反応速度の問題
反応の速度定数 は、アレニウスの式
で表される。ここで、 は反応ごとに決まる定数(頻度因子)、 は活性化エネルギー、 は気体定数、 は絶対温度である。ある反応に、温度 で触媒を加えたところ、速度定数が触媒を加えないときの 倍になった。触媒を加えたことで、この反応の活性化エネルギーは何 小さくなったか。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、触媒を加えても の値は変わらないものとし、、 とする。
この問題で使うもの
- アレニウスの式と活性化エネルギー・触媒(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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ヒント
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ヒント 1
アレニウスの式と活性化エネルギー・触媒の技能を使う。触媒ありと触媒なしの速度定数の比をアレニウスの式で表してみよう。
ヒント 2
温度と が同じなので、( は活性化エネルギーの減少量)となる。
ヒント 3
の両辺の自然対数をとると、 となる。ここから を求め、単位を kJ/mol に直そう。
答えと解説
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解説を読む
使う技能: アレニウスの式と活性化エネルギー・触媒
触媒は、反応の活性化エネルギーを小さくすることで反応を速くする。
手順 1: 速度定数の比を式で表す
触媒なしの活性化エネルギーを 、触媒ありの活性化エネルギーを 、その差を とする。同じ温度 、同じ なので、触媒ありの速度定数 と触媒なしの速度定数 の比は
手順 2: 比が であることから を求める
両辺の自然対数をとると
よって
手順 3: 単位を にする
よって、活性化エネルギーは 小さくなった。
別解
触媒なしの活性化エネルギーを 、触媒ありを 、速度定数をそれぞれ 、 とする。 は同じなので 。両辺の自然対数をとると 。よって 。検算: 、 となり、 の値のもとで 1000 倍と一致する。有効数字 2 桁で 。