化学平衡

Chemical Equilibrium

動的平衡は外見上は変化がなくても、正反応と逆反応が同じ速さで進み続ける状態です。平衡定数Kが大きいと生成物が優勢、小さいと反応物が優勢で、Kは温度にのみ依存します。反応指数QとKを比べると、Q < Kなら正反応、Q > Kなら逆反応が進みます。このページではKとQを変え、平衡到達過程と反応の向きを確かめます。

動的平衡とは?

💡 例え:エスカレーター上の人

①登るエスカレーター上で逆方向に歩いて降りる人を想像

②登る速度と歩いて降りる速度が等しい?→ その場!

③外から見ると止まって見えるが、実際は動き続けている

④これが'動的平衡' — 見かけ上変化なしで正·逆反応が続く

⑤水の蒸発と凝結の速度が等しくなれば動的平衡

平衡到達過程の可視化

平衡定数 K2

🔍 K値の意味

①K大 → 生成物濃度大('ほぼ完結')

②K小 → 反応物濃度大('ほぼ進まない')

③K = 1 → 反応物と生成物の比率が似る

④Kは温度のみに依存(濃度·圧力変化でKは不変)

平衡定数Kと反応指数Q

平衡定数(濃度)

K_c = [C]^c[D]^d[A]^a[B]^b

aA + bB ⇌ cC + dD で生成物/反応物の濃度比

反応指数 Q0.5

💡 Q vs Kで反応方向を予測

①Q = K → 平衡状態(変化なし)

②Q < K → 生成物不足 → 正反応

③Q > K → 生成物過剰 → 逆反応

④Qの式はKと同じで、任意の時点の濃度を代入

平衡定数の活用

純粋な固体·液体

K式から純粋固体·液体を除外

例:CaCO₃(s) ⇌ CaO(s) + CO₂(g) → K = [CO₂]

📐 ICE表の使い方

①I(Initial):初期濃度を設定

②C(Change):反応変化量をxとする

③E(Equilibrium):I + C = 平衡濃度

④K式に代入 → x を求める

⑤入試で最頻出のパターン!

例題で確認

例題 1

H₂ + I₂ ⇌ 2HI が平衡のとき [H₂] = 0.1、[I₂] = 0.1、[HI] = 0.8 M。平衡定数 K_c は？

K_c = [生成物]^係数 / [反応物]^係数。

K_c = [HI]²[H₂][I₂]

平衡濃度を代入する。

K_c = 0.8²0.1 × 0.1 = 0.640.01 = 64

▸ K_c = 64

係数は指数になる（[HI]²）。すべて気体なので K 式に含まれる。

例題 2

ある反応の平衡定数 K = 10、現在の反応指数 Q = 2 である。反応はどちら向きに進むか？

Q と K を比較する。Q < K なら生成物が不足。

Q = 2 < K = 10

生成物をさらに作る向きに進む。

Q < K ⇒ 正反応

▸ 正反応（生成物生成の向き）

Q<K → 正反応、Q>K → 逆反応、Q=K → 平衡。Q を K に近づける向きに進む。

総まとめ

平衡定数

K_c = [生成物]^係数[反応物]^係数

温度のみに依存、濃度·圧力変化でKは不変

共通テスト類題

A ⇌ 2B が平衡のとき [A] = 0.5 M、[B] = 1.0 M。平衡定数 K_c は？

①1

②2

③0.5

④4

⑤0.25

▸ ② 2

K_c = [B]² / [A]（B の係数 2 が指数）。

K_c = [B]²[A]

平衡濃度を代入する。

K_c = 1.0²0.5 = 2

🎯 試験ポイント

①平衡:正反応速度 = 逆反応速度(見かけ変化なし)

②K > 1:生成物優勢、K < 1:反応物優勢

③Q < K → 正反応、Q > K → 逆反応、Q = K → 平衡

④純粋固体·液体はK式から除外

⑤ICE表で平衡濃度計算 → 頻出!