触媒のはたらきと種類

過酸化水素水に酸化マンガン(IV) を加えると、過酸化水素の分解反応
$$2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2⟶2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{O}}_2$$
が速く進むようになる。このとき酸化マンガン(IV) は触媒としてはたらいている。触媒のはたらきについての記述として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　触媒は、反応エンタルピーを小さくする。
• イ　触媒は、活性化エネルギーの小さい別の経路で反応を進ませる。
• ウ　触媒は、正反応の活性化エネルギーだけを小さくし、逆反応の活性化エネルギーは変えない。
• エ　触媒は、反応の前後でそれ自身が別の物質に変化する。

気体どうしの反応では、ほかの条件を変えずに温度を上げると反応速度が大きくなる。温度を上げたときに起こる変化について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。

• ア　反応の活性化エネルギーが小さくなる。
• イ　活性化エネルギー以上の運動エネルギーをもつ分子の割合が大きくなる。
• ウ　分子の運動エネルギーの平均値は変わらず、エネルギー分布の形だけが変わる。
• エ　分子の熱運動が激しくなり、単位時間あたりの分子どうしの衝突回数が増える。
• オ　エネルギー分布の幅がせまくなり、ほとんどの分子が平均値に近いエネルギーをもつようになる。

五酸化二窒素の分解反応
$$2{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5⟶4\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{O}}_2$$
の反応速度 $v$ は、実験から、速度定数 $k$ を用いて $v=k[{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5]$ と表されることがわかっている。この反応と反応速度式に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　化学反応式で ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$ の係数が 2 なので、この反応は ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$ について二次反応である。
• イ　温度を一定に保ったまま ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$ の濃度を 2 倍にすると、速度定数 $k$ も 2 倍になる。
• ウ　温度を一定に保てば、反応が進んで ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$ の濃度が小さくなっても、速度定数 $k$ の値は変わらない。
• エ　触媒を加えて反応速度が大きくなっても、同じ温度であれば速度定数 $k$ の値は変わらない。
• オ　この反応がいくつかの段階を経て進むとすると、反応全体の速さは、それらの段階のうち最も速い段階の速さで決まる。

触媒に関する記述として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　可逆反応に触媒を加えると、正反応の活性化エネルギーも逆反応の活性化エネルギーも小さくなる。
• イ　触媒を加えて反応の経路が変わっても、反応エンタルピー（反応熱）の値は変わらない。
• ウ　可逆反応に触媒を加えると、平衡に達するまでの時間は短くなるが、平衡定数の値は変わらない。
• エ　過酸化水素水に塩化鉄(III)水溶液を加えて過酸化水素を分解させるとき、塩化鉄(III)は不均一触媒としてはたらく。
• オ　酵素はタンパク質を主成分とする触媒で、温度が高くなりすぎると変性してはたらきを失う。

触媒に関する記述として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　酵素はタンパク質を主成分とする触媒で、それぞれ特定の物質（基質）にだけはたらく。
• イ　触媒を加えると、正反応の活性化エネルギーも逆反応の活性化エネルギーも小さくなる。
• ウ　可逆反応に触媒を加えると、平衡に達するまでの時間が短くなり、平衡状態での生成物の量も増える。
• エ　過酸化水素水に酸化マンガン(IV)を加えて酸素を発生させるとき、酸化マンガン(IV)は不均一触媒としてはたらいている。
• オ　触媒を加えても、反応物と生成物のエンタルピーは変わらないので、反応エンタルピーは変わらない。

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〜エのうちから 1 つ選べ。

窒素と水素からアンモニアを合成する可逆反応
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$$
を工業的に行うハーバー・ボッシュ法では、四酸化三鉄 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4$ を主成分とする固体の触媒が用いられる。この触媒は気体の反応物とは異なる状態で存在し、その表面で反応が進む。このように、反応物と均一に混じり合わずにはたらく触媒を（　a　）という。

また、温度と圧力を一定に保って、この触媒を用いた場合と用いない場合を比べると、触媒を用いた場合のほうが平衡状態に達するまでの時間は短くなるが、平衡状態での $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ の物質量は（　b　）。

酵素に関する記述として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　酵素の主成分はタンパク質であるため、高温にすると変性して触媒としてのはたらきを失い、その後温度を下げてもふつうはたらきは戻らない。
• イ　胃液に含まれるペプシンは、pH 7 付近の中性の条件で最もよくはたらく。
• ウ　酵素は、活性部位にうまく結合できる特定の物質（基質）にしか作用しない。
• エ　酵素は反応の活性化エネルギーを小さくするので、酵素を用いると反応熱も小さくなる。
• オ　すい液に含まれるトリプシンは、弱塩基性の条件で最もよくはたらく。
• カ　マルターゼは、デンプンを加水分解してマルトースを生じさせる酵素である。

気体の可逆反応 ${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{HI}$ の正反応（右向きの反応）は発熱反応であり、正反応・逆反応とも 1 段階で進むものとする。この反応の活性化エネルギーと遷移状態（活性化状態）に関する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　遷移状態にある原子の集合体は、反応物と生成物の中間にあるエネルギーの低い安定な物質なので、反応の途中で取り出して保存することができる。
• イ　正反応の活性化エネルギーは、逆反応の活性化エネルギーより小さい。
• ウ　同じ温度で比べると、活性化エネルギーが大きい反応ほど反応速度は大きい。
• エ　触媒を加えると、正反応の活性化エネルギーと逆反応の活性化エネルギーの差が小さくなる。
• オ　温度を上げると遷移状態のエネルギーが低くなるので、正反応の活性化エネルギーが小さくなり、反応速度が大きくなる。

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〜エのうちから 1 つ選べ。

アンモニアの工業的製法では、気体の窒素と水素の可逆反応
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$$
を、四酸化三鉄 $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_3{\mathrm{O}}_4$ を主成分とする固体の触媒を用いて行う。この触媒は、触媒の分類では [ a ] にあたる。温度と圧力を一定に保ったまま、この反応に触媒を用いると、触媒を用いない場合に比べて、正反応の反応速度が大きくなるとともに、逆反応の反応速度は [ b ]。

酵素のはたらきと性質に関する記述として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　酵素がかかわる反応では、無機触媒を用いた反応と同じように、温度を高くすればするほど反応速度が大きくなり続ける。
• イ　胃液に含まれるペプシンは、強い酸性（pH 2 付近）で最もよくはたらき、タンパク質を加水分解する。
• ウ　すい液に含まれるトリプシンは、弱い塩基性（pH 8 付近）で最もよくはたらき、タンパク質を加水分解する。
• エ　だ液に含まれるアミラーゼはデンプンを加水分解するが、同じ多糖でもセルロースには作用しない。
• オ　酵素は反応の活性化エネルギーを小さくして反応を速めるが、酵素自身は反応の前後で変化しない。