化学平衡(知識)の問題
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。
酢酸とエタノールを混合して一定温度に保つと、次の可逆反応が起こる。
混合した直後は右向きの反応(正反応)だけが起こるが、時間がたつにつれて、正反応の速さはしだいに( a )なり、左向きの反応(逆反応)の速さはしだいに大きくなる。やがて正反応と逆反応の速さが等しくなると、各物質の濃度が一定になり、見かけ上は反応が止まったように見える。この状態では、正反応と逆反応は( b )。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 大きく | どちらも起こり続けている |
| イ | 大きく | どちらも止まっている |
| ウ | 小さく | どちらも起こり続けている |
| エ | 小さく | どちらも止まっている |
この問題で使うもの
- 可逆反応と化学平衡の状態(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(9 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。
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
反応の速さが反応物の濃度とどう関係するかと、化学平衡の状態の定義を思い出そう。
ヒント 2
反応が進むと反応物の濃度は小さくなる。平衡状態は「正反応の速さ=逆反応の速さ」の状態である。
ヒント 3
a は反応物の濃度の変化から決まるので、選択肢を 2 つに絞れる。残りは、平衡状態で速さが 0 になっているかどうかを考えよう。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
空欄 a:正反応の速さは反応物(酢酸とエタノール)の濃度が大きいほど大きい。反応が進むと反応物は消費されて濃度が小さくなるので、正反応の速さはしだいに小さくなる。一方、生成物(酢酸エチルと水)の濃度は大きくなるので、逆反応の速さはしだいに大きくなる。
空欄 b:正反応と逆反応の速さが等しくなった状態を化学平衡の状態(平衡状態)という。この状態では、単位時間に正反応で生じる量と逆反応で消費される量が等しいため、各物質の濃度が変化せず、見かけ上は反応が止まったように見える。しかし、反応そのものが止まったわけではなく、正反応も逆反応も同じ速さでどちらも起こり続けている。
よって、a は「小さく」、b は「どちらも起こり続けている」で、正しい組み合わせはウである。
- ア・イは、反応物が減ると正反応の速さが小さくなることに反するので誤り。
- イ・エは、平衡状態で反応が止まっているとしている点が誤り。平衡状態は、正反応と逆反応の速さが等しい(0 ではない)状態である。
別解
混合直後は反応物の濃度が最大なので正反応の速さが最大で、反応が進むと反応物の濃度が減るため正反応の速さはしだいに小さくなる。一方、生成物が増えるので逆反応の速さはしだいに大きくなる。両者の速さが等しくなると化学平衡の状態になる。平衡状態では正反応も逆反応も同じ速さで起こり続けており、見かけ上止まって見えるだけである(動的平衡)。よって a は「小さく」、b は「どちらも起こり続けている」で、ウ。
各選択肢: ア は a が誤り。イ は a、b とも誤り。ウ は正しい。エ は b が誤り。