化学平衡の問題
容積を変えられる密閉容器に四酸化二窒素 と二酸化窒素 が入っており、ある一定温度で次の平衡が成り立っている。
容器の容積が のとき、平衡状態での物質量は が 、 が であった。温度を一定に保ったまま容器を圧縮して容積を にし、新たな平衡状態にした。このときの の物質量は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、気体はすべて理想気体とみなせるものとする。
この問題で使うもの
- 濃度平衡定数(説明と入口の問題)
- ルシャトリエの原理と平衡の移動(説明と入口の問題)
- 2次方程式の解の公式と判別式(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(35 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 原子・分子と化学式
- 原子量・分子量・式量
- 物質量と質量・粒子の数
- モル濃度
- 気体の体積と物質量
- 化学反応式の係数
- 化学反応式と量的関係
- 濃度平衡定数
- 分数のたし算・ひき算
- 小数の四則計算
- 正負の数の加法・減法
- 分数のかけ算・わり算
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 乗法公式による展開
- 因数分解
- 3 次式までの展開と因数分解
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 根号の乗除と加減
- 分母の有理化
- 乗法公式・分配法則を使う根号の式の展開
- 根号を含む式の計算と分母の有理化
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 1 次方程式の解き方
- 比例・反比例の式とグラフ
- 関数 の式と変域
- 平方完成と 2 次関数のグラフ
- 2次方程式の解の公式と判別式
- 平衡定数から平衡時の量を求める
- ルシャトリエの原理と平衡の移動
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
はじめの平衡の濃度から濃度平衡定数 を求めます。温度が一定なので、圧縮後も は同じです。
ヒント 2
圧縮すると、ルシャトリエの原理により気体の分子の数が減る向きに平衡が移動します。N₂O₄ が 増えると NO₂ は 減ります。
ヒント 3
です。容積 で を解き、物質量が負にならない解を選びます。
答えと解説
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解説を読む
濃度平衡定数は
である。容積 のときの濃度は なので
温度が一定なので、圧縮後も は変わらない。
容積を小さくすると圧力が高くなるので、ルシャトリエの原理により、気体の分子の数が減る向き、すなわち左向き( が増える向き)に平衡が移動する。
が 増えたとすると、 は 減る。容積 での新たな平衡の濃度は 、 だから
両辺を 4 で割って 。解の公式より
のとき の物質量 が負になるので不適。よって であり、 の物質量は
(確認:、 で となり、 に一致する。また、 は から減っており、平衡が左に移動したことと合う。)
別解
【濃度平衡定数】容積 での濃度は 、。
。温度一定なので変わらない。
【圧縮後】容積 で、新しい平衡の の物質量を mol とする。N 原子の保存より、 の物質量は [mol]。
容積が なので物質量の数値がそのまま濃度 [mol/L] になり、
、。
(負の解は不適)。
検算: 。 で に一致。圧縮により平衡は物質量が減る方向( が から に減る方向)へ移動しており、ルシャトリエの原理にも合う。