【환경화학】 2019 국가공무원 5급(기술) 제1문

2019 국가공무원 5급(기술) 제1문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차   

---

a. 화학평형 

---

우엉 님 질의사항 보충 (22.08.31)

---

 

Q. 메탄(CH₄)은 온실가스로서 온실효과가 이산화탄소의 72배에 달한다. 메탄은 지표환경에서 미생물들의 메탄생성반응에 의해 생성되어 대기로 방출되고, 최종적으로 산소에 의해 이산화탄소로 산화된다. 대기에서 측정된 메탄의 분압(P_CH4)은 10^-5.7 atm이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 대기 중 각 기체분자의 표준생성에너지값(ΔGº_f)은 CH₄(g) = -50.7 kJ/mol; CO₂(g) = -394.4 kJ/mol; H₂O(g) = -228.6 kJ/mol이며, ΔG_r = ΔG_rº + RTlnQ이다. 여기서 기체상수 R = 8.314 J/mol·K이다)

 

Q1. 대기 중에서 메탄이 산소에 의해 이산화탄소로 산화되는 아래 반응식을 완성하시오. 

 

CH₄(g) → CO₂(g)

 

A1.

 

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)

 

Q2. 대기 중 이산화탄소의 분압(P_CO2)이 10^-3.4 atm이고 25 ℃에서 포화수증기의 분압(P_H2O)은 0.031 atm이며, 산소의 분압(P_O2)은 0.21 atm이다. 이때, 대기 중 평형상태에 있는 메탄의 분압을 구하시오. 

 

A2. 

 

ΔG_rº = -394.4k + 2 × (-228.6k) - (-50.7k) = -800.9 kJ/mol

ΔG_rº = -RT lnK

lnK = 323.1 → log K = 140.3 

 

이제 K의 정의를 이용해 log K 식을 표현하자.

 

log K = log(P_CO2) + 2 log(P_H2O) - log(P_CH4) - 2 log(P_O2)

log(P_CH4) = -145.4

P_CH4 = 10^-145.4 atm

 

Q3. 위에서 구한 메탄의 평형분압과 실제 대기에서 측정된 분압을 비교하면 이 중 한 값이 매우 큰 것을 알 수 있다. 그 주된 이유를 메탄의 생성과 산화반응의 차이로 설명하시오.

 

A3. 

대기에서 측정된 메탄의 분압이 매우 크다. 이는 Q1 반응식의 평형상태에 이르지 않은 것을 의미한다. 즉 메탄 생성속도가 메탄 소멸속도보다 빠르다. 이는 메탄이 너무 반응성이 없어서 산화를 통한 분해도 잘 일어나지 않는다는 의미이기도 하다.

 

이는 현재에도 메탄이 계속 생성되고 있어 지구온난화가 점점 더 심해질 수도 있다는 결론을 암시한다. 이산화탄소보다 메탄이 지구온난화를 더 잘 일으키는데 현재 온실기체로 주로 언급되는 건 양이 훨씬 많은 이산화탄소이다. 이는 메탄의 양이 적기 때문인데, 가축 방목 등으로 메탄의 양이 훨씬 많아지면 (그리고 분해되지 않으면) 메탄도 지구온난화에 크게 영향을 미칠 수도 있을 것으로 보인다.

 

입력: 2019.11.04 19:08