Question

、

この問題で、解答では(平衡時の全体の物質量)/(初めの全体の物質量)でどうして変化した分のNO2の割合が求まっているのかわかりません。
(初期NO2)/(変化した分のNO2)で同じように答えが出ますが、どうして解答のやり方でも良いのか知りたいです。

問4 次の化学平衡が, 温度によってどのように変化するかを考える。
Nom
2 NO2 N2O4
01>LS
ピストンの付いた密閉容器に 2.0×10-2 mol のNO2 を入れ,圧力
1.0 × 10 Pa のもとで温度を変えて平衡に達したときの体積を測定した。
30℃, 60℃, 90℃での測定結果を表1に示す。 表1から, 温度が上昇す
ると平衡が
に移動したことがわかる。 また, NO2 から N2O4 が生成す
ア
る反応 (式(1) の正反応) は,
反応であることがわかる。 後の問い (a~
e) に答えよ。 ただし, 気体定数は R = 8.3 × 103Pa･L/ (K・mol)とする。
イ
表1 温度と体積の関係 (圧力 1.0 × 105 Pa)
温度 (℃)
体積 (mL)
30
350
450
560
60
90
(1)
1280

温度60℃では,初期のNO2 の物質量 2.0×10-2 molの何%がN2O4 に
変化しているか。最も適当な数値を、次の①~⑥のうちから一つ選べ。
12 %
① 1.9
4 19
② 3.7
⑤
37
8.1
6 81

「アには「左向き」が当てはまる。
(注) 「表1より、圧力一定で温度を上げると体積
が増加するから、式(1)の平衡は左向き (逆反応の向
き)に移動する」という推論は誤りである。たとえ
ば、仮に気体の物質量が一定であっても圧力一定
で温度を上げると,シャルルの法則により,体積は
増加するからである。 ただし, 本問題では、このよ
うな誤った推論に基づいても、結果的に正解に達し
てしまう。
なお、圧力一定のとき,気体の体積は物質量と絶
対温度の積に比例するので、表1のデータに基づい
て、体積の増加率の方が絶対温度の上昇率より大き
いことからも、圧力一定で温度を上げると気体の物
質量が増加する, と判断できる。
絶対温度〔K〕
333
303
倍
はじめ
1303
333 363
363333
変化量
333
303
363
333
倍
n
≒1.10 <
-na
≒1.09<
450
350
450
350
560
450
イ温度が上昇すると式 (1) の反応の平衡が左向きに
移動するから, ルシャトリエの原理 (平衡移動の原
理) より 式 (1) の左向きの反応 (逆反応) は吸熱反応
であり,式(1)の正反応は発熱反応である。
イ
よって,
には 「発熱」 が当てはまる。
以上より, ①が正解。
20
1
+ na
2
b 12
初期のNO2の物質量をn [mol] とし (n=2.0×10-2
mol), NO2 の反応した割合をαとすると, 式 (1) の
反応による物質量の変化は,次のようになる (第1
問 問4の安息香酸の二量体形成反応に類似してい
ることに留意するとよい)。
2NO2N2O4
平衡時n (1-α) na
倍 350
≒1.29
≒1.24
体積 [mL]
450 560
倍
560450
Asto
1
n
na
n(1-1/2-a)
( 単位 : mol)
一方, 60℃, 1.0×10Pa での体積が450mLだか
- このときの気体の総物質量は, 理想気体の状態
方程式より、
1.0×10 Pax 0.450L
8.3×10² Pa・L (K・mol) ×333K
≒1.63×10mol
したがって, 60℃での平衡時と反応前の物質量
の比について
C
n(1-1/a) (mol) 1.63×10mol
n (mol)
|2.0×10−2mol
1-1/a=0.815
2
百分率(パーセント) で表すと37%。
よって ⑤が正解。
13
③
14
⑤ (順不同)
式 ( 1 ) の正反応の反応熱をQ[kJ] とすると,式 (1) の
反応の熱化学方程式は次の式 (2) のようになる。
.. a=0.37
･･･ (2)
2NO2(気) N2O4(気) + Q[kJ]
NO2, N2O4 の生成熱をそれぞれ q [kJ/mol], q2
[kJ/mol] とすると 次の熱化学方程式が成り立つ。
1
N2 (気) +O2(気) NO2(気) +α 〔kJ〕 ...(i)
2
N2 (気) +202 (気) = N2O4 (気) + α2 [kJ] ・・・(ii)
⑩誤。一般に, 反応熱と活性化エネルギーのあい
だには,次の (3) の関係がある。 HOW
逆反応の活性化エネルギー
正反応の活性化エネルギー
+正反応の反応熱
...(3)
(反応熱の値は、 発熱の場合は正の値, 吸熱
の場合は負の値とする。) A
エネルギー
正反応の活性化エネルギー
活性化状態
----------
正反応の反応熱
HWA
反応の進行度
|逆反応の
活性化エ
ネルギー
HU
NO2 の生成熱の値と式 (1) の正反応の活性化エネ
ルギーが与えられても,式(1) の反応熱Qの値を求
めることはできない。
性ら
4
②誤。 N2O4 の生成熱 42 の値と式 (1) の逆反応の活
性化エネルギーが与えられても,式 ( 1 ) の反応熱Q
の値を求めることはできない。
③正。 上記の式 (3) の関係より、式(1)の正反応の活
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