化学平衡から反応が進むとき（水素と酸素の反応）

主題大綱

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• 化学反応が進む向きの例題（水素と酸素の反応）
  • 　水素(H₂)と酸素(O₂)から水分子(H₂O)が生まれる反応を考えます。

    　この反応が、H₂ + O₂ → H₂Oの向きに自然に進むことは、皆さんご存じでしょう。このことを先の式に従って、確かめます。

    
    

    例題：　水分子から自然に水素と酸素分子が解離するか、水素と酸素分子から自然に水分子が生成されるか、計算により求めてください。ただし、H₂分圧を0.1 (atm)、O₂分圧を0.2 (atm)とします。液体のH₂Oが生成される場合、H₂Oの活量は1となります。

    （これまでは溶液反応でモル濃度を式に代入していました。気相反応では分圧を代入してください）
    

    
    

     

                【原形】                      【生成形】

                  2H₂O _(液体)            ⇆             　2H₂    +            O₂

    G_f⁰         －229 (kJ/mol)                 0 (kJ/mol)           0 (kJ/mol)

     

    原形と生成形の合計ギブズエネルギーの差は、以下のように表されます。

    ⊿∑ΣG_{生成形－原形}

       = ΣG^f_生成形 + RT・ln【生成形の活量積】－ ΣG^f_原形 + RT・ln【原形の活量積】

       = ⊿∑G_f⁰  + RT・ln（【生成形の活量積】／【原形の活量積】）

       =  ( 0 + 0 ) － (－2×229×1000)  +  RT・ln （【0.1×0.1×0.2】／1）

     

    ※H₂は二個生成しているから、0.1×0,1

    ※気相中に存在する液体の活量は1とする。

     

    手計算できるように、R = 8, T =300, ln(0.002) = －6として計算すると、

    ⊿ΣG_{生成形－原形}    = 2×229000－14400　= 443600

    ⊿ΣG_{生成形－原形} >  0　だから、

    上の反応は、【生成形】から【原形】に自然に進む。

    （ただし、活性化エネルギーの山を越える必要があるので、着火しなければ水素の燃焼反応は進みます）