다음 반응메커니즘으로 A \rightarrow B 촉매반응이 진행된다.… | [7급 국가직 반응공학] 21년 1회차 기출문제 상세 페이지

다음 반응메커니즘으로 $A \rightarrow B$ 촉매반응이 진행된다. 표면반응이 속도결정단계일 때, 총괄반응속도식은? (단, $S$는 촉매활성점, $C_t$는 전체 활성점의 농도, $P_I$는 $I$의 분압, $K_i = \dfrac{k_i}{k_{-i}}$이다)
$A(g) + S \xrightarrow{k_1} A \cdot S$
$A \cdot S \xrightarrow{k_{-1}} A(g) + S$
$A \cdot S \xrightarrow{k_2} B \cdot S$
$B \cdot S \xrightarrow{k_{-3}} B(g) + S$
$B(g) + S \xrightarrow{k_3} B \cdot S$

$\dfrac{k_2K_1P_AC_t}{1+K_1P_A+K_3P_B}$

$\dfrac{k_2K_1P_AC_t}{K_1P_A+K_3P_B}$

$\dfrac{k_1P_AC_t}{1+\dfrac{1}{K_1}P_B+K_3P_B}$

$\dfrac{k_{-3}K_1P_AC_t}{1+K_1P_A+K_1K_3P_A}$

표면반응이 율속이면 총괄속도식은 $\dfrac{k_2K_1P_AC_t}{1+K_1P_A+K_3P_B}$이다.
속도: $-r_A=k_2C_{A\cdot S}$
흡착·탈착은 평형: $C_{A\cdot S}=K_1P_AC_v$, $C_{B\cdot S}=K_3P_BC_v$
활성점 수지: $C_t=C_v(1+K_1P_A+K_3P_B)$를 대입한다.
분모에 1이 없는 식: 빈 활성점 항이 빠져 활성점 수지가 성립하지 않는다.
흡착 속도상수 $k_1$이 들어간 식: 흡착 단계를 율속으로 본 형태라 조건과 맞지 않는다.
탈착 속도상수 $k_{-3}$이 들어간 식: 탈착 단계를 율속으로 본 형태라 조건과 맞지 않는다.