화공열역학

자유도(degree of freedom)가 2인 계만을 모두 고르면?

이상기체로 채워진 닫힌계의 가역 공정에서 엔탈피 변화량($△H$)에 대한 설명으로 옳은 것은?

200 K에서 기체 A가 비리얼(virial) 방정식을 따르며, 제2 비리얼 계수 $B$는 －200 cm³ mol^-1이다. 이 온도에서 기체 A의 몰부피가 1,000 cm³ mol^-1이 되는 압력[bar]은? (단, 비리얼 방정식은 제2 비리얼 계수만 고려하고, 기체상수 $R$ ＝ 80 cm³ bar mol^-1 K^-1이다)

다음은 이상기체의 정압 몰열용량($C_P$)에 대한 식이다. 일정한 압력에서 이상기체의 온도가 $T_1$에서 $3T_1$으로 변할 때, 몰엔탈피 변화량($△H$)은? (단, $A$와 $B$는 상수, $T$는 온도, $R$은 기체상수이다)

일정한 압력으로 유지되는 피스톤－실린더 장치 내에 초기온도가 300 K인 이상기체 2몰이 밀폐되어있다. 장치 내부로 800 J의 열이 유입될 때, 이상기체의 최종온도[K]는? (단, 정적 열용량은 $\frac{3}{2}R$이고, 기체상수 $R$ ＝ 8 J mol^-1 K^-1이다. 가역 공정이고, 기체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)

어느 주택에 냉방용량이 30 kW이고 증기－압축 사이클로 작동하는 냉방 시스템을 설치하고자 한다. 이 냉방 시스템의 성능계수는 Carnot 성능계수의 75 %이고, Carnot 사이클로 작동할 경우 응축기 온도($T_{\mathrm{H}}$)와 증발기 온도($T_{\mathrm{C}}$)의 비율$\left(\frac{T_{\mathrm{H}}}{T_{\mathrm{C}}}\right)$은 1.25이다. 증기－압축 냉방 시스템에 소요되는 전력량[kW]은? (단, 두 사이클은 같은 온도 수준에서 작동한다)

다음은 25 °C에서 반응식과 표준 반응열($△H{}^{\circ }$)이다. 1－프로판올(${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7\mathrm{O}\mathrm{H}$)의 연소 반응(${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7\mathrm{O}\mathrm{H}(\mathrm{l})+\mathrm{a}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})\to \mathrm{b}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})+{\mathrm{c}\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l})$)에 대한 25 °C에서의 표준 연소열[kJ mol^-1]은? (단, $\mathrm{a}$, $\mathrm{b}$, $\mathrm{c}$는 상수이다)

다음은 일정한 온도와 압력에서 성분 A와 B로 구성된 용액의 몰엔탈피 $H$ [J mol^-1]를 구하는 식이다. 성분 A의 무한희석(infinite dilution) 상태에서 성분 A의 부분 몰엔탈피(partial molar enthalpy)[J mol^-1]는? (단, $x_{\mathrm{A}}$는 성분 A의 몰분율이다)

성분 A와 B로 구성된 용액에서 성분 A의 몰분율은 0.2이고, 성분 A와 B의 부분 몰부피는 각각 55 cm³ mol^-1, 17.5 cm³ mol^-1이다. 순수한 물질 A와 B의 몰부피는 각각 57.5 cm³ mol^-1, 18 cm³ mol^-1일 때, 용액 1,000 cm³를 만드는 데 필요한 순수한 물질 A와 B의 부피[cm³]의 합은? (단, 혼합 과정에서 온도와 압력은 일정하고, 두 성분의 반응 및 증발은 없다고 가정한다)

용액 1몰의 과잉 깁스 에너지(excess Gibbs energy, $G^E$)가 $G^E=aT\ln T+aT+b$로 표현될 때, 일정한 압력과 조성에서 용액의 과잉 엔탈피($H^E$)를 나타낸 것은? (단, $a$와 $b$는 상수, $T$는 온도이다)

이상기체 1몰의 ${\left(\frac{\partial S}{\partial V}\right)}_T$와 같은 것은? (단, $P$는 압력, $T$는 온도, $V$는 부피, $S$는 엔트로피, $R$은 기체상수이다)

van der Waals 상태방정식($P=\frac{RT}{V-b}-\frac{a}{V{}^2}$)에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, $P$는 압력, $T$는 온도, $V$는 몰부피, $R$은 기체상수, $a$와 $b$는 상수이다)

잔류 성질(residual property)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 임의의 열역학적 성질에 대하여 $M^R$은 잔류 성질, $M$은 실제기체의 성질, $M^{ig}$는 이상기체의 성질이다)

성분 A와 B로 구성된 이성분계가 300 K, 0.3 bar에서 기－액 평형상태에 있다. 성분 A의 활동도계수 ${\gamma }_{\mathrm{A}}$에 대하여 $\ln ({\gamma }_{\mathrm{A}})=\frac{10}{7}(x_{\mathrm{B}}{)}^2$을 만족하고, $x_{\mathrm{A}}$ ＝ 0.3일 때, 기체상에서 A의 몰분율은? (단, 기체상은 이상기체이고, 해당 온도에서 물질 A의 포화 증기압은 0.2 bar이다. $x_{\mathrm{A}}$와 $x_{\mathrm{B}}$는 액체상에서 성분 A, B의 몰분율이고, $\ln 2$ ＝ 0.7로 계산한다)

