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1[화공기사 필기] 18년 3회차
다음과 같은 연속 (직렬) 반응에서 A 와 R 의 반응속도가 rA=−k1CA,rR=k1CA−k2 일 때, 회분식 반응기에서 CR/CA0 를 구하면?(단, 반응은 순수한 A 만으로 시작한다.)
A→R→S
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해설
구하는 값은 CA0CR=1−e−k1t−CA0k2t 이다.
A 는 1차로 소모되므로 −dtdCA=k1CA 에서 CA=CA0e−k1t 이다.
R 의 수지는 dtdCR=k1CA−k2=k1CA0e−k1t−k2 인데, 두 번째 단계가 R 의 농도와 무관한 0차 라는 점이 핵심이다.
순수한 A 로 시작하므로 CR(0)=0 이고, 적분하면 CR=CA0(1−e−k1t)−k2t, 양변을 CA0 로 나누면 위 식이 된다. 지수항 앞이 +이면 t=0 에서 값이 2가 되어 초기조건을 못 맞추고, k2t/CA0 항이 +이면 R 이 소모되는 방향과 부호가 어긋난다.
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