7급 국가직 화공열역학 2020년 기출문제

다음 Maxwell 관계식으로부터 추론할 수 있는 열역학 관계식은?

${\left(\frac{\partial P}{\partial T}\right)}_V={\left(\frac{\partial S}{\partial V}\right)}_T$

자유도의 개수가 가장 큰 것은?

어떤 기체 1몰이 일정 압력 1 bar 조건으로 300 K에서 400 K까지 가열되었을 때, 엔탈피 변화량[J]은? (단, 이 기체는 정적 열용량이 $\frac{5}{2}$R인 이상 기체이고, 기체 상수 R는 8 J mol^-1 K^-1이다)

표는 300 K에서 몇 가지 물질의 표준 생성열($\Delta H_{\mathrm{f},300}^{\mathrm{o}}$)을 나타낸 것이다. 1,100 K에서 메테인(CH₄) 1몰이 수증기 개질(steam reforming) 반응할 때, 표준 반응열[kJ]은? (단, 반응에서는 H₂(g)와 CO₂(g)만이 생성되고, 모든 물질의 정압 열용량은 40 J mol^-1 K^-1이다)

물질	CH4(g)	H2O(g)	H2(g)	CO2(g)
$\Delta H_{\mathrm{f},300}^{\mathrm{o}}$[kJ mol-1]	－70	－240	0	－390

어떤 냉장고가 480 kJ min^-1의 열 제거 속도로 작동하면서 4 kW의 전력을 소모한다면, 분당 방출열[kJ min^-1]은?

이상 기체에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

표는 100 °C의 물에 대한 자료를 나타낸 것이다. 물 1 kg이 100 °C, 101 kN m^-2의 정온 정압 조건에서 기화할 때, 내부에너지 변화[kJ]는? (단, 물의 비부피는 무시한다)

온도[°C]	100
수증기압[kN m-2]	101
수증기의 비부피[m3 kg-1]	2
기화 엔탈피[kJ kg-1]	2,260

다음은 25 °C에서 메테인(CH₄)의 연소 반응식과 표준 반응열($\Delta$H^o)이다.

CH₄(g) ＋ 2O₂(g) → CO₂(g) ＋ 2H₂O(g) $\Delta$H° ＝ －800 kJ

25 °C의 정압 단열 조건에서 50 %의 과잉 산소를 이용하여 메테인 1몰을 연소시킬 때, 도달할 수 있는 최고 온도[°C]는? (단, 모든 물질의 정압 열용량은 40 J mol^-1 °C^-1이다)

온도 450 K, 질량 50 kg의 강철구를 온도 200 K, 질량 4.5 kg의 기름에 담가 열손실 및 상변화 없이 급랭시켜, 두 물체의 온도가 같아졌다. 이 과정에서 강철구와 기름의 엔트로피 변화가 각각 $\Delta S_1$과 $\Delta S_2$일 때 $\frac{\Delta S_1}{\Delta S_2}$는? (단, 강철구와 기름의 정압 열용량은 각각 0.3 kJ kg^-1 K^-1과 5 kJ kg^-1 K^-1이다)

그림은 Rankine 순환 공정을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, T와 S는 각각 온도와 엔트로피이다)

어떤 순물질 액체의 부피 팽창률($\beta$)과 등온 압축률($\kappa$)은 각각 1.5 × 10^-3 K^-1, 60 × 10^-6 bar^-1이다. 이 액체가 1 bar, 273 K 상태로부터 부피 변화 없이 283 K까지 가열되었을 때의 압력[bar]은?

이상 기체가 정온 가역 과정으로 팽창할 때, Helmholtz 자유에너지 변화($\Delta$A)와 Gibbs 자유에너지 변화($\Delta$G)의 관계로 옳은 것은?

25 °C의 밀폐된 용기에 2 atm의 N₂O₄(g)와 1.5 atm의 NO₂(g)를 넣고 N₂O₄(g) ⇄ 2NO₂(g) 반응에 의해 평형에 도달시켰다. 이 평형 상태에서 NO₂(g)의 압력이 0.5 atm이라면, 25 °C에서 반응의 평형 상수(K_P)는?

수평관을 통한 비압축성 액체의 정상 상태, 비가역 단열 흐름에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 수평관의 단면적은 일정하다)

ㄱ. 엔트로피는 출구가 입구보다 크다.

ㄴ. 온도는 출구가 입구보다 높다.

ㄷ. 유속은 출구가 입구보다 빠르다.

ㄹ. 압력은 출구가 입구보다 낮다.

닫힌 계에서 이성분 혼합물이 이루는 기－액 평형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

CH₄ 가스는 수증기 개질(steam reforming)을 통해 H₂와 CO로 변환될 수 있다. CH₄ 2몰과 H₂O 1몰만으로부터 반응이 진행되어 CH₄과 H₂의 몰수가 같아질 때, CH₄의 몰분율은? (단, 반응에서는 H₂와 CO만이 생성된다)

표는 30 %의 효율로 작동하는 열기관 (가)와 (나)의 고온 및 저온 열원의 온도를 각각 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

기관	(가)	(나)
고온 열원 온도[K]	600	1,000
저온 열원 온도[K]	300	300

그림은 어떤 기체의 Joule-Thomson 계수 $\mu$의 부호를 온도(T)와 압력(P)에 따라 나타낸 것이다. 이 기체에 대한 설명으로 옳은 것은?

닫힌 계의 기체가 상태 (1)에서 상태 (2)로 변하는 과정에서 30 J의 일을 하고 80 J의 열을 흡수했다. 상태 (2)에서 상태 (1)로 되돌아가는 과정에서 기체가 20 J의 일을 했다면 열의 흡수량[J]은?

그림은 어떤 순물질의 상평형을 압력(P)－부피(V) 평면에 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 물질의 총량은 일정하다)