化学平衡（知識）

密閉容器に水素 ${\mathrm{H}}_2$ とヨウ素 ${\mathrm{I}}_2$ を入れて一定温度に保つと、次の反応が起こる。
$${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{HI}$$
この反応では、はじめは右向きの反応（正反応）の速さが大きく、左向きの反応（逆反応）の速さは小さい。時間がたつと正反応の速さはしだいに小さくなり、逆反応の速さはしだいに大きくなって、やがて両者の速さが等しくなる。このとき、正反応も逆反応も起こり続けているが、${\mathrm{H}}_2$、${\mathrm{I}}_2$、$\mathrm{HI}$ の濃度はそれ以上変化しなくなり、見かけ上は反応が止まったように見える。

このように、可逆反応において正反応と逆反応の速さが等しくなり、各物質の濃度が一定に保たれている状態を何というか。

可逆反応 $a\mathrm{A}+b\mathrm{B}\rightleftarrows c\mathrm{C}+d\mathrm{D}$ が平衡状態にあるとき、各物質のモル濃度の間には次の関係が成り立つ。

$$K=\frac{[\mathrm{C}{]}^c[\mathrm{D}{]}^d}{[\mathrm{A}{]}^a[\mathrm{B}{]}^b}$$

この $K$ を平衡定数という。平衡定数 $K$ の値は、反応の種類が同じであれば（ a ）だけによって決まり、平衡状態にある混合物に反応物 $\mathrm{A}$ を加えて濃度を大きくしても、$K$ の値は（ b ）。

文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

次のア〜オの可逆反応が、それぞれ密閉容器の中で平衡状態にある。温度を一定に保ったまま容器の体積を小さくして全体の圧力を高くしたとき、平衡が右向き（生成物が増える向き）に移動するものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、$(\mathrm{s})$ を付けた物質は固体で、それ以外の物質はすべて気体である。

• ア　${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$
• イ　${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{HI}$
• ウ　${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$
• エ　$2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{O}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$
• オ　$\mathrm{C}(\mathrm{s})+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{CO}$

窒素と水素からアンモニアが生成する反応は、次の式で表される発熱反応である（$(\mathrm{g})$ は気体を表す）。

$${\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})\Delta H=-92\mathrm{kJ}$$

密閉容器の中でこの反応が平衡状態にある。容器の体積を一定に保ったまま条件を 1 つだけ変えたときの変化について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　温度を上げると、平衡は右に移動する。
• イ　触媒を加えると、平衡は右に移動する。
• ウ　温度を下げると、平衡は右に移動する。
• エ　触媒を加えると、平衡は左に移動する。

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。

$${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$$

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 $\mathrm{Ar}$ 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、${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$ と $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ 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。

酢酸は水溶液中で一部が電離し、次の電離平衡が成り立っている。

$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}$$

温度を $25{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保ったまま、$0.10mol/L$ の酢酸水溶液を水で薄めて $0.010mol/L$ にした。薄める前と比べたときの変化について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、水の電離による ${\mathrm{H}}^{+}$ は無視できるものとする。

• ア　酢酸の電離定数 $K_a$ は大きくなる。
• イ　酢酸の電離度は大きくなる。
• ウ　酢酸の電離定数 $K_a$ は変わらない。
• エ　水素イオン濃度 $[{\mathrm{H}}^{+}]$ は大きくなる。
• オ　酢酸イオン濃度 $[\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}]$ は小さくなる。

工業的にアンモニアをつくるハーバー・ボッシュ法では、次の発熱反応を利用する（$(\mathrm{g})$ は気体を表す）。

$${\mathrm{N}}_2(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{g})\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3(\mathrm{g})\Delta H=-92\mathrm{kJ}$$

この方法では、鉄を主成分とする触媒を用い、高い圧力のもとで、およそ $400\sim 600{}^{\circ }\mathrm{C}$ の温度で反応させる。温度をこれより低くしない理由として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　温度を高くすると、平衡が右に移動してアンモニアの割合が大きくなるから。
• イ　温度を高くすると、この反応の平衡定数が大きくなるから。
• ウ　温度を高くすると、触媒を使わなくても平衡の位置が右にかたよるから。
• エ　温度を低くすると、反応速度が小さくなり、平衡に達するまでに長い時間がかかるから。

