ピストン付きの容器の中で、次の可逆反応が平衡状態にある。物質はすべて気体である。
温度と全圧を一定に保ったまま、この反応に関係しないアルゴン を容器に加えた。新しい平衡状態になったとき、加える前に比べて物質量が増加している物質は、 と のどちらか。化学式で答えよ。ただし、気体はすべて理想気体とみなす。
反応に関係しない気体の追加
体積一定で貴ガスを加えると各成分の分圧が変わらず平衡は移動しないこと、全圧一定で加えると体積が増えて各成分の分圧が下がり、気体分子が増える向きに平衡が移動することを判定できる
前提
- ルシャトリエの原理（濃度・圧力） （高校化学 化学平衡（知識））
- 分圧の法則とモル分率 （高校化学 物質の状態と気体（知識））
この技能までの道筋（17 技能）
読み込み中…
右端（太枠）がこの技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る（前提が先）
- 原子・分子と化学式 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 原子量・分子量・式量 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 物質量と質量・粒子の数 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 気体の体積と物質量 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 化学反応式の係数 （中学理科 化学変化と原子・分子）
- 化学反応式と量的関係 （高校化学 物質量と化学反応式）
- モル濃度 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 反応速度の表し方 （高校化学 反応速度（知識））
- 可逆反応と化学平衡の状態 （高校化学 化学平衡（知識））
- 平衡定数の意味と変化する条件 （高校化学 化学平衡（知識））
- ルシャトリエの原理（濃度・圧力） （高校化学 化学平衡（知識））
- 実験器具の使い方と安全 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 状態変化と粒子・融点・沸点・蒸留 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 熱運動と絶対温度 （高校物理 熱と気体（知識））
- ボイル・シャルルの法則と理想気体 （高校物理 熱と気体（知識））
- アボガドロの法則と気体の状態方程式 （高校化学 物質の状態と気体（知識））
- 分圧の法則とモル分率 （高校化学 物質の状態と気体（知識））
説明
平衡状態にある気体の反応に、アルゴン のような貴ガス（反応に関係しない気体）を加えたとき、平衡が移動するかどうかは「どの条件を一定に保って加えたか」で変わります。この技能では、温度・体積一定で加えた場合は平衡が移動しないこと、温度・全圧一定で加えた場合は体積が増えて、気体分子の総数が増える向きに平衡が移動することを判定できるようにします。全圧が増えたか減ったかだけで判断すると間違えやすいので、各成分の分圧（濃度）がどう変わるかで考えるのがポイントです。
なぜそうしてよいのか
平衡が移動するかどうかを決めるのは、反応する気体それぞれの濃度、つまり分圧です。気体 の分圧は、 だけを同じ温度・体積の容器に入れたときの圧力に等しく、状態方程式から 、モル濃度は です。どちらも 自身の物質量 と体積 （と温度）だけで決まり、ほかにどんな気体が混ざっているかには関係しません。
温度・体積一定で貴ガスを加えると、貴ガスの分だけ全圧は大きくなります。しかし反応する気体の も も変わらないので、それぞれの分圧・濃度は変わりません。したがって は のままで、平衡は移動しません。「全圧が上がった」のは貴ガスの分圧が加わっただけで、反応する気体が押し縮められたわけではないからです。
温度・全圧一定で貴ガスを加えると、全圧を保つために容器の体積が大きくなります。反応する気体にとっては、体積を大きくされたのと同じで、各成分の濃度・分圧がすべて下がります。これは「体積を大きくして圧力を下げた」場合と同じなので、ルシャトリエの原理により、気体分子の総数が増える向き（係数の和が大きい側）へ平衡が移動します。両辺の気体の係数の和が等しい反応なら、この場合も移動しません。
手順
貴ガスを加えたとき、温度・体積一定か、温度・全圧一定かを読み取る
