화학공학실험 | CSTR을 이용한 Ethyl acetate와 NaOH의 비누화 반응에서의 반응 속도 측정

 

 

 

TIP

 

 

CSTR에서 NaOH와 Ethyl acetate를 같은 농도로 비누화 반응을 시킨 후, 산-염기 적정을 이용하여 생성물에서의 NaOH 농도를 측정하고 일정한 값의 NaOH 농도를 사용하여 –rA를 구한다. 그리고 나서 NaOH와 Ethyl acetate의 농도를 달리 하였을 때의 -rA값을 구하고 –rA = kC_aⁿ 식을 이용해 반응 속도 상수(k)와 반응차수(n)를 구한다.

 

 

 

반응속도식 측정

일반적으로 적분법을 먼저 시도하고 원하는 결과를 얻지 못한 경우에 미분법을 사용하는 것이 효율적이다. 적분법에서는 반응속도식의 특별한 형태를 추정하여 적절한 적분과 수학적 조작을 한 후 어떤 농도함수와 시간사이의 플롯(plot)이 직선으로 나타나는가를 연구한다. 미분법에서는 반응속도식이 데이터에 잘 부합되는가를 적분하지 않고 직접 시험한다. 반응속도식이 미분방정식이므로 곡선 맞추기를 시도하기 전에 먼저 데이터에서 (1/V)(dN/dt) 를 구해야 한다.

 

 

Arrhenius 식

대부분의 반응과 기초 반응에 대해서는 반응 속도식을 온도 의존항과 조성 의존항의 곱으로 나타낼 수 있는데, 이러한 반응에 대해 온도 의존항, 즉 반응속도상수는 실제적으로 모든 경우에 Arrhenius 법칙으로 잘 표시된다.

(k₀ =빈도인자, E_a=활성화 에너지)

동일한 농도를 가진 다른 두 온도에서 활성화 에너지가 일정하다면 Arrhenius 법칙은 다음과 같이 정리된다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) Ethyl acetate와 NaOH 0.1M 용액을 11L씩 만들어 반응기에 넣는다.

 

2) CSTR을 작동시킨 후, 반응물의 유입 속도를 각각 조절하여 반응시킨다.

 

3) 유출 용액 20㎖를 0.1M HCl로 적정한다. (지시약으로 페놀프탈레인을 이용)

 

4) 적정하는데 들어간 HCl의 양이 3번 일정해질 때까지 5분마다 유출용액을 적정한다.

 

5) Ethyl acetate의 유입 속도를 변화시켜 실험을 반복한다.

 

6) 반응 속도식을 구한다.

 

 

 

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