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온도 500 K에서 기상 가역반응인 A + B ⇄ C + D의 표준반응… | [7급 국가직 화공열역학] 21년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[7급 국가직 화공열역학] 21년 1회차
온도 500 K에서 기상 가역반응인 A + B ⇄ C + D의 표준반응열은 −4,600RR [J mol-1]이고 평형상수는 1이다. 온도 1,000 K에서 초기 1 mol의 A와 1 mol의 B가 반응하여 평형에 도달했을 때, D의 몰분율은? (단, 혼합물은 이상기체이며, RR은 기체상수[J mol-1 K-1]이고, 표준반응열은 온도에 무관하며, ln(0.1) = -2.3이다)
1
17\frac{1}{7}
2
19\frac{1}{9}
3
111\frac{1}{11}
4
122\frac{1}{22}
해설

평형에서 D의 몰분율은 122\dfrac{1}{22}이다.

van't Hoff 식: ln⁡K2K1=−ΔH∘R(1T2−1T1)=4600(11000−1500)=−4.6\ln\dfrac{K_2}{K_1}=-\dfrac{\Delta H^\circ}{R}\left(\dfrac{1}{T_2}-\dfrac{1}{T_1}\right)=4600\left(\dfrac{1}{1000}-\dfrac{1}{500}\right)=-4.6
ln⁡K2=−4.6=2ln⁡(0.1)\ln K_2=-4.6=2\ln(0.1)이므로 K2=0.01K_2=0.01

반응진행도 ε\varepsilon: 몰수 변화가 없어 K=ε2(1−ε)2=0.01K=\dfrac{\varepsilon^2}{(1-\varepsilon)^2}=0.01, ε1−ε=0.1\dfrac{\varepsilon}{1-\varepsilon}=0.1, ε=111\varepsilon=\dfrac{1}{11}

전체 몰수는 2 mol로 일정하므로 yD=1/112=122y_D=\dfrac{1/11}{2}=\dfrac{1}{22} — 발열반응이므로 온도가 오르면 평형상수가 작아진다.

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