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高校2~高校3年生 (16-18歳)

化学 反応速度 わかりやすく

Reaction Rate

同じ反応でも冷蔵庫の中では遅く、日なたでは速くなります。反応の速さは、単位時間に反応物が減る、あるいは生成物が増える速さです。 分子はそれぞれ違う運動エネルギーをもち、そのうち活性化エネルギー Eₐ より大きなエネルギーで衝突した分子だけが反応できます。 温度を上げると大きなエネルギーをもつ分子の割合が大きく増え、触媒は Eₐ の低い新しい道すじを開いて、より多くの分子を反応させます。濃度が速さに与える影響は速度式 v = k[A]^m[B]^n で表し、次数 m、n は実験で決めます。 図で温度と Eₐ、触媒を変えると、反応できる分子の割合が数字でいっしょに変わります。

なぜ遅い反応があるのか

💡 峠を越える人たち
①反応が起こるには、分子が活性化エネルギー Eₐ という峠を越えられるほど強く衝突しなければならない
②同じ温度の分子でも運動エネルギーはまちまちなので、峠を越えられるのはその一部だけだ
③温度が高いほど速い分子が多くなり、峠を越える分子が増える
④食べ物を冷蔵庫に入れると傷む反応が遅くなるのもこのためだ
⑤反応の速さは、単位時間に反応物が減った量、または生成物が増えた量で表す

温度と分子のエネルギー分布

25 °C
50
🔍 図から読み取ること
①曲線の下の面積が分子の総数なので、温度を変えても面積は変わらない
②温度を上げると曲線は低く広がり、右側のすそが厚くなる
③Eₐ の線より右の塗った面積が反応できる分子で、その割合が下の行の数字だ
④Eₐ を上げると塗った面積は急に小さくなる
⑤図は形を見せるために Eₐ を実際より低くしている。実際の反応では Eₐ が分布のずっと遠いすそにあるので、室温付近で 10 ℃ 上げるだけで、その先の分子の割合が 2 倍近くになる

触媒のはたらき

触媒なし
💡 触媒がすること
①触媒は Eₐ がより低い新しい反応の道すじを開く
②峠が低くなるので、同じ温度でも越えられる分子がずっと多くなる。図の下の行の二つの割合をくらべるとわかる
③触媒は反応のあとも残り、消費されない
④正反応と逆反応の Eₐ をいっしょに下げるので、ΔH と平衡の位置は変わらない

反応速度式

速度式
v = k[A]m[B]n
k:速度定数、m · n:反応次数（実験で決める）
アレニウスの式
k = Ae-E_a/RT
温度が上がるか Eₐ が下がると k が大きくなり、反応が速くなる
📐 濃度と反応の速さ
①反応物の濃度が高いと衝突の回数が増え、反応が速くなる
②反応次数 m、n は反応式の係数とは関係なく、実験だけで決まる
③0 次反応は濃度に関係せず、1 次反応は濃度に比例し、2 次反応は濃度の 2 乗に比例する
④半減期(t½)は、反応物が初めの半分に減るまでにかかる時間

例題で確認

例題 1
速度式が v = k[A][B] の反応で、[A] だけを 2 倍にすると反応の速さは何倍になるか。
1
[A] についての次数は 1 なので、速さは [A] に比例する。
v = k[A][B]、[A] について 1 次
2
[A] が 2 倍なら速さも 2 倍。
v ∝ [A] ⇒ 2 倍
▸ 2 倍
速度式の指数がそのまま次数になる。次数が 1 なら、濃度を 2 倍にすると速さも 2 倍になる。
例題 2
ある反応で [A] を 2 倍にしたところ、反応の速さが 4 倍になった。A についての反応次数は。
1
速さは [A]m に比例するので、[A] を 2 倍にすると速さは 2m 倍になる。
2m = 4
2
2m = 4 を満たす m を求める。
2m = 4 = 22 ⇒ m = 2
▸ 2 次(m = 2)
反応次数は反応式の係数ではなく、このような実験の結果から決める。速さが何倍になったかを見て 2m に合わせる。

まとめ

要となる式
v = k[A]m[B]n
速度定数 k は温度と活性化エネルギーによって変わる
韓国修能 類題
触媒についての説明として正しくないものは？
①活性化エネルギーを下げて反応速度を高める
②正反応・逆反応の速度をともに高める
③反応の前後で自身は消費されない
④平衡定数 K と平衡位置を変化させる
⑤新しい反応経路を提供する
▸ ④ 平衡定数 K と平衡位置を変化させる
1
触媒は正反応と逆反応の活性化エネルギーをいっしょに下げ、平衡に早く達するようにするだけだ。
2
K と平衡の位置は変わらないので、④ が正しくない。
🎯 試験ポイント
①v = k[A]^m[B]^n の m、n は実験だけで決まり、反応式の係数とは関係ない
②温度が上がると Eₐ を超える分子の割合が増え、反応が速くなる
③触媒は Eₐ を下げて反応を速くするが、ΔH と平衡の位置は変えない
④濃度が高いと衝突がひんぱんになり、反応が速くなる
⑤1 次反応の半減期は初めの濃度によらず一定（放射性崩壊と同じ形）
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電気化学

最終更新

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