Ｎ2(ｇ)＋３Ｈ2(ｇ)→２ＮＨ3（ｇ）のＨ2の消滅速度を求める問題です。

質問

Ｎ2(ｇ)＋３Ｈ2(ｇ)→２ＮＨ3（ｇ）の反応速度は1.2ｍｍolＬ^-１ｓ^-1である。Ｈ2の消滅速度はいくらか。って問題です(>_<)

答えは1.8mmolＬ^-1ｓ^-1になるようなのですがどうやって解いたのかわかりません。教えてください!!

回答No.2

koz7291 · ベストアンサー

すでにNo.1さんがおおまかに答えられていらっしゃいますので、参考程度に聞いてください。
　答えが与えられていますが、答えが間違っています。もしくは、問題が間違っています。反応速度の定義というものが、きっちりと決まっているのですが、これは大学の物理化学の範囲になってしまいます。しかし、こうしてときどき反応速度に関する問題が出題されるので、高校生や受験生が覚えなければいけないのかどうか、対応に困ってしまいます。
　反応速度はいろいろな形で表されますが、いまの場合、モル濃度基準の反応速度が問題になっています。それをrとすると、次のように定義されます。
r = (1/ν(B))・dc(B)/dt
B…反応に関与する物質
ν(B)…物質Bの化学量数(νはギリシャ文字の「ニュー」)
c(B)…物質Bのモル濃度
（dc(B)/dtは、d[B]/dtと書かれることもあります）
　ここで、「化学量数」という難しい言葉が出てきましたが、中身はさほど難しくはありません。化学反応式に現れる係数に、符号のついたものです。左辺(反応系、原系)で負、右辺(生成系)で正となります。「反応の進む向きが正」ということです。この反応だと、
ν(N2) = -1、ν(H2) = -3、ν(NH3) = 2
となります。よって、反応速度rは、
r = -dc(N2)/dt = (-1/3)・dc(H2)/dt = (1/2)・dc(NH3)/dt
となります。
　ここで、問題文が正しければ、
r = 1.2 mmol・L^(-1)・s^(-1)
なので、
dc(N2)/dt = -1.2 mmol・L^(-1)・s^(-1)
dc(H2)/dt = -3.6 mmol・L^(-1)・s^(-1)
dc(NH3)/dt = 2.4 mmol・L^(-1)・s^(-1)
となり、H2の消滅速度は3.6 mmol・L^(-1)・s^(-1)が正解となるのです。
　逆に、答えが正しいとすれば、
dc(H2)/dt = -1.8 mmol・L^(-1)・s^(-1)
であり、
r = (-1/3)・dc(H2)/dt
より、
r = 0.6 mmol・L^(-1)・s^(-1)
すなわち、問題文の反応速度は、0.6 mmol・L^(-1)・s^(-1)であるべきなのです。
　おそらく、No.1さんのおっしゃる通り、「NH3の生成速度が1.2 mmol・L^(-1)・s^(-1)のとき」の間違いだと思います。ややこしいですが、反応速度と、各物質の変化速度は、化学量数が1のとき以外は違います。今の場合、NH3の係数(化学量数)が2なので、このような違いが起こったのです。
　実は、反応速度の定義は、高校の教科書や、受験参考書にもきっちりと載っていないと思います。そのくせ、出題はなされるので、受験生としては困ってしまうと思います。もしこの問題が学校のテストで出たのであれば、先生に「反応速度の定義」を問いただしてみてください。また、余裕があれば、いろいろな参考書で反応速度の定義を調べてみて、いろいろな問題に当たってみてください。問題集や参考書にもたまには間違いがありますので、「こういう間違いもあるのだな」と学んで、賢く要領よくなっていってください。ここで学ぶべきことは、
「物質の係数が1でないときの反応速度には用心すること」
です。今後の参考にしてください。

補足
No.1さん
＞# 単に反応速度といったら生成物 (この場合NH3) の生成速度のことを指すのかな？

　上で述べた通り、各物質の変化速度(消費速度や生成速度)と、反応そのものに対する反応速度は違います。式で言うと、各物質の変化速度はdc(B)/dtで、反応速度はrです。係数(化学量数)の分だけ違います。

No.1さん
＞# 反応速度にL^-1というのはなくてもいいように思うのですが、形式的に単位体積あたりの量で表している？

　本来、反応速度は単位体積当たりの量ではないのですが、反応の形式によって、単位体積当たりの量が問題となることもあります。いろいろな場合があります。

お礼

わかりやすい解説ありがとうございます。やはり問題はNH3の生成速度が1.2 mmol・L^(-1)・s^(-1)のときのものでした。
問題の意味をはき違えていたようです^^;

詳しい回答ありがとうございましたm(__)m

回答No.1

kapura

答えと合うように問題文を言い換えると、たぶんNH3が1.2 mmol L^-1 s^-1の速度で生成しているとき、H2の消滅速度はいくらかという問題なのではないでしょうか。
# 単に反応速度といったら生成物 (この場合NH3) の生成速度のことを指すのかな？

化学反応式からNH3が2 mol生成するときに、H2はその3/2倍の3 mol消滅しているのですから、速度つまり単位時間あたりの変化量も同様に

1.2 mmol L^-1 s^-1 x 3/2
= 1.8 mmol L^-1 s^-1

一般化すれば、N2, H2の消滅速度をr_N2, r_H2、NH3の生成速度をr_NH3と表すとすると
r_N2 = (1/3) x r_H2 = (1/2) x r_NH3
と単に化学反応式の係数分だけ速度が違うだけでしょう。

# 反応速度にL^-1というのはなくてもいいように思うのですが、形式的に単位体積あたりの量で表している？

お礼

おっしゃる通り、問題文の意味合いを間違えていたようです。
詳しく回答していただきありがとうございますm(__)m

反応速度の単位がmolL^-1ｓ^-1だと載っていたので^_^;

回答ありがとうございました!!