本文へ移動

反応(はんのう)速度(そくど)の表(あらわ)し方(かた)

カメレオン先生反応(はんのう)速度(そくど)は、濃度(のうど)の変化(へんか)量(りょう)を時間(じかん)でわるだけ。平均(へいきん)と瞬間(しゅんかん)の違(ちが)いは、グラフの弦(げん)と接線(せっせん)で考(かんが)えるとわかりやすいよ。

30秒でつかむ

  1. 反応(はんのう)速度(そくど)は、ある時間(じかん)の間(あいだ)に反応物(はんのうぶつ)(新しいタブで開きます)または生成物(せいせいぶつ)の濃度(のうど)が変化(へんか)する割合(わりあい)で表(あらわ)す。反応物(はんのうぶつ)ならv=-Δ[A]/Δt、生成物(せいせいぶつ)ならv=Δ[B]/Δt。
  2. 区間(くかん)の最初(さいしょ)と最後(さいご)の濃度(のうど)から求(もと)めた速(はや)さは「平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)」で、区間(くかん)を狭(せま)くしていくと一点(いってん)での「瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)」に近(ちか)づく。
  3. 過酸化水素(かさんかすいそ)の分解(ぶんかい)のように、反応(はんのう)が進(すす)むほど反応物(はんのうぶつ)の濃度(のうど)が減(へ)るため、反応(はんのう)速度(そくど)はふつう時間(じかん)とともに小(ちい)さくなる。

ChatGPT に解説してもらう(新しいタブで開きます)

詳しく

反応(はんのう)速度(そくど)の定義(ていぎ):濃度(のうど)の変化(へんか)量(りょう)÷時間(じかん)

反応(はんのう)の速(はや)さは、ふつう単位(たんい)時間(じかん)あたりに反応物(はんのうぶつ)や生成物(せいせいぶつ)の濃度(のうど)がどれだけ変化(へんか)したかで表(あらわ)す。反応物(はんのうぶつ)Aの濃度(のうど)を[A]と書(か)き、時間(じかん)Δtの間(あいだ)に[A]がΔ[A]だけ変化(へんか)したとすると、反応(はんのう)速度(そくど)vは次(つぎ)の式(しき)で表(あらわ)せる。 v=−Δ[A]Δt\mathrm{v = -\dfrac{\Delta[A]}{\Delta t}}(反応物(はんのうぶつ)の場合(ばあい)) 反応物(はんのうぶつ)の濃度(のうど)は反応(はんのう)が進(すす)むほど減(へ)っていくので、Δ[A]は負(ふ)の値(あたい)だ。速(はや)さvを正(せい)の値(あたい)にするため、マイナスをつけて-Δ[A]/Δtと定義(ていぎ)する。生成物(せいせいぶつ)Bの濃度(のうど)[B]を使(つか)うときは、濃度(のうど)が増(ふ)えていくのでv=Δ[B]Δt\mathrm{v = \dfrac{\Delta[B]}{\Delta t}}となる。

反応(はんのう)速度(そくど)の単位(たんい)は、濃度(のうど)の単位(たんい)mol/Lを時間(じかん)の単位(たんい)(秒(びょう)sや分(ふん)minなど)でわったmol/(L・s)やmol/(L・min)で表(あらわ)す。

例(れい):過酸化水素(かさんかすいそ)の分解(ぶんかい)で平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)を求(もと)める

過酸化水素(かさんかすいそ)は2H₂O₂→2H₂O+O₂の反応(はんのう)でゆっくり分解(ぶんかい)する。ある実験(じっけん)で時間(じかん)tごとに[H₂O₂]を測定(そくてい)したところ、次(つぎ)のようなデータが得(え)られたとする。 t=0min:1.00mol/L/t=2min:0.70mol/L/t=4min:0.52mol/L/t=6min:0.40mol/L/t=8min:0.32mol/L

t=0minからt=4minまでの平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)を求(もと)めると、v=-(0.52-1.00)/(4-0)=0.48/4=0.12mol/(L・min)。同(おな)じようにt=4minからt=8minまでの平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)を求(もと)めると、v=-(0.32-0.52)/(8-4)=0.20/4=0.050mol/(L・min)。

2つの区間(くかん)を比(くら)べると、反応(はんのう)が進(すす)んで[H₂O₂]が小(ちい)さくなるほど、平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)は小(ちい)さくなっていることがわかる。これは、次(つぎ)のページで学(まな)ぶように反応(はんのう)速度(そくど)が反応物(はんのうぶつ)の濃度(のうど)に比例(ひれい)するために起(お)こる。

濃度-時間グラフの弦の傾きが平均の反応速度Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

なぜ瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)を考(かんが)えるのか

区間(くかん)を区切(くぎ)って求(もと)めた平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)は、区間(くかん)の取(と)り方(かた)によって値(あたい)が変(か)わってしまう。区間(くかん)をどんどん短(みじか)くしていくと、平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)はある1つの時刻(じこく)での瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)に近(ちか)づいていく。

濃度(のうど)-時間(じかん)のグラフでは、2点(てん)を直線(ちょくせん)で結(むす)んだ線(せん)(弦(げん))の傾(かたむ)きが平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)、ある1点(てん)での接線(せっせん)の傾(かたむ)きが瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)にあたる。