アンモニア水中では、アンモニアの一部が電離し、次の電離平衡が成り立っている。

$$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$$

このアンモニア水に、温度を一定に保ったまま塩化アンモニウム $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{Cl}$ の固体を少量加えて溶かした。塩化アンモニウムは水溶液中で完全に電離する。このときの変化について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、固体を溶かしたことによる溶液の体積の変化は無視できるものとする。

• ア　平衡は右に移動し、アンモニアの電離度は大きくなる。
• イ　平衡は左に移動し、アンモニアの電離度は小さくなる。
• ウ　平衡は左に移動し、アンモニアの電離度は大きくなる。
• エ　平衡は移動せず、アンモニアの電離度は変わらない。

酢酸 $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ と酢酸ナトリウム $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COONa}$ を同じ物質量ずつ含む混合水溶液がある。この水溶液中では、酢酸ナトリウムはほぼ完全に電離して $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ と $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ になっており、酢酸はほとんど電離せずに $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ のまま存在している。この水溶液について述べた文として正しいものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　少量の塩酸を加えると、加えた ${\mathrm{H}}^{+}$ は主に $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ と反応して消費される。
• イ　少量の塩酸を加えると、加えた ${\mathrm{H}}^{+}$ は主に $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ と反応して消費される。
• ウ　少量の水酸化ナトリウム水溶液を加えると、加えた $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ は主に $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ と反応して消費される。
• エ　酢酸の代わりに塩酸、酢酸ナトリウムの代わりに塩化ナトリウムを用いた混合水溶液も、同じように緩衝作用を示す。

塩化銀 $\mathrm{AgCl}$ は水に溶けにくい塩で、その飽和水溶液では、沈殿として残った塩化銀と溶けたイオンの間に次の溶解平衡が成り立つ（$(\mathrm{s})$ は固体を表す）。

$$\mathrm{AgCl}(\mathrm{s})\rightleftarrows \mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$$

このとき、$K_{\mathrm{sp}}=[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ を塩化銀の溶解度積という。塩化銀の溶解度積と沈殿の生成について述べた文として正しいものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、温度は一定に保たれているものとする。

• ア　$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ を含む水溶液と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ を含む水溶液を混合した直後に $[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ が $K_{\mathrm{sp}}$ より大きくなると、塩化銀の沈殿が生じる。
• イ　塩化銀の飽和水溶液に塩化ナトリウムを溶かすと、塩化銀の溶解度積 $K_{\mathrm{sp}}$ は小さくなる。
• ウ　塩化銀の飽和水溶液に塩化ナトリウムを溶かすと、塩化銀の溶解度は大きくなる。
• エ　$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ を含む水溶液と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ を含む水溶液を混合した直後に $[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ が $K_{\mathrm{sp}}$ より小さくても、塩化銀の沈殿が生じる。

密閉した容器に水素 ${\mathrm{H}}_2$ とヨウ素 ${\mathrm{I}}_2$ を入れて一定温度に保つと、次の可逆反応が起こる。
$${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2HI$$
はじめは右向きの反応（正反応）の速さが大きいが、時間がたつにつれて正反応の速さは小さくなり、左向きの反応（逆反応）の速さは大きくなる。やがて正反応の速さと逆反応の速さが等しくなると、${\mathrm{H}}_2$・${\mathrm{I}}_2$・$\mathrm{HI}$ の濃度はそれぞれ一定に保たれ、見かけ上、反応が止まったように見える。

このように、可逆反応において正反応と逆反応の速さが等しくなり、各物質の濃度が変化しなくなった状態を何というか。

アンモニア水中では、アンモニアの一部が水と反応して、次の電離平衡が成り立っている。
$$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$$
この水溶液に塩化アンモニウム $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{Cl}$ を加えて溶かすと、$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{Cl}$ はほぼ完全に電離して $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$ が増えるため、上の平衡は左に移動し、アンモニアの電離度は小さくなる。

このように、電離平衡にある水溶液に、その平衡に含まれるイオンと同じ種類のイオンを生じる物質を加えたとき、平衡が移動して弱電解質の電離が抑えられる現象を何というか。

