7급 국가직 화공열역학 2024년 기출문제

평형상태에 대한 설명으로 옳은 것은?

닫힌계에서 물질의 상태가 경로 $a$ － $c$ － $b$를 따라서 변화할 때, 100 J의 열이 계로 유입되고 계는 50 J의 일을 수행한다. 동일한 닫힌계에서 경로 $a$ － $d$ － $b$를 따라서 수행한 일이 10 J일 때, 계로 유입되는 열[J]은? (단, $P$는 압력, $V$는 부피이다)

압축인자(compressibility factor) Z에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

단원자 이상기체 A 3몰을 일정한 압력에서 250 K부터 750 K까지 가열할 때, 엔트로피 변화량[kJ K^-1]은? (단, A의 열용량 $C_P$ ＝ 1.0 kJ mol^-1 K^-1이다)

다음 조건들을 고려할 때, 전기 오븐을 이용하여 밀폐 용기에 담긴 음식물을 가열하는 상황에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

○ 외부에서 유입된 전기는 전기 오븐 내부의 히터에서 열로 변환되어 전기 오븐 내부의 물질을 가열한다.

○ 전기 오븐은 외부와 완벽하게 단열되어 있다.

○ 닫힌 상태에서 전기 오븐 내부의 물질은 외부로 전혀 새어 나가지 않는다.

다음 그림은 등온선들과 함께 나타낸 순수한 물질에 대한 액체, 액체/증기, 증기 영역의 $PV$ 선도이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $P$는 압력, $V$는 부피이다)

300 K에서 기체 A가 비리얼(virial) 방정식을 따른다. 제2 비리얼 계수 B ＝ －190 cm³ mol^-1일 때, 10 bar에서 A의 몰부피[cm³ mol^-1]는? (단, 기체상수는 83 bar cm³ mol^-1 K^-1이고, 비리얼 계수는 B만 이용한다)

일정한 온도와 압력에서 일어나는 반응 전후의 내부에너지 변화와 엔탈피 변화가 같은 것은? (단, 기체는 이상기체이고, 계는 닫힌계이며, 모든 반응은 완료되었다)

300 K, 1 atm의 아르곤(Ar) 기체 1몰이 닫힌계에서 가역공정을 수행한다. 각 과정을 통해 기체의 부피가 2배로 팽창할 때, 외부에 수행한 일의 크기($\left|W\right|$)가 큰 것부터 순서대로 바르게 나열한 것은? (단, 기체는 이상기체이다)

(가) 등온과정

(나) 등압과정

(다) 단열과정

25 °C에서 다음 반응의 표준반응열[kJ]은? (단, 해당 온도에서 NH₃($g$)와 H₂O($g$)의 표준생성열은 각각 －46 kJ mol^-1, －242 kJ mol^-1이다)

4NH₃($g$) ＋ 3O₂($g$) → 2N₂($g$) ＋ 6H₂O($g$)

이상기체 상태의 작동 유체에 의해 수행되는 Carnot 기관에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. Carnot 사이클의 가역 단열과정은 등엔트로피 과정이다.

ㄴ. 두 열 저장고의 온도가 각각 1,000 K, 300 K일 때 열효율은 30 %이다.

ㄷ. Carnot 기관에서 일은 오직 등온과정에 의해 생성된다.

ㄹ. Carnot 사이클이 가역적인 과정을 통해 한 번 순환할 때 기관의 엔트로피는 변하지 않고 그대로 유지된다.

혼합용액의 상평형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

300 °C, 10 Pa의 기체 A가 엔탈피의 변화 없이 오리피스를 지난다. 온도와 압력이 280 °C, 2 Pa로 감소했다면, 기체 A의 Joule-Thomson 계수[°C Pa^-1]는? (단, 기체 흐름은 정상상태이고, 해당 공정에서 Joule-Thomson 계수는 일정하다)

표준상태에서 이상기체들의 가역반응 중 온도가 $T_1$에서 $T_2$로 증가하였을 때, 평형상수($K_{\mathrm{P}}$)가 4배 증가하였다. 반응엔탈피($\Delta H$ °)는? (단, $\Delta H$ °는 온도에 무관하게 일정하고, $R$은 기체상수이다)

현열(sensible heat)과 잠열(latent heat)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 일정한 압력에서 순수한 고체 물질의 결정 구조가 변화할 때, 온도가 증가하지 않는다.

