【환경화학】 2015 국가공무원 5급(기술) 제3문

2015 국가공무원 5급(기술) 제3문

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차 

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a. 반응속도론

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Q. 오염물질은 환경 속에서 다양한 과정을 통해 분해, 변환되거나 서로 다른 매체(media), 상(phase)으로 이동, 분배되기도 한다. 이 모든 과정은 온도(T)의 영향을 받는다. 다음 물음에 답하시오.

 

Q1. 오염물이 분해될 때, 온도가 분해 반응속도 상수(reaction rate constant, k)에 미치는 영향을 아레니우스(Arrhenius)식과 함께 설명하시오. 

 

A1. 

아레니우스 식 : k = A exp（－E_a／RT）

온도가 증가하면 활성화에너지 Ea를 넘는 분자수가 많아지므로 반응속도가 증가한다.

주의할 점은 역반응의 속도도 증가한다는 점이다.

 

Q2. 매체 사이에서 오염물질의 분배를 나타낼 때 평형상수가 이용되기도 한다. 평형상수(K)와 표준자유에너지 변화량(ΔGº) 사이에는 ΔGº = -RT ln K의 관계가 있다. 온도 T₁에서 평형상수가 K₁이고, 이 반응의 표준엔탈피 변화량이 ΔHº일 때, T₂에서의 평형상수 K₂를 구하시오. (단, R은 기체상수이다.)

 

A2.

ΔGº = ΔHº - TΔSº = -RT ln K ⇔ ln K = －ΔHº／RT + ΔSº／R

Clausius-Clapeyron relation : ln（K₂／K₁）= - (ΔHº／R) (1／T₂－1／T₁)

K₂ = K₁ exp （- (ΔHº／R) (1／T₂－1／T₁)）

 

Q3. 수온이 10 ℃에서 25 ℃로 상승할 때, 순수한 물의 pH는 어떻게 변할지를 예측하시오. (단, 표준생성엔탈피(kJ/mol) H_fº(H₂O) = -285.38, H_fº(H⁺) = 0, H_fº(OH^-) = -230.0이다.)

 

A3. 

이온화식 : H₂O → H⁺ + OH^-

ΔH = 0 + (-230.0) - (-285.38) = 55.38 > 0

흡열반응이므로 온도가 증가하면 이온화 평형상수가 증가하고, 따라서 H⁺의 양이 증가하여 pH가 감소한다.

 

입력 : 2019.03.31 18:25