高校化学「物質の変化と平衡」四酸化二窒素と二酸化窒素の平衡�B

高校化学「物質の変化と平衡」四酸化二窒素と二酸化窒素の平衡�B

◆問題

ある温度で、ｎ[ｍｏｌ]の四酸化二窒素Ｎ2Ｏ4を体積Ｖ[Ｌ]の容器に入れると、二酸化窒素ＮＯ2を生じて平衡状態に達した。このときの全圧をＰ[Ｐａ]、四酸化二窒素の解離度をαとして、次の問いに答えよ。

Ｎ2Ｏ4(気)⇄２ＮＯ2(気)

(1) 平衡状態における二酸化窒素の物質量を求めよ。

(2) 平衡時の四酸化二窒素の分圧を求めよ。

(3) この反応における平衡定数Ｋを求めよ。


このページ下では、(3)の解答を掲載します。


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◆解答解説

四酸化二窒素と二酸化窒素の平衡の物質量についての表は以下のようになります。

　　　　Ｎ2Ｏ4　　ＮＯ2

はじめ　　ｎ　　　　０

変化量　−ｎα　　＋２ｎα

平衡時　ｎ(１−α)　２ｎα


平衡時には、Ｎ2Ｏ4はｎ(１−α)[ｍｏｌ]、ＮＯ2は２ｎα[ｍｏｌ]存在していることになります。
合計すると、ｎ(１−α)＋２ｎα＝ｎ(１＋α)[ｍｏｌ]の分子が容器内に存在していることになります。

平衡定数は、「(右辺のモル濃度の積)／(左辺のモル濃度の積)」で求めることができます。
「反応前に対して、反応後はどのくらいの割合か？」というイメージですね。

「左辺」は四酸化二窒素でｎ(１−α)[ｍｏｌ]，「右辺」は二酸化窒素で２ｎα[ｍｏｌ]です。
体積はＶ[Ｌ]だから、それぞれのモル濃度は、ｎ(１−α)／Ｖ[ｍｏｌ／Ｌ]，２ｎα／Ｖ[ｍｏｌ／Ｌ]です。
これらを使って、

Ｋ＝(２ｎα／Ｖ)²／{ｎ(１−α)／Ｖ}
　＝(４ｎα²／Ｖ)／(１−α)
　＝４ｎα²／(１−α)Ｖ

ちなみに単位は、モル濃度の２乗をモル濃度で割っているので、普通のモル濃度の単位が残ります。
単位をつければ、

Ｋ＝４ｎα²／(１−α)Ｖ[ｍｏｌ／Ｌ]


この問題の最初に戻る→(1) 平衡状態における二酸化窒素の物質量を求めよ。


◆関連項目
酢酸の電離平衡
熱化学方程式・化学平衡まとめ


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