해설 보기
정답0차 반응 속도(-rA=k)는 농도항이 없어 반응물 초기농도의 영향을 받지 않습니다.
핵심 개념
반응차수와 반응속도상수의 성질
반응속도상수 k의 단위는 반응차수에 따라 달라져, 0차는 mol·m⁻³·s⁻¹, 1차는 s⁻¹, 2차는 m³·mol⁻¹·s⁻¹입니다. 또한 k는 아레니우스 식 k=A·exp(-Ea/RT)를 따르므로 온도뿐 아니라 반응마다 다른 활성화에너지(Ea)와 빈도인자(A)에 의해 결정됩니다. 한편 촉매는 활성화에너지를 낮춰 반응속도를 높이지만, 반응 전후의 상태만으로 정해지는 열역학량인 반응열(ΔH)은 바꾸지 못합니다.
선지별 해설
①0차 반응의 속도식은 -rA=k로 농도항이 없어, 반응물 농도가 얼마이든 반응속도가 일정합니다. 따라서 초기농도의 영향을 받지 않습니다.
②1차 반응속도상수의 단위는 시간의 역수인 s⁻¹입니다. 제시된 mol·m⁻³·s⁻¹는 0차 반응상수(=속도 자체)의 단위입니다.
③촉매는 새로운 반응경로를 제공해 활성화에너지는 변화시키지만, 반응 전후 상태로만 정해지는 반응열(ΔH)은 변화시키지 못합니다.
④반응속도상수는 온도뿐 아니라 반응마다 고유한 활성화에너지·빈도인자에 의해 정해지므로, 반응 종류와 무관하게 온도만으로 결정되지 않습니다.
해설 보기
정답X=kτ/(1+kτ)로, kτ=X/(1-X)를 X에 대해 정리한 결과입니다.
핵심 개념
CSTR 액상 1차 반응의 전환율 식
CSTR 설계식 V=F_A0·X/(-rA)를 공간시간 τ=V/v0로 정리하면 τ=C_A0·X/(-rA)입니다. 액상 1차 반응은 -rA=k·C_A0(1-X)이므로 대입하면 τ=X/[k(1-X)], 즉 kτ=X/(1-X)가 됩니다. 이를 전환율에 대해 풀면 X=kτ/(1+kτ)입니다. 참고로 같은 1차 반응을 PFR로 진행하면 X=1-e^(-kτ)로, 반응기 형태에 따라 식이 달라집니다.
선지별 해설