seegongsik
高校2~高校3年生 (16-18歳)

化学平衡 わかりやすく

Chemical Equilibrium

ふたをした瓶の水はあるときから減らなくなりますが、それは蒸発が止まったからではなく、蒸発したぶんだけ凝縮して戻るからです。 化学反応も正反応と逆反応が同じ速さで起こり続けると、濃度がそれ以上変わらない動的平衡に達し、このときの生成物と反応物の濃度の比が平衡定数 K です。 K は温度が同じなら最初に何をどれだけ入れても同じ値になり、任意の瞬間の濃度で同じ式を計算した反応商 Q を K とくらべれば、反応がどちらへ進むかがわかります。 図で K を変えると平衡濃度と二つの反応の速さが、Q を変えると反応の向かう向きがいっしょに変わります。

動的平衡とは

💡 上りエスカレーターを逆に歩く
①上りのエスカレーターを同じ速さで逆向きに歩いて下りると、その人はその場にとどまる
②外から見ると止まっているようでも、足も段も休まず動いている
③化学平衡も同じで、正反応と逆反応が止まったのではなく、同じ速さで起きているので濃度が変わらない
④ふたをした瓶の水が減らないのも、蒸発と凝縮の速さが等しくなった動的平衡だ

平衡に達するまで

2
🔍 K の大きさで読む平衡
①K が大きいと平衡での生成物の濃度が高い。K = 10 なら [B] は [A] の 10 倍で、反応はほぼ最後まで進んだことになる
②K が小さいと反応物が多く残る。K = 0.1 なら [B] は [A] の 1/10
③A ⇌ B のように係数が等しい反応で K = 1 なら、平衡濃度は半々
④二つ目の図で、正反応の速さは [A] が減るにつれて小さくなり、逆反応の速さは [B] が増えるにつれて大きくなり、両者が等しくなったときから濃度はもう変わらない
⑤K は温度によってだけ変わり、同じ温度なら濃度や圧力を変えても変わらない

平衡定数 K と反応商 Q

平衡定数（濃度）
Kc = [C]c[D]d[A]a[B]b
aA + bB ⇌ cC + dD で、平衡濃度から計算した生成物と反応物の比
0.5
💡 Q と K で反応の向きを決める
①Q は K と同じ式に、いまこの瞬間の濃度を入れた値
②Q < K なら生成物が平衡より少ないので正反応が進み、その間に Q は大きくなって K に近づく
③Q > K なら生成物が平衡より多いので逆反応が進み、Q は小さくなって K に近づく
④Q = K ならすでに平衡で、見た目の変化はない
⑤図の矢印は Q が動いていく向き、つまり反応が進む向きを表す

平衡定数の扱い方

純粋な固体と液体
K の式には純粋な固体と液体を入れない
濃度が一定とみなせるため。例：CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) なら K = [CO₂]
📐 ICE 表で平衡濃度を求める
①I（初め）：反応前の濃度を書く
②C（変化）：反応した量を x とおき、係数の比に合わせて増減を書く
③E（平衡）：初めの濃度に変化量を足して平衡濃度を書く
④平衡濃度を K の式に入れて x を求める
⑤平衡濃度を問う問題は、たいていこの手順で解ける

例題で確認

例題 1
H₂ + I₂ ⇌ 2HI が平衡に達したとき、[H₂] = 0.1 M、[I₂] = 0.1 M、[HI] = 0.8 M だった。平衡定数 Kc は。
1
生成物の濃度を係数の数だけ累乗して分子に、反応物の濃度を分母に置く。
Kc = [HI]2[H2][I2]
2
平衡濃度を代入する。
Kc = 0.820.1 × 0.1 = 0.640.01 = 64
▸ Kc = 64
HI の係数 2 が指数になり 0.8² となる。三つとも気体なので、すべて K の式に入る。
例題 2
ある反応の平衡定数は K = 10 で、いまの反応商は Q = 2 である。反応はどちらへ進むか。
1
Q と K をくらべる。Q が K より小さければ、生成物が平衡より少ない。
Q = 2 < K = 10
2
生成物がさらにできる向き、つまり正反応の向きに進み、Q は 10 に近づく。
Q < K ⇒ 正反応
▸ 正反応の向き
図で K を 10、Q を 2 にすると、矢印は Q から K のほう、右を指す。

まとめ

平衡定数
Kc = [生成物]係数[反応物]係数
温度だけで決まり、同じ温度なら濃度や圧力を変えても変わらない
韓国修能 類題
A ⇌ 2B が平衡のとき、[A] = 0.5 M、[B] = 1.0 M である。平衡定数 Kc は。
①1
②2
③0.5
④4
⑤0.25
▸ ② 2
1
B の係数 2 が指数になるので、Kc = [B]² / [A]。
Kc = [B]2[A]
2
平衡濃度を代入する。
Kc = 1.020.5 = 2
🎯 試験ポイント
①平衡では正反応の速さ = 逆反応の速さで、見た目の濃度変化はない
②K > 1 なら生成物側、K < 1 なら反応物側にかたよった平衡
③Q < K なら正反応、Q > K なら逆反応、Q = K なら平衡
④純粋な固体と液体は K の式から除く
⑤ICE 表で平衡濃度を求める
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反応エンタルピー
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平衡の移動

最終更新

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