楽しい高校化学（第３章

－　第３章　物質の変化－第３講　－

３－３　反応の仕組みと反応速度
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	化学反応には、火薬が爆発するような一瞬で終わる速い反応と、空気中で鉄が錆びるような遅い反応がある。ここでは、反応の速度を変える要因について考えてみよう。また、この単元は化学Ⅱに属する内容となる。

１.反応速度

反応速度は、減少する反応物質（または、増加する反応物質）の、単位時間あたりの濃度（または、物質量）変化で表す。

・例）　Ｈ₂　＋　Ⅰ₂　→　２ＨⅠの反応における平均の反応速度υは、

υ＝

　［Ｈ₂］の減少量
－―――――――＝
　　要した時間

　［Ⅰ₂］の減少量
－―――――――＝
　　要した時間

１　［ＨⅠ］の増加量
―×―――――――
２　　　要した時間

［　］は、モル濃度(mol/l)を表す

反応速度式

反応の物質の濃度が、反応の速さにどのように関係するかを示した式

・例）　Ｈ₂　＋　Ⅰ₂　→　２ＨⅠの反応速度式は、

υ　＝　ｋ［Ｈ₂］［Ⅰ₂］　･･････①　となる．
ここで、ｋは反応速度定数とよばれる比例定数で、温度や反応物質により変化する。

・例）　２Ｈ₂Ｏ₂　→　２Ｈ₂Ｏ　＋　Ｏ₂の反応速度式は、

υ'　＝　ｋ'［Ｈ₂Ｏ₂］　･･････②　となる．

・例）　２ＨⅠ　→　Ｈ₂　＋　Ⅰ₂の反応速度式は、

υ''　＝　ｋ''［ＨⅠ］²　･･････③　となる．

(注)このように、反応速度式の形は、化学反応式の係数によって決まるものではなく、反応の速さと反応物質の濃度との関係の実験値により決定されるものである。
υが②の形で表されるとき、一次反応の速度式といい、①や③の形で表されるとき、二次反応の速度式という。

２.反応速度式の求め方

過酸化水素Ｈ₂Ｏ₂は、触媒の存在下で次式のように分解する。

２Ｈ₂Ｏ₂　→　２Ｈ₂Ｏ　＋　Ｏ₂

いま、1.00mol/lの過酸化水素水10.0mlに触媒を加えて反応を開始させ、３分ごとにそのときまでに発生した酸素の量を測定した。結果は下の表のようになった。ただし、過酸化水素水の体積は変化しないものとする。

時間（分）	０		３		６		９
発生した酸素（mol）	０		0.0025		0.0037		0.0044
分解したＨ₂Ｏ₂水の物質量（mol）	０		0.005		0.0074		0.0088
Ｈ₂Ｏ₂水の濃度（mol/l）	1.00		0.50		0.26		0.12
Ｈ₂Ｏ₂の平均分解速度 (mol/l･分)		0.17		0.08		0.0466
Ｈ₂Ｏ₂水の平均濃度 (mol/l)		0.75		0.38		0.19
Ｈ₂Ｏ₂の平均分解速度 ─────────── Ｈ₂Ｏ₂水の平均濃度		0.227		0.211		0.245

考え方①

最初の３分間で分解した過酸化水素水の物質量は、反応式の係数から発生したＯ₂の２倍の物質量が分解する。
0.0025　×　2　＝　0.005

考え方②

測定時間におけるＨ₂Ｏ₂水のモル濃度を計算する。
３分間で、0.005molのＨ₂Ｏ₂が分解したので、３分後のＨ₂Ｏ₂の濃度を求めてみよう。
最初、10ml中のＨ₂Ｏ₂の物質量は1.0(mol/l)×10/1000＝0.01(mol)あった。ここから、0.005(mol)分解したので、残りは0.01(mol)－0.005(mol)＝0.005(mol)となる。したがって、モル濃度は、0.005(mol)×1000/10＝0.5(mol/l)となる。同様に６分後、９分後も求める。

考え方③

Ｈ₂Ｏ₂の平均分解速度(mol/l･分)を計算する。３分間で、Ｈ₂Ｏ₂の濃度が1.00(mol/l)から0.50(mol/l)に変化しているので、

平均分解速度(mol/l･分)＝

Ｈ₂Ｏ₂水の濃度変化
────────
経過時間

＝

1.00－0.50
──────
3－0

≒0.17(mol/l･分)

となる。同じように、3分から6分・6分から9分も計算する。

考え方④

Ｈ₂Ｏ₂水の平均濃度(mol/l)を計算する。
0分と3分でのＨ₂Ｏ₂水の濃度の平均は、(1.00＋0.50)÷2＝0.75となる。同様に、3分と6分・6分と9分も求める。

考え方⑤

Ｈ₂Ｏ₂の平均分解速度をυ、Ｈ₂Ｏ₂水の平均濃度を［Ｈ₂Ｏ₂］として
υ／［Ｈ₂Ｏ₂］を求めてみると、その値はほぼ一定となった。
このことから、この反応の反応速度式は、
υ／［Ｈ₂Ｏ₂］＝ｋすなわち、υ＝ｋ［Ｈ₂Ｏ₂］が成り立つ。

３.反応の仕組み

化学反応が起こるためには、反応物質が活性化状態（原子に分かれた状態）という高いエネルギーの状態にならなければならない。この活性化状態になるのに必要なエネルギーを活性化エネルギーという。

	反応物質は、各原子にバラバラになってから、新たな組み合わせを作る。
Ｅ₁：正反応の活性化エネルギーＥ₂：逆反応の活性化エネルギーＱ：反応熱･････　反応物質のエネルギーと生成物質のエネルギーの差　　　　Ｅ₁＜Ｅ₂のとき発熱反応　　　　Ｅ₁＞Ｅ₂のとき吸熱反応

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