화공열역학

온도에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

1 mol의 이상기체 A가 피스톤에 의하여 실린더 내에 밀폐되어 있다. 2 bar, 10 L의 초기상태에서 피스톤은 걸쇠에 의해 위치가 고정되어 있다. 외부압력($P_E$)이 1 bar인 상태에서 A가 1 bar, 15.5 L로 팽창할 때, 계가 한 일의 크기[J]는?

0 °C, 0.4 bar에서 butane과 $n$－hexane 혼합물이 기－액 평형에 있을 때, 기상에서 butane의 몰분율은? (단, 이성분 혼합물은 라울의 법칙을 따른다. 0 °C에서 butane의 포화증기압은 1.0 bar, $n$－hexane의 포화증기압은 0.2 bar이다)

온도 단위를 가지는 편도함수만을 모두 고르면? (단, $U$는 몰내부에너지(molar internal energy), $H$는 몰엔탈피(molar enthalpy), $G$는 몰깁스에너지(molar Gibbs energy), $A$는 몰헬름홀츠에너지(molar Helmholtz energy), $S$는 몰엔트로피(molar entropy), $V$는 몰부피(molar volume), $P$는 압력, $T$는 절대온도이다)

300 K, 1 atm에서 비리얼(virial) 방정식을 따르는 기체의 몰부피(molar volume)가 30 L mol^－1일 때, 제2 비리얼 계수($B^{\prime }$)[atm^－1]는? (단, 기체상수는 0.08 L atm mol^－1 K^－1이며, 비리얼 전개식은 처음 두 항만 취한다)

25 °C, 1 bar에서 A가 물에 용해되어 있다. A 성분의 액상 몰분율이 2.0 × 10^－4일 때, A 성분의 기상 몰분율은? (단, 25 °C에서 물에 용해된 A의 Henry 상수는 4,550 bar이다)

절반은 1 mol의 이상기체로 채워져 있고 절반은 진공상태인 강철용기가 있다. 이상기체가 진공상태인 공간으로 일정온도에서 팽창하여 평형에 도달할 때, 수반되는 일의 크기($\left|W\right|$), 몰내부에너지(molar internal energy) 변화($\mathrm{\Delta }U$) 및 몰엔트로피(molar entropy) 변화($\mathrm{\Delta }S$)의 부호를 바르게 연결한 것은? (단, 기체는 기체분자운동론(kinetic－molecular theory)을 따른다)

$\underset{\_}{{\left|W\right|}_{}}$$\underset{\_}{\mathrm{\Delta }U}$$\underset{\_}{\mathrm{\Delta }S}$

카르노(Carnot) 열기관의 열효율이 0.5이고 등온압축 과정에서 방출한 열량이 40 J일 때, 흡수한 열[J]은?

80 °C에서 A와 B의 혼합 용액이 있다. 80 °C에서 A의 포화증기압은 100 kPa이고 B의 포화증기압은 50 kPa이다. A의 액상 몰분율이 0.3일 때, 전체 용액의 증기압[kPa]은? (단, 용액은 수정된 라울의 법칙을 따르고 활동도 계수 ${\gamma }_{\mathrm{A}}$ ＝ 1.5, ${\gamma }_{\mathrm{B}}$ ＝ 1.2이다)

다음 중 자유도(degree of freedom) 수가 가장 큰 계는?

그림은 공기표준 Otto 사이클이다. 압축 시작점 C의 온도는 300 K이고, 정적 가열이 끝난 점 A의 온도가 1,800 K일 때, 사이클의 열효율[%]은? (단, 비열은 일정하고 압축비($r$)는 8이며 공기의 비열비 $\gamma =\frac{4}{3}$로 가정한다)

이상기체가 닫힌계에서 가역 단열과정을 통해 온도는 2배가 되고 압력은 16배가 될 때, 정압비열정적비열은?

다음은 25 °C 화학반응에 대한 반응식과 표준 반응열($\mathrm{\Delta }𝐻{}^{𝑜}$)이다. 25 °C에서 CO($g$)의 표준 생성 엔탈피[kJ mol^－1]는?

부피가 같고 온도가 300 K으로 유지되고 있는 두 개의 용기가 관으로 연결되어 있다. 관이 밸브로 닫혀 있는 초기상태에서 한 용기는 50 bar($P_1$)의 메테인(CH₄)으로 채워져 있고, 다른 용기는 진공상태로 비어 있다. 일정한 온도에서 밸브를 열어 평형상태에 도달할 때, 압력($P_2$)[bar]에 대한 표현으로 옳은 것은? (단, 그림은 메테인에 대한 압축인자($Z$)와 압력($P$) 사이의 관계를 나타내며 밸브와 관의 부피는 무시한다)

$t$ °C에서 $\mathrm{A}(𝑔)+\mathrm{B}(𝑔)\rightleftharpoons 2\mathrm{C}(𝑔)$의 반응에 대한 평형상수($K_{\mathrm{P}}$)가 1이다. 일정한 온도와 부피에서 반응이 진행되고 A와 B의 초기 부분압력이 각각 1 bar일 때, 평형상태에서 A의 전환율은? (단, 초기에는 A와 B만 존재한다)

