해설 보기
정답반응물 C2H6의 화학량론계수가 1이므로 반응차수는 1입니다.
핵심 개념
기초반응(elementary reaction)의 반응차수 판정
기초속도법칙을 따르는 반응이란 반응식의 화학량론계수가 그대로 속도식의 농도 지수가 되는 반응을 말합니다. 즉 aA → 생성물 형태의 기초반응이면 속도식은 -r_A = kC_A^a이고, 전체 반응차수는 반응물 쪽 화학량론계수의 합으로 결정됩니다. 생성물의 계수는 반응차수와 아무 관계가 없다는 점이 핵심입니다. 이 문제의 에테인 분해반응 C2H6 → C2H4 + H2는 반응물이 C2H6 한 종뿐이고 그 계수가 1이므로, 속도식은 -r_A = kC_C2H6가 되어 1차 반응이 됩니다.
선지별 해설
①0차는 반응물 농도와 무관하게 속도가 일정한 경우로, 촉매 표면이 포화된 반응 등에서 나타납니다. 기초반응 가정과는 맞지 않으므로 틀렸습니다.
②반응물 C2H6의 계수가 1이므로 -r_A = kC_C2H6, 즉 농도의 1제곱에 비례하는 1차 반응입니다.
③2차가 되려면 2C2H6 → … 처럼 반응물 계수가 2이거나 반응물이 두 종이어야 합니다. 생성물이 두 종인 것은 차수와 무관합니다.
④3차 기초반응은 세 분자가 동시에 충돌해야 하므로 실제로는 거의 나타나지 않으며, 이 반응식과도 맞지 않습니다.
해설 보기
정답회분식반응기는 대규모 연속조업이 아니라 소규모·개발단계·연속운전이 곤란한 공정에 쓰이므로 틀린 설명입니다.
핵심 개념
반응기 종류별 특징과 공간시간(space time)
공간시간은 반응기 부피를 입구 부피유량으로 나눈 값(τ = V/v0)으로, 반응기 한 부피분의 유체를 처리하는 데 걸리는 시간입니다. 회분식반응기는 유입·유출이 없는 비정상상태 조업으로 소량 다품종 생산이나 신제품·신공정 개발, 연속운전이 곤란한 공정에 적합하고, 대규모 연속조업에는 CSTR·PFR을 씁니다. 또 양의 반응차수에서는 CSTR이 출구의 낮은 농도로 반응기 전체가 운전되므로 평균 반응속도가 낮아, 같은 전환율을 얻는 데 PFR보다 큰 부피가 필요합니다.