R 이 목적생산물인 반응 \mathrm{A} \xrightarrow{\… | [화공기사 필기] 15년 2회차 기출문제 상세 페이지
1[화공기사 필기] 15년 2회차
R 이 목적생산물인 반응 에서 각 경로에서의 활성화에너지가 E1 ＜E2 인 경우의 반응에 대한 설명으로 옳은 것은?1
공간시간(τ)이 상관없다면 가능한 한 최저온도에서 반응시킨다.
2
등온 반응에서 공간시간(τ) 값이 주어지면 가능한 한 최고 온도에서 반응시킨다.
3
온도 변화가 가능하다면 초기에는 낮은 온도에서, 반응이 진행됨에 따라 높은 온도에서 반응시킨다.
4
온도 변화가 가능하더라도 등온 조작이 가장 유리하다.
해설
직렬반응 A→R→S 에서 E1 < E2 이면 온도가 낮을수록 R 의 수율이 커지므로, 반응시간에 제약이 없다면 허용되는 한 가장 낮은 온도에서 운전한다.
그림의 반응은 A 가 경로 1 로 목적물 R 이 되고, 그 R 이 다시 경로 2 로 S 가 되는 연속(직렬)반응이다. 등온 조작에서 얻을 수 있는 R 의 최대량은 오직 k2/k1 비로 결정된다.
아레니우스식에서 k2/k1 ∝ exp[−(E2−E1)/RT] 이므로, E2 가 더 크면 온도를 올릴수록 R 이 S 로 빠져나가는 반응이 더 빨리 빨라진다. 따라서 저온일수록 R 에 유리하다.
- 공간시간이 정해진 상태에서 최고온도로 올리면 R 이 대부분 S 까지 넘어가 오히려 수율이 떨어진다.
- 낮은 온도에서 시작해 점점 높이는 조작은, R 이 쌓인 뒤에 온도를 올리는 것이라 이 조건에서는 R 을 S 로 더 많이 잃게 만든다.
- 온도를 바꿀 수 있다면 R 이 거의 없는 초기에는 높은 온도로 A 를 빨리 R 로 바꾸고, R 이 쌓인 뒤 온도를 낮춰 분해를 억제하는 편이 유리하므로 등온이 항상 최선이라고 할 수 없다.
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