전문 사례 오전, 옵션을 기억나지 않아요
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전문 사례 오전 6번 문제, 산업적으로 에틸렌과 물을 반응시켜 에탄올을 생산합니다. C2H4 + H2O → C2H5OH. 생성된 제품 중 일부는 에테르로 전환됩니다: 2C2H5OH — C2H5O. C2H5 + H2O. 공급되는 원료의 조성은 (몰%)로 다음과 같습니다: 에틸렌 54.5%, 물 36.5%, 그 외는 불활성 기체입니다. 에틸렌의 전환율은 6%이며, 에틸렌이 에탄올로 전환되는 선택도는 92%입니다. 그렇다면 생성된 제품 중 에틸렌의 몰 백분율은 어떤 값일까요?옵션은 이미 기억나지 않아요
전문적인 문제로, 오전 6번 문제였던 것으로 기억합니다. 이 문제를 푸는 핵심은 에탄올이 에테르로 전환되는 반응, 즉 2C2H5OH → C2H5O + C2H5 + H2O(2)라는 반응입니다. 이 반응에서는 전체 몰수가 변하지 않습니다. 하지만 에탄올을 생성하는 반응인 C2H4 + H2O → C2H5OH(1)의 경우에는 전체 몰수가 변합니다. 반응 (1)에 따르면, 1몰의 C2H5OH가 생성될 때마다 전체 몰수는 1몰 줄어듭니다. 반응물의 양이 100몰이라고 가정하면, 반응 후 전체 몰수는 54.5 × 6% × 92% = 3몰 줄어듭니다. 그러면 남는 에틸렌의 양은 54.5 × (1 – 6%) = 51.23몰이 됩니다. 따라서 생성된 물질 중 에틸렌의 몰분율은 51.23 ÷ (100 – 3) = 52.81%가 됩니다.또한, 반응 (2)를 고려하면서 동시에 반응물 중 에틸렌과 물 외의 불활성 기체도 하나하나 계산한다면 물론 결과를 얻을 수 있겠지만, 10분 안에 해결하는 것은 어려울 것이라 생각합니다.
저도 시험 때 이렇게 풀었어요. 지금 문제가 있는 것 같은데, 에틸렌의 전환율이 6%이고 선택성은 92%입니다. 이 문제는 오후에 나온 사례 문제와 매우 비슷해요. 여기서 선택성이란 남은 에탄올을 생성하는 데 사용된 반응물인 에틸렌의 양을 전환된 양으로 나눈 값을 말합니다. 실제로 문제에 주어진 방정식을 보면, 전환된 에틸렌은 모두 에탄올로 변하고, 일부 에탄올은 에테르로 변합니다. 이때 선택성이 생기는 거죠. 두 번째 반응에서는 몰수가 변하지 않으므로, 감소하는 양은 바로 에틸렌의 전환량인 54.5 × 6% = 3.27mol입니다. 따라서 생성물 중 에틸렌의 몰분율은 51.23 / (100 – 3.27) = 52.96%가 됩니다. 제 기억으로 당시 선택지도 이 수치였던 것 같아요.그러니 이 문제는 재평가할 때 점수가 깎일 것 같아요
이 문제는 정말 계산량이 적지 않아요. 저는 거꾸로 풀었고, 처음 다섯 문제는 풀지 않았어요.
이 게시글은 마지막으로 xbl240이 2016-9-14 09:19에 수정했습니다. 이 문제는 오후에 나온 예제와 비슷하게, 선택적인 반응을 구하는 문제입니다. 출제자가 말하는 ‘선택성’이 무엇인지 잘 이해가 되지 않습니다. 이전에 풀던 문제들의 경우는 모두 병렬 반응 형태였습니다. 예를 들어, A+B=C, A+D=F와 같은 식이죠. 여기서 원하는 생성물은 C이며, C를 얻기 위해서는 A의 선택성이 높아야 합니다.문제의 선택성처럼, 실제로 에틸렌은 전부 에탄올로 전환되었으며, 일부 생성된 에탄올에는 부반응이 있었습니다. 실제로 에틸렌이 전환된 부분은 모두 에탄올로 변했으므로, 선택성은 100%라고 이해합니다.참고서에서 선택성은 = 목적 생성물을 얻기 위해 소모된 반응물의 양 / 반응물이 전환된 양으로 정의됩니다. 그렇다면 실제 문제에서 에테르로 전환된 에탄올도 목적 생성물에 포함되지 않는 것인가요? 이 경우 영향을 받는 것은 수율입니다
3층의 의견이 더 타당해요. 총 몰수가 줄어드는 양은 54.5×6%인 3.27mol이어야 하지, 54.5×6%×92%인 3mol이 아니에요. 이 문제로 또 점수를 잃게 될 것 같네요
전문적인 사례로, 오전 6번 문제를 살펴보겠습니다. 저는 완전한 풀이 과정을 설명해 드리겠습니다.
