共通テスト(理科) 過去問
令和5年度(2023年度)本試験
問129 (化学(第5問) 問1(2))

このページは閲覧用ページです。
履歴を残すには、 「新しく出題する(ここをクリック)」 をご利用ください。

問題

共通テスト(理科)試験 令和5年度(2023年度)本試験 問129(化学(第5問) 問1(2)) (訂正依頼・報告はこちら)

硫黄Sの化合物である硫化水素H2Sや二酸化硫黄SO2を、さまざまな物質と反応させることにより、人間生活に有用な物質が得られる。一方、H2SとSO2はともに火山ガスに含まれる有毒な気体であり、健康被害を及ぼす量のガスを吸い込むことがないように、大気中の濃度を求める必要がある。次の問いに答えよ。

H2SとSO2が関わる反応について、次の問いに答えよ。

酸化バナジウム(Ⅴ)V2O5を触媒としてSO2とO2の混合気体を反応させると、正反応が発熱反応である、次の式(1)の反応が起こる。SO2とO2の混合気体と触媒をピストン付きの密閉容器に入れて反応させるとき、式(1)の反応に関する記述として下線部に誤りを含むものはどれか。最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
問題文の画像
  • 反応が平衡状態に達した後、温度一定で密閉容器内の圧力を減少させると、平衡は右に移動する。
  • 反応が平衡状態に達した後、圧力一定で密閉容器内の温度を上昇させると、平衡は左に移動する。
  • SO2の濃度を2倍にしたとき、正反応の反応速度が何倍になるかは、反応式中の係数から単純に導き出すことはできない。
  • 平衡状態では、正反応と逆反応の反応速度が等しくなっている。

正解!素晴らしいです

残念...

この過去問の解説 (2件)

01

この問題は化学平衡(ルシャトリエの原理)と反応速度則の複合問題です。ルシャトリエの原理とは、平衡状態から変化があった場合、その影響を打ち消そうとする作用のことです。

選択肢1. 反応が平衡状態に達した後、温度一定で密閉容器内の圧力を減少させると、平衡は右に移動する。

誤り=正解。
温度一定のもとで圧力を下げると、系は圧力を回復しようとしてモル数が増える方向に平衡が移動します(ルシャトリエの原理)。
左辺の気体のモル数:2+1=3mol
右辺の気体のモル数:2mol
モル数が増える方向は左なので、平衡は左に移動します。「右に移動する」は誤りです。

選択肢2. 反応が平衡状態に達した後、圧力一定で密閉容器内の温度を上昇させると、平衡は左に移動する。

正しい。
正反応が発熱反応なので、温度を上昇させると熱を吸収する方向=逆反応方向(左)に平衡が移動します(ルシャトリエの原理)。

選択肢3. SO2の濃度を2倍にしたとき、正反応の反応速度が何倍になるかは、反応式中の係数から単純に導き出すことはできない。

正しい。
反応速度式は一般にv=k[SO2]x[O2]yと表されますが、x・yは実験によって決定される次数であり、反応式の係数(ここでは2と1)と一致するとは限りません。反応式の係数から反応速度式を導けるのは素反応(1段階で進む反応)のみです。この反応は触媒を使う多段階反応なので、係数から単純に導き出すことはできません。

選択肢4. 平衡状態では、正反応と逆反応の反応速度が等しくなっている。

正しい。
化学平衡とは正反応と逆反応の速度が等しくなり、見かけ上反応が止まった状態です。このとき各成分の濃度は一定に保たれます。
 

まとめ

ルシャトリエの原理は分かりにくいですが、自分の中でイメージできるようになるまで理解するようにしましょう。また反応速度式の次数は反応式の係数とは独立しており、実験から導かれることは勘違いしやすいポイントなので覚えておきましょう。

参考になった数0

02

化学平衡についての問題です。

選択肢1. 反応が平衡状態に達した後、温度一定で密閉容器内の圧力を減少させると、平衡は右に移動する。

酸化バナジウム(Ⅴ)V2O5を触媒としてのSO2とO2の反応式は、

2SO2+O2⇄2SO3

圧力を下げることで気体のモル数が増える方向へ平衡が移動します。

なので平衡は左に移動します。

よってこの記述は誤りを含むので、この選択肢が正解です。

選択肢2. 反応が平衡状態に達した後、圧力一定で密閉容器内の温度を上昇させると、平衡は左に移動する。

正反応は発熱反応であるため温度を上昇させると平衡は左に移動します。

よってこの記述は正しいです。

選択肢3. SO2の濃度を2倍にしたとき、正反応の反応速度が何倍になるかは、反応式中の係数から単純に導き出すことはできない。

反応速度をvとすると、

v=k[SO2]x[O2]yとなり、

反応式の係数から導き出すことはできません。

よってこの記述は正しいです。

選択肢4. 平衡状態では、正反応と逆反応の反応速度が等しくなっている。

平衡状態とは正反応と逆反応の反応速度が等しい状態のことです。

よってこの記述は正しいです。

参考になった数0