アンモニアの合成反応 N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃（正反応は発熱反応）が平衡状態にあるとき、アンモニア（NH₃）の生成 | 物理学及び化学 | 危険物取扱者甲種

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初級物理学及び化学難易度目安約 87%

アンモニアの合成反応 N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃（正反応は発熱反応）が平衡状態にあるとき、アンモニア（NH₃）の生成割合（収率）を高めるための条件として、ルシャトリエの原理から正しいものはどれか。

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正解: 1. 圧力を高くし、温度を低くする

ルシャトリエの原理により、平衡は加えられた変化を打ち消す方向へ移動します。この反応は左辺の気体分子が 4 mol（N₂ 1 + H₂ 3）、右辺が 2 mol（NH₃ 2）で、正反応で気体の総モル数が減少します。したがって圧力を高くすると、圧力を下げる方向、すなわち気体分子数が減る右辺（NH₃ 生成側）へ平衡が移動します。また正反応は発熱反応なので、温度を低くすると発熱方向（NH₃ 生成側）へ平衡が移動します。よって「高圧・低温」で NH₃ の収率は最大になります。温度を高くすると吸熱方向（逆反応側）へ、圧力を低くすると気体分子数が増える方向（逆反応側）へ移動するため、選択肢2・3・4は収率を下げます。触媒は反応速度を大きくして平衡到達を早めるだけで、平衡の位置（最終的な収率）を変えることはできないため、選択肢5も誤りです。

関連キーワード: ルシャトリエの原理・化学平衡・アンモニア合成・圧力・温度・触媒