【환경화학】 2014 국가공무원 5급(기술) 제1문

2014 국가공무원 5급(기술) 제1문

 

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a. 세포와 에너지대사

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 Q. 식물은 이론적으로 한 분자의 이산화탄소를 고정하는 데 8개의 광양자를 사용한다. 이 반응을 통해 공기 중 이산화탄소를 바이오매스(CH₂O) 형태로 저장하고, 이를 연소하여 얻어지는 에너지는 다음과 같다.

 

CH₂O + O₂ → CO₂ + H₂O,  ΔH = -440 kJ/mol

 

식물의 광합성에 가시광선 영역의 평균파장인 550 nm의 단색광이 사용된다고 할 때, 투입 광에너지 대비 바이오매스 연소를 통해 얻을 수 있는 화학에너지의 비(%)를 구하시오. (단, 연소반응에 수반되는 엔트로피 변화는 무시하고, 투입된 광에너지는 이산화탄소 고정에 100 % 이용되는 것으로 하며, 플랑크 상수 = 6.60 × 10^-34 J·s, 광속 = 3.00 × 10⁸ m/s, 아보가드로수 = 6.02 × 10²³이다.)

 

A. 

주어진 반응식을 토대로 화학에너지의 비를 구할 수 있다. 

광자의 진동수 = 광속 ÷ 광자의 파장 = 5.45 × 10¹⁴ (Hz)

① 투입 광에너지 = 8 × hf = 8 × 6.6 × 10^-34 × 5.45 × 10¹⁴ = 2.88 × 10^-18 (J)

② 바이오매스 연소를 통해 얻을 수 있는 화학에너지 = ΔH / N_A = 7.31 × 10^-19 (J)

② ÷ ① = 투입 광에너지 대비 바이오매스 연소를 통해 얻을 수 있는 화학에너지 = 0.253

참고로, ② ÷ ①를 광양자 수율(photon yield)이라고 한다.

 

입력 : 2019.04.01 16:22