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157 Cards in this Set
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13장
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화학반응 속도론
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13.1
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반응속도
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반응속도
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농도변화/시간변화
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반응속도의 단위
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M/s
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2N2O5 → 4NO2 + O2의 세가지 속도
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[O2의 생성속도]=1/4[NO2의 생성속도]=1/2[N2O5의 생성속도]
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[O2의 생성속도]
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마이너스1/2 × d[N2O5]/dt
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1/4[NO2의 생성속도]
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1/4 × d[NO2]/dt
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1/2[N2O5의 생성속도]
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d[O2]/dt
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시간과 농도그래프에서 두 점의 기울기
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평균속도
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시간과 농도그래프에서 한 점의 접선기울기
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순간속도
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시간과 농도그래프의 기울기 변화
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기울기가 작아짐
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기울기가 작아지는 이유1
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반응물의 감소에따른 충돌 횟수 감소
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기울기가 작아지는 이유2
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역반응 속도가 증가
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반응속도 측정
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기체몰수 증가에 따른 압력변화
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과산화수소의 분해
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2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g)
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O2에 의한 이상기체 방정식 변환
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P=n/v×RT=[O2]RT
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[O2]
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1/RT × P
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산소의 생성속도
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△[O2]/△t=1/RT×△P/△t
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시간압력그래프에서 속도구하기
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접선의 기울기(△P/△t)에 1/RT을 곱한다
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13.2
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속도법칙과 반응차수
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aA+bB→cC+dD의 속도식1
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마이너스△V[A]/△t
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aA+bB→cC+dD의 속도식2
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마이너스△V[B]/△t
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aA+bB→cC+dD의 속도식3
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k[A](m)[B](n)
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m과 n의 결정
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실험에 의한 결정(a.b가 아님)
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반응차수
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m+n
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13.3
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속도법칙의 실험적 측정
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k(속도상수)계산
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속도/[A](m)[B](n)
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0차반응 k단위
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M/s
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1차반응 k단위
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1/s
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2차반응 k단위
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1/Ms
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3차반응 k단위
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1/M(2)s
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반응속도 정의
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어떠한 화학종으로도 정의가능→실험의 편의성에 따라 정의
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이산화질소의 해리
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2NO2(g) → 2NO(g) +O2(g)
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NO2의 소멸속도
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마이너스d[NO2]/dt = k[NO2](m)
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O2의 생성속도
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d[O2]/dt = k'[NO2](m)
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한분자의 O2생성에 따라 두분자NO2소멸
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k[NO2](m) = 2k'[NO2](m) ⇒k=2k'
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13.4
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적분 속도 법칙
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13.4-Ⅰ
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0차반응
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A→P의 0차반응속도
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마이너스d[A]/dt=k[A](0)=k
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0차반응 속도의 특징
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농도에 따라 속도가 변하지 않음
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A→P의 0차반응 적분계산
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마이너스d[A]=kdt → [A]인테그럴[A]0d[A]=-k×t인테그럴0dt
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0차반응 적분속도식 [A]
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[A]0-kt
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[A]=[A]0-kt
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t시간후의 A의 몰농도
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0차반응 직선관계
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t대 [A]
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0차반응 농도시간그래프
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[A]=-kt+[A]0
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0차반응 기울기
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마이너스k(항상음수)
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0차반응 y절편
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[A]0
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반감기
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초기농도에서 반으로 줄어드는데 걸리는 시간→[A]=1/2[A]0가 되는 시간
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0차반응 반감기(t1/2)
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[A]0/2k
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0차반응 반감기 특징
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초기농도에 반감기가 비례하는 반응
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0차반응의 예
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금속표면/효소와 같은 물질을 넣는 경우
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13.4-Ⅱ
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1차반응
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A→P의 1차반응속도
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마이너스d[A]/dt=k[A]
