개념 한 쪽
촉매는 반응의 진행 경로를 바꿔 활성화 에너지를 낮춰 반응 속도를 증가시키는 물질이라고 정의한다가 촉매는 반응의 최종 평형 위치나 양론식을 변화시키지 못한다고 명확히 한다 불균일 촉매에서는 흡착·표면반응·탈착 같은 계면 현상과 물질전달 단계가 반응 속도에 큰 영향을 준다고 설명한다
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출제기준 단원 「균일·불균일 촉매」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 촉매의 평형 영향 판별 | 1 | 촉매가 평형 상수나 양론식에 미치는 영향 구분 |
| 불균일 촉매 속도결정 단계 | 1 | 흡착·표면반응·탈착 등 단계 중 속도결정단계 규정 |
| 담체 기능 판별 | 1 | 담체의 역할을 지지체로 구분하기 |
촉매는 화학 반응의 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 하는 역할을 한다라고 명확히 한다 촉매가 제공하는 대체 경로는 반응물에서 생성물로 가는 '길'을 바꾸지만 출발점과 도착점의 에너지 차이는 바꾸지 못하므로 평형 상수는 변하지 않는다고 정리한다
촉매는 소량으로도 효과를 발현하며 선택성을 보일 수 있고 이상적으로는 반응 과정에서 소모되지 않아 반복 사용이 가능하다고 본다 정반응과 역반응의 활성화 에너지를 모두 낮추므로 평형에 도달하는 시간은 단축되지만 평형 조성 자체는 유지된다는 점을 반드시 구분해야 한다고 강조한다
불균일 촉매반응은 촉매(보통 고체)와 반응물(예: 기체 또는 액체)의 상이함으로 인해 계면에서 일어나는 단계들이 중요하다고 본다 일반적으로 외부 물질전달 내부 확산 흡착 표면반응 탈착 다시 외부 물질전달의 과정이 있으며 이들 중 가장 느린 단계가 전체 속도를 결정한다고 설명한다
담체(carrier)는 촉매의 활성 성분을 분산시키고 표면적을 증가시켜 활성과 안정성을 돕는 지지체라고 정의한다 담체 자체는 촉매 작용을 하는 물질이 아니라 활성 성분의 분산과 보호를 통해 전체 촉매 성능을 향상시키는 역할을 한다고 정리한다
촉매독은 활성점을 강하게 차단하거나 파괴하여 반응 가능한 활성점 농도를 감소시키는 물질을 말한다고 정의한다 촉매독의 존재는 촉매의 유효 활성면적을 줄여 반응 속도를 저하시킬 수 있으므로 관리와 제거가 필요하다고 설명한다
촉매 관련 문제에서는 촉매가 평형을 변화시킨다는 선택지가 자주 함정으로 등장한다고 경고한다 촉매는 활성화 에너지를 낮추어 속도를 높이지만 평형 상수(K)나 반응의 양론식을 바꾸지 못한다고 하면 정답이라고 정리한다 불균일 촉매에서는 흡착·표면반응·탈착·확산 등의 단계가 속도결정요인이 될 수 있음을 묻는 문제가 자주 나오므로 이 순서를 명확히 이해하면 해결이 쉽다고 권한다
또한 담체에 관한 선지에서는 담체가 촉매 자체인지 조촉매나 활성 성분과의 기능 차이를 묻는 형태가 자주 출제된다고 지적한다 담체는 지지체로서 활성 성분을 분산시키고 안정화하는 역할을 한다고 구분하면 정답을 고르기 유리하다고 조언한다
촉매독 관련 문제에서는 활성점 농도가 일정하다는 설명이 틀린 선택지임을 기억하면 빠르게 선지를 제거할 수 있다고 안내한다 촉매독은 활성점 수를 감소시키므로 활성점 농도는 감소한다고 판단해야 한다고 덧붙인다
촉매의 기능에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 촉매의 기본적 성질 가운데 틀린 설명을 찾는 것이다. 촉매는 반응경로를 바꿔 활성화에너지를 낮추어 반응속도를 증가시키지만 열역학적 평형 위치와 반응의 양론식 자체에는 영향을 주지 않는다.
촉매는 반응 경로를 바꿔 활성화 에너지를 낮추어 속도를 높이지만, 평형 상수나 양론식은 변화시키지 않는다.
담체(Carrier)에 대한 설명으로 옳은 것은?
정답 ② · 문제는 담체(carrier)의 역할에 대한 설명 중 옳은 것을 고르라고 요구하고 있다. 담체는 촉매 자체로 작용하지 않지만 촉매 활성 성분을 지지·분산시켜 유효 표면적을 증가시키고 촉매 성능을 돕는 지지체 역할을 한다.
담체는 촉매 자체는 아니지만 촉매를 지지하여 표면적을 증가시키고 활성을 돕는 지지체 역할을 합니다.
다음 중 불균일 촉매반응(heterogeneous catalytie reaction)의 속도를 구할 때 일반적으로 고려하는 단계가 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 불균일 촉매 반응에서 속도 계산 시 일반적으로 고려하는 단계가 아닌 것을 묻고 있다. 불균일 촉매 반응 속도는 물질전달(외부·내부 확산), 촉매 표면에서의 흡착, 표면 화학반응, 제품의 탈착·확산 등 일련의 이동 및 표면 반응 단계로 설명되며 촉매 표면의 구조 변화는 반응 속도 식을 세울 때 일반적으로 고려하는 기본 단계가 아니다.
불균일 촉매반응의 6단계 중 촉매 표면의 구조 변화는 일반적인 반응 속도를 결정하는 단계에 포함되지 않는다.
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