光を吸収して起こる反応（光合成・光化学反応・光触媒）

次のア〜エの変化のうち、光のエネルギーを吸収することによって起こる反応として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア　炭酸水素ナトリウムを試験管に入れて加熱すると、分解して二酸化炭素が発生する。
- イ　塩化銀 $\mathrm{AgCl}$ に光を当てると、分解して銀が遊離し、黒っぽくなる。
- ウ　化学かいろの中で、鉄粉が空気中の酸素と反応して温度が上がる。
- エ　水に電流を流すと、水素と酸素に分解する。

化学反応と光の関係には、光を吸収して反応が起こる場合と、反応に伴って光が放出される場合がある。次のア〜オのうち、化学反応によって生じたエネルギーが光として放出される現象（化学発光）の例として最も適当なものを 1 つ選べ。

• ア　塩化銀に光を当てると、塩化銀が分解して銀が遊離し、黒ずんでいく。
• イ　水素と塩素の混合気体に強い光を当てると、爆発的に反応して塩化水素が生じる。
• ウ　酸化チタン(IV) に紫外線を当てると、その表面に付着した有機物が分解される。
• エ　ルミノールの塩基性水溶液に過酸化水素水を加え、触媒の存在下で反応させると、青白く光る。
• オ　植物の葉緑体で、光のエネルギーを用いて二酸化炭素と水からグルコースと酸素がつくられる。

化学反応と光の関係について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、反応エンタルピーは $\Delta H$ で表し、発熱反応では $\Delta H<0$ とする。

• ア　水素と塩素の混合気体は、暗所でも常温ですみやかに反応して塩化水素を生じ、光を当てても反応の進み方はほとんど変わらない。
• イ　光合成は、光エネルギーを吸収して二酸化炭素と水からグルコースなどの糖と酸素をつくる反応であり、全体として $\Delta H<0$ の反応である。
• ウ　酸化チタン(IV) $\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2$ は、光（紫外線）が当たると、自身は変化せずに表面に付着した有機物などを分解する反応を促進するので、光触媒として利用されている。
• エ　臭化銀 $\mathrm{AgBr}$ に光を当てると、銀イオンが酸化されて銀が析出する。
• オ　ルミノールの反応のように、化学反応によって生じたエネルギーの高い状態の物質が光を放出する現象を、光化学反応という。

建物の外壁やガラスの表面に酸化チタン(IV) $\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2$ を薄く塗っておくと、太陽光などに含まれる紫外線が当たったときに、表面に付着した有機物の汚れが酸化・分解されやすくなる。このとき酸化チタン(IV) 自身は、反応の前後で変化しない。このように、光を吸収することで、自身は変化せずに化学反応を促進するはたらきをもつ物質を何というか。漢字 3 文字で答えよ。

反応速度とそれを変える条件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　過酸化水素の分解反応 $2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2⟶2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{O}}_2$ において、同じ時間内に減少する ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ の物質量は、増加する ${\mathrm{O}}_2$ の物質量の 2 倍である。
• イ　同じ質量の亜鉛を希塩酸に加えるとき、粒状の亜鉛より粉末状の亜鉛のほうが、塩酸と接触する表面積が大きいので、水素が発生する反応の速さは大きい。
• ウ　気体どうしの反応において、温度と容器の体積を一定に保ったまま、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、反応物の濃度が大きくなるので反応速度は大きくなる。
• エ　臭化銀 $\mathrm{AgBr}$ に光を当てると分解して銀が生じる。このように、光のエネルギーを吸収して起こる反応を光化学反応という。
• オ　スチールウールは、空気中よりも純粋な酸素中のほうが激しく燃える。これは、反応物である酸素の濃度が大きいほど反応速度が大きくなるためである。

反応速度とその変化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　反応 ${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2⟶2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ において、$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ の生成速度（単位時間あたりのモル濃度の増加量）は、${\mathrm{N}}_2$ の減少速度（単位時間あたりのモル濃度の減少量）の $3$ 倍である。
• イ　亜鉛と塩酸の反応で、亜鉛を粉末にして表面積を大きくすると反応速度が大きくなるのは、反応の活性化エネルギーが小さくなるためである。
• ウ　気体どうしの反応で、温度を一定に保ったまま容器を圧縮して圧力を大きくすると、各気体の濃度が大きくなって単位時間あたりの分子の衝突回数が増えるため、反応速度は大きくなる。
• エ　水素と塩素の混合気体に強い光を当てると爆発的に反応するのは、光によって反応エンタルピー（反応熱）の値が大きくなるためである。
• オ　温度を $10\mathrm{K}$ 上げると反応速度が $2$〜$3$ 倍になることが多いのは、分子どうしの衝突回数が $2$〜$3$ 倍に増えるためである。

水素と塩素を体積比 $1:1$ で混合した気体を、常温で暗所に置いても、塩化水素はほとんど生じない。ところが、温度・圧力・濃度を変えずに、この混合気体に強い紫外線を含む光を当てると、反応が急激に進んで爆発的に塩化水素が生じる。

$${\mathrm{H}}_2+\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2⟶2\mathrm{HCl}$$

また、臭化銀に光を当てると銀が遊離して黒くなる変化も、同じしくみで起こる。このように、物質が光のエネルギーを吸収することによって起こる化学反応を何というか。漢字で答えよ。

反応速度とその変化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　過酸化水素の分解反応 $2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2⟶2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{O}}_2$ において、ある時間での ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ の減少速度（単位はいずれも $mol/(\mathrm{L}\cdot \mathrm{s})$）は、${\mathrm{O}}_2$ の生成速度の 2 倍である。
• イ　同じ質量の亜鉛を同じ濃度・同じ体積の塩酸に加えると、塊状の亜鉛より粉末状の亜鉛のほうが速く反応する。これは、固体の表面積が大きくなり、単位時間あたりに亜鉛と水素イオンが衝突する回数が増えるためである。
• ウ　気体どうしの反応で、温度を一定に保ったまま容器の体積を小さくして圧力を大きくすると、反応物の濃度が大きくなるので、反応速度は大きくなる。
• エ　体積一定の容器内で進む気体どうしの反応に、温度を一定に保ったまま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、反応物の濃度が大きくなり、反応速度は大きくなる。
• オ　臭化銀に光を当てると銀が析出するように、光のエネルギーを吸収することによって進む反応がある。