反応速度（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。

窒素と水素からアンモニアを合成する可逆反応
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$$
を工業的に行うハーバー・ボッシュ法では、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が用いられる。この触媒は気体の反応物とは異なる状態で存在し、その表面で反応が進む。このように、反応物と均一に混じり合わずにはたらく触媒を（　a　）という。

また、温度と圧力を一定に保って、この触媒を用いた場合と用いない場合を比べると、触媒を用いた場合のほうが平衡状態に達するまでの時間は短くなるが、平衡状態での $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ の物質量は（　b　）。

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。

一定温度で、気体 $\mathrm{X}$ と気体 $\mathrm{Y}$ から気体 $\mathrm{Z}$ が生じる反応 $\mathrm{X}+2\mathrm{Y}⟶\mathrm{Z}$ の反応速度 $v$ を調べたところ、速度定数を $k$ として $v=k[\mathrm{X}][\mathrm{Y}]$ と表されることがわかった。この反応の反応次数（全体の次数）は（ a ）である。また、反応速度式の濃度の指数が化学反応式の係数と一致しないことから、この反応はいくつかの素反応からなる多段階反応であり、全体の反応速度は、それらの素反応のうち反応速度が最も（ b ）段階で決まると考えられる。

過酸化水素水に触媒を加えると、次の反応が起こる。
$$2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2⟶2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{O}}_2$$
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〜エから 1 つ選べ。

反応速度は、単位時間あたりの物質の濃度の変化量で表す。この反応では、反応物である ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ の濃度は時間とともに（ a ）する。また、同じ時間で比べると、${\mathrm{O}}_2$ の生成速度は ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ の分解速度の（ b ）倍である。

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。

気体の可逆反応 ${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{HI}$ の正反応（右向きの反応）は発熱反応であり、正反応・逆反応とも 1 段階で進むものとする。この反応の活性化エネルギーと遷移状態（活性化状態）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　遷移状態にある原子の集合体は、反応物と生成物の中間にあるエネルギーの低い安定な物質なので、反応の途中で取り出して保存することができる。
• イ　正反応の活性化エネルギーは、逆反応の活性化エネルギーより小さい。
• ウ　同じ温度で比べると、活性化エネルギーが大きい反応ほど反応速度は大きい。
• エ　触媒を加えると、正反応の活性化エネルギーと逆反応の活性化エネルギーの差が小さくなる。
• オ　温度を上げると遷移状態のエネルギーが低くなるので、正反応の活性化エネルギーが小さくなり、反応速度が大きくなる。