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1차반응 속도의 특징
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농도에 따라 속도가 비례한다
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A→P의 1차반응 적분계산
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마이너스d[A]=kdt → [A]인테그럴[A]0d[A]/[A]=-k×t인테그럴0dt
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1차반응 적분속도식
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ln[A]/[A]0=-kt
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기체상 1차반응의 적분속도식
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lnPt/P0=-kt
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1차반응 직선관계
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t대 ln[A]
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1차반응 농도시간그래프
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ln[A]=-kt+ln[A]0
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자연로그 농도시간그래프의 기울기
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마이너스k
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자연로그 농도시간그래프의 y절편
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ln[A]0
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1차반응의 농도시간그래프의 직선화
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쌍곡선의 그래프는 자연로그를 붙이면 직선이 된다
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1차반응의 반감기(t1/2)
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ln2/k
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1차반응 반감기 특징
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초기농도와 무관하고 속도상수에만 의존
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1차반응 속도농도그래프
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V=k[A]
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1차반응 농도시간그래프 모양
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쌍곡선
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1차반응의 반응속도 특징
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반응물질의 농도는 시간이 경과함에 따라 감소
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1차반응의 예
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핵붕괴
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13.4-Ⅲ
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2차반응
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A→P의 2차반응속도
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마이너스d[A]/dt=k[A](2)
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A→P의 2차반응속도 적분계산
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마이너스d[A]=k[A](2)dt → [A]인테그럴[A]0d[A]/[A](2)=-k×t인테그럴0dt
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2차반응 적분속도식
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1/[A]-1/[A]0=kt
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2차직선관계
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t대 1/[a]
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2차반응 농도시간그래프
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1/[A]=kt+1/[A]0
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2차반응 농도시간그래프 기울기
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k
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2차반응 농도시간그래프 y절편
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1/[A]0
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2차반응 반감기(t1/2)
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1/k[A]0
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2차반응 반감기의 특징1
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반감기가 초기속도와 속도상수에 의존하는 반응
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2차반응 반감기의 특징2
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반감기가 전단계의 두배씩 증가하는 반응
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2차반응 반감기의 특징3
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초기농도와 반감기가 반비례하는 반응
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2차반응의 농도-시간그래프
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쌍곡선
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2차반응의 속도농도그래프
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2차함수곡선
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13.4-Ⅳ
|
두종류 이상의 반응물을 가진 반응의 적분속도식
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두종류 이상의 반응물을 가진 반응의 적분속도식 공략
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큰 농도를 가진 반응물의 양을 일정하게 여겨 상수화한다
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Br과 H가 농도가 큰경우→k[BrO3(-)][Br(-)][H(+)](2)
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k[BrO3(-)][Br(-)]0[H(+)]0(2)=k'[BrO3(-)]
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13.5
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반응메커니즘
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단일단계반응 묘사
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반응 메커니즘 묘사(개개 분자 충돌을 고려)
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전체반응 묘사
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반응의 화학양론적인 것만 묘사(즉 반응물과 생성물의 몰수만 고려)
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NO2와 CO전체반응
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NO2(g)+CO(g)→NO(g)+CO2(g)
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NO2와 CO 단일단계 1반응
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NO2(g)+NO2(g)→NO(g)+NO3(g)
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NO2와 CO 단일단계 2반응
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NO3(g)+CO(g)→NO2(g)+CO2(g)
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(반응)중간체
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NO3와 같이 생성된 화학종이 다음단계에서 소비
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분자도
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(단일단계반응의 분자식에서만 성립)참여 반응물의 개수→일.이.삼분자 반응
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일분자 반응예
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O3(g)→O2(g)+O(g)
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이분자 반응예
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O3(g)+O(g)→2O2(g)
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삼분자 반응예
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O(g)+O(g)+M(g)→O2(g)+M(g)
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13.5-Ⅱ
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속도법칙과 반응메커니즘
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단일단계 반응식에서 계수
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속도식에서 지수량 표시
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O3(g)→O2(g)+O(g)의 속도
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마이너스△[O3]/△t=k[O3]
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A+B→생성물'의 속도
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마이너스△[A]/△t=마이너스△[B]/△t=k[A][B]
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A+A→생성물'의 속도
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마이너스△[A]/△t=k[A][A]=k[A](2)
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속도결정단계(rds)
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반응메커니즘에서 가장 느린단계
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속도결정단계 속도식
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전체반응의 속도식
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메커니즘→속도식
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사전평형/정류상태근사법
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13.5-Ⅲ
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사전평형을 이용한 반응속도식 추론
