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1[7급 국가직 반응공학] 26년 1회차
등온 및 정압 조건의 이상적인 흐름반응기에서 순수한 A를 반응물로 A ⇄ 2B 가역 기상 기초반응을 진행한다. A의 초기농도(CA0C_{\mathrm{A0}})와 A의 평형전환율(XAeX_{\mathrm{Ae}})로 나타낸 해당 반응의 농도평형상수는? (단, A와 B는 이상기체이다)
1
2XAe(1−XAe)\dfrac{2X_{\mathrm{Ae}}}{(1-X_{\mathrm{Ae}})}
2
CA0XAe(1+XAe)\dfrac{C_{\mathrm{A0}}X_{\mathrm{Ae}}}{(1+X_{\mathrm{Ae}})}
3
4CA0XAe2(1−XAe)(1+XAe)\dfrac{4C_{\mathrm{A0}}X_{\mathrm{Ae}}^{2}}{(1-X_{\mathrm{Ae}})(1+X_{\mathrm{Ae}})}
4
4CA0XAe2(1−XAe)(1+2XAe)\dfrac{4C_{\mathrm{A0}}X_{\mathrm{Ae}}^{2}}{(1-X_{\mathrm{Ae}})(1+2X_{\mathrm{Ae}})}
해설

순수 A의 A ⇄ 2B 기상 반응은 ε=1\varepsilon = 1이므로 농도평형상수는 4CA0XAe2(1−XAe)(1+XAe)\dfrac{4C_{\mathrm{A0}}X_{\mathrm{Ae}}^{2}}{(1-X_{\mathrm{Ae}})(1+X_{\mathrm{Ae}})}이다.

등온·정압: CA=CA0(1−X)1+X, CB=2CA0X1+XC_{\mathrm{A}} = \dfrac{C_{\mathrm{A0}}(1-X)}{1+X},\ C_{\mathrm{B}} = \dfrac{2C_{\mathrm{A0}}X}{1+X}

KC=CB2CA=4CA02X2(1+X)2⋅1+XCA0(1−X)K_{\mathrm{C}} = \dfrac{C_{\mathrm{B}}^{2}}{C_{\mathrm{A}}} = \dfrac{4C_{\mathrm{A0}}^{2}X^{2}}{(1+X)^{2}}\cdot\dfrac{1+X}{C_{\mathrm{A0}}(1-X)}

  • 분모에 1+2XAe1+2X_{\mathrm{Ae}}가 있는 식은 부피변화 계수를 2로 잘못 잡은 것이다(ε=yA0δ=1×(2−1)=1\varepsilon = y_{\mathrm{A0}}\delta = 1 \times (2-1) = 1).
  • CA0C_{\mathrm{A0}}가 없는 식은 몰수가 늘어 농도 차원을 가져야 하는 농도평형상수와 맞지 않는다.
  • XAeX_{\mathrm{Ae}}가 1제곱인 식은 B 농도의 제곱(계수 2)을 반영하지 않았다.

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