反応速度【高校化学・化学基礎一問一答】

解答：【１】反応速度

化学反応の速さは単位時間あたりの濃度の変化量で表され、これを反応速度という。

\[ \overline{ V }=\left|\frac{ [A]_{2}-[A]_{1} }{ t_{2}-t_{1} }\right| \]

参考：反応速度計算（求め方・測定・式・単位の変換など）

解答：【１】反応速度式【２】反応速度定数

反応速度は、反応速度定数（K）を用いて次のように表すこともできる。

\[ 平均の速度\overline{ V }=K・[\overline{ A }]\\
瞬間の速度V=K・[A] \]

この反応速度定数（K）を用いた式を速度式（反応速度式）とよぶ。

参考：反応速度計算（求め方・測定・式・単位の変換など）

解答：（１）『正反応』V₁=K₁×[H₂][I₂] 『逆反応』V₂=K₂×[HI]²（２）6倍（３）16倍

（１）

まずは、正反応と逆反応の違いについて理解しておく必要がある。

\[ \mathrm{H_{2}+I_{2}\underset{逆反応}{\overset{正反応}{\rightleftarrows}}2HI} \]

正反応は左向きの反応、逆反応は右向きの反応である。

参考：可逆反応と不可逆反応

正反応の速度式は、上で説明してきた通り次の式を使う。

\[ V=K・[A] \]

今回は、反応物（上の式のA）がH₂とI₂の2つなので、次のように表すことができる。

\[ V_{1}=K_{1}×[\mathrm{H_{2}}][\mathrm{I_{2}}] \]

次は、逆反応の速度式を考えていく。

まず逆反応における「反応物」が何かを考える。今回の反応式における逆反応では、HIからH₂とI₂が生成している。したがって、反応物は「HI」だということになる。（反応のスタート時点の物質＝反応物）

正反応と同じように次のような式を導くことができる。

\[ V=K・[A] \]

\[ V_{2}=K_{2}×[\mathrm{HI}]^{2} \]

逆反応では、反応物の濃度（[A]）のところにはHIの濃度（[HI]）を当てはめている。

※[HI]が2乗になっているのは、反応式中のHIの係数が「2」だからである。
今回の反応のように、1段階だけで完結する”素反応”であり、かつ反応全体が1つの素反応でできている反応（単純反応）に限り、反応式中の係数を速度式の次数として用いることができる。
単純反応でなく、中間体を経て進む多段階反応（複合反応）の場合、次数は実験結果によって求める必要がある。

（２）

（１）より正反応の反応式は次の通りである。

\[ V_{1}=K_{1}×[\mathrm{H_{2}}][\mathrm{I_{2}}] \]

H₂の濃度が2倍に、I₂の濃度が3倍になったということは、[H₂]×[I₂]は2×3で6倍になったと考えられる。したがって、正反応の速度は6倍になる。

（３）

圧力が4倍になると、体積は4分の1になる。体積が4分の1になると（その分狭くなったスペースにたくさんの分子が閉じ込められるため）濃度は4倍になる。したがって、[H₂]と[I₂]の濃度がそれぞれ4倍になるので、反応速度は4×4で16倍となる。

\[ V=K×\underbrace{ [\mathrm{H_{2}}] }
_{ \text{ 4倍！ }}\underbrace{ [\mathrm{I{2}}] }
_{ \text{ 4倍！ }}
\]

参考：反応速度計算（求め方・測定・式・単位の変換など）