7급 국가직 반응공학 2023년 기출문제

다음 분해반응이 기초속도법칙을 따를 때, 반응차수는?

C₂H₆ → C₂H₄ ＋ H₂

화학 반응기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 A → B 액상 1차 반응을 진행하여 A의 전환율 50 %를 얻었다. 동일한 반응조건에서 반응기 부피를 3배로 크게 할 경우, A의 전환율[%]은?

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 다음 세 개의 비가역 액상 기초반응이 경쟁적으로 진행된다. 반응 1, 반응 2, 반응 3의 반응속도상수 $k_{1,}{k}_{2,}{k}_3$가 모두 같을 때, 반응 시작 1시간 후 C 및 D에 대한 B의 총괄선택도($S_{B/\mathrm{CD}}$)는? (단, $S_{B/\mathrm{CD}}$ ＝ 생성된 B의 몰 수생성된 C와 D의 몰 수이다)

○ 반응 1: A → B

○ 반응 2: A → C

○ 반응 3: A → D

등온 회분식반응기에서 A → B 액상 반응을 진행하여 반응차수와 반응속도상수를 결정하려고 한다. A의 반감기는 A의 초기농도에 반비례하며, A의 초기농도가 10 mol L^-1일 때 반감기가 10분이다. 이 반응의 반응차수와 반응속도상수를 바르게 연결한 것은?

반응차수 반응속도상수

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 액상 기초반응을 진행하여 다음 그래프를 얻었다. 동일한 반응조건에서 10 L min^-1의 A를 연속교반탱크반응기(CSTR)에 공급하여 반응을 진행할 경우, A의 전환율 60 %를 얻기 위해 필요한 CSTR 부피[L]는? (단, $t$는 반응시간, $C_{A0}$는 A의 초기농도, $C_{\mathrm{B}}$는 $t$에서 B의 농도이다)

등온 플러그흐름반응기(PFR)에서 A → B 기상 2차 반응을 $T_{\mathrm{PFR}}$에서 진행하여 전환율 $X_{\mathrm{A}}$를 얻었다. 이 반응을 동일 부피의 등온 연속교반탱크반응기(CSTR)에서 진행하여 동일한 전환율을 얻기 위해 필요한 반응온도를 $T_{\mathrm{CSTR}}$이라 할 때, 옳은 것은? (단, 반응속도상수는 아레니우스(Arrhenius) 식을 따르며, $E_a$는 활성화에너지, $R$은 기체상수이며, 반응기 종류와 반응온도 이외의 다른 반응조건은 동일하다)

변용 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → 2B 기상 1차 반응을 일정 온도 및 압력에서 진행하여, 반응 시작 10분 후 반응기 부피가 50 % 증가하였다. 이 반응의 반응속도상수[min^-1]는? (단, $\ln 2$ ＝ 0.7이다)

200 L 정용 등온 회분식반응기를 이용하여 초기조건 500 K, 80 atm에서 A → B ＋ C 기상 2차 반응을 진행한다. 초기 반응물이 A 75 %와 비활성기체 25 %로 구성되어 있을 때, A의 전환율 80 %를 얻기 위해 필요한 반응시간[min]은? (단, 기체는 모두 이상기체이고, 반응속도상수는 0.1 L mol^-1 min^-1, 기체상수는 0.08 atm L mol^-1 K^-1이다)

등온 플러그흐름반응기(PFR)에서 A ＋ 2B → C 기상반응을 진행한다. 반응물 A와 B는 동일한 농도로 8 atm, 1,000 K에서 반응기로 유입되며, 반응기 입구에서 전체 반응물의 부피 유량은 5.0 L min^-1이다. 제한반응물(limiting reactant)의 전환율이 80 %일 때, 반응기 출구에서 A와 C의 몰유량[mol min^-1]을 바르게 연결한 것은? (단, 기체는 모두 이상기체이고, 기체상수는 0.08 atm L mol^-1 K^-1이다)

A의 몰유량 C의 몰유량

아레니우스(Arrhenius) 식$(k(T)=A{e}^{-E_a/RT})$에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $k$는 반응속도상수, $T$는 절대온도, $A$는 빈도인자, $E_a$는 활성화에너지, $R$은 기체상수이다)

정상상태 플러그흐름반응기(PFR)에서 A → B 반응을 진행할 때, A에 관한 몰수지식으로 옳은 것은? (단, $F_{A0}$는 반응기로 공급되는 A의 몰유량, $X_{\mathrm{A}}$는 A의 전환율, $V$는 반응기 부피, $-r_{\mathrm{A}}$는 A의 소멸속도, $t$는 반응시간이다)

원통형 플러그흐름반응기(PFR)에서 A → B 액상 2차 반응을 일정 온도에서 진행하여 A의 전환율 80 %를 얻었다. 반응기 부피가 12 L이고 평균유속이 10 m min^-1일 때, 반응기 단면적의 지름[m]은? (단, 반응속도상수는 1 L mol^-1 min^-1, A의 초기농도는 1 mol L^-1, 원주율 $\pi$ ＝ 3이다)

등온 회분식반응기에서 A → B 액상 0차 반응을 진행한다. A의 초기농도는 1 mol L^-1이며, 반응 시작 30분 후 A의 농도가 0.2 mol L^-1로 감소하였다. 이 반응의 반응속도상수[mol L^-1 h^-1]는?

등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 액상 기초반응을 진행하여 반응 시작 20분 후 A의 전환율 80 %를 얻었다. 동일한 반응물을 동일한 반응조건에서 부피가 2 L인 플러그흐름반응기(PFR)에 공급하여 반응을 진행할 경우, A의 전환율 80 %를 얻기 위한 A의 부피유량[L min^-1]은?

