反応速度を変える要因｜高校化学

根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「化学」の内容 (2) ア (ｲ) ㋐「反応速度」。
内容の取扱いは「要因」について濃度、温度及び触媒の有無を扱うことを求めており、
解説は活性化エネルギーや触媒の利用例にも触れるとしている。

0. どういう論点か

速くする手は 3 つで、効き方の理由がそれぞれ違います。

要因	何が起きるか	活性化エネルギー
濃度を上げる	衝突の回数が増える	変わらない
温度を上げる	山を越えられる分子の割合が急に増える	変わらない
触媒を加える	別の道すじを通れるようになる	小さくなる

引っかけの分かれ目は次の 3 つ。

活性化エネルギーを下げるのは触媒だけ（温度は下げない。越えられる分子を増やすだけ）
触媒は反応の前後で変化しない（反応式には現れない）
触媒は反応エンタルピーを変えない（山が低くなるだけで、始点と終点の高さは同じ）

1. 濃度と温度

根拠: 学習指導要領化学-(2)-ア-(イ)-㋐

反応物の濃度を大きくすると、反応が速くなるのはなぜ？

単位時間あたりの衝突の回数が増えるから

活性化エネルギーが変わるわけではない。

固体が関わる反応で、固体を粉末にすると速くなるのはなぜ？

表面積が増えて、接触できる部分が増えるから

濃度を上げるのと同じく、衝突の機会を増やしている。

気体の反応で、圧力を高くすると速くなるのはなぜ？

押し縮められて濃度が大きくなるから

分子どうしの距離が近くなる。

温度を上げると反応が速くなるのはなぜ？

活性化エネルギー以上のエネルギーをもつ分子の割合が大きく増えるから

衝突の回数が増えるだけでは、この大きな変化は説明できない。

温度が 10 K 上がると反応速度はおよそ何倍になる？

2〜4 倍程度

分子のエネルギー分布の裾が大きく伸びるため、わずかな温度差で大きく変わる。

冷蔵庫に食品を入れると傷みにくいのは、どの要因によるか？

温度（低くすると反応速度が小さくなる）

腐敗も化学反応なので、同じ規則に従う。

2. 触媒

根拠: 学習指導要領化学-(2)-ア-(イ)-㋐

触媒とは？

それ自身は反応の前後で変化せず、反応速度を大きくする物質

繰り返し働くので、少量で足りる。

触媒が反応を速くする仕組みは？

活性化エネルギーの小さい、別の道すじを通れるようにするから

山を越えやすくするのであって、分子を押し上げるのではない。

触媒を加えると、反応エンタルピー ΔH はどうなる？

変わらない

始めと終わりの状態が同じなので、高さの差は変わらない。

過酸化水素の分解に使う代表的な触媒は？

酸化マンガン(Ⅳ)

生の肝臓（カタラーゼ）でも分解が速くなる。

反応物と均一に混じり合う触媒と、そうでない触媒をそれぞれ何という？

均一触媒と不均一触媒

固体の表面で働くものは不均一触媒。

生体内で働く触媒を何という？

酵素

特定の反応にしか働かず、温度や pH の影響を強く受ける。

酵素が高温で働かなくなるのはなぜ？

タンパク質が変性して、立体構造が壊れるから

ふつうの触媒と違い、温度を上げれば速くなるとは限らない。

3. アンモニアの工業的製法で確かめる

根拠: 学習指導要領化学-(2)-ア-(イ)-㋐

ハーバー・ボッシュ法で使われる触媒は？

四酸化三鉄を主成分とする鉄触媒

窒素の N≡N を切るために欠かせない。

ハーバー・ボッシュ法が高温・高圧で行われるのはなぜ？

高圧は収率のため、高温は反応速度のため

温度を上げると収率は下がるので、速さとの兼ね合いで決めている。

接触法（硫酸の製造）で二酸化硫黄を酸化するときの触媒は？

酸化バナジウム(Ⅴ)

2SO₂ + O₂ → 2SO₃ の反応に使う。

オストワルト法（硝酸の製造）でアンモニアを酸化するときの触媒は？

白金

NH₃ を NO に変える段階で使う。