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よく聞く質問集 ~ 反応速度と化学平衡編~
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高校化学オススメ勉強サイト紹介 http://tomo-chem.com/chemistry-at-highschool/

詳しい単元の内容は他サイトが充実している(上記リンク参照)ので、このブログでは、予備校講師のともけむがよく生徒から聞かれる質問とその回答を書いていくことにする。

このページでは、「反応速度と化学平衡」についてだ。

反応速度式は化学反応式から立式出来ないのに、平衡 K の式はなんで反応式を見て作っていいの?

 この質問をした生徒は、化学がよく出来た生徒だった。きちんと系統立てて勉強できているからこその質問だと思う。
さて結論から言おう。

回答
実は化学平衡の式 K は、反応速度式から導かなくても、他のアプローチで導けるものだから。

上記で分かるのであれば、以下の説明は読まなくても良い。詳細を解説していこう。

 

化学反応式 $\ce{aA + bB <=> cC}$ で表される反応のうち、素反応であるならば、正反応は $v_1 = k_1 [A]^a [B]^b $ 逆反応は $v_2 = k_2 [C]^c $ のように、反応式の係数と速度式の次数が一致する。

素反応とは、1つの反応段階だけで完結する反応だ。

そして 高校化学では、$v_1 = v_2$ として質量作用の法則、平衡定数 K の式を導くわけだ。(分からなければ他サイトや教科書を見よう。索引で質量作用の法則を探そう。)これは、科学者、グルベルさんとヴォーゲさんが、反応速度の研究からとったものである。(1867年)

素反応でない反応=他段階反応の方が圧倒的に多いのだが、1例を以下に載せておく。→クリック

他段階反応では、各段階の反応のうち、全体の反応に一番影響のあるものを用いて反応速度式を立式することとなる。(この段階を律速段階という。)だから、素反応でなければ係数がそのまま次数とはならないことの方が多い。

ところで昔の大科学者 ファント・ホッフさんが、熱力学の分野でのアプローチにより、

質量作用の法則は多段階反応も含めて成り立つ

ことを証明した。(1883年)一般的には反応速度式から証明する必要が無い、ということである。

ということで、

ポイント
素反応・・・反応速度式も平衡の式も、化学反応式の係数を見て立式 OK。

他段階反応・・・反応速度式は化学反応式の係数を見て立式NGだが、平衡の式は化学反応式の係数を見て立式OK。

すなわち、平衡の式 K はいつでも反応式の係数と濃度の次数が一致すると理解しよう。

化学反応式を見て、素反応なのか他段階反応かは分からないが、高校段階で速度反応式に関する問題がでたとき、特に断りがなければ、素反応と考えて処理すればよい。(他段階反応であれば誘導がつく。)

 

 

 

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