体積一定なら、反応する各気体の物質量も体積も変わらないので分圧（濃度）は不変、平衡は移動しないと判定する
全圧一定なら、体積が増えて反応する各気体の分圧（濃度）が下がる。これを「体積を大きくして圧力を下げた」ことと同じとみなす
反応式の両辺の気体の係数の和を比べ（固体は数えない）、全圧一定の場合は係数の和が大きい側へ移動すると判定する。和が等しければ移動しない
例題
密閉容器中で、次の可逆反応が平衡状態にある。ただし、 と はどちらも気体である。
ここにアルゴン を加えたときの記述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、 はどの物質とも反応しないものとする。
ア 温度と容器の体積を一定に保って を加えると、全圧が大きくなるので、平衡は左に移動する。
イ 温度と容器の体積を一定に保って を加えると、平衡は右に移動する。
ウ 温度と全圧を一定に保って を加えると、平衡は右に移動する。
エ 温度と全圧を一定に保って を加えると、平衡は移動しない。
例題の解答
手順1: ア・イは温度・体積一定、ウ・エは温度・全圧一定で を加えている。
手順2: 体積一定の場合、 と の物質量も体積も変わらないので、それぞれの分圧（濃度）は変わらない。全圧は増えるが、それは の分圧が加わっただけなので、平衡は移動しない。よってア・イは誤り。
手順3: 全圧一定の場合、全圧を保つため体積が大きくなり、 と の分圧はどちらも下がる。これは体積を大きくして圧力を下げたのと同じである。
手順4: 気体の係数の和は、左辺 1、右辺 2。圧力を下げたのと同じなので、係数の和が大きい右へ移動する。よってウは正しく、エは誤り。
よって正しいものはウ。
答え: ウ
よくある誤り
体積一定で貴ガスを加えると全圧が上がるので、気体分子の総数が減る向きへ平衡が移動するとしてしまう誤り。正しくは、反応する気体の分圧 は も も変わらないので不変で、平衡は移動しない
全圧一定で貴ガスを加えても、全圧が変わらないので平衡は移動しないとしてしまう誤り。正しくは体積が増えて反応する各気体の分圧が下がるので、 なら気体の係数の和が大きい右（）へ移動する
全圧一定で貴ガスを加えたとき、圧力を高くしたときと同じく係数の和が小さい側へ移動するとしてしまう誤り。正しくは、反応する気体にとっては体積が大きくなり分圧が下がったのと同じなので、係数の和が大きい側へ移動する。すべて気体の なら左（ の向き）へ移動する
両辺の気体の係数の和が等しい反応でも、全圧一定で貴ガスを加えると移動するとしてしまう誤り。すべて気体の （左辺 2、右辺 2）では、体積が増えても比 は変わらないので、正しくは移動しない
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
密閉容器に固体の炭素（黒鉛）と二酸化炭素を入れて高温に保つと、次の可逆反応が平衡状態に達した。右向きの反応（正反応）は吸熱反応であり、 と は気体である。
この平衡状態から条件を変えたときの平衡の移動についての記述として誤っているものを、次のア〜カのうちから 1 つ選べ。ただし、黒鉛は常に残っているものとし、アルゴンはこの反応に関係しない。- ア 温度と容器の体積を一定に保って二酸化炭素を加えると、平衡は右に移動する。
- イ 温度と容器の体積を一定に保ってアルゴンを加えると、全圧が大きくなるので、平衡は左に移動する。
- ウ 温度を一定に保って容器の体積を小さくし、圧力を高くすると、平衡は左に移動する。
- エ 圧力を一定に保って温度を高くすると、平衡は右に移動する。
- オ 温度と容器の体積を一定に保って触媒を加えると、平衡に達するまでの時間は短くなるが、平衡は移動しない。
- カ 温度と全圧を一定に保ってアルゴンを加えると、容器の体積が大きくなるので、平衡は右に移動する。
ピストン付きの容器に四酸化二窒素 と二酸化窒素 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。
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 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 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 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。