順天堂大学化学2012年第3問

分子式が

$\text{A}$ 、

$\text{B}$ 、

$\text{C}$ 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、

$\text{a}$ 、

$\text{b}$ 、

$\text{c}$ は係数であり、

$Q$ は反応熱である。

$\text{aA}\leftrightarrows\text{bB}+\text{cC}+Q~[\text{kJ}]$ 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Cの生成量の関係を図に示した。a、b、c、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<T2<T3であるとする。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a、b、cがそれぞれa=1、b=2、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1.00×10−5 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Kpという。モル濃度で表した濃度平衡定数Kcと圧平衡定数Kp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。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。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。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。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。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。