この教材で学ぶこと
到達目標
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反応速度の意味を説明できる
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濃度が反応速度に与える影響を理解できる
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温度が反応速度に与える影響を説明できる
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触媒と活性化エネルギーの関係を理解できる
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反応速度式の基本的な考え方を説明できる
前提知識
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化学反応式
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モル濃度
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粒子の衝突
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エネルギー
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化学平衡の基礎
1
反応速度とは
反応速度とは、化学反応がどれくらい速く進むかを表す量です。
反応が進むと、反応物の濃度は減少し、生成物の濃度は増加します。
反応速度は、一定時間あたりに濃度がどれだけ変化したかで考えられます。
速い反応では短時間で濃度が大きく変化し、遅い反応では濃度の変化がゆっくり進みます。
確認ポイント
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反応速度が反応の進む速さであることを説明できる
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反応物の濃度は減少し、生成物の濃度は増加することを理解できる
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2
濃度と反応速度
反応物の濃度が高いほど、一般に反応速度は大きくなります。
濃度が高いということは、同じ体積中に反応物の粒子が多いということです。
粒子が多いほど衝突回数が増え、反応が起こる機会も増えます。
そのため、多くの反応では反応物の濃度を高くすると反応が速くなります。
濃度と反応速度
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条件
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粒子の様子
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反応速度
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濃度が高い
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粒子数が多く、衝突回数が多い
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大きくなりやすい
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濃度が低い
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粒子数が少なく、衝突回数が少ない
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小さくなりやすい
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確認ポイント
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濃度が高いほど衝突回数が増えることを説明できる
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濃度と反応速度の関係を理解できる
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3
温度と反応速度
温度が高いほど、一般に反応速度は大きくなります。
温度が高くなると、粒子の運動が激しくなります。
その結果、粒子どうしの衝突回数が増えるだけでなく、反応に必要なエネルギーをもつ粒子の割合も増えます。
そのため、温度上昇は反応速度を大きくする重要な要因です。
温度と反応速度
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温度
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粒子の運動
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反応速度
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高い
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激しい
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大きくなりやすい
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低い
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穏やか
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小さくなりやすい
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注意：温度を上げると、単に衝突回数が増えるだけでなく、有効な衝突の割合も増えます。
確認ポイント
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温度が高いほど反応速度が大きくなりやすいことを説明できる
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温度上昇で粒子の運動が激しくなることを理解できる
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4
有効衝突
粒子どうしが衝突しても、すべての衝突で反応が起こるわけではありません。
反応が起こるためには、十分なエネルギーをもって適切な向きで衝突する必要があります。
反応につながる衝突を有効衝突といいます。
反応速度は、単なる衝突回数だけでなく、有効衝突の回数によって決まります。
衝突と反応
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衝突の種類
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特徴
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有効衝突
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反応に必要なエネルギーと向きを満たす衝突
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無効な衝突
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衝突しても反応に至らない衝突
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確認ポイント
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すべての衝突で反応が起こるわけではないことを説明できる
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有効衝突の意味を理解できる
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5
活性化エネルギー
活性化エネルギーとは、反応が起こるために必要な最小限のエネルギーです。
反応物が生成物に変わるには、いったんエネルギーの高い状態を越える必要があります。
このエネルギーの壁が高いほど、反応は起こりにくくなります。
活性化エネルギーが小さいほど、有効衝突の割合が増え、反応速度は大きくなりやすいです。
活性化エネルギーと反応速度
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活性化エネルギー
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反応の起こりやすさ
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反応速度
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大きい
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起こりにくい
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小さくなりやすい
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小さい
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起こりやすい
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大きくなりやすい
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確認ポイント
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活性化エネルギーの意味を説明できる
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活性化エネルギーが小さいほど反応が速くなりやすいことを理解できる
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6
触媒
触媒とは、反応の前後で自身は消費されず、反応速度を変化させる物質です。
多くの触媒は、反応の活性化エネルギーを下げることで反応速度を大きくします。
触媒は反応の進む道筋を変えることで、より低いエネルギーで反応が進むようにします。
触媒は反応速度を変えますが、反応の前後で消費されない点が重要です。
触媒の特徴
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項目
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内容
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役割
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反応速度を変える
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主な効果
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活性化エネルギーを下げる
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反応前後
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自身は消費されない
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平衡への影響
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平衡に達する速さを変えるが、平衡の位置は変えない
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注意：触媒は平衡そのものを生成物側へずらすのではなく、正反応・逆反応の両方を速くして平衡に早く到達させます。
確認ポイント
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触媒が活性化エネルギーを下げることを説明できる
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触媒が反応前後で消費されないことを覚える
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触媒は平衡の位置を変えないことを理解できる
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7
反応速度式
反応速度は、反応物の濃度を使った式で表されることがあります。
このような式を反応速度式といいます。
たとえば、反応速度 v が物質Aの濃度 [A] に比例する場合、v = k[A] と表せます。
kは反応速度定数と呼ばれ、温度や触媒などの影響を受けます。
速度式は、必ずしも化学反応式の係数からそのまま決まるわけではなく、実験によって決まることが多いです。
確認ポイント
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反応速度式が濃度と反応速度の関係を表すことを説明できる
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反応速度定数kの意味を大まかに理解できる
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速度式は実験で決まることがあると理解できる
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8
反応速度の例題
反応速度の問題では、濃度、温度、触媒、活性化エネルギーの影響がよく問われます。
計算問題に入る前に、条件を変えると反応速度がどう変わるかを説明できるようにしましょう。
例題：反応物の濃度を高くすると、一般に反応速度はどうなるか。
答え：大きくなりやすい
粒子数が増え、衝突回数が増えるため、反応速度は大きくなりやすいです。
例題：温度を上げると反応速度が大きくなりやすい理由を答えなさい。
答え：粒子の運動が激しくなり、有効衝突が増えるから。
温度上昇により、反応に必要なエネルギーをもつ粒子の割合も増えます。
例題：触媒は活性化エネルギーをどう変化させるか。
答え：小さくする
触媒は反応経路を変え、活性化エネルギーを下げることで反応速度を大きくします。
確認ポイント
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反応速度に影響する要因を説明できる
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触媒と活性化エネルギーの関係を説明できる
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反応速度式の基本を理解できる
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