化学平衡（知識）の問題

ピストン付きの容器に四酸化二窒素 ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$ と二酸化窒素 $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ が入っており、次の平衡状態にある。正反応（右向きの反応）は吸熱反応である。
$${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\text{(気)}\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2\text{(気)}$$
この平衡に対して次の操作を行ったときの平衡の移動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。ただし、アルゴン $\mathrm{Ar}$ はこの反応に関係せず、気体はすべて理想気体とみなす。

• ア　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と、平衡は右に移動する。
• イ　温度と全圧を一定に保ったまま $\mathrm{Ar}$ 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。
• ウ　温度と容器の体積を一定に保ったまま $\mathrm{Ar}$ を加えると、全圧が高くなるので、平衡は左に移動する。
• エ　容器の体積を一定に保ったまま温度を上げると、平衡は左に移動する。
• オ　温度と容器の体積を一定に保ったまま触媒を加えると、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。

一酸化炭素と水素からメタノールが生じる次の可逆反応は、右向き（正反応）が発熱反応である。物質はすべて気体であり、密閉容器の中で平衡状態にあるとする。
$$\mathrm{CO}+2{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{OH}$$
この反応の平衡定数（濃度平衡定数）$K$ について述べた次の文中の空欄 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〜オのうちから 1 つ選べ。

温度を一定に保ったまま容器の体積を小さくして全体の圧力を高くすると、平衡は右に移動するが、$K$ の値は（ a ）。一方、圧力を一定に保ったまま温度を高くすると、$K$ の値は（ b ）。

密閉容器に水素 ${\mathrm{H}}_2$ とヨウ素 ${\mathrm{I}}_2$ を入れ、温度を一定に保つと、次の可逆反応が起こり、やがて平衡状態に達する。

$${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{HI}$$

この反応について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、はじめ容器内に $\mathrm{HI}$ は存在しないものとする。

• ア　平衡状態では、正反応も逆反応も起こらなくなっている。
• イ　平衡状態では、${\mathrm{H}}_2$、${\mathrm{I}}_2$、$\mathrm{HI}$ の濃度の比は、必ず化学反応式の係数の比 $1:1:2$ になっている。
• ウ　反応開始から平衡状態に達するまでの間、正反応の速さはしだいに小さくなり、逆反応の速さはしだいに大きくなる。
• エ　平衡状態では、正反応の速さは逆反応の速さより大きい。

酢酸とエタノールから酢酸エチルと水が生じる反応は、次の式で表される可逆反応である。ここでは右向きの反応を正反応、左向きの反応を逆反応とよぶ。
$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COO}{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$
容器に酢酸エチルと水だけを入れ、少量の触媒を加えて温度を一定に保ったところ、反応が進み、やがて平衡状態に達した。この間の反応の速さについて述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜オのうちから 1 つ選べ。

反応を始めた直後は逆反応だけが起こる。時間がたつにつれて、逆反応の速さは（ a ）。平衡状態に達したあとは、正反応の速さと逆反応の速さは（ b ）。