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1[변리사 1차] 18년 1회차
그림은 A(g )가 B(g )를 생성하는 반응에서 반응 시간에 따른 1/[A]의 변화를 절대 온도 T와 문제 이미지에서 나타낸 것이다. 이 반응의 활성화 에너지(kJ/mol)는? (단, R는 기체 상수이고, RT=2.5kJ/mol, ln 2=0.7 이다.)
문제 이미지
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해설

1/[A]가 시간에 대해 직선이므로 2차 반응이고, 두 온도의 직선 기울기 비에서 활성화 에너지는 14 kJ/mol이다.

그림에서 온도 T의 직선은 y절편 30에서 100초에 40이 되어 기울기 k1=0.10k_1=0.10, 온도 43T\dfrac{4}{3}T의 직선은 절편 20에서 100초에 60이 되어 기울기 k2=0.40k_2=0.40이다(단위 L/mol·s).

아레니우스 식을 두 온도에 적용하면
ln⁡k2k1=EaR(1T−143T)=Ea4RT\ln\dfrac{k_2}{k_1}=\dfrac{E_a}{R}\left(\dfrac{1}{T}-\dfrac{1}{\frac{4}{3}T}\right)=\dfrac{E_a}{4RT}
ln⁡0.400.10=ln⁡4=2ln⁡2=1.4\ln\dfrac{0.40}{0.10}=\ln 4=2\ln 2=1.4

따라서 Ea=1.4×4RT=5.6×2.5=14 kJ/molE_a=1.4\times 4RT=5.6\times 2.5=14\ \mathrm{kJ/mol}이다. 절편이 서로 달라도 기울기가 속도 상수이므로 초기 농도 차이는 답에 영향을 주지 않는다.

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