高校化学　化学平衡

E1. 反応速度（Reaction Rate）

(1) 反応速度とは

単位時間あたりに反応物が減少する量、または生成物が増加する量を反応速度という。

(2) 反応速度に影響する要因（高校で重要）

• 濃度（濃いほど速度↑）
• 温度（高いほど速度↑）
• 触媒（活性化エネルギーを下げる）
• 表面積（固体反応物が細かいほど速い）

(3) 活性化エネルギー

反応が起こるために必要な最低エネルギー。 触媒は経路を変えてこのエネルギーを下げる。

(4) 衝突理論（概念）

「粒子が有効衝突すると反応が進む」 → 温度上昇は粒子の運動エネルギーを大きくし、反応速度が増加する。

E2. 化学平衡（Chemical Equilibrium）

(1) 化学平衡の概念

化学反応は一定時間後、正反応と逆反応の速度が等しくなり、 見かけ上、反応物と生成物の量が変化しなくなる。 これを平衡状態という。

(2) 平衡定数（高校版）

一般式 \[ aA + bB \rightleftharpoons cC + dD \] に対して \[ K = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}. \]

(3) 平衡定数と反応の進みやすさ

• \(K \gg 1\)：生成物側に大きく片寄る
• \(K \ll 1\)：反応物側に片寄る

(4) ルシャトリエの原理（高校必須）

外から変化を加えると、その効果を打ち消す方向へ平衡が移動する。

• 濃度を増やす → それを減らす方向へ
• 圧力上昇 → 気体の mol 数が少ないほうへ
• 温度上昇 → 吸熱方向へ

(5) 平衡移動の典型例

\[ \mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3} \]

• 圧力↑ → 右へ（気体の mol が減る）
• 温度↑ → 左へ（生成は発熱）

E3. 酸と塩基（酸・塩基の定義 / pH）

(1) Brønsted–Lowry の定義

• 酸：H⁺（プロトン）を与える物質
• 塩基：H⁺ を受け取る物質

(2) 酸・塩基の電離と電離定数（知識）

酸の強さ： \[ \mathrm{HA \rightleftharpoons H^+ + A^-} \]

(3) pH の定義（高校最重要）

\[ \mathrm{pH} = -\log[H^+]. \]

• 酸性：pH < 7
• 中性：pH = 7
• 塩基性：pH > 7

(4) 水のイオン積（知識）

\[ K_w = [H^+][OH^-] = 1.0\times10^{-14} \quad (25^\circ \mathrm{C}) \]

(5) 弱酸・弱塩基と電離度（基礎）

電離度 \(\alpha\) を用いて \[ [H^+] \approx c\alpha. \]

E4. 中和反応と中和滴定

(1) 中和反応

酸と塩基が反応して水と塩ができる反応： \[ \mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}. \]

(2) 中和点の判定

酸の物質量 = 塩基の物質量 となる点が中和点。

(3) 指示薬と変色域

• フェノールフタレイン：pH 8〜10
• メチルオレンジ：pH 3〜4

(4) 滴定計算（高校の中心）

中和点では \[ c_1 V_1 = c_2 V_2. \]

(5) 滴定曲線（概念レベル）

• 強酸×強塩基：急激な立ち上がり
• 弱酸×強塩基：曲線がなだらか

E5. 溶解度と沈殿（イオン積）

(1) 溶解度とは

一定量の溶媒に溶ける溶質の最大量（g/100 g など） → 温度により大きく変わる。

(2) イオン積 \(K_{sp}\)（知識）

例： \[ \mathrm{AgCl(s) \rightleftharpoons Ag^+ + Cl^-} \] の場合： \[ K_{sp} = [\mathrm{Ag^+}][\mathrm{Cl^-}] \]

(3) 沈殿生成の判断

• \(Q < K_{sp}\)：沈殿しない
• \(Q = K_{sp}\)：飽和状態
• \(Q > K_{sp}\)：沈殿が生じる

(4) 共通イオン効果（平衡移動）

同じイオンを含む物質を加えると溶解平衡が左へ移動し、沈殿が生じやすくなる。

参考URL

🔝高校化学　目次に戻る