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ルシャトリエの原理について質問です。
CH3COOH + H2O ⇔ CH3COO- + H3O+

ここで水を加えると変化を和らげる方向、即ち右に反応が進みますが
酢酸の濃度が減っているのだから左に反応が進むのでは?という疑問が浮かびました。

色々調べて見たもののよく分からなかったので、噛み砕いた説明を頂けませんか?
よろしくお願い致します。

A 回答 (1件)

そういう変化は、通常、ルシャトリエの原理ではなく、弱酸の解離度あるいは平衡定数として議論します。


酢酸の解離の平衡定数であれば、[CH3COO-][H3O+]/[CH3COOH][H2O] の値が同じ温度であれば濃度にかかわらず同じになります。
なので、水を加えれば分母が大きくなるので、[CH3COOH]が減少し、[CH3COO-]が大きくなります。

>酢酸の濃度が減っているのだから左に反応が進むのでは?という疑問が浮かびました。
考えるべきは酢酸の濃度ではなく、酢酸イオンと電離していない酢酸の濃度比であるはずです。電離していない酢酸の濃度は減りますが、酢酸イオンの濃度も減ります。そうした中で、電離していない酢酸の濃度の減少の方が大きいということです。
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解答はあるのですが、どうしてそうなるのか わかりません。
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メタノールが燃焼すると、つまり酸素分子と反応すると、二酸化炭素と水ができる、ということです。
問題は、どういう量どうしで反応して、どんな量の二酸化炭素と水になるか、ということです。それが係数の「a, b, c, d」で、その a, b, c, d が「モル数(の比)」になります。

この式が成立するためには、各原子は増えたり減ったりしませんから
・C に着目:a = c   ①
・H に着目:4a = 2d   ②
・O に着目:a + 2b = 2c + d   ③
この連立方程式を解けば(変数4つに方程式3つなので、比までしか求まらない)
①より
 c = a
②より
 d = 2a
これを③に代入して
 a + 2b = 2a + 2a
→ 2b = 3a
→ b = (3/2)a 
よって
 a : b : c : d = 1 : 3/2 : 1 : 2 = 2 : 3 : 2 : 4
これで、反応式は
 2・CH3OH + 3・O2 → 2・CO2 + 4・H2O    ④
となることが分かります。つまり
「メタノール 2 mol と酸素ガス 3 mol とが反応して、二酸化炭素 2 mol と水 4 mol ができる」
という反応です。
まず、これが分かることが基本。

あとは、この mol 比に従って、実際に存在する物質が何 mol ずつ反応するかを考えるのです。

空気は容器内に 4 mol 入っていますが、気体は「標準状態で 1 mol の体積が 22.4 L」で、温度・圧力が等しければどの気体も同じ体積ですから、空気中の窒素と酸素の体積比から、その空気の中の酸素の体積は 1/5 ということです。
体積が 1/5 なら、そこにある mol 数も 1/5 なので、空気中の酸素の mol 数は
 4 [mol] * 1/5 = 0.8 [mol]
ということになります。

反応式の左辺で、メタノールと酸素分子は 2 : 3 の mol 比で反応しますから、「メタノール 0.28 mol と酸素分子 0.42 mol が反応する」ことになります。
酸素分子は 0.8 mol あるので十分足ります。もし酸素分子が不足したら、メタノールは全量燃焼しないうちに燃焼が止まります。「酸欠」ということです。
この場合には、酸素が十分足りるので、メタノールは完全燃焼して、酸素分子が 0.42 mol 消費されます。
それが、赤字の2行目「変化量」の意味です。
その結果、その右辺のように「二酸化炭素 0.28 mol と水 0.56 mol が生成する」ことになります。

メタノールが完全燃焼した結果、最初にあった各々の物質がどれだけ(何 mol)残っているか、というのが3行目の「反応後」に書かれた数値です。
2行目の「反応後」に書かれた数値は、反応式の係数の比率になっていますが、「反応後」の「残りかす」は単に「最初あったものから消費されたのものを差し引いた」ものなので、何の等式も満たしません。それだけ残っているという「偶然」にすぎませんから。

ここまでが、問題を解くための前提条件です。
このスタートラインに、あなたは立っていますか?

No.2 です。そこに書かれていることの意味が分かりますか?
そもそも、そこに書かれた反応式の意味が分かりますか?

メタノールの燃焼の反応式は
 a・CH3OH + b・O2 → c・CO2 + d・H2O
となるのは分かりますね?
メタノールが燃焼すると、つまり酸素分子と反応すると、二酸化炭素と水ができる、ということです。
問題は、どういう量どうしで反応して、どんな量の二酸化炭素と水になるか、ということです。それが係数の「a, b, c, d」で、その a, b, c, d が「モル数(の比)」になります。

この式が成立するために...続きを読む


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