可逆反応と平衡定数
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
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) ㋑「化学平衡とその移動」。
解説は「水素とヨウ素の反応のような系を取り上げ、平衡定数を扱う」としている。
0. どういう論点か
両方向に進める反応では、やがて見かけ上の変化が止まります。
気液平衡や溶解平衡と同じで、止まったのではなく速さが等しくなった状態です。
| 反応の速さ | 見かけ | |
|---|---|---|
| 反応の初め | 正反応 > 逆反応 | 生成物が増える |
| 平衡状態 | 正反応 = 逆反応 | 変化しない |
引っかけの分かれ目は次の 3 つ。
- 平衡状態でも両方向の反応は進み続けている（動的平衡）
- 平衡定数 K は温度だけで決まる（濃度や圧力を変えても K は変わらない）
- 固体や溶媒（水）は平衡定数の式に入れない
1. 可逆反応と平衡状態
根拠: 学習指導要領 化学-(2)-ア-(イ)-㋑
どちらの向きにも進みうる反応を何という？
可逆反応
式は ⇄ で書く。一方向にしか進まない反応は不可逆反応。
化学平衡の状態とは？
正反応と逆反応の速さが等しくなり、見かけ上変化が止まった状態
反応が止まったわけではない（動的平衡）。
平衡状態では、反応物と生成物の量は等しい？
等しいとは限らない
等しいのは「変化する速さ」であって、量ではない。
反応の初め、正反応と逆反応の速さはどうなっている？
正反応のほうが速い
生成物が増えるにつれて逆反応が速くなり、やがて等しくなる。
2. 平衡定数
根拠: 学習指導要領 化学-(2)-ア-(イ)-㋑
aA + bB ⇄ cC + dD の平衡定数 K の式は？
K = [C]ᶜ[D]ᵈ / ([A]ᵃ[B]ᵇ)
生成物を分子に、反応物を分母に置き、係数を指数にする。
平衡定数 K の値は何によって変わる？
温度だけ
濃度・圧力・触媒では変わらない。
平衡定数が非常に大きいとき、平衡はどちらに偏っている？
生成物の側（右）
分子が大きいということは、生成物が多いということ。
固体が関わる平衡で、平衡定数の式に固体を入れる？
入れない
固体の濃度は量によらず一定とみなせるため。
水溶液中の反応で、溶媒である水を平衡定数の式に入れる？
入れない
大量にあって濃度がほとんど変わらないため。
気体の反応で、濃度の代わりに分圧を使った平衡定数を何という？
圧平衡定数 K_p
濃度を使ったものは濃度平衡定数 K_c。
触媒を加えると、平衡定数はどうなる？
変わらない
平衡に達するまでの時間が短くなるだけで、到達先は変わらない。
3. 平衡の計算
根拠: 学習指導要領 化学-(2)-ア-(イ)-㋑
計算は毎回同じ形です。始めの量・変化した量・平衡時の量を 3 段に並べて、
変化した量を x と置きます。
平衡の計算で、まず表に並べる 3 つの量は？
はじめの量・変化した量・平衡時の量
変化した量は係数の比で結びつく。
H₂ + I₂ ⇄ 2HI で、H₂ が x mol 減ったとき、HI は何 mol 増える？
2x mol
係数の比 1 : 1 : 2 に従う。
平衡時の濃度を求めるとき、物質量をそのまま使ってよい？
よくない（体積で割って濃度にする）
ただし両辺の係数の和が等しい反応では、体積が約分されて消える。
反応前後で気体の分子数が変わらない反応では、平衡定数の計算で体積はどうなる？
約分されて消える
H₂ + I₂ ⇄ 2HI がその例で、物質量のまま計算できる。