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반응물 A가 아래와 같이 반응하고, 이 반응이 회분식 반응기에서 진행될… | [화공기사 필기] 22년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 22년 2회차
반응물 A가 아래와 같이 반응하고, 이 반응이 회분식 반응기에서 진행될 때, R 물질의 최대 농도(mol/L)는? (단, 반응기에 A 물질만 1.0 mol/L로 공급하였다.)
문제 이미지
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0.111
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0.222
3
0.333
4
0.444
해설

연쇄반응 A→R(k1k_1)→S,T(k2+k3k_2+k_3)에서 R의 최대농도 시점은 tmax=ln(k1/kR)k1kRt_{max}=\dfrac{\ln(k_1/k_R)}{k_1-k_R}이며, 여기서 kR=k2+k3=3+1=4 h1k_R=k_2+k_3=3+1=4\ h^{-1}, k1=6 h1k_1=6\ h^{-1}이다.
계산: tmax=ln(6/4)64=0.4052=0.2027 ht_{max}=\dfrac{\ln(6/4)}{6-4}=\dfrac{0.405}{2}=0.2027\ h.
이때 CR=CA0k1kRk1(ek1tekRt)C_R=C_{A0}\dfrac{k_1}{k_R-k_1}\left(e^{-k_1t}-e^{-k_Rt}\right)에 대입하면 ek1t=e1.216=0.2963e^{-k_1t}=e^{-1.216}=0.2963, ekRt=e0.811=0.4444e^{-k_Rt}=e^{-0.811}=0.4444이고, CR=1.0×646(0.29630.4444)=(3)×(0.1481)=0.444C_R=1.0\times\dfrac{6}{4-6}(0.2963-0.4444)=(-3)\times(-0.1481)=0.444가 되어 0.444 mol/L로 계산된다.

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