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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