順天堂大学化学2012年第3問
分子式がA、B、Cで表される気体が以下のような可逆反応を示し、平衡状態に達しているとする。ただし、a、b、cは係数であり、Qは反応熱である。
aA⇆
一定の温度条件下では、各物質の平衡時のモル濃度\text{[A]}、\text{[B]}、\text{[C]}の間に
\dfrac{[\text{B}]^\text{b}[\text{C}]^\text{c}}{[\text{A}]^\text{a}}=Kc(Kcは濃度平衡定数)
が成立する。
次の各問いに答えなさい。[解答番号\fbox{1}～\fbox{6}]
- 問1 この反応において、絶対温度T1、T2、T3における、圧力と平衡時の\text{C}の生成量の関係を図に示した。\text{a}、\text{b}、\text{c}、\text{Q}の条件として正しいものを(1)～(6)の中から一つ選びなさい。ただし、T1\lt T2\lt T3であるとする。\fbox{1}
- (1) \text{a}\lt\text{b}+\text{c}、Q\lt0
- (2) \text{a}\lt\text{b}+\text{c}、Q\gt0
- (3) \text{a}=\text{b}+\text{c}、Q\lt0
- (4) \text{a}\gt\text{b}+\text{c}、Q\lt0
- (5) \text{a}\gt\text{b}+\text{c}、Q\gt0
- (6) \text{a}=\text{b}+\text{c}、Q=0
- 問2 係数\text{a}、\text{b}、\text{c}がそれぞれ\text{a}=1、\text{b}=2、\text{c}=1であった時、温度727℃一定の条件下、真空に排気した密閉容器に気体Aを入れ、反応前の容器内の圧力を測定すると100 Paであった。その後反応が進み平衡に達した時の圧力は180 Paに変化していた。この時生成されたBの物質量は1.00\times10^{-5} molであった。次の問い(a)～(e)に答えなさい。
- (a) 気体の分圧で表した平衡定数を圧平衡定数K_pという。モル濃度で表した濃度平衡定数K_cと圧平衡定数K_pの関係を示した正しい式を次の(1)～(6)の中から一つ選びなさい。ただし、Tは絶対温度、Rは気体定数である。\fbox{2}
- (1) K_p=K_c
- (2) K_p=K_cRT
- (3) K_p=K_c(RT)^2
- (4) K_p=\dfrac{K_c}{RT}
- (5) K_p=\dfrac{K_c}{(RT)^2}
- (6) K_p=\dfrac{1}{K_c}
- (b) 最初に入れた気体Aの物質量はいくらか。最も近い値を(1)～(6)の中から一つ選びなさい。\fbox{3} mol
- (1) 0.80\times10^{-5}
- (2) 1.00\times10^{-5}
- (3) 1.25\times10^{-5}
- (4) 1.80\times10^{-5}
- (5) 2.00\times10^{-5}
- (6) 2.50\times10^{-5}
- (C) 平衡時の気体Aの分圧はいくらになるか。最も近い値を(1)～(6)の中から一つ選びなさい。\fbox{4} Pa
- (1) 10
- (2) 60
- (3) 90
- (4) 100
- (5) 135
- (6) 180
- (d) この平衡状態に達した反応系に、体積、温度を一定のまま、新たに気体Aを加えたところ、気体Bの分圧が160 Paとなって再び平衡に達した。新たに加えた気体Aの物質量はいくらか。最も近い値を(1)～(6)の中から一つ選びなさい。\fbox{5} mol
- (1) 1.25\times10^{-5}
- (2) 2.25\times10^{-5}
- (3) 3.75\times10^{-5}
- (4) 5.75\times10^{-5}
- (5) 6.25\times10^{-5}
- (6) 8.75\times10^{-5}
- (e) (d)での新たな平衡状態に次の(イ)～(ハ)のような変化を与えると気体Aの物質量はどうなるか。正しい組み合わせを(1)～(6)の中から一つ選びなさい。\fbox{6}
- (イ) 温度を一定に保ち、体積を変動させ、全圧を800 Paにする。
- (ロ) 温度、全圧を一定に保ち、アルゴンを加え、体積を2倍にする。
- (ハ) 温度、体積を一定に保ち、アルゴンを加える。
- (a) 気体の分圧で表した平衡定数を圧平衡定数K_pという。モル濃度で表した濃度平衡定数K_cと圧平衡定数K_pの関係を示した正しい式を次の(1)～(6)の中から一つ選びなさい。ただし、Tは絶対温度、Rは気体定数である。\fbox{2}