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東京大学2017年前期化学第3問
todai_2017_chem_q3_1.png
todai_2017_chem_q3_2.png
todai_2017_chem_q3_3.png
todai_2017_chem_q3_4.png

解説

東大で鉛蓄電池かよ。それはさておきキでは”Q1とKpを用いて”とか言わなければ反射で答えて引っかかった人も多かったのではないかと思います。なんで余計なヒント与えんですかね。

I
ア 正極:PbO2+4H++2SO42++2e→PbSO4+2H2O   負極:Pb→Pb2++2e
反応式の立式の際にはPbもPbO2もPb2+になって硫酸と沈殿と覚えておけば普通の酸化還元の立式と同じです。

イ 正極:(3) 負極:(2)
e2molで正極は64g,負極は96g増加し,電解液はその分の160g減少します。よって,正極:陰極:電解液=2:3:-5です。図3-2で500秒とか1000秒あたりを見て選ぶとそれぞれ(3)と(2)になります。

ウ(i)酸素 (ii)1.0×10-3mol (iii)2.6×10-2 L
-0.32÷(-160)×2=4.0×10-3が電子のmolです。酸素分子は4価なので,4で割って1.0×10-3molです。
酸素の分圧は水蒸気圧を大気圧から引いたものなので,状態方程式は
(1.013-0.043)×105V=1.0×10-3・8.3×103・300 ∴V≒2.57×10-2 L

II
エ a-2 b-1
発熱反応なので温度を下げると右に行きます。圧力を増やすと分子数の少ない方に行きます。

オ (3)
触媒は活性化エネルギーを下げますが,その影響は正逆反応の反応速度定数を同じ割合だけ増加させます。したがって,反応速度は上がりますが,終点の平衡状態は変わりません。

カ 4.0×10-1
容積一定なので分圧がそのままmolに対応します。H2は初めの0.1倍つまり0.6mol使われているので,×2/3して4.0×10-1です。


分圧はモル比で決まるので,
todai_2017_chem_a2_2.png

Qの方が大きいので,Qが小さくなる方つまり逆反応が進みます。

【参考】
ある次数mの成分Xのみの微量の増分を考えてみると(全体の次数つまり両辺の次数の差をnとします)
todai_2017_chem_a2_3.png

によって増分が正か負か決まります(要するに偏微分しているだけですが)。もともとのモル分率が反応前後の次数差の比より大きければQが大きくなり逆反応に進むということです。本問に戻るとモル分率は4/7であり,これが左右の次数差の比1/2より大きいので,微小変化に対してQは増加です。したがって少量の変化に対しても平衡は逆反応に進みます。
一方,水素の場合は逆に正反応に進み,アンモニアの場合(m=-2)は逆反応に進むことが分かります。


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テーマ:大学受験 - ジャンル:学校・教育

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