実験(じっけん)では多(おお)くの時刻(じこく)でこまめに濃度(のうど)を測(はか)ることで、瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)に近(ちか)い値(あたい)を求(もと)める。次(つぎ)のページで学(まな)ぶ反応(はんのう)速度(そくど)式(しき)(新しいタブで開きます)は、この瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)と濃度(のうど)の関係(かんけい)を表(あらわ)す式(しき)である。

ある時刻での接線の傾きが瞬間の反応速度Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

確認問題

問題 1 / 4反応物(はんのうぶつ)Aの濃度(のうど)[A]を使(つか)って反応(はんのう)速度(そくど)vを表(あらわ)す式(しき)として正(ただ)しいものはどれか。

確認問題(解答用紙)

この問題を端末で解くための QR コード

スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。

https://manazoo.com/science/reaction-rate-expression/?from=print#quiz

  1. 反応物(はんのうぶつ)Aの濃度(のうど)[A]を使(つか)って反応(はんのう)速度(そくど)vを表(あらわ)す式(しき)として正(ただ)しいものはどれか。

    • ◯ v=Δt/Δ[A]
    • ◯ v=[A]/Δt
    • ◯ v=-Δ[A]/Δt
    • ◯ v=Δ[A]/Δt

    正解:v=-Δ[A]/Δt
    反応物(はんのうぶつ)(新しいタブで開きます)の濃度(のうど)は反応(はんのう)が進(すす)むほど減(へ)っていくのでΔ[A]は負(ふ)の値(あたい)になる。速(はや)さvを正(せい)の値(あたい)にするため、マイナスをつけてv=-Δ[A]/Δtと定義(ていぎ)する。

  2. 過酸化水素(かさんかすいそ)の分解(ぶんかい)で、本文(ほんぶん)の表(ひょう)からt=0minに[H₂O₂]=1.00mol/L、t=2minに[H₂O₂]=0.70mol/Lだったことがわかる。この0〜2分(ぶん)の平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)は何(なん)mol/(L・min)か。

    答え:____________

    正解:0.15
    v=-(0.70-1.00)/(2-0)=0.30/2=0.15mol/(L・min)。

  3. 同(おな)じ実験(じっけん)で、本文(ほんぶん)の表(ひょう)からt=2minに[H₂O₂]=0.70mol/L、t=6minに[H₂O₂]=0.40mol/Lだったことがわかる。この2〜6分(ぶん)の平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)は何(なん)mol/(L・min)か。

    答え:____________

    正解:0.075
    v=-(0.40-0.70)/(6-2)=0.30/4=0.075mol/(L・min)。

  4. 濃度(のうど)-時間(じかん)グラフで、ある1つの時刻(じこく)での瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)に相当(そうとう)するのはどれか。

    • ◯ グラフ全体(ぜんたい)の平均(へいきん)の傾(かたむ)き
    • ◯ その時刻(じこく)でグラフに引(ひ)いた接線(せっせん)の傾(かたむ)き
    • ◯ その時刻(じこく)と原点(げんてん)を結(むす)ぶ直線(ちょくせん)の傾(かたむ)き
    • ◯ その時刻(じこく)の濃度(のうど)の値(あたい)そのもの

    正解:その時刻でグラフに引いた接線の傾き
    区間(くかん)を区切(くぎ)って求(もと)めた平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど)(弦(げん)の傾(かたむ)き)の区間(くかん)をどんどん短(みじか)くしていくと、ある1点(てん)での接線(せっせん)の傾(かたむ)きに近(ちか)づく。これが瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど)にあたる。

単元のポイント

  • 反応(はんのう)速度(そくど) ある時間(じかん)の間(あいだ)に反応物(はんのうぶつ)または生成物(せいせいぶつ)の濃度(のうど)が変化(へんか)する割合(わりあい)。反応物(はんのうぶつ)の場合(ばあい)はv=-Δ[A]/Δt、生成物(せいせいぶつ)の場合(ばあい)はv=Δ[B]/Δtで表(あらわ)す
  • 平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど) ある区間(くかん)の最初(さいしょ)と最後(さいご)の濃度(のうど)の変化(へんか)量(りょう)を、その区間(くかん)の時間(じかん)でわった値(あたい)
  • 瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど) ある1つの時刻(じこく)での反応(はんのう)の速(はや)さ。濃度(のうど)-時間(じかん)グラフでその時刻(じこく)の接線(せっせん)の傾(かたむ)きに相当(そうとう)する
問題を解く
単元のポイント
  • 反応(はんのう)速度(そくど) ある時間(じかん)の間(あいだ)に反応物(はんのうぶつ)または生成物(せいせいぶつ)の濃度(のうど)が変化(へんか)する割合(わりあい)。反応物(はんのうぶつ)の場合(ばあい)はv=-Δ[A]/Δt、生成物(せいせいぶつ)の場合(ばあい)はv=Δ[B]/Δtで表(あらわ)す
  • 平均(へいきん)の反応(はんのう)速度(そくど) ある区間(くかん)の最初(さいしょ)と最後(さいご)の濃度(のうど)の変化(へんか)量(りょう)を、その区間(くかん)の時間(じかん)でわった値(あたい)
  • 瞬間(しゅんかん)の反応(はんのう)速度(そくど) ある1つの時刻(じこく)での反応(はんのう)の速(はや)さ。濃度(のうど)-時間(じかん)グラフでその時刻(じこく)の接線(せっせん)の傾(かたむ)きに相当(そうとう)する