反応速度(知識)の問題
触媒に関する記述として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア 可逆反応に触媒を加えると、正反応の活性化エネルギーも逆反応の活性化エネルギーも小さくなる。
- イ 触媒を加えて反応の経路が変わっても、反応エンタルピー(反応熱)の値は変わらない。
- ウ 可逆反応に触媒を加えると、平衡に達するまでの時間は短くなるが、平衡定数の値は変わらない。
- エ 過酸化水素水に塩化鉄(III)水溶液を加えて過酸化水素を分解させるとき、塩化鉄(III)は不均一触媒としてはたらく。
- オ 酵素はタンパク質を主成分とする触媒で、温度が高くなりすぎると変性してはたらきを失う。
この問題で使うもの
- 触媒のはたらきと種類(説明と入口の問題)
- 平衡定数の意味と変化する条件(説明と入口の問題)
- 活性化エネルギーと遷移状態(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(27 技能)
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- 活性化エネルギーと遷移状態
- 可逆反応と化学平衡の状態
- 平衡定数の意味と変化する条件
- 触媒のはたらきと種類
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
触媒が変えるもの(活性化エネルギー・反応速度)と、変えないもの(反応エンタルピー・平衡の位置)を整理しよう。また、均一触媒と不均一触媒の区別も確認しよう。
ヒント 2
触媒は反応物・生成物のエネルギーを変えずに遷移状態のエネルギーだけを下げる。均一触媒は反応物と同じ状態(溶液中など)で均一に混じってはたらく触媒である。
ヒント 3
ア・イ・ウは触媒の一般的な性質として正しいかを確認できる。残りの選択肢のうち、触媒が水溶液中に溶けているかどうかに注目しよう。
答えと解説
答えを見る
エ
どこでつまずきましたか?(選ぶと、戻る場所を案内します)
解説を読む
エ(誤り): 過酸化水素水(水溶液)に塩化鉄(III)水溶液を加えると、触媒の は反応物と同じ水溶液中に均一に溶けた状態ではたらく。このように反応物と均一に混じり合ってはたらく触媒は均一触媒である。誤っているのは「不均一触媒」の部分である。(酸化マンガン(IV) のように、反応物と混じり合わない固体のままはたらく触媒が不均一触媒である。)
反応式:
ア(正しい): 触媒は活性化エネルギーの小さい別の反応経路をつくる。遷移状態のエネルギーが下がるので、正反応・逆反応のどちらの活性化エネルギーも小さくなる。
イ(正しい): 反応エンタルピーは反応物と生成物のエネルギーの差で決まり、途中の経路には関係しない(へスの法則)。触媒は反応物・生成物のエネルギーを変えないので、反応エンタルピーは変わらない。
ウ(正しい): 触媒は正反応と逆反応の速さをともに大きくするので、平衡に早く達する。しかし平衡の位置は変わらず、平衡定数も変わらない。
オ(正しい): 酵素はタンパク質を主成分とする生体内の触媒である。最もよくはたらく温度(最適温度)があり、高温ではタンパク質が変性して触媒作用を失う(失活する)。
よって、誤っているものは エ である。
別解
誤っているものを選ぶ。
- ア: 触媒は正反応・逆反応の両方の活性化エネルギーを同じだけ小さくする。正しい。
- イ: 触媒は反応の経路を変えるが、反応物と生成物のエンタルピーは変わらないので は変わらない。正しい。
- ウ: 触媒は平衡到達までの時間を短くするが、平衡定数や平衡の位置は変えない。正しい。
- エ: 過酸化水素水(水溶液)に塩化鉄(III)水溶液を加える場合、触媒と反応物が同じ液相に溶けているので均一触媒である。不均一触媒(酸化マンガン(IV)のような固体など)ではない。誤り。
- オ: 酵素はタンパク質を主成分とする生体触媒で、高温では変性して失活する。正しい。
よって、誤っているものはエ。