技能一覧 › 高校化学 反応速度(知識)

反応速度を変える条件(濃度・圧力・表面積・光)

濃度・気体の分圧を大きくする、固体を粉末にして表面積を大きくすると衝突回数が増えて反応速度が大きくなることを説明でき、体積一定で反応に関係しない気体を加えても反応物の濃度は変わらないこと、光のエネルギーを吸収して起こる光化学反応(水素と塩素の爆発的反応、臭化銀の分解)などを判定・用語で答えられる

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説明

反応の速さを変える条件のうち、濃度(気体なら分圧)、固体の表面積、光について、なぜ速さが変わるのかを分子の衝突をもとに説明できるようになります。あわせて、体積一定の容器に反応に関係しない気体を加えたときには反応速度が変わらないことや、光のエネルギーを吸収して起こる光化学反応の例を見分けられるようになります。「反応速度を大きくする操作として正しいものはどれか」のような正誤問題で使います。

なぜそうしてよいのか

反応が起こるには、反応する粒子どうしがぶつかる(衝突する)必要があります。一定時間に起こる衝突の回数が多いほど、反応する粒子の数も多くなり、反応速度は大きくなります。

濃度を大きくすると、同じ体積の中にある反応物の粒子が増えるので、粒子どうしが出会う機会が増え、衝突回数が増えます。気体では、分圧が濃度に比例するので( より )、温度一定で反応物の分圧を大きくすることは濃度を大きくすることと同じです。ここで注意したいのは、体積一定の容器に反応に関係しない気体(アルゴンなど)を加えた場合です。全圧は大きくなりますが、反応物の物質量も体積も変わらないので、反応物の濃度(分圧)は変わらず、反応速度も変わりません。速さを決めるのは全圧ではなく、反応物の濃度です。

固体が関わる反応は、固体の表面でしか起こりません。固体を細かく砕いて粉末にすると、同じ質量でも表面積が大きくなり、相手の粒子と触れ合える場所が増えるので衝突回数が増え、反応が速くなります。また、光のエネルギーを吸収することで起こったり速くなったりする反応があり、これを光化学反応といいます。水素と塩素の混合気体は暗所ではほとんど反応しませんが、強い光を当てると爆発的に反応して塩化水素が生じます。臭化銀や塩化銀は光によって分解して銀を生じ(写真のフィルムに利用された)、これも光化学反応です。

手順

  1. 記述がどの条件(濃度・分圧・表面積・光・反応に関係しない気体の追加など)を変えているかを確認する

  2. その操作で、反応物の濃度(分圧)や固体の表面積がどう変わるかを考える。反応に関係しない気体を体積一定で加えたときは、反応物の濃度は変わらないことに注意する

  3. 衝突回数が増えるなら反応速度は大きく、減るなら小さく、変わらないなら同じと判断する

  4. 光が関わる記述は、光のエネルギーで起こる光化学反応の例(水素と塩素の爆発的反応、臭化銀・塩化銀の分解など)かどうかで判断する

例題

反応速度とその条件について述べた記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア 粒状の亜鉛を粉末にしてから同じ濃度の塩酸に加えると、水素が発生する反応は速くなる。
イ 体積一定の容器内で気体どうしが反応しているとき、反応に関係しないアルゴンを加えて全圧を大きくすると、反応速度は大きくなる。
ウ 水素と塩素の混合気体は、強い光を当てても反応しない。
エ 溶液中の反応物の濃度を小さくすると、粒子どうしの衝突回数が増えるので、反応速度は大きくなる。

例題の解答

手順 1〜3 で各記述を確かめる。
- ア: 粉末にすると同じ質量でも表面積が大きくなり、塩酸の粒子と衝突できる場所が増えるので反応は速くなる。正しい。
- イ: 体積一定でアルゴンを加えても、反応物の物質量と体積は変わらないので濃度(分圧)は変わらない。反応速度は変わらないので誤り。
- ウ(手順 4): 水素と塩素の混合気体は、強い光を当てると光のエネルギーを吸収して爆発的に反応し、塩化水素を生じる(光化学反応)。誤り。
- エ: 濃度を小さくすると単位体積あたりの粒子が減り、衝突回数は減るので、反応速度は小さくなる。誤り。

よって正しいものはア。

答え:

ア

よくある誤り

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

この技能の次に学べること