그림은 연속교반탱크반응기(CSTR)와 플러그흐름반응기(PFR)에서 진행한 A $\stackrel{k_1}{\to }$ R $\stackrel{k_2}{\to }$ S 연속 액상 1차 반응에 대해 A의 전환율($X_{\mathrm{A}}$)과 R의 수율($\frac{C_{\mathrm{R}}}{C_{A0}-C_{\mathrm{A}}}$)과의 관계를 반응속도상수 비율($\frac{k_2}{k_1}$)에 따라 나타낸 그래프이다. CSTR을 나타내는 것과 반응속도상수 비율의 크기 비교를 바르게 연결한 것은? (단, 모든 반응은 순수한 A를 반응물로 일정 온도에서 진행한다)

CSTR 반응속도상수 비율의 크기 비교

다음 복합반응에서 반응물 A가 분해되어 1개의 목적 생성물 D와 3개의 비목적 생성물 X, Y, Z가 생성된다. X, Y, Z에 대한 D의 순간 선택도($S_{D/\mathrm{XYZ}}$)가 최대가 될 때, 반응물 A의 농도는? (단, $r_j$는 $j$의 생성속도, $k_j$는 $j$의 생성반응에 대한 반응속도상수, $C_{\mathrm{A}}$는 A의 농도, $S_{D/\mathrm{XYZ}}$ ＝ $\frac{r_{\mathrm{D}}}{r_{\mathrm{X}}+r_{\mathrm{Y}}+r_{\mathrm{Z}}}$이다)

동일한 부피의 연속교반탱크반응기(CSTR) $n$개를 직렬로 연결하여 A → B 액상 기초반응을 일정 온도에서 진행한다. CSTR 한 개의 공간시간($\tau$)은? (단, $k$는 반응속도상수, $C_{A0}$는 첫 번째 반응기로 유입되는 A의 농도, $C_{\mathrm{A}}$는 $n$ 번째 반응기 출구에서 A의 농도이다)

50 L 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A → B 발열 액상 기초반응을 진행한다. A의 초기농도가 1 mol L^-1, 초기 반응온도가 400 K일 때, 지속적인 열제거로 반응기의 온도를 400 K로 유지한다. 반응 시작 5분 후 열제거 속도[kcal min^-1]의 크기는? (단, 교반기에 의해 반응기에 가해진 일은 무시하고, 반응속도상수는 0.2 min^-1, 반응열 $\Delta H_R$(400 K) ＝ －10 kcal mol^-1이다)

고체 촉매가 균일하게 충전된 등온 충전층반응기(PBR)에서 A → B 기상 반응을 진행할 때, 압력강하는 $\frac{P}{P_0}$ ＝ $(1-\alpha W{)}^{1/2}$ 식을 따른다. 반응기 길이가 5 m일 때, 입구에서 압력이 10 atm, 출구에서 압력이 8.66 atm이었다. 동일한 반응조건에서 반응기 길이를 15 m로 늘려 반응기 부피를 3배로 크게 했을 때, 반응기 출구에서의 압력[atm]은? (단, $P_0$는 반응기 입구에서 압력, $P$는 반응기 출구에서 압력, $\alpha$는 압력강하 파라미터, $W$는 촉매 무게, 0.866의 제곱은 0.75이다)

다음은 플러그흐름반응기(PFR)의 반응기 입구에 추적자를 펄스 입력(pulse input)한 후 반응기 출구에서 시간에 따른 추적자 농도를 측정한 결과이다. 반응기에서 유체의 평균체류시간[min]은? (단, 35분 이후 추적자는 검출되지 않는다)

시간[min]	0	5	10	15	20	25	30	35
추적자 농도[g L-1]	0	2	5	7	3	2	1	0

정상상태 단열 플러그흐름반응기(PFR)에서 A ＋ B → C 액상 기초반응을 진행한다. 동일한 몰유량의 A와 B가 반응기로 공급되고, 반응기 입구와 반응기 출구에서의 온도가 각각 $T_1$과 $T_2$일 때, 반응기 출구에서 A의 전환율($X_{\mathrm{A}}$)은? (단, 반응한 A의 단위몰당 반응열 $\Delta H_R$ ＝ －6,000 cal mol^-1, A와 B의 열용량 $C_{P,\mathrm{A}}$ ＝ $C_{P,\mathrm{B}}$ ＝ 15 cal mol^-1 K^-1, C의 열용량 $C_{P,\mathrm{C}}$ ＝ 30 cal mol^-1 K^-1이고, 반응열과 열용량은 모두 온도에 무관하며 일정한 값을 갖는다)

등온 회분식반응기에서 5 mol L^-1의 순수한 A를 반응물로 A $\stackrel{k_1}{\to }$ B $\stackrel{k_2}{\to }$ C 액상반응을 진행한다. 반응 시작 2시간 후 B의 농도[mol L^-1]는? (단, $k_1$ ＝ 0.1 h^-1, $k_2$ ＝ 0.05 mol L^-1 h^-1, $e^{-0.2}$ ＝ 0.8이다)

분자체(molecular sieve) 촉매인 제올라이트에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

고체표면 활성점(S)에 일산화탄소(CO)의 해리 흡착(CO ＋ 2S ⇄ CㆍS ＋ OㆍS)에 대한 흡착등온식으로부터 다음 그래프를 얻었다. 이 그래프의 기울기와 $y-$절편을 바르게 연결한 것은? (단, $P_{\mathrm{CO}}$는 CO의 분압, $C_{\mathrm{O}\cdot \mathrm{S}}$는 OㆍS의 농도, $C_t$는 전체활성점 농도, $K_A$는 흡착평형상수이다)

기울기 $y$－절편