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다음과 같은 반응메커니즘의 촉매 반응이 일어날 때 Langmuir 이론… | [화공기사 필기] 17년 3회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 17년 3회차
다음과 같은 반응메커니즘의 촉매 반응이 일어날 때 Langmuir 이론에 의한 A의 흡착반응 속도 rA를 옳게 나타낸 것은? (단, ka와 k-a는 각 경로에서 흡착 및 탈착 속도 상수, θ는 흡착분율, PA는 A성분의 분압이고, S는 활성점이다.)
A+SAS\mathrm{A}+\mathrm{S}\rightleftharpoons \mathrm{A}-\mathrm{S}
ASBS\mathrm{A}-\mathrm{S}\rightleftharpoons \mathrm{B}-\mathrm{S}
BSB+S\mathrm{B}-\mathrm{S}\rightleftharpoons \mathrm{B}+\mathrm{S}
1
rA=kaPAθAθB-k_aθB
2
rA=kaPAθAθB-k_aθA
3
rA=kaPA(1-θAθB)-k_aθA
4
rA=kaPAA)-k_aθB
해설

흡착속도는 분압 × 빈 활성점 분율에서 탈착속도를 뺀 값이므로, 괄호 안에 빈자리 분율을 두고 탈착항이 kaθAk_{-a}\theta_ArA=kaPA(1θAθB)kaθAr_A=k_aP_A(1-\theta_A-\theta_B)-k_{-a}\theta_A 형태가 옳다.

메커니즘의 첫 단계 A + S ⇌ A–S 에서 정반응은 기체 A 가 비어 있는 활성점 S 에 붙는 과정이라 속도가 kaPAθvk_aP_A\theta_v 에 비례한다. 표면에 존재하는 흡착종은 A–S 와 B–S 뿐이므로 빈자리 분율은 θv=1θAθB\theta_v=1-\theta_A-\theta_B 이다.

역반응(탈착)은 이미 붙어 있는 A–S 가 떨어지는 과정이므로 kaθAk_{-a}\theta_A 이고, 두 항의 차가 순 흡착속도가 된다.

흡착항에 θAθB\theta_A\theta_B 처럼 이미 점유된 자리끼리의 곱을 쓰거나 탈착항에 θB\theta_B 를 쓰는 식은, 빈자리 분율과 흡착된 A의 분율을 뒤바꾼 것이라 성립하지 않는다.

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