【수질오염관리】 2013 국가공무원 5급(기술) 제2문

2013 국가공무원 5급(기술) 제2문^]

 

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a. 반응속도론

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감자 님 지적사항 수정 (24.03.17)

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Q. 암모니아성 질소가 포함된 폐수가 하천으로 유입될 때, 질산화율은 경과 시간 또는 거리의 함수로 나타낼 수 있다. 다음 물음에 답하시오.

 

Q1. 질산화반응식을 단계별로 수립하고 알칼리도 소비량을 계산하시오. 

 

A1.

○ 1단계. 아질산 생성 반응식 : NH₃ + 1.5O₂ → NO₂^- + H₂O + H⁺  

○ 2단계. 질산 생성 반응식 : NO₂^- + 0.5O₂ → NO₃^- 

○ 알칼리도는 수소이온(H⁺)을 중화시킬 수 있는 이온량으로 정의한다. 1단계에서 1당량의 알칼리도가 사용되고, 2단계에서는 알칼리도가 사용되지 않는다.

 

Q2. 다음과 같이 표현되는 반응 속도식을 이용하여 질소농도 C를 반감기 t_1/2와 시간 t의 함수로 나타내시오. (단, C₀는 초기질소농도, k는 반응속도상수이다)

 

dC/dt = -kC (C₀ - C)

 

A2. 

 

 

Q3. 반응속도상수 k는 온도 T 및 활성화에너지 E_a 범위에서 k₂ = k₁ θ^(T₂-T₁)로 표현된다. van't Hoff-Arrhenius 식을 이용하여 θ를 T의 함수로 구하시오. 또한 수온이 15 ℃에서 25 ℃로 증가 시, k가 2배로 증가하는 θ를 계산하고 E_a (kJ / mole) 값을 구하시오. (단, ln 2 = 0.69, R = 8.31 J/mole·K이다)

 

A3. 

○ 아레니우스 식을 이용하면 다음 관계식을 찾을 수 있다.

 

 

○ 활성화 에너지 Ea = ln 2 / (25 - 15) × 8.31 × (15 + 273) × (25 + 273) = 49435.08 J/mol = 49.3508 kJ/mol 

○ 파라미터 θ = exp(ln 2 / 10) = 1.071773

 

입력: 2023.05.01 23:27

수정: 2024.03.17 20:25