反応 2A→B における反応速度式について

質問

以下はWikipediaの「反応速度」のページに掲載されていた式なのですが、反応 2A→B における反応速度式は v=k[A]^2 ではなく v=k[A] ですよね？

高校化学でも、例えば、反応 2H2O2→2H2O+O2 における反応速度式は v=k[H2O2] と学びました。

それとも私が何か誤解しているのでしょうか…？

https://ja.m.wikipedia.org/wiki/反応速度

回答No.2

jamf0421 · ベストアンサー

速度式は化学反応式からは決まりません。反応メカニズムによりきまります。だから反応条件により変化します。

2A→Bという反応がそのまま素過程なら、つまりA同士が衝突してBになるのなら、分子同士が出会う確率はAの濃度の2乗に比例しますから
v= -d[A]/dt=k[A]^2...(i)
となります。即ち[A]の濃度について2次です。
この反応がたとえばAの励起状態A*の濃度に比例して反応が進むとすると、この時反応速度は
v=k1[A*]...(ii)
です。そしてA*がA同士の衝突で生成し、A*とAの衝突およびA*のBへの転化により消滅するなら
d[A*]/dt=k2[A]^2-k3[A*][A]-k1[A*]...(iii)
となります。定常状態では[A*]の量は変化しない、つまりd[A*]/dt=0と考えて
k2[A]^2=k3[A*][A]+k1[A*]
[A*]=k2[A]^2/{k3[A]+k1}...(iv)
を得ます。この時(ii)より
v=k1k2[A]^2/{k3[A]+k1}...(v)
となります。そして(v)の右辺分母においてk1がk3[A]に比べて十分小さい場合、(v)は
v=(k1k2/k3)[A]...(vi)
となります。これは一次反応です。

H2O2の分解反応においても事情は同じです。メカニズムにより速度式は変わり得ます。たとえば二酸化マンガンの触媒作用で水と酸素に分解するとき、（本当のメカニズムは知りませんが)二酸化マンガンの表面に吸着している過酸化水素[H2O2]adの量に速度が比例するとし、二酸化マンガン上へのH2O2がラングミュア型吸着するとします。その吸着量は液相の[H2O2]濃度に対して
[H2O2]ad=K[H2O2]/{1+K[H2O2]}...(vii)
の依存をしますから、H2O2の分解速度は
v=kK[H2O2]/{1+K[H2O2]}...(viii)
となります。もし右辺の分母におい１にくらべK[H2O2]が無視できるくらい小さいなら
v=kK[H2O2]...(ix)
で一時反応となります。逆に(viii)の右辺分母で1が無視できる状況なら
v=kK[H2O2]/K[H2O2]=k...(x)
でゼロ次反応となり速度はH2O2濃度に依存しません。

お礼

非常に分かりやすい回答ありがとうございます！数式で論理的に説明されていて理解しやすかったです。

回答No.3

nananotanu

いえ、あくまでも実験により何次反応かを求めないと、式は出せません。

回答No.1

hiro_1116

こちらのＱ＆Ａがご参考になるかもしれません。
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q10194165400

お礼

知恵袋に同じ質問があったのですか…。私の情報収集不足ですね。ありがとうございます。