密閉容器内で、窒素 ${\mathrm{N}}_2$・水素 ${\mathrm{H}}_2$・アンモニア $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ が次の平衡状態にある。
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2N{\mathrm{H}}_3$$
この反応の平衡定数（濃度平衡定数）を
$$K=\frac{[\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3{]}^2}{[{\mathrm{N}}_2][{\mathrm{H}}_2{]}^3}$$
とする。この平衡状態から、次のア〜オの操作をそれぞれ行い、新しい平衡状態になったとする。新しい平衡状態での $K$ の値が、操作の前と比べて変化するものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、ア・オ以外の操作では温度を一定に保つものとする。

• ア　温度を上げる。
• イ　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。
• ウ　触媒を加える。
• エ　体積を一定に保ったまま、${\mathrm{N}}_2$ を加える。
• オ　温度を下げる。

窒素と水素からアンモニアを合成する反応は、次の式で表される可逆反応である。

$${\mathrm{N}}_2\text{(気)}+3{\mathrm{H}}_2\text{(気)}\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\text{(気)}\Delta H=-92\mathrm{kJ}$$

工業的なアンモニアの合成（ハーバー・ボッシュ法）では、反応容器内の圧力を高くする。これは、平衡状態にある反応系で圧力を高くすると、圧力の増加をやわらげる向き、すなわち気体の分子の総数が減少する向きに平衡が移動し、アンモニアの生成率が大きくなるからである。

このように、「平衡状態にある反応系で、濃度・圧力・温度などの条件を変化させると、その変化をやわらげる向きに平衡が移動する」という原理を何というか。

密閉容器に水素 ${\mathrm{H}}_2$ とヨウ素 ${\mathrm{I}}_2$ を入れ、温度を一定に保つと、次の可逆反応が起こり、やがて平衡状態に達する。

$${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{HI}$$

この反応について述べた文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、はじめ容器内に $\mathrm{HI}$ は存在しないものとする。

• ア　平衡状態では、正反応も逆反応も起こらなくなっている。
• イ　平衡状態では、${\mathrm{H}}_2$、${\mathrm{I}}_2$、$\mathrm{HI}$ の濃度の比は、必ず化学反応式の係数の比 $1:1:2$ になっている。
• ウ　反応開始から平衡状態に達するまでの間、正反応の速さはしだいに小さくなり、逆反応の速さはしだいに大きくなる。
• エ　平衡状態では、正反応の速さは逆反応の速さより大きい。

二酸化硫黄と酸素から三酸化硫黄が生じる次の可逆反応は、右向きが発熱反応である。物質はすべて気体である。

$$2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{O}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$$

この反応が平衡状態にあるとき、モル濃度で表した平衡定数 $K$ は
$$K=\frac{[\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3{]}^2}{[\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2{]}^2[{\mathrm{O}}_2]}$$
で表される。同じ反応について、濃度・全体の圧力・温度のうち、平衡定数の値を変化させる条件は（ a ）だけであり、それ以外の条件を変えて平衡が移動しても、新しい平衡状態での $K$ の値はもとと変わらない。この反応で、ほかの条件は変えずに（ a ）だけを上げると、新しい平衡状態での平衡定数の値は（ b ）。ただし、触媒は用いないものとする。

文中の空欄（ a ）・（ b ）に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

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。

酢酸とエタノールを混合して一定温度に保つと、次の可逆反応が起こる。
$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COO}{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$
混合した直後は右向きの反応（正反応）だけが起こるが、時間がたつにつれて、正反応の速さはしだいに（ a ）なり、左向きの反応（逆反応）の速さはしだいに大きくなる。やがて正反応と逆反応の速さが等しくなると、各物質の濃度が一定になり、見かけ上は反応が止まったように見える。この状態では、正反応と逆反応は（ b ）。

一酸化炭素と水素からメタノールが生じる次の可逆反応は、右向き（正反応）が発熱反応である。物質はすべて気体であり、密閉容器の中で平衡状態にあるとする。
$$\mathrm{CO}+2{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{OH}$$
この反応の平衡定数（濃度平衡定数）$K$ について述べた次の文中の空欄 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〜オのうちから 1 つ選べ。

温度を一定に保ったまま容器の体積を小さくして全体の圧力を高くすると、平衡は右に移動するが、$K$ の値は（ a ）。一方、圧力を一定に保ったまま温度を高くすると、$K$ の値は（ b ）。