C2H4 + H2O → C2H5OH (1)
2C2H5OH → C2H5O + C2H5 + H2O (2)
반응 (1)을 2번 반복하고 반응 (2)를 1번 반복하면, 2C2H4 + H2O → C2H5O + C2H5가 됩니다 (3).
반응 (1)에 따르면, 1몰의 C2H4가 반응할 때 전체 몰수는 1몰 줄어듭니다. 반응 (3)에 따르면, 1몰의 C2H4가 반응할 때 전체 몰수는 1 + 0.5 – 0.5 = 1몰 줄어듭니다. 따라서 반응 (1)과 (3) 모두에서 1몰의 C2H4가 반응할 때마다 전체 몰수는 1몰씩 줄어듭니다.
만약 반응물의 양이 100몰이라면, 에틸렌의 양은 54.5 × 6% = 3.27몰이 됩니다. 그러면 전체 몰수는 3.27몰 줄어들고, 남는 에틸렌의 양은 54.5 × (1 – 6%) = 51.23몰이 됩니다. 따라서 생성물 중 에틸렌의 몰분율은 51.23 ÷ (100 – 3.27) = 52.96%가 됩니다.덧붙이자면, 일어나는 반응을 (1)과 (3)만으로 이해한다면 전환율과 선택성 모두 쉽게 이해할 수 있으며, 선택성이 100%여야 한다고 오해하는 일도 없을 것입니다!또한, 반응 (2)를 고려하면서 동시에 반응물 중 에틸렌과 물 외의 불활성 기체들도 하나하나 계산해 보면 물론 결과를 얻을 수 있겠지만, 10분 안에 해결하는 것은 어려울 것이라고 생각합니다
C2H4 + H2O → C2H5OH (1)
2C2H5OH → C2H5O + C2H5 + H2O (2)
반응 (1)을 2번 반복하고 반응 (2)를 1번 반복하면, 2C2H4 + H2O → C2H5O + C2H5가 됩니다 (3).
반응 (1)에 따르면, 1몰의 C2H4가 반응할 때 전체 몰수는 1몰 줄어듭니다. 반응 (3)에 따르면, 1몰의 C2H4가 반응할 때 전체 몰수는 1 + 0.5 – 0.5 = 1몰 줄어듭니다. 따라서 반응 (1)과 (3) 모두에서 1몰의 C2H4가 반응할 때마다 전체 몰수는 1몰씩 줄어듭니다.
만약 반응물의 양이 100몰이라면, 에틸렌의 양은 54.5 × 6% = 3.27몰이 됩니다. 그러면 전체 몰수는 3.27몰 줄어들고, 남는 에틸렌의 양은 54.5 × (1 – 6%) = 51.23몰이 됩니다. 따라서 생성물 중 에틸렌의 몰분율은 51.23 ÷ (100 – 3.27) = 52.96%가 됩니다.덧붙이자면, 일어나는 반응을 (1)과 (3)만으로 이해한다면 전환율과 선택성 모두 쉽게 이해할 수 있으며, 선택성이 100%여야 한다고 오해하는 일도 없을 것입니다!또한, 반응 (2)를 고려하면서 동시에 반응물 중 에틸렌과 물 외의 불활성 기체들도 하나하나 계산해 보면 물론 결과를 얻을 수 있겠지만, 10분 안에 해결하는 것은 어려울 것이라고 생각합니다
독립 반응은 1과 2뿐이며, 반응 자체도 모두 알코올로 전환됩니다. 선택성이란 목표하는 생성물만 얻어지도록 하는 것을 의미하며, 목표 생성물이 남아 있어서는 안 됩니다
9층에 계신 분, 그렇게 열심히 출제위원들에게 이유를 설명하려고 하시는데, 만약 그 점을 강조하지 못한다면 올해 선택형 문제 두 개 모두에서 어려움을 겪으실 것 같습니다.
이 게시글은 마지막으로 xbl240에 의해 2016-9-16 12:57에 수정되었습니다. 문제집에서는 정답을 공개하지 않습니다. 어차피 이해도 안 되고, 일부 문제들은 엄밀하지도 않습니다. 병렬 배관의 유량을 구하는 그 문제도 그렇고, 오답이 있어도 별로 중요하지 않습니다. 과거 시험 문제들 중에도 오답이 있었죠. 13년과 14년의 시험 문제 중에도 등온 팽창 작용을 구하는 문제가 있었습니다