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부피가 일정한 회분식(batch) 반응기에서 다음의 기초반응(eleme… | [화공기사 필기] 16년 2회차 기출문제 상세 페이지

1[화공기사 필기] 16년 2회차
부피가 일정한 회분식(batch) 반응기에서 다음의 기초반응(elementary reaction)이 일어난다.
A + A → D
반응속도 상수 k=1.0mol/m3/(sㆍmol), 반응 초기 A의 농도는1.0mol/m3이라면 A의 전화율이 75%일 때까지 걸리는 반응 시간은 얼마인가?
1
1.4s
2
3.0s
3
4.2s
4
6.0s
해설

A에 대해 2차인 반응이므로 2차 적분식으로 풀면 반응 시간은 3.0초다.

A+A→D는 A가 두 분자 소비되는 기초반응이므로 rA=kCA2-r_A=kC_A^2, 적분형은 1CA1CA0=kt\dfrac{1}{C_A}-\dfrac{1}{C_{A0}}=kt 이다.

전화율 75%이면 CA=1.0×(10.75)=0.25 mol/m3C_A=1.0\times(1-0.75)=0.25\ \mathrm{mol/m^3}.
t=1k(10.2511.0)=411.0=3.0 st=\dfrac{1}{k}\left(\dfrac{1}{0.25}-\dfrac{1}{1.0}\right)=\dfrac{4-1}{1.0}=3.0\ \mathrm{s}

1차 반응으로 착각해 t=ln4/k1.4 st=\ln 4/k\approx1.4\ \mathrm{s} 로 답하는 실수가 잦으니, 반응식에서 A가 두 분자 들어가는 2차 반응임을 먼저 확인하는 것이 요령이다.

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