化学反応とエネルギー：練習問題

水溶液中での酢酸の電離平衡 \( \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \) において、少量の酢酸ナトリウムを溶かしたとき、水素イオン濃度 \( [\text{H}^+] \) はどのように変化するか。

ある温度において、反応 \( \text{CO}(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \rightleftharpoons \text{CO}_2(g) + \text{H}_2(g) \) の濃度平衡定数は \( K_c = 4.0 \) である。\( \text{CO} \) と \( \text{H}_2\text{O} \) をそれぞれ \( 1.0 \text{ mol/L} \) ずつ混合して平衡に達したとき、\( \text{CO}_2 \) の濃度は何 \( \text{mol/L} \) か。

反応 \( \text{A}(g) + \text{B}(g) \rightleftharpoons 2\text{C}(g) \) において、ある温度 \( T \) での濃度平衡定数を \( K_c \) とする。容積 \( V \text{ [L]} \) の密閉容器に \( \text{A} \) を \( 1.0 \text{ mol} \)、\( \text{B} \) を \( 1.0 \text{ mol} \) 入れて平衡に達したとき、\( \text{C} \) の物質量が \( n \text{ [mol]} \) であった。この \( n \) を \( K_c \) を用いて表した式として正しいものはどれか。

反応系 \( \text{A} + \text{B} \rightleftharpoons \text{C} \) において、温度を上げたところ平衡が左へ移動した。この反応の熱化学的性質として正しいものはどれか。

\( 0.10 \text{ mol/L} \) の酢酸水溶液の \( \text{pH} \) を測定したところ、\( 3.0 \) であった。この温度における酢酸の電離定数 \( K_a \text{ [mol/L]} \) として最も近い値はどれか。ただし、\( [\text{H}^+] \) は初期濃度に対して十分に小さいものとする。

可逆反応 \( \text{N}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(\text{g}) + 92.4 \text{ kJ} \) が平衡状態にあるとき、全圧を一定に保ちながらアルゴンを加えた場合の平衡の移動方向を答え、その理由を分圧の観点から簡潔に説明してください。

二酸化窒素 \( \text{NO}_2 \) と四酸化二窒素 \( \text{N}_2\text{O}_4 \) の間で成り立つ平衡 \( 2\text{NO}_2(\text{g}) \rightleftharpoons \text{N}_2\text{O}_4(\text{g}) \) は発熱反応である。この混合気体の色が、温度を上げたときと、全圧を一定に保ちながら体積を縮小したときで、それぞれどのように変化するか（濃くなるか、薄くなるか）を答えなさい。ただし、\( \text{NO}_2 \) は赤褐色、\( \text{N}_2\text{O}_4 \) は無色である。