그림은 순수유체에 대한 등온선을 임계온도 $T_{\mathrm{C}}$와 이보다 낮은 온도 $T_1$에서 나타낸 것이다. $T_1$일 때의 포화압력 $P^{sat}$에서 그림에 표시한 네 점을 각각 $\alpha$, $\beta$, $\gamma$, $\delta$라고 할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 그림에서 가장 굵은 곡선은 포화증기와 포화액체 몰부피(molar volume)들의 궤적을 보여 준다)

그림은 닫힌계에서 기체의 세 가지 등온선($T_1$, $T_2$, $T_3$)과 네 가지 상태(A, B, C, D)를 표시한 $P-V$ 선도이며, 곡선 BC는 가역 단열과정을 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 기체는 반데르발스 식을 따르는 실제기체이다. 일은 팽창일만 존재하고, 아래첨자 ij는 상태 i로부터 상태 j까지의 변화를 나타내며 모든 과정은 가역 과정이다. $U$는 몰내부에너지(molar internal energy), $S$는 몰엔트로피(molar entropy), $V$는 몰부피(molar volume), $P$는 압력, $T$는 절대온도, $C_V$는 정적 몰열용량(molar heat capacity), $Q$는 열, $W$는 일이다)

전기로 가열되는 단열 탱크 안에 초기에 80 °C의 물 100 kg이 들어 있다. 시각 $t$ ＝ 0에서 정전이 되고부터, 탱크 출구로 물이 일정한 질량유량 1 kg s^－1으로 배출되고, 동시에 30 °C의 물이 같은 질량유량으로 탱크에 유입된다. 탱크 내 물의 온도가 80 °C에서 40 °C로 낮아지는 데 걸리는 시간[s]은? (단, 탱크의 내용물은 완전한 혼합이 이루어지고 유출수의 물성은 탱크 내부 물의 물성과 같으며, 정전 후 전기 공급은 없다. 탱크 외부로의 열손실, 축일, 운동에너지 및 위치에너지 변화는 무시한다. 물은 비압축성 액체이며, 물의 비열은 온도와 압력에 관계없이 일정하고 ln0.2 ＝ －1.6이다. 물의 비열은 물의 정적비열 및 물의 정압비열과 같다)

그림은 벤젠과 톨루엔으로 구성된 2성분계 용액의 압력($P$)－조성 상평형도를 나타낸다. 압력은 67 bar이고 벤젠의 전체조성($z_B$)이 0.607일 때, 평형에 존재하는 전체증기의 양(${\mathrm{n}}_{\mathrm{V}}$)에 대한 전체액체의 양(${\mathrm{n}}_{\mathrm{L}}$), $\frac{{\mathrm{n}}_{\mathrm{L}}}{{\mathrm{n}}_{\mathrm{V}}}$은? (단, ${\mathrm{n}}_{\mathrm{L}}$과 ${\mathrm{n}}_{\mathrm{V}}$의 단위는 몰이고 조성은 몰분율이다)

그림과 같이 단열된 실린더가 고정된 막에 의해 각각 1 m³인 두 부분으로 분리되어 있다. A에는 160 kPa, 400 K의 이상기체가, B에는 1.2 MPa, 1,000 K의 동일한 이상기체가 들어 있다. 막을 제거한 후 기체 분자가 자유롭게 이동하도록 하여 평형상태에 도달할 때, 온도[K]와 압력[kPa]을 바르게 연결한 것은? (단, 기체상수는 8 J mol^－1 K^－1이고 기체의 비열은 온도와 관계없이 일정하다. 막은 단열 불투과성이고 막의 부피는 무시하며 실린더의 부피는 변하지 않는다)

온도 압력

염화 칼슘(CaCl₂) 2 mol을 500 g의 물에 녹일 때, 어는점 내림의 크기[K]는? (단, 물의 어는점 내림 상수는 1.8 K kg mol^－1이고, 염화 칼슘은 수용액에서 완전해리한다)

300 K, 1 bar의 이상기체 질소(N₂) 1몰이 닫힌계에서 가역등압 과정을 통해 부피가 3배로 팽창할 때, 옳지 않은 것은? (단, $C_V=\frac{5}{2}R$, $C_P=\frac{7}{2}R$, $R$ ＝ 8 J mol^－1 K^－1이다)

그림은 닫힌계에서 이상기체의 네 가지 가역 과정을 나타낸 $T-V$ 선도이다. 각 과정에서 기체의 엔트로피 변화에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

다음 자료를 사용하여 $p$ atm의 일정한 압력에서 알루미늄이 가역적으로 600 °C에서 700 °C로 가열될 때, 몰엔트로피(molar entropy) 변화[J mol^－1 K^－1]는?

25 °C에서 90 mol%의 메테인(CH₄($g$))과 10 mol%의 프로페인(C₃H₈($g$))을 함유한 천연가스가 완전 연소하였다. 천연가스의 표준 연소열의 크기[kJ mol^－1]는? (단, 25 °C에서 CO₂($g$), H₂O($g$), CH₄($g$), C₃H₈($g$)의 표준 생성 엔탈피는 각각 －400, －300, －80, －100 kJ mol^－1이다)