化学平衡（知識）の問題

工業的にアンモニアをつくるハーバー・ボッシュ法では、次の発熱反応を利用する（$(\mathrm{g})$ は気体を表す）。

$${\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})\Delta H=-92\mathrm{kJ}$$

この方法では、鉄を主成分とする触媒を用い、高い圧力のもとで、およそ $400\sim 600{}^{\circ }\mathrm{C}$ の温度で反応させる。温度をこれより低くしない理由として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　温度を高くすると、平衡が右に移動してアンモニアの割合が大きくなるから。
• イ　温度を高くすると、この反応の平衡定数が大きくなるから。
• ウ　温度を高くすると、触媒を使わなくても平衡の位置が右にかたよるから。
• エ　温度を低くすると、反応速度が小さくなり、平衡に達するまでに長い時間がかかるから。

アンモニア水中では、アンモニアの一部が電離し、次の電離平衡が成り立っている。

$$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$$

このアンモニア水に、温度を一定に保ったまま塩化アンモニウム $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{Cl}$ の固体を少量加えて溶かした。塩化アンモニウムは水溶液中で完全に電離する。このときの変化について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、固体を溶かしたことによる溶液の体積の変化は無視できるものとする。

• ア　平衡は右に移動し、アンモニアの電離度は大きくなる。
• イ　平衡は左に移動し、アンモニアの電離度は小さくなる。
• ウ　平衡は左に移動し、アンモニアの電離度は大きくなる。
• エ　平衡は移動せず、アンモニアの電離度は変わらない。

窒素と水素からアンモニアを合成する反応は、次の式で表される可逆反応である。

$${\mathrm{N}}_2\text{(気)}+3{\mathrm{H}}_2\text{(気)}\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\text{(気)}\Delta H=-92\mathrm{kJ}$$

工業的なアンモニアの合成（ハーバー・ボッシュ法）では、反応容器内の圧力を高くする。これは、平衡状態にある反応系で圧力を高くすると、圧力の増加をやわらげる向き、すなわち気体の分子の総数が減少する向きに平衡が移動し、アンモニアの生成率が大きくなるからである。

このように、「平衡状態にある反応系で、濃度・圧力・温度などの条件を変化させると、その変化をやわらげる向きに平衡が移動する」という原理を何というか。

密閉容器内で、窒素 ${\mathrm{N}}_2$・水素 ${\mathrm{H}}_2$・アンモニア $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ が次の平衡状態にある。
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2N{\mathrm{H}}_3$$
この反応の平衡定数（濃度平衡定数）を
$$K=\frac{[\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3{]}^2}{[{\mathrm{N}}_2][{\mathrm{H}}_2{]}^3}$$
とする。この平衡状態から、次のア〜オの操作をそれぞれ行い、新しい平衡状態になったとする。新しい平衡状態での $K$ の値が、操作の前と比べて変化するものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、ア・オ以外の操作では温度を一定に保つものとする。

• ア　温度を上げる。
• イ　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。
• ウ　触媒を加える。
• エ　体積を一定に保ったまま、${\mathrm{N}}_2$ を加える。
• オ　温度を下げる。

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 ）。