【환경화학】 2020 국가공무원 5급(기술) 제5문

2020 국가공무원 5급(기술) 제5문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차 

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a. 화학평형

b. Freundlich 등온흡착식을 응용한 다른 문제

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Q. 휘발성 유기물질을 포함하는 물 시료를 채취하는 과정에 사용한 시료채취병의 유효부피는 40 mL이고, 채취병 안에는 1.0 g의 활성탄이 포함되어 있다. 이 채취병에 물 시료 25 mL를 주입하고 일정 시간이 경과한 후 채취병 내 물에 포함된 휘발성 유기물질의 농도를 측정하여 이로부터 원 물 시료의 휘발성 유기물질 농도를 추정하였다. 다음 조건을 이용하여 물음에 답하시오. 

 

○ 휘발성 유기물질의 헨리상수 : 22.0 atm/M

○ 휘발성 유기물질에 대한 활성탄의 평형흡착 특성은 Freundlich 등온흡착식(q = KC^1/n)을 따르며, 상수 K와 n은 각각 10.5와 2.5이고, q의 단위는 mg/g이다. 

 

Q1. 시료채취 후 시료채취병 속에서 휘발성 유기물질의 존재 형태 사이의 평형관계를 기술하고, 평형관계에 영향을 미치는 주요 인자를 설명하시오. 

 

A1. 유기물질을 X, 활성탄에 흡착된 유기물질을 X*라고 표시하자.

 

 

⑴ 온도 : 온도가 증가하면 흡열반응이 우세하므로 X(g)의 양이 증가하도록 평형이 이동함 

⑵ 압력 : 기체의 압력이 커지면 X(g)의 양이 감소하도록 평형이 이동함 

⑶ 부피 : 기체의 부피가 커지면 X(g)의 양이 증가하도록 평형이 이동함

⑷ 농도 : 뚜렷한 경향성이 보이지 않음

 

Q2. 실험실에서 채취병 내 물에 존재하는 휘발성 유기물질의 농도를 측정하였더니 55.7 mg/L이었다. 측정값이 평형상태의 값이라고 가정하고, 이를 근거로 시료 채취 당시 물에서의 농도를 계산하시오. 

 

A2.

⑴ (참고) 농도 C의 단위를 mol/L로 해석하는 경우 

① X의 분자량을 μ (g/mol)이라고 하자.

② X (aq)의 양 : 55.7 mg/L × 25 mL = 1.3925 mg

 

 

③ X* (aq)의 양 

 

 

④ X (g)의 양 : 헨리의 법칙으로 계산된 압력 = nRT / V임을 이용

 

 

⑤ 가정 : X*(aq) ≪ X(aq), X(g)

 

 

⑵ (모범답안) 농도 C의 단위를 mg/L로 해석하는 경우

① X(aq) = 55.7 mg/L × 25 mL = 1.3925 mg

② X*(aq) = 10.5 × 55.7^1/2.5 = 52.42415 mg

③ X(g) = 55.7 mg/L × 22 atm/M × 15 mL / (0.082 L·atm / K·mol × 298 K) = 0.7522 mg

④ X₀ = 피흡착량(52.4242 mg) + 액체 속의 양 (1.3925 mg) + 기체 속의 양 (0.7522 mg) = 54.5689 mg

⑤ 물의 부피가 25 ml이므로 54.5689 / 25 = 2.1828 mg/ml

 

입력: 2020.09.07 00:07