硫酸バリウム $\mathrm{BaS}{\mathrm{O}}_4$ は水に溶けにくい塩で、その飽和水溶液中では次の溶解平衡が成り立つ。
$$\mathrm{BaS}{\mathrm{O}}_4\text{(固)}\rightleftarrows \mathrm{B}{\mathrm{a}}^{2+}+\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4{}^{2-}$$
硫酸バリウムの溶解度積を $K_{\mathrm{sp}}$ とする。硫酸バリウムと $K_{\mathrm{sp}}$ についての記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、硫酸ナトリウムは水によく溶け、水中で完全に電離するものとする。

• ア　$K_{\mathrm{sp}}$ の値は、温度が一定であれば一定である。
• イ　$\mathrm{B}{\mathrm{a}}^{2+}$ と $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4{}^{2-}$ を含む水溶液で、$[\mathrm{B}{\mathrm{a}}^{2+}][\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4{}^{2-}]$ の値が $K_{\mathrm{sp}}$ より小さいとき、硫酸バリウムの沈殿が生じる。
• ウ　$\mathrm{B}{\mathrm{a}}^{2+}$ と $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4{}^{2-}$ を含む水溶液で、$[\mathrm{B}{\mathrm{a}}^{2+}][\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4{}^{2-}]$ の値が $K_{\mathrm{sp}}$ より大きくなると、硫酸バリウムの沈殿が生じる。
• エ　硫酸バリウムの固体が溶け残った飽和水溶液に、さらに硫酸バリウムの固体を加えてかき混ぜると、$[\mathrm{B}{\mathrm{a}}^{2+}]$ は大きくなる。
• オ　硫酸バリウムの飽和水溶液に硫酸ナトリウムを溶かすと、硫酸バリウムの沈殿が生じる。

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。ただし、温度は常に一定に保つものとする。

弱酸である酢酸は、水溶液中でその一部だけが電離し、次の電離平衡が成り立っている。
$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}$$
酢酸水溶液に水を加えて薄めていくと、酢酸の電離度は（　a　）。

また、もとの濃度の酢酸水溶液に少量の塩酸を加えると、塩化水素の電離によって ${\mathrm{H}}^{+}$ の濃度が大きくなり、上の平衡が移動する。その結果、酢酸の電離度は（　b　）。

酢酸は水溶液中で一部が電離し、次の電離平衡が成り立つ。

$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}$$

温度を $25{}^{\circ }\mathrm{C}$ に保ったまま、$0.10mol/L$ の酢酸水溶液に次の操作を行ったときの変化について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、酢酸ナトリウムは水溶液中で完全に電離するものとする。

• ア　水を加えて薄めると、酢酸の電離定数 $K_{\mathrm{a}}$ は大きくなる。
• イ　水を加えて薄めると、酢酸の電離度は大きくなる。
• ウ　水を加えて薄めると、水溶液の水素イオン濃度 $[{\mathrm{H}}^{+}]$ は大きくなる。
• エ　酢酸ナトリウムの固体を溶かすと、酢酸の電離平衡は右向き（電離する向き）に移動する。
• オ　酢酸ナトリウムの固体を溶かすと、酢酸の電離度は小さくなる。

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、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ と $\mathrm{CO}$ は気体である。
$$\mathrm{C}\text{(固)}+\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2\text{(気)}\rightleftarrows 2\mathrm{CO}\text{(気)}$$
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。

少量の酸や塩基を加えても pH がほとんど変化しない水溶液を緩衝液という。緩衝液は、加えた ${\mathrm{H}}^{+}$ と反応してこれを消費する粒子と、加えた $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ と反応してこれを消費する粒子を、どちらも多量に含んでいる。次のア〜オの水溶液のうち、緩衝液としてはたらくものをすべて選べ。ただし、水溶液の温度は $25{}^{\circ }\mathrm{C}$ とし、「混合」はどれも同じ体積どうしを混ぜたものとする。

• ア　$0.10mol/L$ の酢酸水溶液と $0.10mol/L$ の酢酸ナトリウム水溶液の混合水溶液
• イ　$0.10mol/L$ の塩化ナトリウム水溶液と $0.10mol/L$ の塩化カリウム水溶液の混合水溶液
• ウ　$0.10mol/L$ のアンモニア水と $0.10mol/L$ の塩化アンモニウム水溶液の混合水溶液
• エ　$0.10mol/L$ の酢酸水溶液と $0.10mol/L$ の塩化ナトリウム水溶液の混合水溶液
• オ　$0.20mol/L$ の酢酸水溶液と $0.10mol/L$ の水酸化ナトリウム水溶液の混合水溶液

