Higher Tier: 平衡への撹乱に対する応答を予測する
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| Le Chatelier’s Principle/lə ˈtʃeɪtlɪəz ˈprɪnsɪpl/ | ル・シャトリエの原理 |
| equilibrium shift/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm ʃɪft/ | 平衡移動 |
この観察を説明する要因は何か？
- ハイレベル：平衡混合物は条件が変化した際に応答する。その応答は攪乱に反対するが、必ずしも元の量を正確に回復させるわけではない。
- まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。
モデルを構築する
- 平衡量は反応条件に依存する。ル・シャトリエの原理は、平衡状態にある系が乱される場合、その変化に逆らうように応答することを示す。濃度、温度、または反応ガスの圧力の変化後、系は正反応と逆反応の速度が再び等しくなるまで調整される。式と変更された条件を用いて、どの方向が有利になるかを定性的に予測せよ。この源セクション全体は上級者向けである。
- ル・シャトリエの原理：平衡系は、乱されるとその変化に逆らう方向に応答する；平衡移動：条件が変化した後に、新しい平衡に向かう純粋な組成の調整。
攪乱が生じた後、新しい平衡状態を説明する記述はどれか。
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攪乱後、系は正方向と逆方向の速度が再び一致するまでシフトする — この等性が新しい平衡を定義する。好まれる方向だけが単独で行われるわけではなく、新しい濃度は通常、元のものとは異なる。
各専門用語を正確な意味と対応させよ。
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関連する物理量やプロセスを区別するために定義を使用せよ。
これを検証できる証拠を選ぶ
- 系がすでに平衡状態にあるところから始め、加えられた一つの変更を特定し、適切な応答則を選択する。反応物の濃度増加は消費を促進し、生成物の除去はより多く形成することを促進する。加熱は吸熱反応の方向を促進する。気体平衡の圧縮は、気体分子数が少ない側を促進する。これらは組成に対する応答であり、すべての速い反応が最終収率を増やすことを意味するものではないことに注意。
- 提示された方程式、正反応のエネルギー方向、状態、および前後のデータを使用する。移動矢印を他の反応の停止ではなく、新しい平衡に向かう純粋な調整として印記する。指定された他の条件を維持する。適切な触媒は両方の速度を増やし、平衡に至る時間を短縮するが、固定条件下での最終的な平衡組成は移動しない。このGCSEセクションでは、平衡定数の式や数値定数の計算は必要ない。
この場合、調査やモデルをより妥当にする2つの習慣は何か。
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条件や仮定を明記することで他者が正確に再現でき、根拠となる証拠を記録することで結論を検証できます。相反する結果を隠すと、誤った結論を疑う証拠を失いますし、単一の測定でより広い主張を成立させることはできません。
既知の量から始める
- 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
- 既知：提示された1対1混合初期には、平衡時に40個のA粒子と60個のB粒子が含まれている。加えられた変更と再平衡化後には、30個のAと70個のBが含まれる。Bの純増は10なので、観測された応答は生成物側を促進した。この明記された閉鎖変換モデルにおいて合計は100のまま変化しない。これらのデータは移動の方向を示すが、単独ではどのような条件が変更されたかを特定できない。
提供された混合物が再平衡後、55 から 68 の生成粒子に変化した。生成数の増加量を求めよ。以下の手順を用いる：既知量 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。
与えられた混合物が再平衡後に55個から68個の生成物粒子に変化した。生成物の数の増加量を求めよ。
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結果は 13 個の粒子である。既知：生成物の数は 55 から 68 個の粒子に変化する。増加分 = 68 - 55 = 13 個の粒子。シフトは生成物を有利にしたが、攪乱は部分的にだけ相殺される — 完全に打ち消すわけではない。
結論とその限界を確認する
- 逆らうことを元の乱を完全に相殺すると説明してはいけない。触媒は反応物の濃度追加には数えない。生成物側への移動は反応物がすべて消費されたことを意味せず、新しい平衡における等しい速度は旧来の混合比率を必要としない。異なる攪乱が、同じ方向の観測される組成変化を生むことがある。
- 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。
攪乱に対する対抗作用により、元の濃度がすべて正確に回復する。この主張は誤りである: システムは攪乱に対して部分的に対抗するのみである。反対方向へ移動するが、新しい濃度で定着する。元の混合物は回復せず、代わりに新たな平衡が確立される。
上級レベル：平衡系の攪乱に対する応答を予測する：まず系がすでに平衡状態にあることを想定し、加えられた変化の一つを特定し、適切な応答則を選択する。反応物の濃度増加はその消費を促進し、生成物の除去はより多くの生成物形成を促進する。温度上昇は吸熱方向を促進する。気体平衡の圧縮は、気体分子数が少ない側を促進する。これらは組成に関する応答であり、「すべての速い反応がより大きな最終収率をもたらす」ということとは異なる。
攪乱に対抗することは、常にすべての元の濃度を正確に回復させるものではない。
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系は攪乱に PARTIALLY（部分的に）だけ対抗する：反対方向へ移動するが、新しい濃度で落ち着く。元の混合物は回復されず、代わりに新しい平衡が確立される。
平衡系は攪乱に対してそれに対抗する方向に応答する：技術用語を記せ。
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ル・シャトリエの原理とは、平衡系が攪乱に対してそれに対抗する方向に応答することを指す。