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N2O4 = 2NO2 - 57.2kJ

「圧力一定」でこの混合気体を「加熱」すると、
上の正反応は吸熱反応だから、平衡が右に移動してNO2の物質量が増加します。
また、「温度一定」でこの混合気体を「加圧」すると、
総物質量が減少する方向、つまり左に平衡が移動します。

では、「体積一定」でこの混合気体を「加熱」する場合はどう考えたらよいのでしょうか?
「加熱」に関しては平衡は右に移動しますが、
「体積一定」だから「加熱」⇒「加圧」となり、
平衡を左へ移動させる要素も「加熱」の中に含まれていることになります。
「加熱」と「加圧」、どちらの影響が強くなるのでしょうか?

ちなみに私が出くわしたこのタイプの問題の答えでは、
「吸熱反応の向きに平衡移動する」
と、「圧力一定」の時とおそらく同じであろう説明が書かれていました。

A 回答 (2件)

結論としてはわかりません。



「例えば、日本ハムからダルビッシュが抜けてイチローが加入したら
勝率は上がるか下がるかどちらでしょう」
という問題と同じです。
松阪が加入してイチローが加入するのならば答えは簡単です。
しかし、お互いにファクターが違うもので逆向きの要素があるので、
どちら影響が大きいのかを判定しなければ答えはでません。

しかしながら、野球では一般にピッチャーの方が鍾愛に当てる影響は
大きく、勝率は下がると思われます。同じように、化学平衡の問題
では、温度の方が影響が大きいことが多く、NO2は増えると思います。
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ル・シャトリエの法則の一つの現れである、平衡定数の温度依存性と圧依存性を使って直に計算したらどうでしょう?


(∂lnK/∂T)_p=ΔH/RT^2...(1)
ですから圧一定での平衡定数の変化は
dlnK=(ΔH/RT^2)dT...(1)'
です。ΔHはN2O4→2NO2のエンタルピー変化で57.2kJ(吸熱だからプラス)です。ΔH>0ですから(1)'によれば温度をあげればdlnK>0で分解の方に平衡がシフトします。
さてN2O4のモル数をn1、NO2のモル数をn2とし、仮に全体のモル数をn1+n2=1とすれば、それぞれのモル数は初期のモル分率になります。初めの平衡定数Kは
K=n2^2/n1...(2)
となります。これがdTによりK微少量動いて(1)'の新しい平衡定数K'の中味がどうなるか考えます。n1がε mol減ったとします。するとn2は2ε mol増えます。合計のモル数は1+εになり、モル分率は(n1-ε)/(1+ε)および(n2+2ε)/(1+ε)となります。その結果
K'={(n2+2ε)/(1+ε)}^2/{(n1-ε)/(1+ε)}
=(n2+2ε)^2/{(1+ε)(n1-ε)}
=(n2^2/n1){(1+2ε/n2)^2/(1+ε)(1-ε/n1)}...(3)
となります。よって
lnK'=lnK+ln{(1+2ε/n2)^2/(1+ε)(1-ε/n1)}...(4)
です。lnK'=lnK+d(lnK)とすれば
d(lnK)=ln(1+2ε/n2)^2-ln(1+ε)-ln(1-ε/n1)
≒4ε/n2-ε+ε/n1
=ε(4/(1-n1)-1+1/n1)...(5)
です。これが(1)'に対応する組成の変化です。次に平衡定数の圧依存性は
(∂lnK/∂P)_t=-ΔV/RT...(6)
ですから
dlnK=-(ΔV/RT)dP...(6)'
です。ΔVはN2O4→2NO2に伴う体積変化です。初めに合計を1 molとしたのですから初めの全圧をPとしてV=RT/Pです。反応が1 mol分進行すれば体積の増分ΔV=Vとなります。さて微小温度を上げたところで平衡は(1)'に従って移動し、その時のモル数変化εは(5)と(1)'を等値すれば得られます。そのモル数は全体で1 molから1+εに増えたので圧が一定の条件では体積が(1+ε)Vになっています。これをδだけ加圧して体積をVに戻してやります。それが(6)'に入るべき圧変化です。
P(1+ε)V=(1+ε)RT...(7)
から
(P+δ)V=(1+ε)RT...(7)'
にするわけです。(7)はPV=RTですから(7)'から
δ=εRT/V=εP...(8)
がでます。Pは初期の全圧です。これを(6)'に適用すれば
dlnK=-(V/RT)εP=-ε...(9)
です。ε>0がN2O4の分解の進行ですから圧を上げるだけならεの変化と反対方向へ平衡はシフトします。
最初に温度を上げてKはK'になりました。lnKの差としては(1)'あるいは(5)です。その後体積を戻すように圧をδだけ変化させると、その平衡定数の対数は-εだけシフトします。従ってlnK変化の合計Δは
Δ=(ΔH/RT^2)dT-ε...(10)
となります。一方(1)'=(6)より
ε(4/(1-n1)-1+1/n1)=(ΔH/RT^2)dT...(11)
ですから、これからεを解いて(10)に代入します。
Δ=(ΔH/RT^2)[1-1/(4/(1-n1)-1+1/n1)]
=(ΔH/RT^2)(2n1^2+n1+1)/(n1+1)^2
=(ΔH/RT^2){2(n1+1/2)^2+1/2}/(n1+1)^2...(12)
(12)でΔH>0ですからあとは全て正です。従ってδlnK>0であり、定積で温度を上げると平衡はN2O4が分解する方へシフトすると出てきました。計算はお確かめを。
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N2O4(気)=2NO2(気)-57.2kJ

