2021년 2회 화공기사 기출문제 해설 - 16번,17번,18번,19번,20번

1과목: 화공열역학

 

16. 일정온도와 일정압력에서 일어나는 화학반응의 평형판정기준을 옳게 표현한 식은?

(단, 하첨자 tot는 총변화량을 의미한다.)

 

1) $(\Delta G_{tot})_{T,P}=0$

2) $(\Delta H_{tot})_{T,P}>0$

3) $(\Delta G_{tot})_{T,P}<0$

4) $(\Delta H_{tot})_{T,P}=0$

 

답: 1

 

깁스자유에너지를 통해 화학반응이 정반응으로 진행될지 역반응으로 진행될지를 알 수 있다. 

 

평형상태라면 깁스자유에너지 변화량은 0이다. 

답: 1

 

깁스자유에너지를 통해 화학반응이 정반응으로 진행될지 역반응으로 진행될지를 알 수 있다. 

 

평형상태라면 깁스자유에너지 변화량은 0이다. 

 

17. 800kPa, 240℃의 과열수증기가 노즐을 통하여 150kPa까지 가역적으로 단열팽창될 때, 노즐출구에서 상태는?

(단, 800kPa. 240℃에서 과열수증기의 엔트로피는 6.9976kJ/kg·K이고 150kPa에서 포화액체(물)와 포화수증기의 엔트로피는 각각 1.4336kJ/kg·K와 7.2234kJ/kg·K이다.)

 

1) 과열수증기

2) 포화수증기

3) 증기와 액체혼합물

4) 과냉각액체

 

답: 3

 

가역단열팽창이므로 엔트로피는 변하지 않는다. 

 

그러므로 150kPa이 되어도 엔트로피는 6.9976kJ/kg·K 그대로이다.

 

엔트로피 값이 포화액체(물)와 포화수증기의 엔트로피인 1.4336kJ/kg·K와 7.2234kJ/kg·K 사이에 있으므로 증기와 액체 혼합물 사이에 있다고 할 수 있다. 

 

18. 고립계의 평형 조건을 나타내는 식으로 옳은 것은?

(단, 기호는 각각 G: 깁스(Gibbs) 에너지, N: 몰수, H: 엔탈피, S: 엔트로피, U: 내부에너지, V: 부피를 의미한다.)

 

1) $(\frac{\partial S}{\partial U})_{V,N} = 0$

2) $(\frac{\partial S}{\partial V})_{G,V} = 0$

3) $(\frac{\partial S}{\partial N})_{H,N} = 0$

4) $(\frac{\partial S}{\partial H})_{N,V} = 0$

 

답: 1

 

고립계는 외계와 에너지 그리고 물질의 교환이 일어나지 않는다. 그러므로 부피와 몰수가 일정해야하므로 하첨자가 V, N인 것을 고르면 된다.

답: 1

 

고립계는 외계와 에너지 그리고 물질의 교환이 일어나지 않는다. 그러므로 부피와 몰수가 일정해야하므로 하첨자가 V, N인 것을 고르면 된다.

 

 

19. 기체에 대한 설명 중 옳은 것은?

 

1) 기체의 압축인자는 항상 1보다 작거나 같다.

2) 임계점에서는 포화증기의 밀도와 포화액의 밀도가 같다.

3) 기체혼합물의 비리얼 계수(virial coefficient)는 온도와 무관한 상수이다.

4) 압력이 0으로 접근하면 모든 기체의 잔류부피(residual volume)는 항상 0으로 접근한다.

 

답: 2

 

2) 임계점은 증기와 액체의 구분이 없어지는 상태를 말한다. 그러므로 액체와 증기의 밀도가 같다고 할 수 있다.

 

1) 기체의 압축인자는 이상기체일때 1이고, 실제기체 일때는 1보다 작은 값이거나 1보다 큰 값일 수 있다.

3) 비리얼 계수는 온도에 대한 함수이다.

4) 0이 아닌 무한대로 접근한다.

 

 

 

20. 열역학 제2법칙의 수학적 표현은?

 

1) $dU = dQ - PdV$

2) $dH = TdS + VdP$

3) $\frac{\left | Q_H \right |}{\left | Q_C \right |}=\frac{T_H}{T_C}$

4) $\Delta S_{total}\geq 0$

 

답: 4

 

열역학 제2법칙: 전체 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 반응이 진행된다.

답: 4

 

열역학 제2법칙: 전체 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 반응이 진행된다.