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1[7급 국가직 반응공학] 25년 1회차
다음은 촉매를 이용하여 에틸렌으로부터 에테인을 생성하는 수소화 반응의 속도식(−rE′-r'_{\mathrm{E}})이다. 이 반응의 반응 메커니즘과 속도제한단계를 바르게 연결한 것은? (단, kk = 속도상수, PEP_{\mathrm{E}} = 에틸렌 압력, PH2P_{\mathrm{H_2}} = 수소 압력, KEK_{\mathrm{E}} = 에틸렌 흡착평형상수이다)
−rE′=kPEPH21+KEPE-r'_{\mathrm{E}}=\dfrac{kP_{\mathrm{E}}P_{\mathrm{H_2}}}{1+K_{\mathrm{E}}P_{\mathrm{E}}}
반응 메커니즘    속도제한단계
1
이중활성점    비가역적 표면반응
2
이중활성점    가역적 표면반응
3
Eley-Rideal    비가역적 표면반응
4
Eley-Rideal    가역적 표면반응
해설

주어진 속도식은 Eley-Rideal 메커니즘에서 비가역 표면반응이 속도제한단계일 때의 형태이다.

에틸렌만 흡착(θE=KEPE1+KEPE\theta_{\mathrm{E}}=\dfrac{K_{\mathrm{E}}P_{\mathrm{E}}}{1+K_{\mathrm{E}}P_{\mathrm{E}}})하고 기상 수소가 직접 반응하면 −rE′=k′θEPH2-r^{\prime}_{\mathrm{E}}=k^{\prime}\theta_{\mathrm{E}}P_{\mathrm{H_2}} 가 되어 분모가 1제곱 꼴이다.

  • 이중활성점 메커니즘에서 비가역 표면반응이 지배하면 두 흡착종이 인접 활성점에서 반응해 분모가 제곱 꼴이 된다.
  • 이중활성점 메커니즘의 가역 표면반응이면 분모가 제곱 꼴인 데다 분자에 역반응 항까지 붙는다.
  • Eley-Rideal 메커니즘의 가역 표면반응이면 분자에 에테인 압력이 들어간 역반응 항이 생겨야 하는데 주어진 식에는 없다.

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