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1[7급 국가직 화학개론] 24년 1회차
다음은 반응물 A와 B의 초기 농도와 반응 온도를 변화시키면서 기상반응 A + B → C의 초기 반응속도를 측정한 결과이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 기체상수 RR = 8 J mol-1 K-1이다)
실험온도
[K]
A의 초기 농도
[M]
B의 초기 농도
[M]
초기 반응속도
[M s-1]
1400110.001
2400210.004
3400120.002
4500120.040
1
A에 대한 반응차수는 1차이다.
2
B에 대한 반응차수는 2차이다.
3
활성화 에너지는 16,000 ln10 J mol-1이다.
4
500 K에서 반응속도상수(kk)는 0.02 M-2 s-1이다.
해설

옳은 설명은 500 K에서 k=0.02 M−2 s−1k = 0.02\ \mathrm{M^{-2}\,s^{-1}}라는 것이다.

400 K에서 A만 2배로 하면 속도가 4배(실험 1과 2)이므로 A에 2차, B만 2배로 하면 속도가 2배(실험 1과 3)이므로 B에 1차다. 속도식은 v=k[A]2[B]v = k[\mathrm{A}]^2[\mathrm{B}]이다.

500 K(실험 4): k=0.04012×2=0.02 M−2 s−1k = \dfrac{0.040}{1^2 \times 2} = 0.02\ \mathrm{M^{-2}\,s^{-1}}

  • A의 반응차수는 1차가 아니라 2차다.
  • B의 반응차수는 2차가 아니라 1차다.
  • 활성화 에너지: 400 K의 k=0.001k = 0.001이므로 ln⁡0.020.001=Ea8(1400−1500)\ln\dfrac{0.02}{0.001} = \dfrac{E_a}{8}\left(\dfrac{1}{400} - \dfrac{1}{500}\right)에서 Ea=16000ln⁡20 J mol−1E_a = 16000\ln 20\ \mathrm{J\,mol^{-1}}이므로 ln10이 아니다.

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