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균질계 비가역 1차 직렬반응, A \xrightarrow{k_1} R … | [화공기사 필기] 20년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 20년 3회차

균질계 비가역 1차 직렬반응, Ak1Rk2SA \xrightarrow{k_1} R \xrightarrow{k_2} S 이 회분식반응기에서 일어날 때, 반응시간에 따르는 A의 농도 변화를 바르게 나타낸 식은?

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해설

A의 농도는 CA=CA0ek1tC_A=C_{A0}e^{-k_1 t} 로 변한다.

직렬반응이지만 A는 첫 단계로만 사라진다. 두 번째 단계는 R을 S로 바꿀 뿐 A를 소비하지 않고, 비가역이라 R이나 S에서 A로 되돌아오지도 않는다.

따라서 A의 수지는 단독 1차 반응과 완전히 같아 dCAdt=k1CA-\dfrac{dC_A}{dt}=k_1C_A 이고, CA0 에서 적분하면 lnCA0CA=k1t\ln\dfrac{C_{A0}}{C_A}=k_1t, 곧 CA=CA0ek1tC_A=C_{A0}e^{-k_1 t} 다.

지수에 k2 나 (k1+k2)가 들어간 식은 A가 두 번째 반응으로도 소모된다고 본 것이라 틀리고, k1k2k1\dfrac{k_1}{k_2-k_1} 같은 인자가 붙은 형태는 중간체 R의 농도식에 나타나는 꼴이지 A의 식이 아니다.

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