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ただし、aA⇔bBであらわされる可逆反応の圧平衡定数Kpは、平衡状態における気体A,Bの分圧pA[Pa],pB[Pa]とすると
Kp=pB^b/pA^aであらわされる。

自分なりに考えまして
N2O4(気)=2NO2(気)
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どう考えたらいいんでしょうか?

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これはヒントをもらいたいです。
おねがいします。

四酸化二窒素を、滑らかに動くピストンの付いたシリンダーに入れてしばらく放置した。
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Aベストアンサー

N2O4    2NO2      合計
 n      0         n      反応前
 -nα    +2nα             反応中    +
───────────────────────
n-nα    2nα     n(1+α)   反応後
=n(1-α)

上の図をご覧ください.反応前N2O4はn[mol]ですね.ここから反応が始まるわけですが,化学反応式 N2O4 ←→ 2 NO2 からもわかるとおり,N2O4が1mol消えると,代わりにNO2が2mol生成しますよね.じゃあnα[mol]減ったらどうなるか.当然NO2は2nα[mol]増加しますよね.
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(物質Aの分圧)=(全圧)×(物質Aのモル数)/(全体のモル数)
全圧は問題文よりPです.
N2O4の分圧は上式より
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P × 2nα / n(1+α) = P × 2α / (1+α)
これを圧平衡の式に代入します.
Kp=(NO2の分圧)^2 / (N2O4の分圧)

N2O4    2NO2      合計
 n      0         n      反応前
 -nα    +2nα             反応中    +
───────────────────────
n-nα    2nα     n(1+α)   反応後
=n(1-α)

上の図をご覧ください.反応前N2O4はn[mol]ですね.ここから反応が始まるわけですが,化学反応式 N2O4 ←→ 2 NO2 からもわかるとおり,N2O4が1mol消えると,代わりにNO2が2mol生成しますよね.じゃあnα[mol]減ったらどうなるか.当然NO2は2nα[mol]増加しますよ...続きを読む

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 ・・  ・  ・・
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        ・・
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gaoshiさん、こんにちは。

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という反応式になります。このCaCO3が、白色沈殿となります。

さらに、これに二酸化炭素を加えていくと、

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2・・・(☆)
     ↑  ↑
     --------
     H2CO3
という反応になります。
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ですから、再び通すと、透明になるんですね。

さらに、透明になった水溶液に、熱を加えると、
再び沈殿が生じます。
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Qキサントプロテイン反応について

キサントプロテイン反応で、黄色になった後にアンモニアを加えたんですが、この後冷やすとなぜ色が橙色に変化するのでしょうか?

Aベストアンサー

こんにちは。
まず、キサントプロテイン反応その物の原理は御存じでしょうか?
↓がよくまとまってると思います。ページの中ほどの「キサントプロテイン反応」の項目をご覧ください。

http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/q98-11.htm

それから、アンモニアを色がオレンジになるというやつですが、何もアンモニアである必要はありません。
アルカリ性なら何でもよく、ベンゼン環にニトロ基が付いた物質(芳香族ニトロ化物)はアルカリ性になると色がオレンジ色になる性質があるからです。
フェノールフタレインなどがアルカリ性で赤くなるのと同じ様な理屈です。

まとめますと、キサントプロテイン反応は、タンパク質の中にあるベンゼン環を持つアミノ酸と濃硝酸が反応して、そのベンゼン環にニトロ基が付く反応です。
このニトロ化したベンゼン環はそれ自体が黄色っぽい色を持ちますが、アルカリ性にするとオレンジ色になるという事です。
これはpHによって色が変わる性質の為で、中和するなどで元のpHに戻すとオレンジはまた黄色になります。

参考URL:http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/q98-11.htm

こんにちは。
まず、キサントプロテイン反応その物の原理は御存じでしょうか?
↓がよくまとまってると思います。ページの中ほどの「キサントプロテイン反応」の項目をご覧ください。

http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/q98-11.htm

それから、アンモニアを色がオレンジになるというやつですが、何もアンモニアである必要はありません。
アルカリ性なら何でもよく、ベンゼン環にニトロ基が付いた物質(芳香族ニトロ化物)はアルカリ性になると色がオレンジ色になる性質があるからです。
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