反応速度の入試問題の解法!〜ヤマの張り方!〜

うも!わたなべです!

 

反応速度に関する問題の解法を

読むだけで身に付くように

していきます!

 

本当の入試問題より、

丁寧な設問にしています。

 

だからこの問題の流れを覚えれば、

他の問題でも使えます!

どんな問題でも、この方法で解けます。

 

ではいつも通り、

まず自力で解いてみてください!

 

濃度が1mol/Lの過酸化水素水溶液に酸化マンガン(IV)を加え、発生するガスから過酸化水素濃度の減少を測定する実験を行い、次の結果を得た。次の(1)~(7)の問いに答えよ。

表 過酸化水素の濃度変化

反応速度 表 反応速度 濃度

(1)過酸化水素水溶液の濃度変化の表から、時間0~100sおよび700~800sで平均濃度と反応速度を計算せよ。単位も記せ。

(2)反応速度式を書け

(3)水で反応容器を冷やして反応温度を下げた場合、濃度変化はどのようになるか。およその変化を予想して図に書き入れよ。

(4)過酸化水素の濃度を0.50mol/Lにした場合の濃度変化はどのようになるか。図に書き入れよ。

(2008年 長岡技術化学大 <改変>)

ポイント!

化学における反応速度ですが、

これは物理の速度とは少し違います。

反応速度は絶対値で考えます。

先ほど記したように、

0~100sec,100~200secと100秒五との

平均反応速度を求めます。

また、平均反応速度は『平均濃度における』

速度と考えます。

問1平均濃度

過酸化水素(H2O2)は下のように

H2OとO2に分解する。

この際、酸化マンガン(IV)(MnO2)は

活性化エネルギーを下げ反応速度を揚げる

触媒として働く!

2H2O2→2H2O+O2

先ほどの方針で言ったように、

0~100,100~200のようにどんどん

平均速度平均濃度の両方を求めます。

これを表にすると以下のようになります。

反応速度 表

問2反応速度式

方針!

この問題の解法には

『正式なもの』と『ヤマをはる』

バージョンがあります。

 

まずは正式なものからいきます!

 

反応速度式は

平均速度v

平均濃度[H2O2]

関係を表すものです。

 

だからv=k[A]n

という形になります。

 

そして、このnを求めて比例定数のkを

求めれば完成です。

 

まずnが決まらないと、kも決まりません。

だから、まずnを決めます。

 

ではどうやってnをきめるかというと、

普通にy軸にv、x軸に[A]グラフを書けばいい

わけです。

 

グラフが直線なら1次関数だから

n=1、

グラフが曲線dあったら2次関数で、

n=2

 

と言う風に決めて行きます!

 

 

そしてもう1つの解き方『裏技』の方は、

とても簡単!

 

かなり雑な問題集や塾講師は、

これを本当の解法だと思っています。

 

そう決めつけるのは本当に怖くて、

以前京都府立医科大学で、

n=2のパターンが出た事があるので、

必ず自分でグラフを書いてほしいのですが、

 

どうしても時間が無いときもあるでしょう。

 

そういうときは、この『裏技』をつかって

いいです。

 

それは、

だいたいの入試問題ではn=1として作られている

とヤマをはって解く!

 

です。

 

これでほとんどの問題は差し支え

ありません。

 

正統派な解き方

この平均濃度と平均速度のグラフをプロットします。

反応速度 グラフ

これ見たら分かりますよね!

どう見ても1次式!

1次関数だからn=1と、決定できます!

v=k[H2O2]が反応速度式となる!

そしてここからkを求めればいい!

 

kは1次関数の比例定数ですので、

このグラフの『傾き』に当たるわけです。

 

1.0mol/Lでv=3.0×10-3になるので、

 

k=(3.0×10-3(mol/(L・sec))/1.0(mol/sec)

=3.0×10-3

 

このようにkを決められますので、

v=3.0×10-3[H2O2]mol/(L・sec)

となります。

 

ズルい方法!

n=1とヤマを張ります!

大体!これで行けます!

その後、

このようにkを決められますので、

v=3.0×10-3[H2O2]mol/(L・sec)

となります。

問3と問4の解法!

(3)氷で冷やし、反応速度を下げたグラフは?

(4)H2O2の初期濃度を1.0mo/Lから0.50mol/Lへ下げた場合の反応速度は?

氷で冷やし反応速度を下げた場合、

H2O2の初期濃度1.0mo/Lは

そのままで、ゆっくり反応するはずなので、

 

下の(3)のグラフになります。

 

→H2O2の初期濃度を1.0mol/Lから

0.50mol/Lへ下げた場合、

温度条件はけ内と考えられるので、

(2)でも止めた反応速度定数

 

k=3.0×10-3sec-1は変わらない!

 

→v=3.0×10-3[H2O2] の反応速度定数は変わらないまま、

 

[H2O2]の初期濃度が半分になって反応が

続くと、本問のグラフの各濃度が

半分ずつになって反応が続くと、

 

本文のグラフの各濃度が半分ずつになった下の(4)

のグラフになる。

化学反応速度

こんな感じです。

キッチリ反応速度式の次数(n)を

決めるためにグラフを書くということを

忘れないでください。

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