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理論化学(12)大学入試対策[反応速度]

投稿日:10月 15, 2021 更新日:

・問題1反応速度に関する基本について!


・問題2反応速度と反応速度式について!

(問題2)次の文中の(ア)~(ク)に当てはまる数字や適当な式を求めよ。

無色の一酸化窒素に酸素をまぜると①式のように反応して赤褐色の二酸化窒素になる。

2NO +O2 → 2NO2・・①

このNO2の初期生成速度v[mol/L・秒]は②式で表されるものとする。

v=k[NO]2[O2]・・② k:反応速度定数、[ ]:モル濃度

いま50℃に保った容積10Lの容器中で5.00molのNOと2.50molのO2を混合して反応させたところ、反応開始後200秒間でNO2が0.10mol生成した。ここで200秒後のNOおよびO2の濃度はそれぞれ(ア)mol/L,(イ)mol/Lになる。しかし反応初期ではNOおよびO2の減少量は無視できるのでそれらの濃度を近似的に初濃度と同一とみなすことができる。したがって②よりv=(ウ)k[mol/L・秒]となる。一方、このvをNO2の生成量から求めてみるとv=(エ)[mol/L・秒]となる。そこで(ウ)kと(エ)を等しいとおいてkは(オ)L2/mol2・秒と求められる。上記の反応を同一温度において5Lの容器中で行うとNOおよびO2の初濃度はそれぞれ(カ)倍となり②式からNO2の初期生成速度vはもとの(キ)倍になる。また同一温度でNOの初濃度を2倍にしてO2の初濃度を0.5倍にすると②式よりvはもとの(ク)倍になることがわかる。


・問題3反応速度式について!

(問題3)40℃の四塩化炭素溶液中五酸化二窒素N2O5の分解反応2N2O5→4NO2+O2を行い、下の表のような結果を得ることが出来た。これに基づき以下の問いに答えよ。

N2O5の初期濃度[mol/L]N2O5の分解速度
0.2000.100
0.4000.200
0.8000.400

(1)N2O5の分解反応の反応速度式はN2O5の分解速度をv、その速度定数をkとするとどのような式で表されるか。

(2)40℃における速度定数(/(分))はいくらか。

(3)[N2O5]=0.600mol/Lのとき30℃におけるN2O5の分解速度はいくらか。

(4)(3)におけるNO2およびO2の生成速度はそれぞれいくらか。

(5)上記入の反応を次のように反応条件を変えて行った場合、反応速度v、速度定数kはそれぞれどのように変化するか。下の(ア)~(ウ)の中から適当なものを選べ。

①五酸化二窒素の初濃度を大きくする。

②反応温度を高くする。

③触媒を加える。

(ア)増加する(イ)減少する(ウ)変化しない

解答(1)v=k[N2O5](2)k=0.500[/分](3)0.300[mol/L・分]

(4)NO2の生成速度0.600mol/L・分、O2の生成速度0.150mol/L・分

(5)①v(ア),k(ウ)、②v(ア),k(ア)、③v(ア),k(ア)

解説(1)反応速度式をv=k[N2O5]nとおく。温度一定なのでkは一定である。

表から[N2O5]が2倍になると分解速度も2倍になっている。[N2O5]が4倍になるとvも4倍になる。よってv=k[N2O5](一次反応)となる。

(2)v=k[N2O5]に表の数値を代入して

0.100=k×0.200 →k=0.500[/分]

(3)v=0.500×0.600=0.300[mol/L・分]

(4)この問題は反応式の係数比に着目する

N2O5の分解速度をVN2O5, O2とNO2の生成速度をそれぞれVO2,VNO2とすると

VN2O5:VNO2:VO2=1:2:0.5なので

NO2の生成速度;0.300×2 = 0.600mol/L・分

O2の生成速度:0.300×0.5 = 0.150mol/L・分

(5)①反応物質の濃度を大きくすると反応分子同士の衝突回数が増えるので反応速度は増加する、速度定数は温度に依存するので変わらない。

②反応温度が高くなると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増すので反応速度は増加する。速度定数は温度をあげると増加する。

③触媒を加えることで活性化エネルギーの小さな反応経路によって反応が進行する結果、反応速度が大きくなる。速度定数は触媒の影響も受けるので触媒を加えると速度定数は増加する。


・問題4(難) 一次反応の反応と半減期について!


・問題5(難) アレニウスの式についての問題!

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