平衡状態にある次の化学反応系に関する記述 107回薬剤師国家試験問2

107回薬剤師国家試験 問2
平衡状態にある次の化学反応系に関する記述のうち、正しいのはどれか。1つ選びなさい。

 

平衡状態にある次の化学反応系 107回薬剤師国家試験問2

 

1 系の温度を下げると、平衡は右側へ移動する。
2 系の圧力を下げると、平衡は右側へ移動する。
3 系に水素ガスを加えると、平衡は左側へ移動する。
4 この反応は吸熱反応である。
5 この反応の平衡定数は系の温度に依存しない。

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107回薬剤師国家試験 問2 解答解説

 

◆ 1,4について
1 〇 系の温度を下げると、平衡は右側へ移動する。

 

4 × この反応は吸熱反応である。
→ 〇 この反応は発熱反応である。

 

系の状態変化とエンタルピー変化(僣)の符号の関係は下記の通り。
系のエネルギーが減少する場合(発熱):僣<0
系のエネルギーが増加する場合(吸熱):僣>0

 

設問の可逆反応について、
反応式の横に示される標準エンタルピー変化( H°)は負の値なので、
正反応(右方向)は発熱反応であり、
逆反応(左方向)は吸熱反応である。
よって、ルシャトリエの原理より、
系の温度を低下させると、
熱を発生する方向に平衡は移動するため、
平衡は右側に移動する。

 

なお、正反応は1molのNH3を最も安定な単体から生成する反応なので、
正反応の標準エンタルピー変化はNH3の標準生成エンタルピー(f H゜NH3)である。

 

 

◆ 2について
2 × 系の圧力を下げると、平衡は右側へ移動する。
→ 〇 系の圧力を下げると、平衡は左側へ移動する。

 

設問の可逆反応について、
右方向に進むと系の物質量は減少し、それに伴い圧力は減少する。
左方向に進むと系の物質量は増加し、それに伴い圧力は上昇する。
よって、ルシャトリエの原理より、
系の圧力を下げると、
圧力を上昇する方向に平衡は移動するため、
平衡は左側に移動する。

 

 

◆ 3について
3 × 系に水素ガスを加えると、平衡は左側へ移動する。
→ 〇 系に水素ガスを加えると、平衡は右側へ移動する。

 

ルシャトリエの原理によると、
可逆反応において、
物質が加えられる場合、加えた物質を減らす方向へ平衡は移動し、
物質が除かれる場合、除去された物質を増やす方向へ平衡は移動する。

 

設問の可逆反応において、
系に水素ガスを加えると、
水素ガスを減らす方向へ平衡は移動するので、
平衡は右側へ移動する。

 

 

◆ 5について
5 × この反応の平衡定数は系の温度に依存しない。

 

可逆反応の平衡定数は系の温度に依存する。

 

本問の可逆反応について、
正反応は発熱反応であるので、
ルシャトリエの原理より、
系の温度上昇により平衡定数は低下し、
系の温度低下により平衡定数は上昇する。

 

また、平衡定数の温度依存性を示すものとして、
ファントホッフプロットがある。
ファントホッフプロットとは

 

本問の可逆反応について、
正反応は発熱反応であるので(正反応は僣<0)、
ファントホッフプロットは下記のようになると考えらえる。
平衡状態にある次の化学反応系 107回薬剤師国家試験問2

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