反応速度（知識）の問題

反応速度とその変化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　過酸化水素の分解反応 $2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2⟶2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{O}}_2$ において、ある時間での ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ の減少速度（単位はいずれも $mol/(\mathrm{L}\cdot \mathrm{s})$）は、${\mathrm{O}}_2$ の生成速度の 2 倍である。
• イ　同じ質量の亜鉛を同じ濃度・同じ体積の塩酸に加えると、塊状の亜鉛より粉末状の亜鉛のほうが速く反応する。これは、固体の表面積が大きくなり、単位時間あたりに亜鉛と水素イオンが衝突する回数が増えるためである。
• ウ　気体どうしの反応で、温度を一定に保ったまま容器の体積を小さくして圧力を大きくすると、反応物の濃度が大きくなるので、反応速度は大きくなる。
• エ　体積一定の容器内で進む気体どうしの反応に、温度を一定に保ったまま反応に関係しないアルゴンを加えて全圧を大きくすると、反応物の濃度が大きくなり、反応速度は大きくなる。
• オ　臭化銀に光を当てると銀が析出するように、光のエネルギーを吸収することによって進む反応がある。

気体 $\mathrm{A}$ と気体 $\mathrm{B}$ から気体 $\mathrm{C}$ が生じる反応 $2\mathrm{A}+\mathrm{B}⟶2\mathrm{C}$ は、1 段階で進むのではなく、中間体 $\mathrm{X}$ を経由する次の 2 つの段階 $(1)$, $(2)$ からなることがわかっている。
$$(1)\mathrm{A}+\mathrm{B}⟶\mathrm{X}+\mathrm{C}(\text{遅い})$$
$$(2)\mathrm{X}+\mathrm{A}⟶\mathrm{C}(\text{速い})$$
一定温度で実験を行うと、この反応全体の反応速度 $v$ は、速度定数を $k$ として $v=k[\mathrm{A}][\mathrm{B}]$ と表された。これは、段階 $(2)$ がいくら速く進んでも、生じる $\mathrm{X}$ の量は段階 $(1)$ の進み方で限られるため、反応全体の速さが段階 $(1)$ の速さでほぼ決まってしまうからである。

このように、いくつかの段階を経て進む反応において、最も遅く、反応全体の反応速度を決めている段階を何というか。漢字で答えよ。

温度を上げると、分子の運動エネルギーの分布は高エネルギー側に広がり、活性化エネルギー $E_{\mathrm{a}}$ 以上のエネルギーをもつ分子の割合が急激に増える。このため、多くの反応では、温度が $10\mathrm{K}$ 上がるごとに反応速度が $2$〜$3$ 倍になる。

この関係を定量的に表したものとして、反応の速度定数 $k$ と絶対温度 $T$ の関係を、活性化エネルギー $E_{\mathrm{a}}$、気体定数 $R$、反応ごとに決まる定数 $A$ を用いて

$$k=A{e}^{-\frac{E_{\mathrm{a}}}{RT}}$$

と表した式がある。ここで $e^{-\frac{E_{\mathrm{a}}}{RT}}$ は、活性化エネルギー以上のエネルギーをもつ分子の割合に対応する。この式を、提案したスウェーデンの化学者の名前をとって何というか。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

アンモニアの工業的製法では、気体の窒素と水素の可逆反応
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$$
を、四酸化三鉄 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4$ を主成分とする固体の触媒を用いて行う。この触媒は、触媒の分類では [ a ] にあたる。温度と圧力を一定に保ったまま、この反応に触媒を用いると、触媒を用いない場合に比べて、正反応の反応速度が大きくなるとともに、逆反応の反応速度は [ b ]。

反応速度とその変化に関する記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　反応 ${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2⟶2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ において、$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ の生成速度（単位時間あたりのモル濃度の増加量）は、${\mathrm{N}}_2$ の減少速度（単位時間あたりのモル濃度の減少量）の $3$ 倍である。
• イ　亜鉛と塩酸の反応で、亜鉛を粉末にして表面積を大きくすると反応速度が大きくなるのは、反応の活性化エネルギーが小さくなるためである。
• ウ　気体どうしの反応で、温度を一定に保ったまま容器を圧縮して圧力を大きくすると、各気体の濃度が大きくなって単位時間あたりの分子の衝突回数が増えるため、反応速度は大きくなる。
• エ　水素と塩素の混合気体に強い光を当てると爆発的に反応するのは、光によって反応エンタルピー（反応熱）の値が大きくなるためである。
• オ　温度を $10\mathrm{K}$ 上げると反応速度が $2$〜$3$ 倍になることが多いのは、分子どうしの衝突回数が $2$〜$3$ 倍に増えるためである。