本題の前に【２０２２年新年度募集につきまして】
2022年2月1日より一斉募集を開始させていただいております新年度募集ですが、すでに沢山のお申し込みをいただいております。
当塾は徹底した責任指導・充実指導をご提供するためあえて少数受講枠としております。
例年、お申込者数が受講枠を大きく上回りますゆえ受講をお受けできない方が多く生じます。
ご希望の方はお早めにお申し込みください。
詳細は本ページ下のこちら ▼をご覧ください。
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～はじめに～東大理三合格講師の質問回答シリーズとは
このシリーズは、当塾の基幹指導であるネット塾の受講生からのご質問に当塾、３０名超の東大理三合格講師や東大文系合格講師がメールで回答したものの中からほんの一部を皆さんにも役立てていただく企画です。例年どこかでこのシリーズを掲載しています。(リアル塾では同じ質の回答を対面で行っています)
当塾指導は、マンツーマンの初回指導における受験全教科の年間計画の策定で各自の状況に応じて、各自が学校で使用している、またはそれまで使用してきた問題集や参考書をできるだけ活かす形で計画を立てます。（これが最も受講生にとって効率的に実力をつけていける手段だからです）
その後、各自が使用する、その問題集や参考書についてわからない問題やわからない部分について全教科の質問回答指導、説明指導、添削指導を行っています。したがって、質問回答している教材は、市販の問題集・参考書のほとんど、過去問に至っては全国のほとんどの大学の問題に及びます。
３０名超の東大理三合格講師が実際に指導に当たっているので、たった一日で数百という数の問題の質問回答がたまります(登録だけがあるという他塾とは異なり、当塾講師陣は公式サイトに実名公表を行っており、かつ、塾の基本方針に従って実際に指導を行っている講師です。)
掲載できるのはごくごく一部ですが、上記事情から皆さんが使っている問題集や参考書であっても十分役立てていただけると思います。是非、このシリーズから一つでも何かを得ていただければと思います。
※受講生からのご質問については、著作権上実際の問題集の問題を使用できない場合がございますので、一般化しているものがありますことをあらかじめご了承ください。(実際にはもっと具体的な質問であるものが多々あります)
受講生の質問
C(黒鉛)+CO2(気体)⇔2CO(気体)という化学反応について、温度一定でゆっくりと体積を小さくしたときに「CO/CO2分圧比は減少し、CO2とCOの分圧はともに上昇する」とありますが、
ルシャトリエの原理で考えると平衡が左に移動するので、CO分圧は減少し、CO2分圧は増加する と考えました。どうしてCO分圧も増加するのですか？
東大理三合格講師 小団扇の回答
実は、平衡が移動する＝移動する前のものが減って、移動した先のものが増える とは限らないのです。つまり、C+CO2→2COという平衡が左に移動したとしても、COもCO2も量が増加することがありえる ということです。
ルシャトリエの原理の基本となる考えは「変化を和らげる方向に平衡が移動する」というものです。注意すべきは、「変化が完全に帳消しされる」わけではないということです。
結論を先にいうと
・ルシャトリエの原理はあくまで変化を和らげるだけ
・なので、体積を小さくした瞬間（平衡が成り立つ前）はCO2もCOも圧力が上昇する
→平衡が成り立った後もCO2もCOも圧力は上昇したまま ただし平衡がCO2側に移動しているのでCO2分圧のほうがより大きく上昇している
となります。「変化を和らげるだけ」というのは「上昇したCO分圧を元通りにするほどにはルシャトリエの原理は強くない」ということです。
そうなる理由を数式的に考えてみましょう（必須ではないですが、以下のように考えると応用が利きます。なので、できれば身に着けておきたい考え方です）。
ルシャトリエの原理が成り立つ根拠は「温度が一定なら、平衡定数Kも一定」 というものでした（温度が変わる問題はとりあえずおいておいて、圧力や物質量を変える問題に限りましょう）
この問題で言うならば平衡定数K=[CO]^2/[CO2]が常に一定である ということです。ルシャトリエの原理は「この値を一定にするために平衡が移動する」というものなのでした。 ※圧力の平衡定数ならP(CO)^2/P(CO2)が一定という事です。以下、こちらのほうが考えやすいのでこちらで話を進めます。
全体の圧力が2倍に増えたとしましょう。すると、平衡を考えないとP(CO)もP(CO2)も両方とも2倍になってしまいます。 ※P(～)＝～の分圧
すると、P(CO)^2/P(CO2)は全体で2倍になってしまいます（分子のP(CO)が二乗なので、4倍/2倍となり全体が2倍になってしまうから）。
これだと平衡定数が2倍になってしまいおかしいので、一定に戻すためにP(CO)を減らしてP(CO2)を増やそうとなるのです。
このとき、もしもこれでP(CO)が減りすぎてしまったとしたら、今度は逆に
小さいP(CO)^2/大きいP(CO2)となり、平衡定数が小さくなってしまいます。
ではどうすれば一定になるのかというと、やや大きくなったP(CO)^2/大きいP(CO2)という中途半端な所で終われば一定になります。
これがルシャトリエの原理が完全に変化を打ち消すのではなく、あくまで変化を和らげるだけ ということの理由です。
いちいち数式的に考えると時間がかかってしまいます。
ルシャトリエの原理は厳密には変化を和らげるだけで、完全に帳消しにするほどの力は持っていない と捉えておけばとりあえずはOKです。
慣れてきたら、ややこしい時に備えて「平衡定数を一定にする」という考え方も身に着けておきましょう。
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当塾受講生はこれを週にいくつも得ていっているのです。フリーコースの受講生であれば数十という単位になります。しかも自分がわからない部分について質問しますので、効率的に理解不十分なところ、弱点部分を潰していけるのです。
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