化学平衡(知識)の問題
二酸化硫黄と酸素から三酸化硫黄が生じる次の可逆反応は、右向きが発熱反応である。物質はすべて気体である。
この反応が平衡状態にあるとき、モル濃度で表した平衡定数 は
で表される。同じ反応について、濃度・全体の圧力・温度のうち、平衡定数の値を変化させる条件は( a )だけであり、それ以外の条件を変えて平衡が移動しても、新しい平衡状態での の値はもとと変わらない。この反応で、ほかの条件は変えずに( a )だけを上げると、新しい平衡状態での平衡定数の値は( b )。ただし、触媒は用いないものとする。
文中の空欄( a )・( b )に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 全体の圧力 | 大きくなる |
| イ | 温度 | 大きくなる |
| ウ | の濃度 | 小さくなる |
| エ | 全体の圧力 | 小さくなる |
| オ | 温度 | 小さくなる |
この問題で使うもの
- 平衡定数の意味と変化する条件(説明と入口の問題)
- 温度・触媒と平衡の移動(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(29 技能)
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- 化学反応式と量的関係
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- 反応速度の表し方
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- 活性化エネルギーと遷移状態
- 触媒のはたらきと種類
- 温度・触媒と平衡の移動
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
平衡定数の値を変えることができる条件は何かを考えよう。濃度・圧力・温度のうち、平衡を移動させるだけで は変えないものはどれだろうか。
ヒント 2
平衡定数は反応の種類と温度で決まる。発熱反応では、温度を上げると吸熱の向きに平衡が移動する。
ヒント 3
a に全体の圧力や の濃度が入るア・ウ・エは除ける。残る 2 つのうち、温度を上げたとき平衡が右・左どちらに移動するかで、 の分子と分母のどちらが大きくなるかを考えよう。
答えと解説
答えを見る
オ
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解説を読む
(a)について: 平衡定数は、反応の種類と温度によって決まる定数である(化学平衡の法則)。反応物や生成物の濃度、全体の圧力を変えると平衡は移動するが、温度が一定なら新しい平衡状態でも の値は同じになる。したがって、濃度・全体の圧力・温度のうち平衡定数の値を変化させる条件は温度だけであり、a は「温度」である。
(b)について: 右向きが発熱反応なので、ほかの条件を変えずに温度を上げると、ルシャトリエの原理により吸熱の向き、すなわち左向き( が分解する向き)に平衡が移動する。新しい平衡状態では が小さく、・ が大きくなるので、分子が小さく分母が大きくなり、 の値は小さくなる。よって b は「小さくなる」である。
したがって正解は オ である。
他の選択肢について:
- ア・エ: 全体の圧力を上げると、この反応では気体の分子の数が減る右向きに平衡が移動するが、温度が一定なら平衡定数の値は変わらない。「平衡定数の値を変化させる条件」に全体の圧力はあてはまらないので、a が誤りである。
- イ: a の「温度」は正しいが、発熱反応で温度を上げると平衡は左に移動するので、 は大きくならない。b が誤りである。
- ウ: の濃度を上げると平衡は右に移動するが、温度が一定なら平衡定数の値は変わらない。a が誤りである。
別解
平衡定数 は温度だけで決まり、濃度や圧力を変えても変わらない。よって(a)は「温度」。この反応は右向きが発熱反応なので、温度を上げると平衡は吸熱方向(左向き)に移動し、 が減って 、 が増える。したがって は小さくなる。(b)は「小さくなる」。
各選択肢の確認: ア 全体の圧力は K を変えない(誤)。イ 温度は正しいが、上げると K は小さくなるので「大きくなる」は誤。ウ 濃度は K を変えない(誤)。エ 全体の圧力は K を変えない(誤)。オ 温度・小さくなる(正)。