体積が一定の密閉容器に水素 とヨウ素 の気体だけを入れ、温度を一定に保つと、次の反応が起こった。
この反応の の減少速度 は、速度式 で表され、この温度での速度定数は である。反応開始時の濃度は 、 であった。ヨウ化水素 の濃度が になった瞬間の の減少速度 は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、この時間内に逆向きの反応は起こらないものとする。
反応途中の濃度と反応速度
反応式の係数の比から、ある物質の濃度が変化した時点での各物質の濃度を求め、速度式に代入してその瞬間の反応速度（別の物質の減少速度・生成速度に換算したものを含む）を求められる
前提
- 実験データからの反応次数の決定 （高校化学 反応速度）
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- 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）
- モル濃度 （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）
- 反応速度の定義と係数の比 （高校化学 反応速度）
- 速度式と速度定数 （高校化学 反応速度）
- 実験データからの反応次数の決定 （高校化学 反応速度）
説明
反応が始まってしばらくたち、ある物質の濃度がいくらか変化した時点での反応速度を求められるようになります。速度式に入れる濃度は「はじめの濃度」ではなく「その瞬間の濃度」なので、反応式の係数の比を使って、各物質がそれまでにどれだけ減った（増えた）かを求めてから代入します。さらに、得られた速度を、別の物質の減少速度や生成速度に換算することもできます。
なぜそうしてよいのか
速度式 は、ある瞬間の濃度とその瞬間の速度の関係を表しています。反応が進むと反応物の濃度は減っていくので、途中の時点の速度を知るには、その時点の濃度が必要です。
体積が一定の容器（または溶液）の中で反応 が進むとき、反応式の係数は「反応する物質量の比」を表すので、体積で割ったモル濃度の変化量の比も係数の比になります。 が 生じたなら、 は 、 は 減っています。そこで「はじめ・変化量・その時点」の 3 行の表を作れば、その時点の各濃度がすべてわかります。
また、同じ時間に減る（増える）濃度の比も係数の比なので、各物質の減少速度・生成速度は係数に比例します。 の減少速度が なら、 の減少速度は 、 の生成速度は です。速度式で求めた がどの物質の速度として定義されているかを確かめてから換算します。
手順
反応式と速度式（速度定数 を含む）を確認し、速度式の がどの物質の減少速度（生成速度）として定義されているかを確かめる
ある物質の濃度変化（例: 生成物が 生じた）を手がかりに、係数の比から各物質の濃度変化量を求める
「はじめ」「変化量」「その時点」の表を作り、その時点の各物質の濃度を求める
その時点の濃度を速度式に代入して を求める
問われている物質の速度に、係数の比で換算する（係数が の物質の速度は、係数 1 の物質の速度の 倍）
例題
体積一定の容器内で、反応 が進む。この反応の反応速度 （ の減少速度）は で表され、この温度で である。はじめの濃度を 、、 として温度一定で反応させた。 の濃度が になった瞬間の、 の減少速度は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
例題の解答
手順 1: 速度式は 、 は の減少速度。
手順 2: が 生じたので、係数の比 より、 は 、 は 減った。
手順 3: その時点の濃度は
-
-
手順 4: （ の減少速度）。
手順 5: の係数は の 2 倍なので、 の減少速度は 。
答え:
よくある誤り
はじめの濃度をそのまま速度式に代入してしまう誤り（例題で を とする）。正しくは、その時点の濃度 、 を使い となる。
係数を無視して、どの物質も同じ量だけ減ると考えてしまう誤り（ とする）。正しくは、 が 生じると は係数 2 の分だけ 減り、 である。
速度の換算で係数の比を逆にしてしまう誤り（ の減少速度を とする）。正しくは、 は の 2 倍の速さで減るので である。
速度式の指数を反応式の係数から決めてしまう誤り（ とする）。正しくは、問題で与えられた（実験で決まった）速度式 をそのまま使う。
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
溶液中で起こる反応
について、C の生成速度 は速度式 （ は速度定数、 は定数）で表される。一定温度で、A と B の初濃度を変えて反応開始直後の C の生成速度 を測定したところ、次の結果を得た。実験 1 2 3 同じ温度で、A の初濃度 、B の初濃度 、C の初濃度 の溶液で反応を行った。C の濃度が になった瞬間における、B の濃度の減少速度は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、反応中に溶液の体積と温度は変化せず、逆反応やほかの反応は起こらないものとする。また、速度式はこの濃度範囲で成り立つものとする。
一酸化窒素と酸素から二酸化窒素が生じる気体反応
について考える。この反応の速度 を、酸素の濃度の減少速度 で表すと、速度式は （ は速度定数、 は定数）で表される。温度と容積を一定に保った容器で、NO と O の初濃度を変えて反応開始直後の速度 を測定したところ、次の結果が得られた。
実験 〔mol/L〕 〔mol/L〕 〔mol/(L·s)〕 1 2 3 次に、同じ温度で、容積一定の容器に NO を 、O を の濃度になるように入れて（NO ははじめ存在しない）反応させた。NO の濃度が になった瞬間の、NO の生成速度 は何 mol/(L·s) か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、逆反応およびこの反応以外の反応は起こらないものとする。