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1[7급 국가직 화학개론] 23년 1회차

다음의 반응 메커니즘에 근거하여, 전체 반응의 속도 법칙으로 옳은
것은? (단,  $k$ 는 전체 반응의 속도 상수이다)○ 전체 반응식:  $\mathrm{2H^+ + 2Br^- + H_2O_2 \rightarrow Br_2 + 2H_2O}$ 
○ 메커니즘
단계 1:  $\mathrm{H^+ + H_2O_2 \rightleftarrows H_3O_2^+}$  (빠른 평형)
단계 2:  $\mathrm{H_3O_2^+ + Br^- \rightarrow HOBr + H_2O}$  (느림)
단계 3:  $\mathrm{HOBr + H^+ + Br^- \rightarrow Br_2 + H_2O}$  (빠름)

반응 속도 =  $k[\mathrm{H^+}][\mathrm{Br^-}][\mathrm{H_2O_2}]$

반응 속도 =  $k[\mathrm{H^+}]^2[\mathrm{Br^-}]^2[\mathrm{H_2O_2}]$

반응 속도 =  $k[\mathrm{H^+}][\mathrm{Br^-}][\mathrm{HOBr}]$

반응 속도 =  $k[\mathrm{H^+}][\mathrm{Br^-}][\mathrm{H_2O_2}][\mathrm{HOBr}]$

해설

속도 법칙은  $k[\mathrm{H^+}][\mathrm{Br^-}][\mathrm{H_2O_2}]$ 이다.
전체 속도는 느린 단계 2가 결정한다:  $v = k_2[\mathrm{H_3O_2^+}][\mathrm{Br^-}]$ 
단계 1의 빠른 평형에서  $[\mathrm{H_3O_2^+}] = K_1[\mathrm{H^+}][\mathrm{H_2O_2}]$ 이다.
대입하면  $v = k_2K_1[\mathrm{H^+}][\mathrm{Br^-}][\mathrm{H_2O_2}]$ 이고,  $k = k_2K_1$ 이다.
제곱 항이 있는 식은 전체 반응식의 계수를 차수로 그대로 쓴 것으로, 다단계 반응에서는 성립하지 않는다.
HOBr 농도가 들어간 식은 틀리다. HOBr는 느린 단계 뒤에 생기는 중간체여서 속도 법칙에 나타나지 않는다.
 $\mathrm{H_2O_2}$ 와 HOBr를 함께 넣은 식도 같은 이유로 틀리다.

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