변화를 의미한다)

다음 액상 기초반응들이 혼합흐름 반응기에서 일어난다. 반응물로 순수한 $\alpha$가 100 mol min^-1의 속도로 공급되며, 반응기의 공간시간은 20 min이다. 반응기 출구에서 A, R, S, P의 몰분율은 각각 0.2, 0.5, 0.2, 0.1이다. 이 때, $k_1,k_2,k_3$의 값[min^－1]은?

$\begin{array}{r}A\stackrel{k_1}{\to }R\stackrel{k_2}{\to }S\\ A\stackrel{k_3}{\to }P\end{array}$

k₁ k₂ k₃