ㄴ. 분자의 진동 운동에너지가 증가하는 것은 현열에너지에 의한 것이다.

ㄷ. 순수한 액체가 기화될 때의 잠열은 상변화에 수반되는 부피 변화에 반비례한다.

ㄹ. 현열에너지는 분자 간 인력을 극복하고 상변화를 일으킨다.

기체의 상태를 정의하기 위해 다음 방정식을 사용할 수 있다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, $P$는 압력, $V$는 몰부피, $T$는 온도, $R$은 기체상수이다)

$P=\frac{RT}{V-b}-\frac{a}{V^2}$

이상기체 1몰의 엔트로피($S$)가 일정할 때, ${\left(\frac{\partial T}{\partial P}\right)}_S$와 같은 것은? (단, $P$는 압력, $T$는 온도, $V$는 몰부피, $R$은 기체상수, $C_P$는 정압 열용량, $C_V$는 정적 열용량이다)

그림과 같이 공기표준 사이클이 이상적으로 거동하고 있다. A → B와 C → D는 단열공정일 때, 열효율($\eta$)은? (단, 정압 열용량($C_P$)과 정적 열용량($C_V$)은 일정하고, $\gamma =\frac{C_P}{C_V}$이다. 또한, $T_i$와 $P_i$는 상태 $i$에서의 온도와 압력이다)

두 종류의 액체가 섞인 실제용액의 과잉 깁스 에너지가 $\frac{G^E}{RT}=$$A{x}_1{x}_2$로 주어졌다. 해당 용액을 이루고 있는 순수한 성분들의 증기압 비($\frac{P_1^{sat}}{P_2^{sat}}$)는 온도에 무관하게 1.649로 일정하다. 공비점에서 $x_1$ ＝ 0.7일 때, 상수 A의 값은? (단, $T$는 온도, $R$은 기체상수, $x_i$는 액체상에서 성분 $i$의 몰분율, ln1.649 ＝ 0.5이다)

400 K, 1 bar의 이상기체 A 1몰을 4 bar로 등온압축할 때, 필요한 일[J]은? (단, 기체상수 $R$ ＝ 8 J mol^-1 K^-1이고, ln2 ＝ 0.7이다)

다음은 서로 다른 온도($T$) 조건에서 이상기체와 실제기체의 압력($P$)에 따른 화학 포텐셜($\mu$) 변화를 그린 것이다. 실제기체가 주어진 비리얼(virial) 방정식을 따를 때, 실제기체의 곡선만을 모두 고르면? (단, $a$와 $b$는 상수이고, $a>0$, $b>0$이다. $T_B$는 보일(Boyle) 온도이고, $V$는 몰부피, $R$은 기체상수이다)

$PV=RT\left(1+\left(b-\frac{a}{RT}\right)\frac{P}{RT}\right)$

내부 온도를 250 K로 유지하기 위한 냉동기 작동 동력은 0.5 kW이다. 냉동기 외부 온도가 300 K로 유지될 때, 단위시간당 방출되는 열의 크기($\left|\dot{Q}\right|$)[kW]는? (단, 냉동기는 Carnot 사이클로 작동하며, 냉동기의 성능계수는 Carnot 성능계수의 60 %이다)

단원자 이상기체가 닫힌계에서 A → B와 A → C의 가역적인 공정을 수행할 때, 옳지 않은 것은? (단, $i$ → $j$ 공정에서 $\Delta S_{ij}$는 엔트로피 변화, $\Delta U_{ij}$는 내부에너지 변화, $\Delta H_{ij}$는 엔탈피 변화, $Q_{ij}$는 열, $P$는 압력, $V$는 부피이다)

흐름과정에 대한 열역학적 설명으로 옳지 않은 것은?

칸막이에 의해 동일한 부피로 나누어진 박스에 질소(N₂) 2몰과 산소(O₂) 4몰이 각각 들어있다. 일정한 온도에서 칸막이를 제거하여 두 기체가 혼합될 때, $\frac{\Delta G}{RT}$의 값은? (단, 기체는 반응하지 않는 이상기체이고, 칸막이의 부피는 무시한다. ln2 ＝ 0.7, ln3 ＝ 1.1로 계산하고, $\Delta G$는 깁스 에너지 변화량, $R$은 기체상수, $T$는 온도이다)