ルシャトリエの原理の落とし穴
～はじめに～ 回答・解説をご覧になる前の注意点！
このシリーズは、当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が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。
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、添削指導をしている教材は、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
※30名超の東大理三合格講師の実名公表はこちら↓
https://www.goukaku-tensi.info/lecturer.html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？
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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冒頭でもお伝えしましたが、当塾の指導では全教科の質問対応・添削指導をしており、個々の受講生の質問に対して担当の東大理三合格講師が回答したものの中のたった１つが上記の回答です。
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