化学と本の巻~nao blog~

様々な本(小説や実用書)または化学(高校生向け)に関するトピックを紹介していきます。

化学の巻↓ 理論化学(高校)

反応速度(計算問題)をしっかり解いていこう!!

投稿日:10月 10, 2020 更新日:

前回は反応速度の基礎的な部分について解説したにゃ。今回は基礎的な知識を扱えるように実際に計算していくにゃ。

目次

・演習問題

問題1 

少量の酸化マンガン(Ⅵ)MnO2に過酸化水素H2O2水を加えると次式の反応がおこる。

2H2O2 → 2H2O + O2

濃度が01.0mol/LのH2O2水溶液を50.0mLぃわえたところ、反応開始から60秒間でH2O2が3.0×10-3mol反応し、O2が1.0×10-3発生した。反応速度は単位時間あたりの物質の変化量(反応物の濃度の減少量、または生成物の濃度の増加量)で表される。上記の反応について、反応速度は次のようにもとめることができる。

H2O2のモル濃度の減少量=(A)mol÷(B)L

=(C)mol/L

反応速度=H2O2のモル濃度の減少量÷反応時間

=(C)mol/L÷(D)s

=(E)mol/(L・s)

(A)~(E)にあてはまる数値を答えよ。すべて二桁

まず変化量を化学反応式から考えよう。

(解答)   

2H2O2     →     2H2O +     O2

(変化量)ー3.0×10-3mol +3.0×10-3mol +1.0×10-3mol

Δ[H2O2]=ー3.0×10-3mol÷1.0×10-2L=ー0.30[mol/L]

v=ーΔ[H2O2]÷Δt=ー(ー0.30mol/L)÷60s=5.0×10-3mol/(L・s)

(A)ー3.0×10-3、(B)1.0×10-2L、(C)ー0.30、(D)60、(E)5.0×10-3

———————————————————————————————————————————–

問題2 

過酸化水素に少量の塩化鉄(Ⅲ)を加え、25度に保つと水と酸素に分解される。過酸化水素粋の濃度を一定時間おきに測定して調べ結果と、測定時間ごとの平均濃度と平均速度を計算した値を表に示した。まず経過時間1分と4分の間の平均濃度は(A)mol/L(3桁)、平均速度は(B)mol/(L・min)(二桁)と求められる。次に測定時間間隔ごとに平均速度を平均濃度で割った値を求めると0~1分ではその値は(C)(二桁)、1~4分では(D)(二桁)、4~6では(E)(二桁)、6~9分では(F)(二桁)となり、その単位は(G)となる。これらの値(k)と平均速度(V)と過酸化水素の濃度[H2O2]との関係を表す式は(H)となることがわかる。kは反応速度定数とよばれる。(A)から(H)に入る数値または語句を答えよ。(岩手大改)

(解答) 

(A)平均濃度:[H2O2]=(0.496+0.384)÷2=0.440[mol/L]

(B)平均速度:V=ーΔH2O2÷Δt=ー(0.384ー0.496)mol/L÷(4ー1)min=0.0373

≑0.037[mol/(L・min)]

(C)0.045mol/(L・min)÷0.519mol/L≑0.087[/min]=k1とおく

(D)0.0373mol/(L・min)÷0.440mol/L≑0.085[/min]=k2とおく

(E)0.030mol/(L・min)÷0.354mol/L≑0.085[/min]=k3とおく

(F)0.025mol/(L・min)÷0.287mol/L≑0.087[/min]=k4とおく

(G)単位はそれぞれ/min]となっています。

平均濃度を横軸、平均速度を縦行くとしてグラフにすると下の図のようになります。グラフより平均速度は平均濃度に比例しているので(H)V=k[H2O2]という反応速度式になります。

ここで補足ですがkはグラフの傾きまたはk1~k4の平均値から求めることができます。上のy=0.0856xのy=axのaの部分が傾きなので0.0856です。

平均値からもとめてみましょう。

k=(0.087+0.085+0.085+0.087)÷4=0.086[/min]となりさきほどの数値とほとんどかわりません。

まだ覚えておかなくてもいいけどエクセルをつかってグラフの傾きは簡単にだせるにゃ。

———————————————————————————————————————————-

問題3

容積一定の容器中、一定温度のもとで次式①で表される可逆反応が平衡状態に達している。

H2(気)+I2(気)≑2HI(気) ①

①式の正反応において反応速度v1を物質の濃度[H2]、[I2]と正反応の速度定数k1で表すとv1=(A)であり、①式の逆反応においてその反応速度v2を[HI]と逆反応の速度定数k2で表すとv1=(B)である。

いまH2とI2の初期濃度がいずれも0.50molL/Lのとき①式の正反応開始直後におけるHIの生成速度v1は8.0×10-2mol/(L・min)であった。一方HIの初期濃度が1.0mol/Lのとき逆反応開始直後における①式の逆反応の速度v2は5.0×10-3mol/(L・min)であった。

①式の正反応および逆反応の速度定数k1およびk2はそれぞれ(C)mol/(L・min)(2桁)および(D)mol/(L・min)(2桁)となる(A)~(D)に入る語句を答えよ。(東京電気大)

(解答) 

(A) v1=k1[H2][I2]

(B)v2=k2[HI]2

(C)v1=k1[H2][I2]より

8.0×10-2=k1×0.50×0.50→k1=0.32[L/(mol・min)]

(D)v2=k2[HI]2より

5.0×10-3=k2[1.0]2→k2=5.0×10-3

-化学の巻↓, 理論化学(高校)

執筆者:


comment

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です

CAPTCHA


関連記事

気体・液体間の状態変化について(圧力や状態図も解説!)

今回は気体の圧力、気液平衡、蒸気圧、沸騰、状態図について解説するにゃ。 目次 気体の圧力とは?蒸気圧と気液平衡とは?沸騰とは?状態図とは?まとめ演習問題 ・気体の圧力とは? 熱運動している気体はあらゆ …

固体の溶解度(飽和溶液・再結晶)計算問題をマスターしよう!

今回は飽和溶液と再結晶に関する計算問題を解説していくにゃ。ちなみに少し復習すると飽和溶液が溶解度まで溶質をとかした溶液のことで再結晶が溶解度の温度の違いなどを利用して、固体物質を精製することだにゃ。問 …

マグネシウムとアルカリ土類金属についてそれぞれしっかりと学ぼう!

2族元素は自然界には単体で存在せず化合物の形で海水中や鉱物中に存在するにゃ! 化学と本の巻~nao blog~アルカリ金属についてhttps://bolg-run-nao.com/about-alka …

コロイド溶液についての性質をしっかりと復習しよう!!

今回はコロイド溶液について解説するにゃ。この分野は気楽な気持ちで臨んでも大丈夫だにゃ。 目次 コロイド粒子とは?コロイドの沈殿について?コロイド溶液の性質とは?コロイドの分類?まとめ ・コロイド粒子と …

スズ アンチモン テルル ヨウ素 キセノン(第5周期)

化学と本の巻~nao blog~ロジウム パラジウム 銀 カドミウム インジウム(第5周期)https://bolg-run-nao.com/rhodium-palladium-silver-cadm …

 


nao(管理人)

こんにちは!このブログを運営するnaoです。現在某国立地方大学大学院修士2年生です。工学研究科に属していて主に化学を中心に学んでいます。このサイトでは化学と関わりのある内容および本の書評を投稿していきます。

所持資格↓

危険物取扱免状(甲種)、公害防止管理者水質第一種