7급 국가직 화공열역학 2019년 기출문제

다음 중 에너지의 차원(dimension)인 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 압력과 부피의 곱

ㄴ. 엔트로피(entropy)와 온도의 곱

ㄷ. 화학포텐셜(chemical potential)

ㄹ. 엔탈피(enthalpy)

오토(Otto) 사이클에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

난방장치에서 4 kg min^-1의 질량유속으로 흐르는 7 °C의 차가운 외부공기가 3 kg min^-1의 질량유속으로 흐르는 70 °C의 가열된 공기와 단열적으로 혼합된다. 이때 혼합기의 출구온도[°C]는? (단, 공기의 열용량은 모든 온도에서 일정하다)

기체의 냉각 및 액화 공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

그림은 A와 B 혼합물의 정압 기－액 평형곡선이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, $x_A$는 A의 액상 몰분율, $y_A$는 A의 기상 몰분율이다)

1 bar, 60 °C에 있는 분자량이 100 g mol ^-1이고 끓는점이 100 °C인 액체 100 g을 1 bar하에서 가열하여 모두 120 °C의 기체로 만들었다. 이때 총 40 kJ의 열이 필요하였다면 이 액체의 증발잠열[J mol ^-1]은? (단, 액체열용량 $C_p^l$ [J mol ^-1 °C ^-1] ＝ 40 ＋ 2 t [°C]이고, 기체열용량 $C_p^v$ [J mol ^-1 °C ^-1] ＝ 60 ＋ 4 t [°C]이다)

다음 중 부피(V)를 나타내는 관계식만을 모두 고르면? (단, U 는 내부에너지, H는 엔탈피, G는 깁스에너지, S는 엔트로피, P는 압력, V는 부피, T는 온도이다)

ㄱ. ${\left(\frac{\partial U}{\partial S}\right)}_V$ ㄴ. ${\left(\frac{\partial H}{\partial S}\right)}_P$ ㄷ. ${\left(\frac{\partial H}{\partial P}\right)}_S$ ㄹ. ${\left(\frac{\partial G}{\partial P}\right)}_T$

그림은 닫힌 계에서 ‘$PV{}^{\delta }$ ＝ 일정’을 따르는 이상기체의 가역공정을 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $\gamma =\frac{C_p}{C_v}$ 이고, $C_p$와 $C_v$는 각각 정압열용량과 정적열용량이며 온도에 따라 변하지 않는 상수이다)

닫힌 계의 이상기체가 T₁, P₁의 온도[K], 압력 조건을 갖는 표준상태에서 2T₁, 2P₁의 상태로 가역적으로 변하였을 때, 엔트로피의 변화는? (단, T는 온도[K], R은 기체상수이며, 이상기체의 정압열용량 $C_p^{ig}$ ＝ aT ＋ 2bT ²이고 $a$와 $b$는 양의 상수이다)

밀도가 매우 작은 경우에 압축인자(compressibility factor)가 이상기체의 값인 1에 수렴하는 상태방정식은? (단, R은 기체상수이며, $a$와 $b$는 양의 상수이다)

단열계에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, T는 온도, V는 부피이며, $C_p$와 $C_v$는 각각 정압열용량과 정적열용량이고 $\gamma =\frac{C_p}{C_v}$ 이다)

기체와 액체의 열역학적 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

그림은 화학반응 A, B, C의 평형상수 K와 온도 T의 관계를 나타낸다. 표준상태에서 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 각 반응의 표준반응 엔탈피 $\Delta H{}^{\circ }$와 표준반응 엔트로피 $\Delta S{}^{\circ }$는 온도와 무관하다)

그림은 상태 1에서 상태 2를 거쳐 다시 상태 1로 돌아오는 사이클 공정을 나타낸다. 과정 1 → 2(실선)는 가역공정이고 과정 2 → 1(점선)은 비가역공정이며, 각 과정에서 출입하는 열이 각각 Q₁과 Q₂이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, P는 압력, V는 부피, T는 온도이다)

ㄱ. 전체 사이클에 대한 내부에너지 변화량은 0이다.

ㄴ. 전체 사이클에 대한 계의 엔트로피 변화량은 0이다.

ㄷ. 과정 2 → 1 (점선)에서 엔트로피 변화량은 ${\int }_2^1\frac{\delta Q{}_2}{T}$이다.

595 K에서 몰부피가 2 L mol ^-1인 벤젠 기체의 압력(P)은 Redlich-Kwong 상태방정식으로부터 P ＝ 21.4 bar로 계산되었다. 이상기체 상태방정식을 적용하여 계산된 벤젠 기체의 압력을 P_ideal이라고 할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 기체상수 R ＝ 0.08 atm L mol ^-1 K ^-1이다)

24 atm, 300 K으로 압축된 이상기체 10 L를 가역적으로 0.5 atm, 100 K으로 단열팽창시켰을 때, 얻어질 일($W$)의 양($|W|$)은? (단, 기체상수 R ＝ 0.08 atm L mol ^-1 K ^-1이며, 이 과정에서 이상기체의 정적열용량 C_v ＝ 20 J mol ^-1K ^-1로 간주한다)

그림과 같이 재가열(re-heating) 과정을 갖는 Rankine 사이클 기관의 에너지 효율은? (단, 지점 1 ∼ 6의 엔탈피[kJ]는 각각 H₁ ＝ 500, H₂ ＝ 1,000, H₃ ＝ 9,500, H₄ ＝ 8,000, H₅ ＝ 9,500, H₆ ＝ 7,500 이며, 지점 1과 지점 6은 각각 포화액체와 포화기체 상태이다)

가역 압축기로 비열이 일정한 이상기체를 압축하는 정상상태 흐름공정이 등온압축(PV＝ 일정), 폴리트로픽압축(PV ⁿ ＝ 일정), 단열압축(PV ^m ＝ 일정)인 각각의 경우에 대해 공정에 필요한 일($W$)의 양($|W|$)이 적은 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은? (단, P는 압력, V는 부피이고, 1 ＜ n ＜ m 이며, 각 공정의 압력범위는 동일하고, 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)

어떤 닫힌 계의 압력(P) － 부피(V) 선도에서 단분자 이상기체의 가역공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, T는 온도이고, 단분자 이상기체의 정적열용량과 정압열용량은 서로 다른 상숫값을 갖는다)

300 K의 물 1 g에 대한 ${\left(\frac{\partial H}{\partial P}\right)}_T$의 계산값 [cm³]은? (단, 300 K에서 물의 ${\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)}_P$ ＝ 2 × 10 ^-4 cm³ K ^-1 이고, 밀도는 1 g cm^-3 이며, H는 엔탈피, P는 압력, T는 온도, V는 부피이다)