化学反応速度の問題です

Question

X+Y→2Zという化学反応式において、
反応速度式がv=[X]×[Y]^2となる。
容器中のXとYの物質量を変えずに温度一定で容器の体積を半分にするとZの生成速度は何倍になるか

という問題で答えが8倍になるらしいのですがその理由がわかりません よろしくお願いします。

psa29 · Accepted Answer

化学反応式で生成するのは、Zではなく2Zでしたね。
Zのつもりで書いてしまいました。
しかし、言いたいのは化学反応式と速度論の次数は、必ずしも一致しない
ということで、（一致する場合も多い）本質的には変わりません。
（Zのところを2Zに修正します。）
ところで、No.2さんが8×2の16倍との記述がありますが、
これは2Zが生成するので、Zの生成速度をVとすれば、その２倍の
16になるのではないのか？という指摘だと思います。
No.2さんは、本当に理解しているのか？と質問者様を試しているのだと思いますよ。
2Zを強調するのならば、反応速度式の速度定数kの前に係数2をかけて2kとすればよいし、
この反応式ということで、kの中に2を含めていると考えれば、kのままでも構いません。
今回の問題では、体積だけを変化して（温度一定）なので、kまたは2kは、両者の条件で
変化していません。（そのような前提）
そして、体積変化前後で何倍になっているのか？という質問なので、
反応式でZが生成するのではなく、2倍のZ、つまり2Z生成するとしても
2は、約分されてしまうので、答えは16ではなく、やはり8で正解だと思いますよ。
化学反応速度式の次数は、反応式からではなく実験から求めなければなりませんが、
どのようなメカニズムで反応しているのかを知るために有力な情報です。
ただし、反応次数だけでもって反応メカニズムを決定するのは難しいと思います。

psa29 · Answer

答えが8倍になるという理由は、もう理解されていますよね。
気相反応で、体積を半分にしたのだから、各濃度が2倍に濃縮されたと考え、
2の3乗で8ということですね。
化学反応式と速度式について混乱があるようですが、化学反応式と速度式の次数は
必ずしも一致するとは限りません。
例えば、Xと２分子のYが同時に3分子衝突をした時にZが生成する。
余分な1分子のYは、Zが生成後に分離する。3分子衝突をしなければZは生成しない
といった反応メカニズムならば、化学反応式的にはXとYは1:1で反応するが、
速度式の次数は、今回の問題のようになります。
3分子衝突は、確率的に起こりにくいので、律速段階の反応が複数あり
XとYの活性中間体が生成し、次の段階でYが衝突することによりZが生成し、
余分なYが離脱する。この2つの反応は同程度に遅い・・・ということでも
速度式の次数は、この問題のようになります。
反応次数は、整数とは限らず、1.5次反応といった反応も存在します。
化学反応式から反応速度式の次数を決めるのではなく、あくまで実験により
反応次数は決まるのです。
ですから、この問題で反応式と速度式の次数が一致しないからといって
問題が間違っているわけではありませんし、おかしな問題でもありません。

Zincer · Answer

No.1です。
たしかに！
質問中の反応式で、この反応速度式になるのは解せませんね。

doc_somday · Answer

＃１のお答えで構いませんが、一般に物質量（モル数）を変えずに体積を半分にすれば、２倍に濃縮されたことになります。
ここまででk×[X]×[Y]^2が８倍になったことがわかります。
X+Y→2Zを加えると１６倍になるのですが、なぜかな？

Zincer · Answer

[X]が何を示しているかわかりますよね？
Xの活量ですね。
＞容器中のXとYの物質量を変えずに温度一定で容器の体積を半分にすると
「体積を半分」にできるということは気相反応系ですね。
気相反応では、圧力と置くこともできます。
この時「体積を半分」にすると、各成分の圧力は2倍になりますね。
これでご理解いただけますかね。

化学 反応速度の問題です

化学反応式で生成するのは、Zではなく2Zでしたね。

答えが8倍になるという理由は、もう理解されていますよね。

No.1です。

＃１のお答えで構いませんが、一般に物質量（モル数）を変えずに体積を半分にすれば、２倍に濃縮されたことになります。

[X]が何を示しているかわかりますよね？

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