酢酸とエタノールから酢酸エチルと水が生じる反応は、次の式で表される可逆反応である。ここでは右向きの反応を正反応、左向きの反応を逆反応とよぶ。
$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COO}{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$
容器に酢酸エチルと水だけを入れ、少量の触媒を加えて温度を一定に保ったところ、反応が進み、やがて平衡状態に達した。この間の反応の速さについて述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜オのうちから 1 つ選べ。

反応を始めた直後は逆反応だけが起こる。時間がたつにつれて、逆反応の速さは（ a ）。平衡状態に達したあとは、正反応の速さと逆反応の速さは（ b ）。

次の文中の空欄 a・b に入る語句（化学式）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。ただし、温度は一定に保つものとする。

酢酸 $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ と酢酸ナトリウム $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COONa}$ をほぼ同じ物質量ずつ溶かした水溶液は、緩衝液としてはたらく。この水溶液中では、酢酸ナトリウムはほぼ完全に電離しており、酢酸は電離平衡
$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}$$
が左に大きくかたよっているため、$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ と $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ がともに多量に存在している。

この水溶液に少量の水酸化ナトリウム水溶液を加えると、加えた $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ はおもに（　a　）と反応して水に変わる。また、少量の塩酸を加えると、加えた ${\mathrm{H}}^{+}$ はおもに（　b　）と結びつく。そのため、いずれの場合も水溶液の pH はほとんど変化しない。

酢酸と酢酸ナトリウムをいずれも $0.10mol/L$ ずつ含む水溶液 A がある。水溶液 A や緩衝液についての記述として誤っているものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　水溶液 A に少量の塩酸を加えると、加えた ${\mathrm{H}}^{+}$ の大部分は $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ と結びついて $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ になるので、pH はほとんど変化しない。
• イ　水溶液 A に少量の水酸化ナトリウム水溶液を加えると、加えた $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ の大部分は $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ と反応して $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ と ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ になるので、pH はほとんど変化しない。
• ウ　水溶液 A 中では、酢酸ナトリウムの電離で生じた多量の $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ のため、酢酸の電離度は、同じ濃度の酢酸だけを含む水溶液よりも大きくなっている。
• エ　アンモニアと塩化アンモニウムを含む水溶液も、少量の酸や塩基を加えたときに pH がほとんど変化しない緩衝液としてはたらく。

塩化銀 $\mathrm{AgCl}$ は水にわずかに溶け、その飽和水溶液中では次の溶解平衡が成り立つ。
$$\mathrm{AgCl}\text{(固)}\rightleftarrows \mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$$
$\mathrm{AgCl}$ の溶解度積を $K_{\mathrm{sp}}=[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ とする。温度はつねに一定に保たれているものとして、$\mathrm{AgCl}$ の溶解と沈殿について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。

• ア　$\mathrm{AgCl}$ の溶解度積 $K_{\mathrm{sp}}$ の値は、水溶液中に共存する $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ の濃度が大きいほど大きくなる。
• イ　$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ を含む水溶液と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ を含む水溶液を混合した直後に、$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ の値が $K_{\mathrm{sp}}$ より小さければ、$\mathrm{AgCl}$ の沈殿が生じる。
• ウ　$\mathrm{AgCl}$ の飽和水溶液に硝酸銀 $\mathrm{AgN}{\mathrm{O}}_3$ 水溶液を少量加えると、共通イオン効果により $\mathrm{AgCl}$ の溶解度は大きくなる。
• エ　$\mathrm{AgCl}$ が溶け残っている飽和水溶液に塩化ナトリウム $\mathrm{NaCl}$ を加えて溶かすと、$\mathrm{AgCl}$ がさらに沈殿し、水溶液中の $[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ は加える前より小さくなる。

ピストン付きの容器に四酸化二窒素 ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4$ と二酸化窒素 $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2$ 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。
$${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_4\text{(気)}\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2\text{(気)}$$
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 $\mathrm{Ar}$ 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 $\mathrm{Ar}$ 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 $\mathrm{Ar}$ 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。

アンモニアと塩化アンモニウムをほぼ同じ物質量ずつ溶かした水溶液について、次の文を読み、下の問いに答えよ。

この水溶液中では、塩化アンモニウムはほぼ完全に電離して $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4{}^{+}$ と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ を生じている。一方、アンモニアの電離 $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4{}^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ は、多量に存在する $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4{}^{+}$ のためにほとんど進まず、アンモニアの大部分は $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ 分子のまま存在している。