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오존의 분해반응
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2O3→3O2
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오존분해 반응메커니즘1-빠름
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O3→O2+O
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1단계의 K
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K=[O2][O]/[O3] → [O]=k[O3]/[O2]
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오존분해 반응메커니즘2-느림
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O+O2→2O2
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2단계의 반응속도
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V=K'[O][O3]
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오존분해반응 속도식
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K[O3](2)/[O2] ↔ K'[O][O3]에 [O]대입
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13.5-Ⅳ
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정류상태근사법을 이용한 반응속도식
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정류상태근사법
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중간체의 농도변화가 O이다
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N2O5분해 1단계
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N2O5+M (k1)↔(k-1) N2O5(*)+M
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N2O5(*)
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M과 충돌하여 들뜬상태
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N2O5분해 2단계
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N2O5(*) (k2)→NO3+NO2(N2O5(*)의 분해반응)
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N2O5분해 3.4단계
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빠른속도이므로 무시
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d[N2O5(*)]/dt (N2O5(*)의 생성속도)
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k1[N2O5][M]-k-1[N2O5(*)][M]-k2[N2O5(*)]
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정류상태근사법 적용1
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k1[N2O5][M]-k-1[N2O5(*)][M]-k2[N2O5(*)]=0
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정류상태근사법 적용2
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[N2O5(*)]=k1[N2O5][M]/k2+k-1[M]
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N2O5분해속도식
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k2[N2O5(*)]=k2k1[N2O5][M]/k2+k-1[M]
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저압의 N2O5분해속도식
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V=k1[N2O5][M] (2차반응)
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고압의 N2O5분해속도식
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V=k2k1[N2O5]/k-1 (1차반응)
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13.6
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반응속도와 온도:아레니우스식
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아레니우스식
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k(속도상수)=A×e(-Ea/RT)
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아레니우스식의 의의
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속도상수의 온도의존성
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반응 진행 조건1
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반응물끼리 충돌을 해야한다
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충돌빈도
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z[A][B](Z:충돌수에 관련된 상수)
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반응 진행 조건2
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적절한 배향(P<1):똑같은 물질이라도 방향에 따라 반응이 안될수도 있다
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p인자
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어떤 특정한 방향에 있는 분자들만이 반응을 일으킨다는 것을 고려한 인자
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반응 진행 조건3
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충분한 E(활성화E 이상의 E)
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Ea이상의 E를 갖는 분자의 분류(f)
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e(-Ea/RT)
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잦음률
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A=pZ(상수)
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아레니우스식
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k=A×e(-Ea/RT)
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13.7
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아레니우스식 이용
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Ea와 속도상수
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Ea가 커질수록 속도상수는 작아진다
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Ea와 반응속도
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속도상수가 작아지므로 속도는 작아진다
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아레니우스식 그래프
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lnK=-Ea/RT + lnA
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lnK와 1/T그래프 기울기
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마이너스Ea/R
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lnK와 1/T그래프 y절편
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lnA
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lnK와 1/T그래프 의의
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활성화 에너지 알기에 유용
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온도와 화학종에 따른 반응속도
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Ea가 큰 놈이 온도가 높아지면 반응속도가 더 크다(그래프로이해)
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다른 온도에서의 속도 상수값 계산
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lnK1 - lnK2 = Ea/R(1/T2 - 1/T1)(Ea와 R은 온도에 무관)
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lnK1 - lnK2 = Ea/R(1/T2 - 1/T1)의 의의
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K1.K2.Ea.T1.T2중 네개를 알면 나머지 하나를 알 수 있다
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13.8
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촉매
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촉매
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소비X→반응속도증가
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촉매역할1
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잦음률(A)증가
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촉매역할2
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Ea를 낮춘다
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균일촉매
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반응물과 같은 상의 촉매
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불균일촉매
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반응물과 다른 상의 촉매
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반응속도 영향요인1
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반응물질 자체성질(재배열이 없는 경우 빠르다)
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반응속도 영향요인2
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농도
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반응속도 영향요인3
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온도
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반응속도 영향요인4
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기체반응시 압력
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반응속도 영향요인5
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촉매
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반응속도 영향요인6
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표면적
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반응속도 영향요인7
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빛[ex)알칸의 할로겐화 반응]
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