問97-92 解説


問92

次の化学反応式に関する記述のうち、正しいのはどれか。
2つ選べ。



ただし、△HO はアンモニアの標準生成エンタルピーであり、(g) は気体状態を示す。

 1 反応が平衡状態にあるとき、温度を低下させると反応は右方向に進行する。

 2 反応が平衡状態にあるとき、圧力をかけると反応は左方向に進行する。

 3 触媒の添加により、反応の生成エンタルピーを低下させることができる。

 4 温度を変化させて、ファントホッフプロットを行うと、右上がりの直線性のプロットが得られる。





△HOがマイナスであることから、反応エネルギーのイメージが下図です。



つまり、アンモニアが生成すると、エネルギー的により安定であるということです。
これは、エネルギー差の分だけ、アンモニアが生成すると、熱が出る反応であるということです。

さて、系が平衡状態にある時、微小な変化がおきると、系は平衡状態に戻ろうとします。
(ルシャトリエ・ブラウンの原理と呼ばれます。)
例えば、温度が少し低下すると、温度を上げようとします。
つまり発熱反応がおきる方向に偏ります。つまり、この系では、アンモニア生成の方向に偏ります。
よって、反応は右方向に進行するといえ、選択肢1は正解です。

次に、圧力を少しあげると、圧力を下げる方向に偏ります。
この式では、左辺の項が2つ、右辺の項が1つであるため
圧力を下げる方向とは、右方向です。

なぜなら、2つの分子が1つになる=物質量が減るということだからです。
物質量が減ると、圧力が減ります。
これは、気体の状態方程式 pv = nRT において、v,Tが一定である状態を考えると
n が減少すれば、p も減少することからわかります。
よって、選択肢 2 は、左方向という部分が間違いです。


触媒の添加は、イメージとしては下図のように反応に必要なエネルギーを変化させる行為です。


反応の生成エンタルピーとは、反応の始点と終点のエネルギー差なので
触媒の添加では、生成エンタルピーは変化しません。
よって、選択肢 3 は誤りです。


ファントホッフプロットとは、横軸に温度の逆数、縦軸に平衡定数の対数を取ってプロットすると
傾きが-⊿H/R となり、反応のエンタルピーを求めることができるプロットです。
本問では、⊿H が負なので、傾きは正となります。
つまり、右上がりの直線となります。
よって、選択肢 4 は正解です。

以上より、正解は 1,4 です。