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1[7급 국가직 반응공학] 26년 1회차
부피가 일정한 등온 회분식반응기에서 순수한 A를 반응물로 A→k1B→k2C\mathrm{A}\xrightarrow{k_1}\mathrm{B}\xrightarrow{k_2}\mathrm{C} 비가역 연속 1차 반응을 진행한다. B의 농도가 최대일 때, A의 농도[mol L-1]는? (단, k1=3 min−1k_1 = 3\ \mathrm{min^{-1}}, k2=6 min−1k_2 = 6\ \mathrm{min^{-1}}, A의 초기 농도는 2 mol L-1이다)
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1.2
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해설

B가 최대인 시각 tmax⁡=ln⁡(k2/k1)k2−k1t_{\max} = \dfrac{\ln(k_2/k_1)}{k_2-k_1}에서 A의 농도는 1.0 mol L−11.0\ \mathrm{mol\,L^{-1}}이다.

tmax⁡=ln⁡26−3=ln⁡23 mint_{\max} = \dfrac{\ln 2}{6-3} = \dfrac{\ln 2}{3}\ \mathrm{min}
CA=CA0e−k1tmax⁡=2e−ln⁡2=1.0C_{\mathrm{A}} = C_{\mathrm{A0}}e^{-k_1 t_{\max}} = 2e^{-\ln 2} = 1.0

  • A는 1차 감소만 하므로 B의 거동과 무관하게 e−k1te^{-k_1 t}로 줄어든다.
  • 일반식 CA/CA0=(k1/k2)k1/(k2−k1)=(1/2)1C_{\mathrm{A}}/C_{\mathrm{A0}} = (k_1/k_2)^{k_1/(k_2-k_1)} = (1/2)^{1}로도 같은 값이 나온다.

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