해설 보기
정답A + R → R + R — 생성물 R이 반응물로도 참여해 스스로 늘어나는 자동촉매반응입니다.
핵심 개념
자동촉매반응(autocatalytic reaction)의 정의
자동촉매반응은 반응의 생성물 중 하나가 그 반응 자체의 촉매로 작용하는 반응입니다. 즉 반응식의 양변에 같은 성분이 나타나면서 그 성분이 반응이 진행될수록 늘어나는 형태여야 합니다. 그래서 초기에는 촉매 역할을 하는 생성물이 거의 없어 반응속도가 느리고, 생성물이 축적되면서 속도가 빨라졌다가, 반응물이 고갈되면 다시 느려지는 S자형(자기가속형) 거동을 보입니다. 속도식은 대체로 -r_A = k·C_A·C_R 형태가 되어 전환율 중간 지점에서 속도가 최대가 되며, 이 때문에 자동촉매반응은 낮은 전환율 구간에서 혼합흐름반응기(CSTR)가, 높은 전환율 구간에서 플러그흐름반응기(PFR)가 유리한 독특한 반응기 선정 특성을 갖습니다.
선지별 해설
①A가 R과 S로 각각 갈라지는 평행(병렬) 반응입니다. 생성물이 반응에 촉매로 재참여하지 않으므로 자동촉매반응이 아닙니다.
②A가 R을 거쳐 S가 되는 연속(직렬) 반응입니다. 중간체 R이 소비되기만 할 뿐 자신의 생성반응을 촉진하지 않으므로 자동촉매가 아닙니다.
③R이 반응물이면서 동시에 생성물이고, 반응이 진행될수록 R이 1몰에서 2몰로 늘어납니다. 생성물이 자기 반응의 촉매가 되는 전형적인 자동촉매반응입니다.
④서로 다른 두 반응물 A, B가 R과 S를 만드는 일반적인 2분자 비가역 반응일 뿐, 생성물이 반응을 촉진하지 않으므로 자동촉매반응이 아닙니다.
해설 보기
정답0차는 mol·L⁻¹·min⁻¹, 2차는 L·mol⁻¹·min⁻¹입니다.
핵심 개념
반응차수에 따른 속도상수 k의 단위
몰농도 기준 속도식 -r_A = k·C_A^n에서 반응속도 -r_A의 단위는 항상 (농도)/(시간), 즉 mol·L⁻¹·min⁻¹입니다. 따라서 k의 단위는 k = (-r_A)/C_A^n 에서 (mol·L⁻¹·min⁻¹)/(mol·L⁻¹)^n = mol^(1-n)·L^(n-1)·min⁻¹ 으로 결정됩니다. 이 일반식만 기억하면 어떤 차수든 바로 단위를 세울 수 있습니다. 0차는 n=0이므로 mol·L⁻¹·min⁻¹, 1차는 n=1이므로 min⁻¹(농도 단위가 상쇄), 2차는 n=2이므로 L·mol⁻¹·min⁻¹이 됩니다. 차수가 커질수록 농도 단위가 분모로 옮겨간다는 점이 핵심입니다.