この水溶液に少量の塩酸を加えると、加えた ${\mathrm{H}}^{+}$ は主に（ a ）と反応して消費される。また、少量の水酸化ナトリウム水溶液を加えると、加えた $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ は主に（ b ）と反応して消費される。このため、いずれの場合も水溶液の pH はほとんど変化しない。

文中の空欄（ a ）・（ b ）に入る化学式の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

塩化銀 $\mathrm{AgCl}$ の固体を水に加えてよくかき混ぜ、固体の一部が溶け残った状態で、次の溶解平衡が成り立つようにした。

$$\mathrm{AgCl}\text{(固)}\rightleftarrows \mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$$

この溶液に、温度を一定に保ったまま、塩化ナトリウム $\mathrm{NaCl}$ の濃い水溶液を少量加えてよくかき混ぜ、再び平衡状態にした。ただし、加えた水溶液による溶液の体積の変化は無視でき、$\mathrm{NaCl}$ は水溶液中で完全に電離しているものとする。また、$\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ と $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ は上の溶解平衡以外の反応を起こさないものとする。

$\mathrm{NaCl}$ 水溶液を加える前と、加えた後に再び平衡状態になったときを比べた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　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ が小さくなるので、$\mathrm{AgCl}$ の溶解度積も小さくなる。
• イ　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}][\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ の値は、加える前の溶解度積の値より大きいまま保たれる。
• ウ　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ は小さくなり、溶け残っている $\mathrm{AgCl}$ の固体の量は増える。
• エ　$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ と $[\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}]$ はどちらも小さくなる。
• オ　溶け残っていた $\mathrm{AgCl}$ の固体の一部が溶け、$[\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}]$ は大きくなる。

工業的にアンモニアを製造するハーバー・ボッシュ法では、次の可逆反応を利用する。物質はすべて気体であり、右向きの反応（正反応）は発熱反応である。
$${\mathrm{N}}_2+3{\mathrm{H}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$$
ハーバー・ボッシュ法の反応条件と、平衡・反応速度の関係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。

• ア　平衡だけを考えると低温ほどアンモニアの割合が大きくなるので、工業的には室温付近のできるだけ低い温度で反応させている。
• イ　四酸化三鉄を主成分とする触媒を用いると、平衡に達するまでの時間が短くなり、平衡に達したときのアンモニアの割合も大きくなる。
• ウ　温度を一定に保って圧力を高くすると、気体分子の総数が減少する向きに平衡が移動するので、平衡に達したときのアンモニアの割合が大きくなる。
• エ　圧力を一定に保って温度を高くすると、反応速度が大きくなり、平衡に達したときのアンモニアの割合も大きくなる。
• オ　反応後の混合気体を冷却して、生じたアンモニアを液体として取り除くと、平衡は左向きに移動する。

1 価の弱酸 $\mathrm{HA}$ の水溶液では、次の電離平衡が成り立っている。
$$\mathrm{HA}\rightleftarrows {\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{A}}^{-}$$
温度は常に一定に保つものとし、$\mathrm{HA}$ の電離度は $1$ に比べて十分に小さいとする。また、$\mathrm{HA}$ のナトリウム塩 $\mathrm{NaA}$ は水中で完全に電離するものとする。この $\mathrm{HA}$ の水溶液についての記述として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。

• ア　水を加えて $\mathrm{HA}$ の濃度を小さくすると、$\mathrm{HA}$ の電離度は大きくなる。
• イ　水を加えて $\mathrm{HA}$ の濃度を $\frac{1}{4}$ 倍にすると、$\mathrm{HA}$ の電離度はおよそ $2$ 倍になる。
• ウ　水を加えて $\mathrm{HA}$ の濃度を小さくすると、$\mathrm{HA}$ の電離定数は大きくなる。
• エ　水を加えて $\mathrm{HA}$ の濃度を小さくすると、水溶液中の水素イオン濃度 $[{\mathrm{H}}^{+}]$ は大きくなる。
• オ　この水溶液に $\mathrm{NaA}$ を溶かすと、$\mathrm{HA}$ の電離度は小さくなる。
• カ　この水溶液に少量の塩酸を加えると、電離平衡が右に移動し、$\mathrm{HA}$ の電離度は大きくなる。