化学平衡（知識）の問題

密閉容器に固体の炭素（黒鉛）と二酸化炭素を入れて高温に保つと、次の可逆反応が平衡状態に達した。右向きの反応（正反応）は吸熱反応であり、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ と $\mathrm{CO}$ は気体である。
$$\mathrm{C}\text{(固)}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2\text{(気)}\rightleftarrows 2\mathrm{CO}\text{(気)}$$
この平衡状態から条件を変えたときの平衡の移動についての記述として誤っているものを、次のア〜カのうちから 1 つ選べ。ただし、黒鉛は常に残っているものとし、アルゴンはこの反応に関係しない。

• ア　温度と容器の体積を一定に保って二酸化炭素を加えると、平衡は右に移動する。
• イ　温度と容器の体積を一定に保ってアルゴンを加えると、全圧が大きくなるので、平衡は左に移動する。
• ウ　温度を一定に保って容器の体積を小さくし、圧力を高くすると、平衡は左に移動する。
• エ　圧力を一定に保って温度を高くすると、平衡は右に移動する。
• オ　温度と容器の体積を一定に保って触媒を加えると、平衡に達するまでの時間は短くなるが、平衡は移動しない。
• カ　温度と全圧を一定に保ってアルゴンを加えると、容器の体積が大きくなるので、平衡は右に移動する。

工業的にアンモニアを製造するハーバー・ボッシュ法では、次の可逆反応を利用する。物質はすべて気体であり、右向きの反応（正反応）は発熱反応である。
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$$
ハーバー・ボッシュ法の反応条件と、平衡・反応速度の関係についての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　平衡だけを考えると低温ほどアンモニアの割合が大きくなるので、工業的には室温付近のできるだけ低い温度で反応させている。
• イ　四酸化三鉄を主成分とする触媒を用いると、平衡に達するまでの時間が短くなり、平衡に達したときのアンモニアの割合も大きくなる。
• ウ　温度を一定に保って圧力を高くすると、気体分子の総数が減少する向きに平衡が移動するので、平衡に達したときのアンモニアの割合が大きくなる。
• エ　圧力を一定に保って温度を高くすると、反応速度が大きくなり、平衡に達したときのアンモニアの割合も大きくなる。
• オ　反応後の混合気体を冷却して、生じたアンモニアを液体として取り除くと、平衡は左向きに移動する。

塩化銀 $\mathrm{AgCl}$ の固体を水に加えてよくかき混ぜ、固体の一部が溶け残った状態で、次の溶解平衡が成り立つようにした。

$$\mathrm{AgCl}\text{(固)}\rightleftarrows \mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$$

この溶液に、温度を一定に保ったまま、塩化ナトリウム $\mathrm{NaCl}$ の濃い水溶液を少量加えてよくかき混ぜ、再び平衡状態にした。ただし、加えた水溶液による溶液の体積の変化は無視でき、$\mathrm{NaCl}$ は水溶液中で完全に電離しているものとする。また、$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ は上の溶解平衡以外の反応を起こさないものとする。

$\mathrm{NaCl}$ 水溶液を加える前と、加えた後に再び平衡状態になったときを比べた記述として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ が小さくなるので、$\mathrm{AgCl}$ の溶解度積も小さくなる。
• イ　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ の値は、加える前の溶解度積の値より大きいまま保たれる。
• ウ　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ は小さくなり、溶け残っている $\mathrm{AgCl}$ の固体の量は増える。
• エ　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ と $[\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ はどちらも小さくなる。
• オ　溶け残っていた $\mathrm{AgCl}$ の固体の一部が溶け、$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ は大きくなる。

塩化銀 $\mathrm{AgCl}$ は水にわずかに溶け、その飽和水溶液中では次の溶解平衡が成り立つ。
$$\mathrm{AgCl}\text{(固)}\rightleftarrows \mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$$
$\mathrm{AgCl}$ の溶解度積を $K_{\mathrm{sp}}=[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ とする。温度はつねに一定に保たれているものとして、$\mathrm{AgCl}$ の溶解と沈殿についての記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　$\mathrm{AgCl}$ の溶解度積 $K_{\mathrm{sp}}$ の値は、水溶液中に共存する $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ の濃度が大きいほど大きくなる。
• イ　$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ を含む水溶液と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ を含む水溶液を混合した直後に、$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ の値が $K_{\mathrm{sp}}$ より小さければ、$\mathrm{AgCl}$ の沈殿が生じる。
• ウ　$\mathrm{AgCl}$ の飽和水溶液に硝酸銀 $\mathrm{AgN}{\mathrm{O}}_3$ 水溶液を少量加えると、共通イオン効果により $\mathrm{AgCl}$ の溶解度は大きくなる。
• エ　$\mathrm{AgCl}$ が溶け残っている飽和水溶液に塩化ナトリウム $\mathrm{NaCl}$ を加えて溶かすと、$\mathrm{AgCl}$ がさらに沈殿し、水溶液中の $[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ は加える前より小さくなる。

密閉容器内で、窒素 ${\mathrm{N}}_2$・水素 ${\mathrm{H}}_2$・アンモニア $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ が次の平衡状態にある。
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2N{\mathrm{H}}_3$$
この反応の平衡定数（濃度平衡定数）を
$$K=\frac{[\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3{]}^2}{[{\mathrm{N}}_2][{\mathrm{H}}_2{]}^3}$$
とする。この平衡状態から、次のア〜オの操作をそれぞれ行い、新しい平衡状態になったとする。新しい平衡状態での $K$ の値が、操作の前と比べて変化するものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、ア・オ以外の操作では温度を一定に保つものとする。

• ア　温度を上げる。
• イ　温度を一定に保ったまま、容器の体積を小さくして全圧を高くする。
• ウ　触媒を加える。
• エ　体積を一定に保ったまま、${\mathrm{N}}_2$ を加える。
• オ　温度を下げる。