개념 한 쪽
선택도는 원하는 생성물이 다른 생성물에 비해 얼마나 선택적으로 생성되었는지를 나타내는 지표이다. 수식은 원하는 생성물의 몰수 나누기 원하지 않는 생성물의 몰수로 정의한다. 평행반응과 체류시간 등 반응계 특성과 혼동하지 않도록 정의를 명확히 구분한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「선택도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기체 반응 체류시간 계산 | 1 | 몰수 증가에 따른 출구 유량 보정 후 체류시간을 계산하기 |
| 공간시간과 평균체류시간 비교 | 1 | 액상과 기상에서 공간시간과 체류시간의 차이를 판별하기 |
| 기체 반응 평균체류시간 산정 | 1 | 전환율과 몰수 변화계수를 적용하여 평균체류시간을 구하기 |
선택도(Selectivity)는 반응계에서 원하는 생성물의 생성 정도를 다른 생성물과 비교하는 비율 지표이다. 정의식은 원하는 생성물의 몰수 ÷ 원하지 않는 생성물의 몰수로 쓰이며, 값이 클수록 원하는 생성물이 상대적으로 더 많이 생성되었음을 의미한다.
선택도는 생성물 간의 비율을 따지는 개념이므로 반응물의 몰수를 포함하지 않는다. 시험에서는 선택도와 수율(yield) 또는 반응물 기준의 비율을 혼동하는 선지가 자주 출제되므로 '원하는 것/원치 않는 것'으로 기억하는 것이 유리하다.
반응 경로의 유형을 판단하는 능력도 선택도와 관련된 문제에 도움이 된다. 예를 들어 평행반응은 동일한 출발물질이 서로 다른 경로로 여러 생성물을 동시에 만드는 구조이므로, 평행반응 조건에서는 선택도가 중요한 성능 지표가 된다.
선택도 관련 문항은 정의 암기 외에 반응 형태를 빠르게 판별하는 능력을 함께 묻는 경우가 많다. 따라서 정의를 정확히 기억하고, 평행반응 등 반응 구조를 시각적으로 확인하여 선택도 적용 여부를 판단한다.
선택도를 묻는 문제에서 정답을 고르려면 먼저 분자(분모·분자)의 의미를 확인한다. 예컨대 보기에 '원하는 생성물/원하지 않는 생성물'이 제시되면 옳은 표현임을 즉시 판별한다. 반대로 '원하지 않는 생성물/원하는 생성물' 또는 '반응물 포함' 형태는 정의와 일치하지 않으므로 오답으로 처리한다.
선택도와 함께 출제되는 평행반응 관련 문제는 반응 경로의 시작점과 끝점을 확인하는 방식으로 접근한다. 동일한 원료 A가 R과 S로 각각 분기되어 생성된다면 평행반응으로 판단하고, 이 경우 각 경로의 선택도가 반응계 설계의 핵심 지표가 됨을 기억한다.
부피 3.2L인 혼합흐름 반응기에 기체 반응을 A가 1L/s로 주입되고 있다. 반응기에서는 A→2P 의 반응이 일어나며 A의 전화율은 60% 이다. 반응물의 평균체류시간은?
정답 ② · 문제는 기체 반응에서 몰수 변화가 있는 경우 실제 체류시간을 구하라는 것이다. 기체 반응 A→2P와 같이 생성기체 몰이 증가하는 경우 실제 체류시간 τ = V / (v0(1+ε X_A)) 공식을 사용한다.
기체 반응의 체류시간은 부피를 반응 조건에서의 실제 유량으로 나누어 계산한다.
반응기에 유입되는 물질량의 체류시간에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 문제는 반응기에 유입되는 물질량의 체류시간과 공간시간(또는 공간시간과 체류시간)의 관계가 매질(액상/기상)에 따라 어떻게 달라지는지를 묻고 있다. 액상반응에서는 몰수 변화가 거의 없어 부피 유량이 변하지 않으므로 공간시간과 체류시간이 동일해지는 반면, 기상반응에서는 반응에 따른 몰수 변화로 부피 유량이 변하여 두 값이 달라진다.
기상 반응은 몰수 변화로 부피 유량이 변하므로 공간시간과 체류시간이 다르며, 액상 반응은 동일하다.
이상기체 반응물 A 가 1L/s 속도로 체적 1L 의 혼합 흐름 반응기에 공급되어 50% 가 반응된다. 반응식이 A → 3R 일 때 일정한 온도와 압력하에서 반응물 A의 평균 체류시간(mean residence time)은 몇 초 인가?
정답 ① · 체적이 1L이고 유량이 1L/s이므로 공간시간(space time)은 1초입니다. 기체반응에서 몰수가 증가하는 A→3R 반응이므로 반응 진행에 따라 유량이 증가하여 실제 체류시간은 공간시간보다 짧아집니다.
기체 반응에서 몰수 증가 시 실제 체류시간은 공간시간보다 짧아지며, 전환율과 몰수 변화 계수를 이용해 계산한다.
화공기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.