초기에 ${\mathrm{C}\mathrm{H}}_4$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, ${\mathrm{C}\mathrm{O}}_2$가 각각 2몰, 1몰, 1몰 존재하는 계에서 $3{\mathrm{C}\mathrm{H}}_4(\mathrm{g})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})+{\mathrm{C}\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})\to 8{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})+4\mathrm{C}\mathrm{O}(\mathrm{g})$의 반응이 일어난다. 반응이 일어나는 동안 각 성분의 몰분율을 반응진척도(extent of reaction, $\epsilon$)를 이용하여 옳게 나타낸 것은? (단, 반응 전 초기 상태에서 $\epsilon$ ＝ 0이고, $y_i$는 성분 $i$의 기체상에서의 몰분율이다)

그림은 작동 유체가 이상기체인 Carnot 냉동 사이클의 압력($P$)－부피($V$) 선도이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $T_{\mathrm{H}}$와 $T_{\mathrm{C}}$는 각각 고온 열저장고와 저온 열저장고의 온도이다)

이상기체로 이루어진 닫힌계의 엔트로피 변화량($△S$)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

이상기체가 느린 유속으로 압축기에 유입되어 압축 공정을 거친 후, 단열된 노즐을 통해 초기 압력과 온도 조건으로 돌아가면서 최종 속도 400 m s^-1로 팽창된다. 압축 공정에서 170 kJ kg^-1의 일이 가해졌을 때, 압축 공정에서 방출되는 열의 크기[kJ kg^-1]는? (단, 정상상태 흐름 공정이고, 압축기에 유입되는 지점에서 이상기체의 운동에너지는 무시하며, 위치에너지의 변화와 마찰에 의한 손실은 없다)

화학 반응의 평형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, $T$는 온도, $R$은 기체상수, $△H{}^{\circ }$는 반응의 표준 엔탈피 변화, $△G{}^{\circ }$는 반응의 표준 깁스 에너지 변화, ${\mu }_i$는 물질 $i$의 화학포텐셜(chemical potential)이다)

이상기체와 그 혼합물에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, $P$는 압력, $V$는 부피, $R$은 기체상수, $C_P$는 정압 열용량, $C_V$는 정적 열용량, $y_i$는 성분 $i$의 기체상에서의 몰분율이다)

환산온도 $T_r$ ＝ 1.2, 환산압력 $P_r$ ＝ 0.6인 조건에서 기체 A의 압축인자($Z$)는 압력에 대한 비리얼(virial) 방정식을 이용하여 계산할 수 있다. 비리얼 방정식은 제2 비리얼 계수만 고려하고, 제2 비리얼 계수가 Pitzer 상관관계식을 따른다고 할 때, 기체 A의 압축인자는? (단, 해당 온도, 압력 조건에서 제2 비리얼 계수에 대한 Pitzer 상관관계식의 $B^0$와 $B^1$은 각각 －0.23, 0.06이고, 기체 A의 이심인자(acentric factor)는 0.2이다)

이상기체로 채워진 피스톤－실린더 장치 내부를 계라고 할 때, 계에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 가역 공정을 가정하고, 기체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)

그림은 수증기로 작동하는 Rankine 사이클 기관을 나타낸 것이다. 지점 2와 4에서 작동유체의 엔탈피는 각각 $H_2$ ＝ 3,400 kJ kg^-1과 $H_4$ ＝ 190 kJ kg^-1이고, 터빈과 펌프의 효율은 각각 0.9와 0.8이며, 이상적인 조건(등엔트로피 공정)에서 터빈과 펌프의 축일은 각각 $W_{T,ideal}$ ＝ －900 kJ kg^-1과 $W_{P,ideal}$ ＝ 8 kJ kg^-1이다. 이 기관의 열효율은? (단, 사이클은 정상상태 흐름으로 작동하고, 작동유체의 이송 시 열손실은 없으며, 작동유체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)

그림은 정상상태 흐름에서 200 kPa, 800 K의 이상기체가 단열된 터빈으로 유입(지점 A)되어 100 kPa의 압력으로 배출(지점 C)되는 공정을 온도($T$)－엔트로피($S$) 선도에 나타낸 것이다. 이때, A → B 공정과 A → C 공정은 각각 이상적인(등엔트로피) 공정과 실제 공정을 나타낸다. 터빈의 효율이 90 %일 때, 출구(지점 C)에서 이상기체의 온도[K]는? (단, $T_i$는 지점 $i$에서의 온도이고, 이상기체의 정압 열용량($C_P$)과 정적 열용량($C_V$)은 일정하다. $\frac{R}{C_P}$ ＝ 0.32, 2^0.32 ＝ 1.25로 계산하고, $R$은 기체상수이며, 이상기체의 운동에너지와 위치에너지 변화는 무시한다)

일정한 온도에서 단일 성분의 기체와 액체가 평형을 이루고 있다. 기체의 잔류 몰부피(residual molar volume, $V^R$)가 $V^R=a+bT$로 표현될 때, 액체의 퓨개시티 계수(fugacity coefficient)를 옳게 나타낸 것은? (단, $a$와 $b$는 상수, $T$는 온도, $R$은 기체상수, $P^{sat}$은 해당 조건에서 물질의 포화 증기압이다)