化学平衡（知識）の問題

窒素と水素からアンモニアが生成する反応は、次の式で表される発熱反応である（$(\mathrm{g})$ は気体を表す）。

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

密閉容器の中でこの反応が平衡状態にある。容器の体積を一定に保ったまま条件を 1 つだけ変えた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。

• ア　温度を上げると、平衡は右に移動する。
• イ　触媒を加えると、平衡は右に移動する。
• ウ　温度を下げると、平衡は右に移動する。
• エ　触媒を加えると、平衡は左に移動する。

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。

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。

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。

塩化銀 $\mathrm{AgCl}$ は水に溶けにくい塩で、その飽和水溶液では、沈殿として残った塩化銀と溶けたイオンの間に次の溶解平衡が成り立つ（$(\mathrm{s})$ は固体を表す）。

$$\mathrm{AgCl}(\mathrm{s})\rightleftarrows \mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$$

このとき、$K_{\mathrm{sp}}=[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ を塩化銀の溶解度積という。塩化銀の溶解度積と沈殿の生成について述べた文として正しいものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、温度は一定に保たれているものとする。

• ア　$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ を含む水溶液と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ を含む水溶液を混合した直後に $[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ が $K_{\mathrm{sp}}$ より大きくなると、塩化銀の沈殿が生じる。
• イ　塩化銀の飽和水溶液に塩化ナトリウムを溶かすと、塩化銀の溶解度積 $K_{\mathrm{sp}}$ は小さくなる。
• ウ　塩化銀の飽和水溶液に塩化ナトリウムを溶かすと、塩化銀の溶解度は大きくなる。
• エ　$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ を含む水溶液と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ を含む水溶液を混合した直後に $[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ が $K_{\mathrm{sp}}$ より小さくても、塩化銀の沈殿が生じる。