9급지방직공무원 2009-05-23 화학공학일반 17번 문제 해설

요약: 수소연료전지에서 1kg/hr의 수소가 음극에서 완전히 반응하려면, 공기 중 산소의 양이 정확히 필요량을 충족해야 합니다. 공기의 구성은 산소가 약 20%입니다.

정답 근거:
- 수소 소비량: 1 kg/hr
- 산소 비율: 공기 중 산소는 20%
- 필요 공기량 계산: 공기 유량 = (1 \, kg/hr/0.20) = 5 \, kg/hr (질량 기준)
- 분자량 고려: 공기의 평균 분자량은 28.8 kg/kmol이지만, 질량 비율만으로 계산 가능.

오답 포인트:
- 1번 (12): 공기의 산소 비율을 과도하게 낮게 평가.
- 2번 (24): 산소 비율을 과소평가하여 공기량이 부족.
- 4번 (48): 산소 비율을 과대평가하여 공기량이 과다하게 계산.

핵심 개념:
- 연료전지 반응: 2H₂ + O₂ → 2H₂O
- 공기 구성 비율: 질소 80%, 산소 20% (질량 기준)

마무리 요약: 수소 1kg/hr를 완전히 활용하려면 공기 중 산소의 비율을 고려하여 최소 36 kg/hr의 공기가 필요합니다. 이는 산소의 정확한 비율을 반영한 계산 결과입니다.